●牛顿、爱因斯坦以及量子力学
《穹顶之下》是这两年热播的一部科幻美剧。讲述了一个带有超级能量和生命意识的小圆蛋降临在了缅因州的切斯特磨坊镇，并形成了一个巨大的透明球体将小镇居民困于其中。在小镇居民和一系列神秘事件的对抗中，一个叫作梅勒尼的女孩从1984年穿越到了当下的小镇，并且她的生命和小圆蛋的能量息息相关。
有一个情节：小圆蛋遭到破坏，梅勒尼性命垂危。唯一挽救她的方法是，被“穹顶”选中的人将能量赋予她，而梅勒尼本人也是被选中的四个人之一。悖论出现了，梅勒尼如何把能量赋予自己呢？这时，量子力学登场了。
按照量子力学中的平行宇宙（parallel universe）理论，同一个人可以同时出现不同的时空，也就是说梅勒尼可以既躺在这里又不躺在这里。这样，梅勒尼就能扮演自己拯救自己。
在经典物理中，粒子与波是两个不同概念。粒子是局域性的，即在任一时刻它总是局限在一点。当把粒子的概念抽象为质点，就可以用牛顿力学定律完全描述粒子的运动规律。而波则是非局域性的，比如，我们听到一个人发出了声波，其声音并非只在一个地点可以被听到，波处在任何位置上。
而在量子物理中，这种区分不再重要。平行宇宙是史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的大胆假设。他将整个宇宙看作量子，那么宇宙量子就会遵循量子的波粒二象性，光子既是波又是粒子。波动性和粒子性是光所具有的两种不可分割的属性，在不同的情况下波动性或粒子性成为光的主要表现形式。
量子具有跃迁的能力，且不可预测。那么，它就自然可以不规则地出现在任何一个地方。无法预知，意味着统治人类知识观长达三百年的牛顿体系遭遇了前所未有的挑战。
19世纪末、20世纪初不但是世纪的转折点，更是人类知识体系的转折点。哲学上，尼采代表的存在主义哲学对理性主义发出了怒吼，那个抽象的上帝已死，感性的“人”回归。而在物理学上，一个叫爱因斯坦的年轻人和他同时代的物理天才正在对牛顿体系发起反抗。尽管，爱因斯坦将自己看作传统理论的捍卫者，并对量子物理产生抗拒心理，但不可否认的是，这些天才科学家已经整体被认为是新世界的奠基人。
对于过去三百年来，人类对于牛顿体系的依赖，英格兰诗人亚历山大·蒲柏（Alexander Pope）为牛顿所写的墓志铭一语道破：“自然和自然法则隐藏在黑暗之中。上帝说，让牛顿出世吧。于是一切豁然开朗。”
从古希腊时期，哲学家就开始思考自然运行的法则。比如，物体下落是因为它们有趋于宇宙中心的本能（此时，人们认为地球就是宇宙的中心）。物体越重，本能越强，所以，重的物体会下落得更快。天体的运行估计是圆形的，因为这是天堂的完美形式。
古希腊的科学观由哲学家建立，缺少实验精神，更多的是审美诉求。因此，在那个时期，出现了百家争鸣的局面。直到中世纪，亚里士多德的科学观和托勒密（Ptolemy）的“地心说”被宗教所采用，成为描述天堂和地狱的依据。
16世纪，哥白尼和开普勒（Johannes Kepler）分别利用算法技巧对宗教宇宙观发起挑战，“地心说”在数学上被推翻，“日心说”掀起了新的知识革命。但是，真正对后世物理思想产生影响的是帕多瓦大学的一位年轻教授，年仅27岁的伽利略（Galileo）。作为哥白尼的信徒，为了避免布鲁诺（Bruno）所遭受的宗教迫害，他放弃了哥白尼学说。但是，他直接对地心说的源头，也就是亚里士多德的“本能论”进行驳斥。他的驳斥方法在当时被认为是开天辟地，即“实验”。其中，最著名的当属比萨斜塔的落球实验。
伽利略对物理学发展的意义极为深远：科学只应该处理能被证实的事情，直觉和权威是没有意义的。科学终于摆脱了空想和计算，带着“实验”精神取得了前所未有的进步。
1647年，伽利略去世，艾萨克·牛顿出生。这个据称是通过观察苹果落地而发现万有引力的天才，其一手建立的世界观影响了人类的方方面面。如果原来的世界是干涉主义的上帝所统治之世界的话，那么牛顿就将它变成了用理性及普遍原理进行设计的上帝所创造之世界。这些原理让每个人都能去获取知识，让每个人都能在此生此世积极地追求自身目标，并让每个人都能用自身的理性力量来完善自我。
