1、“一个电子会同时通过两条缝隙。”电子双缝干涉实验已经快百年了，其背后蕴含的微观世界的物理早已被人熟知，量子力学也经过了各种其它实验的检验，目前它的扩展和应用更是层出不穷。然而，因为普通人对其所谓“直观理解”的偏差和物理学界本身对量子力学诠释上的争论，使其蒙上了一层神秘的色彩，很多时候又带着一层哲学味道。早年对电子双缝实验的理解，认为其是大量粒子的统计结果，直至人类有能力让电子或光子一个个通过。结果人们发现“单电子”也能产生干涉条纹。当我们在缝隙后装上仪器，试图去“观测”电子到底从哪条缝隙通过时，电子干涉条纹竟然“神秘地”消失了。传统的哥本哈根诠释认为“测量”本身会影响观测系统，在没有观测前，电子波函数弥漫全空间，体现“波动性”，所以有干涉效应；当我们试图观测电子“位置”时，电子波函数发生了所谓“瞬间塌缩”，被投影到某个位置空间，体现所谓“粒子性”，因此就没有干涉了。但这个解释显然不能让人满意。从“直观理解”上讲，这简直是“有点荒谬”的，作为没有思想的“电子”，它怎么知道，我在观测它？然后它会作出反应，会发生所谓“塌缩”？而且还是“瞬时”的。更进一步去深究，物理世界到底有没脱离我们测量的“实体”？一旦测量本身会对结果有影响，那么我们所“认知”或是“看到”的物理世界完全是“我们”或是“实验仪器”跟“客观世界”共同作用的结果，“物理实在”在哪里？特别经过十几年马克思主义唯物论XN的国人来说，没有一个脱离“思维”、“观测”、“仪器”存在的“客观世界”是不可想象的。当然我前面说的都是“诠释”脑洞大开的结果，与量子力学基础理论和实验都没多大关系。但这个给人太多的理由攻击和责难量子力学，到现在依旧如此。我想说现今的物理学家大多不去争论这个问题。管它哥本哈根多世界隐参数，能用的理论就是好理论。而量子力学就是这么个奇妙的东西，理论无比正确，实验无比精细，应用无比广泛，大家却对其基本假设或解释知之有限，而传统的解释却又让人感觉“荒谬”。以为这就完了？NoNoNo。下面我会再讲一个更“奇怪”的东西:2、“远到无穷远的纠缠。”好了我来更新这个浪漫的物理了。大话西游那句经典的话：“当时这把剑离我的喉咙只有0.01公分，但是四分之一柱香之后，那把剑的女主人将会彻底的爱上我：曾经有一份真挚的感情摆在我的面前我没有珍惜，等我失去的时候才追悔莫及，人间最痛苦的事莫过于此，你的剑在我的咽喉上刺下去吧，不用在犹豫了！如果上天能给我一次再来一次的机会，我会对哪个女孩说三个字：我爱你，如果非要在这份爱上加一个期限，我希望是一万年！” 其实吧，从物理角度来看，0.01公分的距离还长着呢，一万年？在宇宙的年龄中甚至连一眨眼都不是。但却有某些粒子，从他们产生的那一刻，就注定无法分离，相守终身，即使他们飞到宇宙边界，也永远纠缠在一起。这就是纠缠态。纠缠态是个神马东西？其实挺好理解。假定在原点处有个自旋为0粒子的基态，在某个时刻发生衰变，出射出两个自旋为1（要么上要么下）的粒子。根据量子数守恒，因为总自旋为0，这两个粒子自旋方向肯定是相反的。这些都没有问题，“纠缠”的问题并不在这里。按我们“经典”的理解，这两个粒子好比左右手套么，总是配套的，一个左手的另一个就是一个右手的，一个右手的那么另一个就是左手的（爱因斯坦的理解）。但我想说，这种理解是错误的。而且被实验证明是错误的。什么意思？这里面有什么偏差？把这两个粒子比喻成左右手套，意味着从分离的一刹那，他们的状态就“确定”了。这有什么错？我先说在量子力学中对这两个粒子的理解：从衰变开始，这两个粒子的自旋是“不确定”的，他们是一个整体，不可分割，只有在我们通过“测量”确定其中一个粒子的自旋方向后，另一个粒子的自旋才能被“确定”。也就是说它们之间似乎有一只“无形的手”连接，而这只“无形的手”竟然是“超距”和“瞬时”的。等等，有人会说，你这么说，不过是解释起来不同而已，听起来还是左右手套那种“确定论”靠谱一些，好像两者描述的事情没什么不同啊。这位同学，你很聪明。如果单从一个方向描述（一维），比如例子自旋的Z方向，两种描述在物理上根本没什么区别，反而后一种听起来更加“荒诞不经”，什么？测量？什么？超距作用？那因果律呢？光速不能超越呢？想搁哪去？但别忘了，这个世界是三维的。三维的意思，自旋在坐标系下是有三个维度的。在我们”确定“一个粒子自旋时，我们观测的方向只是粒子真实自旋方向在某个坐标系下某个坐标轴的”投影“而已，也就是说我们一次只能测定x、y、z三个轴中的一个方向的自旋。那么问题就来了。”经典理解“和”量子力学理解“就会在实验上有明显的偏差。这个偏差理解起来也是很简单的。如果世界是”经典“的，粒子从衰变后自旋是”确定“的，那么”观测“本身不会对粒子自旋造成任何影响，我们只得到一系列”分立“的自旋模式，而这些”分立“的自旋模式每种概率加起来是1，最关键的一点：这些概率与任何观测角度无关。但是，如果这个世界是”量子“的，粒子在分离后自旋方向不确定，两者从产生后就不可分离，相关性很强，只有在测量后，波函数塌缩，我们才能确定两者自旋方向，而不同方向的测量跟测量方式相关，因此相关性和概率不是线性的（经典情况）而是连续的，而且与观测角度有关。学过基本概率论都知道，如果两个系统无法交换信息，他们的相关性必须满足某种随机概率上的限制，是有一定的”极限“的；如果两个系统是关联的，那么他们的相关性则不用满足随机分布的相关性极限。在纠缠态的例子中，这个极限就是贝尔不等式（不同方向自旋测定的相关性需要满足的式子）：
Pxz-Pzy|≤1+Pxy。关于贝尔不等式的详细解释请参看我的知乎：贝尔不等式究竟是在阐述什么问题？ - One Two的回答 。关于贝尔不等式的实验影响深远。这不仅证明了爱因斯坦观点的错误，量子力学的确是”非定域“的，也对未来的量子力学应用打下了坚实的基础。目前很多实验室（包括中国中科院潘建伟院士的工作）已经制备了多个粒子量子纠缠的远距离量子通信。但需要说明的是，纠缠态与”超光速“、”信息不守恒”并没多大关系。量子通信里，另一个粒子虽然相隔很远都能“感受”地球上另一个粒子的“信息”，但这种信息交换需要“经典信道”传回才能使用，换句话说纠缠态只是个“中间数学过程”，物理可观测量并无法做到“超光速传输”。很多女生是不是觉得如果跟男友或老公也有这么个“纠缠”挺好，O(∩_∩)O哈哈~但我想说的是，前面两个似乎都是量子力学中在微观上奇特效应，当年最有名“最荒谬”最不可思议的，当属薛定谔那只：3、“不死不活的猫。”关于这只猫，网上可以找到多个类似但本质相同的版本，我这里就不赘述了。实际上并没有真正的一只猫是“不死不活”的，因为薛定谔当年提出这只“猫”的目的只是为了反对哥本哈根几率诠释的一个理想实验，薛定谔认为量子态演化应该遵循薛定谔方程和态叠加原理，而不可能发生因为观测导致的“塌缩”。实际上与哥本哈根诠释密切相关的，量子力学的奠基人之一尼尔斯.