自牛顿开始，物理学就一直在构建一个日益精巧，且以力学为基础的世界观。整个宇宙被假定为一个巨大的机械钟表，所谓科学就是无限地去发现隐藏其中的错综复杂的运转细节。借助于万有引力、热力学、光学，物质世界的每个方面，原则上都可以显示为一个巨大的、联动的、合乎逻辑的机械装置的一部分。每一个物理原理都能产生可预知的结果，而每一个结果都能追溯出唯一的原因。
因果关系是经典物理学的基石。物理学家认为穷尽一生探索的因果关系，正是我们了解过去和未来的线索。也正是因果关系，让爱因斯坦面对新的知识革命时纠结万分。没有了因果，科学探索还有什么意义吗？
牛顿的宇宙机械论为人类带来了五种“常识”，它们影响到了我们的思维方式和行动方式，我们甚至可能会排除掉生活中的与之相悖的体验。
决定论。按照牛顿的观点，过去、现在和未来都是既定的，我们要做的无非就是等着齿轮彼此咬合的那一刻，计划中的行为和事情自然会发生。悖论是，对于宗教人士来说，上帝在干什么？而对于哲学家来说，“自由”还有什么意义呢？
实在论。因为世界是客观存在的，所以万事都有一个可以用机械理论解释的原因。也就是意识产生于物质，它会遵循物质的原理。比如“你念，或者不念我，情就在那里，不来不去”这句流行歌词中，情感就好像石头一样以物理方式存在。而物理学中一个经典的桥段说明的道理正好相反。
爱因斯坦向他的学生解释狭义相对论的时候说，你坐在火炉旁烤火时，和你与女友花前月下时，感受到的时间长短是不一样的。
可分离论。经典物理物体是可分离的。事物可以单独存在。没有力，就没有联系。
牛顿定律中，万物之间的联系是依赖于“力”。牛顿在晚年之所以会投入到寻找上帝的事业中，是因为他要知道力来自哪里。
还原论。还原论或还原主义，是一种哲学思想，认为复杂的系统、事物、现象可以通过将其化解为各部分之组合的方法，加以理解和描述。牛顿力学观盛行的18～19世纪是还原论信念的高峰。
牛顿1687 年的《自然哲学之数学原理》提出：“希望……从力学原理中导出其余的自然现象。”牛顿认为，一切自然现象都可以归结为质点在时空中的机械运动[牛顿：《自然哲学之数学原理》，王克迪译，北京大学出版社，2006年]。18～19世纪的科学家在牛顿纲领的指导下，总是尽力为各种自然现象构建某种力学模型，然后以此模型为基础，力图从力学原理中“导出”各类自然现象，以求得对于整个自然现象的理解或解释。
充分的解释。牛顿生前有一句名言，“我不做假设”。他认为，理论来源于经验和观察。事实上，牛顿定律恰恰是有假设的：其一是假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关，物质间相互作用的传递是瞬时到达的；其二是一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。
没有假设的理论是不存在的。之所以说知识会出现革命，正是新知识推翻了旧知识的假设前提，从而引发了整个体系的再造。
牛顿体系的影响力远远超出了物理学范畴，它给整个自然科学的发展，给18世纪以降的工业革命、社会经济变革以巨大影响。以赛亚·伯林（Isaiah Berlin）对牛顿在思想史上的影响，曾经这样说过：“牛顿思想的冲击是巨大的；无论对其理解正确与否，启蒙运动的整个纲领，尤其是在法国，是有意识地以牛顿的原理和方法为基础的，同时，它从他那惊人的成果中获得了信心并由此产生了深远的影响。而这，在一定时期中，使现代西方文化的一些中心概念和发展方向发生了确实是极富创造性的转变，道德的、政治的、技术的、历史的、社会的等思想领域和生活领域，没有哪个能避免这场文化变革的影响。”[伯纳德·科恩：《科学中的革命》，鲁旭东等译，商务印书馆，1998年，第219页。]