玻尔本人也对“观测”导致的量子态“塌缩”持有一定的疑义，为了避免出现量子力学在宏观尺度的悖论，提出了对应原理，即大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为（也是怕了这只猫的结果）。同贝尔不等式类似，两者提出时均为理想实验，但两者又有明显的区别。贝尔不等式是微观尺度的理想实验，后来被人们改进后成为了“真正实验”，从而否定了定域隐变量理论；而“薛定谔的猫”属于宏观实验。实验观测宏观甚至介观尺度的量子力学效应都是非常困难的，因为在量子力学中有个很重要的结论，那就是退相干。具体什么是退相干是个很复杂的物理问题，这里面又涉及到微观因果律、色散关系等很数学的东西，就不具体说了。大家只要知道一个事实就可以：猫不死不活的叠加状态即使被制备出来，它受到很强烈的环境限制，比如盒子里的空气啊细菌啊病毒啊猫自身的运动啊甚至地球自转公转还有最关键的温度等等，这些环境因素会发生所谓的“扰动”，这些“扰动”实际上是在“打开盒子观测”前，就对“猫态”进行了多次观测，在这些“扰动”下，“不死不活”的叠加态及干涉项会迅速随时间指数衰减到0，只剩下两个经典的“波包”：要么是死猫，要么是活猫。所以在现实中，打开盒子之前，“猫”的生死因为退相干早已决定了，而不是因为打开盒子的“观测”再发生“塌缩”。根据量子力学的基本原理，“退相干”的速度与观测物尺度成正比：越大的物体退相干越快。最近二十年的实验工作，虽然没有制备如猫尺度大小的量子叠加态，但实现了介观尺度，也就是大量原子或电子的猫态。这个尺度对于量子微观尺度来说已经算是“宏观”的了，但离“猫”的尺度还相去甚远，而且制备的叠加态很快就因为退相干衰减掉了。虽然制备了很多这样的“猫态”，但人们仍旧不清楚量子叠加态如何“塌缩”为单个的量子本征态。也不知道在几率的微观世界下，如何组成如此特殊和确定性的宏观世界。围绕这个问题，以及很早年的“上帝掷骰子吗？”这类问题，物理学家提出了很多新的量子力学诠释，从而使这个问题更加开放：从最早年的哥本哈根诠释，到目前火热的多世界诠释，以及死而不僵的隐参数理论（非定域），还有什么系综诠释、关系诠释、客观塌缩诠释等等。这是个脑洞大开的领域，虽然因为越做越哲学也逐渐成为物理学里的“肥猪流”领域。然而，既然提到了上帝，我们目前尚不知道上帝掷不掷骰子（不同诠释下对波函数和其运动方程的理解是不同的），但我们却知道另外一个事实：4、“上帝（竟然）是左撇子。”这个草稿是2014年写的竟然更新到2015年了。。。要提到左右手的事情就不得不提手征性了，其实手征性这个事情也不是那么难理解。比如以地球为例，我们定义由南到北的方向为“轴向”，那么地球自转遵循的定律就是右手定律，即拇指方向为轴向，另四个手指方向为旋转方向。而如果存在一个“镜像”的地球，它的自转遵循的就是左手定律。左手和右手的旋转不依赖于观测坐标系的选取，是“星球”自身的属性，比如地球不可能忽然由自西向东变成自东向西的旋转，可以认为在某种对称性下（宏观是平移和转动对称性）是“不变”的。这就说所谓的“手征性”。在微观领域，粒子的“自旋”并不能真正看成类似地球的转动，但是的确可以把粒子以洛伦兹不变的方式，将其区分为“左旋”和“右旋”的。当然左右是相对的，依赖轴向的选取，但只要选取一种轴向规则，粒子的手征性就必然“固定”了。在量子场论里，一个四分量旋量场可用γ_5矩阵分解为两个二分量部分，可各自作为洛伦兹群的表示，如果把其中一个二分量场定义成“左手”的那么另一个就是“右手”的。按照直观的理解，粒子的“左右手”应该是对称的，左旋粒子只是右旋粒子的镜像而已，他们应该遵循相同的物理规律，这就是所谓的”手征对称性“，而在粒子相互作用时，就体现为所谓的”宇称守恒“。但是，这个直观的看法却是错误的，因为听起来很荒谬，但从目前各种实验上看，上帝的确是有所偏向的。我们先不谈太复杂的物理。即使在其它领域，手征性也是比较明显的。比如制药领域。很多时候必须分清左右旋药物的不同药物动力学机制，如果两者很不相同，我们只需要其中一种，就必须进行提纯（否则有可能另一种镜像药物会吃死人）。在化工领域更是了。从结构上讲，一种“左旋“结构体只是另一种”右旋“结构体的镜像而已，按常理不会出现较大差异，可是自然规律却真不是这样。大家都知道杨振宁和李政道获得诺贝尔奖的贡献是因为“发现宇称不守恒”，可是这个背后究竟是什么呢？当时还没有粒子物理的标准模型（也可以说李杨对此建立也做出了贡献），而物理学家根据”常理“相信自然界（基础物理，非化学）左右手是对称的，而且实验上在QED（量子电动力学）和强相互作用中也看到了这种对称性。左右手对称性是镜像对称的一种，镜像对称用数学语言讲就是宇称，宇称简单讲就是一种粒子的属性，粒子波函数在某种反演下，比如电荷（C）、空间（P）、时间（T）反演下的固定性质，如果波函数不变，类似偶函数，叫偶宇称，如果波函数相差个负号，类似奇函数性质，叫奇宇称。宇称守恒的意思是反应前后各粒子宇称相乘是一样的（跟函数奇偶性一样，奇*奇=偶，奇*偶=奇，偶*偶=偶）。大多数散射过程（粒子反应过程）实验中，人们都发现，宇称的确是守恒的。但后来人们发现了”两个“粒子：θ/τ，电荷、质量、其它量子数都是一样的，只是宇称不同，而人们观测其宇称的办法，是他们的衰变产物：θ粒子衰变成2个π介子而τ粒子衰变成三个π介子。π介子是赝标量粒子，宇称为奇，这样如果宇称是守恒的，θ/τ应该是两个粒子，一个是宇称为偶的一个是宇称为奇的。但因为他们其它的属性都一摸一样，人们相信这应该是相同的粒子。这就是当年著名的θ/τ疑难。讲到这里大家是不是觉得很高大上，就左右手这么简单的东西，竟然联系到了诺贝尔奖的工作，哈哈，想想自己也不是很笨。但是要注意的是，物理学中，第一个提出来跟后面跟风的是完全两码事情。在当年人们坚信宇称守恒跟能量守恒同等地位的前提下（大家不要看到这个就想到自己能否推翻能量守恒定律，这是完全两码事情，我后面会提到），李政道和杨振宁（事后他们是是非非很多，我们也不管究竟谁先提出）提出了弱相互作用过程中宇称不守恒，是需要很大勇气和魄力的。里面复杂的物理就不说了，简单说他们认为在弱相互作用过程中宇称不守恒，θ/τ是一个粒子（现代称为K介子）。直至标准模型建立之后，人们对对称性和弱相互作用又有了新的看法。物理学家发现自然界的基本相互作用都可以用规范对称性描述（引力能否纳入现在不得而知）：电磁对称性是U(1)，弱相互作用是SU(2)_L，强相互作用是SU(3)。这些是什么东西，大家可以不用管，只是眼尖的人会发现，那个弱相互作用里的L是什么意思？为什么会与其它不同？这就要回到之前的手征性了。前面提到，一种粒子可以拆成”左手“和”右手“的，两者可以独立描述粒子行为而不破坏时空的洛伦兹对称性。按”常理“，两者遵循的其它物理对称性是”一致“的，但”荒谬“的是自然界的选择却是”左撇子“：在弱相互作用中，只有左手费米子可以写成SU(2)”二重态“的形式，是”对称“的，而右手费米子只能写成单态的形式，是”非对称“的。