牛顿理论也被称为经典物理理论，它贯穿了整个资本主义的黄金岁月，显得如此坚固。然而，物理学界在1900年4月27日，迎来了其崭新的篇章。英国著名物理学家开尔文男爵（William Thomson， 1st Baron Kelvin）在英国皇家学会发表了著名的“两朵乌云”的看法。他认为，物理学的整体性日趋完善，但是“地平线上还有两朵乌云”。正是这两朵乌云，使得几乎封顶的物理学体系土崩瓦解。
“第一朵乌云出现在光的波动理论上”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上”。开尔文爵士所言的第一朵乌云，日后演化成了爱因斯坦的相对论，第二朵乌云则变成了量子力学。
19世纪，人们发现了光的波动性，光是一种人眼可见的电磁波。按照经典物理学理念，光波的传播和水波一样，需要在某种介质中传播，这就是所谓的“定域性”。于是，“以太说”再次盛行（“以太”本是一个哲学概念，是古希腊人想象出来的空间介质）。在以太中静止的物体为绝对静止，相对以太运动的物体为绝对运动。
以太的假设事实上代表了传统的观点：电磁波的传播需要一个“绝对静止”的参照系，当参照系改变，光速也改变。这个“绝对静止系”就是“以太系”。
既然“以太”存在于宇宙之间，那么一定可以通过对光波的测量，来显示出地球相对于太阳的运动。然而，这样的实验以失败告终。按照“以太说”，地球并没有运动。这个失败的实验震动了整个物理学界，像一朵乌云一样，笼罩在经典物理理论大厦的上空。
年轻的爱因斯坦在20世纪初发表了狭义相对论，他大胆抛弃了以太说，认定电磁场本身就是物质存在的一种形式，而场可以在真空中以波的形式传播。也就是说，没有绝对静止的空间。光速是恒定的，且光是目前已知的速度最快的物质。
而要理解光速为何在所有的参照体系中都相同，就必须改变牛顿的时空观。
牛顿认为时间和空间是绝对的、毫无关联的存在。时间就像河流，延续不断，“逝者如斯夫”，它不依赖于我们的感慨而减缓流逝。但是，爱因斯坦抛弃了以太说，也就抛弃了绝对静止的概念。对时间的测量取决于观测者的运动。由于时-空体系的稳定性，时间变成相对的，空间自然也就变成相对了。
狭义相对论的另一个重要定律是，质量和能量可以进行转换。在牛顿物理学中，质量是质量，能量是能量。运动的物体有与其运动相联系的能量，而静止的物体没有能量。但爱因斯坦发现，质量为m的静止物体具有能量E=mc2 。他证明质量可以转换为能量，能量可以转换为质量。
爱因斯坦虽然不愿承认自己是在革牛顿的命，但事实上，正是他对牛顿体系中时空的重新定义，以及他发现的质量与能量的转换，推动了量子力学体系的建立。量子力学正是开尔文男爵说的第二朵乌云。
1927年，量子力学的奠基人海森堡提出了量子力学的基础性概念“不确定性原理”。海森堡认为：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。”
这是一个彻底摧毁牛顿体系的原理，即概率取代了确定性。如果说牛顿构建的世界是齿轮之间高度咬合的精密机器的话，海森堡带来的则是一个混沌的、对结果无法预知的生命体。因果论彻底失败，反而是带有中国传统文化味道的阴阳论占据了主导地位。动量与位置的关系，就像阴阳，彼此矛盾，此消彼长。
在量子力学确立的过程中，最为知名的假说便是“薛定锷的猫”。即在打开盒子的一刹那，我们无法预知猫是死还是活，只能认为它是既死又活。量子力学推翻了牛顿体系中的“实在性”常识，也超越了唯物主义和唯心主义的争辩局面。
如果我们想知道未来，唯有通过行动，因为未来不可预知。
同时，量子力学对空间概念进一步颠覆。牛顿认为，重力来自重力场，由地球统一发出。量子力学认为，在空间中，分布着各种各样的场。场的理论颠覆了牛顿体系中单调的力学原理，物质在场里不是靠外力相互作用，而是本身具有的能量场在相互联系。而场的能量，则来自活跃的量子自身。
空间-时间、概率性以及场，这三大理论支撑起了自20世纪初发展起来的新科学，同时也掀起了托马斯·库恩所说的新范式革命。就像牛顿体系对人类世界的影响一样，新科学范式带来了全新的关于组织、关于个人的世界观。
●新旧知识的不可通约