在”味空间“，左手的电子和中微子可以一起参与弱相互作用，而右手电子却没有一个”搭档“，因为自然界可能就压根没有（目前的实验和能标下，有可能很重我们观测不到）右手中微子。什么？没有右手的中微子？是的。对中微子，宇称和SU(2)对称性都是”最大破坏“的，左右手不仅不对称，而且右手的部分就直接被”抹掉“了。左右手不对称，遵循不同的规范对称性是前面那个L的来源，也是θ/τ及弱作用过程中宇称破坏的来源。但是宇称守恒和能量守恒是不同的两码事情。在QED（电磁相互作用）和QCD（强相互作用）中，宇称守恒是比较自然的，因为传递相互作用的是光子和胶子，这两个粒子都是无质量的，在外部能量很大的情况下，费米子也可以看成是无质量的。对无质量的理论，手征对称性可以最大限度得到保持，这样左右手是等价的。而在弱相互作用过程中，不仅弱电对称性有自发破缺（破缺之后残余的对称性构成QED），传递弱相互作用的矢量粒子带质量，而且散射过程必须考虑费米子的质量，一个有质量的理论，其手征性必然遭到破坏（质量项M Ψ_L Ψ_R破坏手征对称性）。而前面讲的所有规范对称性，都是内部对称性，内部对称性可以有不同的形式，而宇称依赖内部对称性，但他们都必须都遵守”外部“的时空对称性，而能量守恒定律是时空对称性的结果。既然提到了质量，大家可能又会想到前几年很热的LHC实验上发现的所谓”上帝粒子“，这又是个什么玩意？人们把它称为”万物质量之源“，是真的如此吗？其实自然界大部分质量都并非来自希格斯玻色子，而是：5、“自然界大部分的质量来自无质量（粒子的相互作用）”
这个系列还是要写完的，哈哈。前段时间，Higgs粒子很热，大家都把它称为“上帝粒子”或“质量之源”，但其实这个说法是不准确的。从粒子物理标准模型上讲，Higgs玻色子只是弱电对称性自发破缺和标量势的附带产物而已。规范对称性和手征对称性要求，模型的初始拉格朗日密度函数不能带质量项。但我们在实际观测中却知道，电子、\mu子、质子、中子等粒子是带质量的，大量的其它基本粒子或非基本粒子都是有质量的，而传递弱相互作用的矢量粒子：W^\pm和Z_0粒子也是带质量的。理论上，根据对称性（标量势只能写成4分量复场的形式）、重整化（自耦合最高只能到4次项）和势能稳定性（自耦合不能有三次方项）的要求，我们可以写出唯一的标量势形式，类似-\mu^2 \phi^2+\lambda^4 \phi^4 的势能项，发现势能的真空期望值（最低点）不是平庸的（非0的真空解），这样规范对称性对真空不成立，而物理真空只是无数理论真空中的一个点，当取定一定方向的物理真空后(\mu/\sqrt 2\lambda^2,0,0,0)，弱电对称性在\mu/\sqrt 2\lambda^2的能标发生自发破缺。将标量场与矢量场及粒子场耦合，我们就可以得到一个有质量的理论，但不破坏基本的对称性。只是这样，标量场中有一个自由度被留了下来，这就是带质量的Higgs场(m_h^2 H^2)。前面所述的就是所谓的Higgs机制。显然的，Higgs机制赋予了所有基本粒子质量，并避免了理论出现对称性和自由度方面的问题。2012年，Higgs粒子在CMS和Atlas上被找到，质量在125GeV附近，基本上符合标准模型的预计。但是等等。高中化学课上，我们知道一个事情，氢原子是由一个质子和一个电子组成的，主要的质量集中在原子核也就是质子上。现代物理测量，电子质量0.5MeV，而质子质量938MeV，两者相差很大。而质子是由什么组成的呢？标准模型认为质子是由两个u夸克和一个d夸克组成的，而u、d夸克的质量都在5MeV左右。不对啊，5*3=15，质子的大部分其它质量哪来？这又回归到一个问题，那就是质量是什么。大家都知道著名的质能方程，E=Mc^2，什么意思呢？我们反过来写：M=E/c^2，也就是说，能量即质量，能量来自哪里？相互作用。一旦粒子间有相互作用，他们就携带一定的束缚能，而如果粒子不是”基本“的，还是有子结构的，那它所含有的”基本粒子“的相互作用也会贡献这个粒子的质量（根据狭义相对论，一个粒子的质量可以看成是这个粒子携带的总能量）。只是在一般情况下，比如引力，比如电磁相互作用，粒子自身的质量要远大于他们的相互作用，所以在评估整体质量时，相互作用几乎可以忽略不计。但在原子核内就完全不同了。原子核内，夸克间的相互作用是强相互作用，强相互作用有一个很”偏离直观“的，甚至理解起来有点”荒谬“（切题点在这里）的，却是被无数实验证实是正确的现象，那就是渐进自由。一般比如引力和电磁相互作用，大家都知道万有引力定律和库伦定律，都是平方反比律，也就是说它们的相互作用随着距离拉大逐渐减小，距离越近相互作用越大。但是强相互作用却不是平方反比律。它的有效势比较复杂，但根据beta函数，夸克间的相互作用，是随着他们距离增大而增大，随着距离减小而减小。在一定距离内（比如原子核内），因为相互作用太小，他们可以看成是自由的。说到这里有人会问，这个很像弹簧啊，越拉长力越大，那把他们距离拉大，他们相互作用很大，不会像弹簧那样再拉回来？这个问题很好，可惜答案跟弹簧不同。弹簧是刚性的，但夸克不是。比如一对夸克，在拉到一定距离后，因为相互作用太强，它们会从真空中拉出一对正反夸克或一堆正反夸克（注意能量=质量，质量表征粒子，正反夸克的其它性质都相反，因此物理量是守恒的），然后相互作用就降低了，他们互相结合，形成新的束缚态（可以看成弹簧拉断了，变成两个弹簧，或是磁铁断了，形成新的N、S极但你永远得不到磁单极）。这也是我们无法观测到”单夸克“的原因。说到这里还是没有说到”无质量“的问题，前面说的什么夸克电子不都是有质量的么？这里就得提到”胶子“了。传递电磁相互作用的是光子，传递引力相互作用的是引力子，他们都是无质量的。当然两个电子传递光子，光子间也会有相互作用，两个星体传递引力子，引力子间也会有相互作用，但他们的相互作用太弱了，不可能从真空中再拉出一对正反电子或两个正反星球。原子核内，传递强相互作用的是胶子，胶子也是无质量的，但是与现实的电磁、引力相互作用不同的是，胶子间会有很强的相互作用，会跟夸克的相互作用一样，从真空中拉出一对的正反夸克。所以我们看到了一副这样的质子图像：质子起先有三个夸克组成（他们决定整个质子的电荷及其它量子数，所以叫”价夸克“），然后夸克先在里面自由走，但走到一定距离，他们相互作用变强了，被”胶子“拉得越来越紧，然后”嘣“一声，断了，断的地方出现一对正反夸克（这些正反夸克总量是相等的，所以不贡献任何量子数，叫”海夸克“），与老的夸克相互作用。如果这些正反夸克走得太近了，他们”噌“一声，湮灭了，变成一堆能量；如果走远了，他们又会拉出一堆夸克。关键的，胶子间会互相作用，”撞“出一堆新的海夸克，然后海夸克又跟胶子及他们自己纠缠在一起，继续发生相互作用。这里面所有的相互作用及产生的能量都被束缚在质子大小这么个狭小的空间内，而没有任何东西逃逸出来（前面提到逃得太远相互作用会变强，会被拉回来或是撕裂开，但撕裂开的一堆东西会被”胶子团“跟质子其它部分交织在一起而无法逃逸，”胶子团“类似就是一坨浆糊）。我们所观测到的，质子的整体的质量就是他们相互作用及质量的总和。根据计算，夸克间的相互作用要远比胶子间相互作用小的多。实验上，我们用质子对撞，观测对撞过程中这些”价夸克“、”海夸克“及”胶子“的贡献，发现胶子的贡献要占到70%以上（部分子分布函数）。也就是说在质子质量里，大部分都是胶子浆糊贡献的。中子的情况跟质子类似。而原子中绝大部分质量又是原子核贡献的，原子核又由质子和中子组成。因为原子间电磁作用要远弱于原子自身质量，分子由原子通过电磁作用构成，那么分子中的大部分质量还是来源于质子、中子。构成我们人体的蛋白质、脂肪、糖类、DNA等等又是由分子组成的。因此包括世间万物的物质及我们自身，大部分的质量都来自原子核内那一坨无质量的浆糊。”从无到有“，中国的传统哲学蕴含的东西，其实在科学上也是很有道理的。然而，大自然的神奇之处远非如此。我们仰望星空，对撞粒子，培育生命，挖掘矿产，制造产品，我们自认认识了很多自然和宇宙的奥秘，我们甚至接近知道了宇宙的起源、生命的起源、质量的起源，并以极大的能力和极快的速度改造我们生存的地球，并充满着征服星际的熊熊野心。但提到质量，大自然却给人当头棒喝，因为：6、我们所能观测到的物质世界极限只占宇宙总物质质量的不到5%。2015.1-2017.5。最近这个回答又被翻了出来得到了大家很多支持，那就不要烂尾了，把这篇更新完毕，做个小结。很早的时候，我们总以为，我们眼睛所见到的世界便是全部，后来，我们有了望远镜，有了显微镜，有了光电倍增管，有了对撞机，有了CT、X光机、MRI等等，我们“见到了”曾经不曾被眼睛所能感知的物质世界，认识到了这个世界的丰富多彩，和支配物质世界运行的部分物理规律。然而，人类既是伟大的，又是渺小的，大自然的浩瀚和深邃，远远超出人类的想象。先讲讲暗物质吧。要理解暗物质的发现，我们先来求一个简单的物理问题答案，就是估算恒星的质量。学过高中物理的都知道一个很简单的向心力公式： F=mv^2/R ，如果把绕恒星运转的行星看成是圆周运动，忽略其它行星、卫星的引力影响，那么这个公司就是 GMm/R^2=mv^2/R ，简化下就是： M=Rv^2/G，也就是说，我们只要测量出行星绕行的速度的值和绕行恒星的半径，我们就能大概知道恒星的质量。那么，再把这个问题复杂化一下，恒星不是一个是很多呢？那也简单，根据高斯定理，我们估算出的，是行星绕行半径之内所有恒星的质量，而R变为这些恒星的质心距离行星的距离。那么再复杂一点，恒星变成星系、星系团，行星变成恒星、星系呢？我们把公式变一下： v=\sqrt{MG/R} ，如果星系团大量的质量都集中在星系团中间，且我们观测的是远端的星系速度，那么这个就是著名星系旋转速度曲线。按这个公式，我们去观测远离星系团中心的各星系运行情况（近星系团中心的星系运动，因为星系较集中，高斯定理无法成立，这个公式不再成立，但可以看成刚体运动， v\propto R ），然后作出一条其速度和距离星系团中心距离的曲线，按理其速度应该是随距离的-1/2次幂衰减的（ v \propto \sqrt{1/R} ）。然而，从20世纪30年代至今的对各星系及星系团旋转曲线的天文学观测，远端恒星或星系的旋转速度大部分是不随距中心的距离变化，是恒定的，这就意味着星系或星系团内部有其它的引力来源，以提供远端恒星或星系的旋转向心力并使其保持一定的旋转速度，并且这些物质并非集中在星系或星系团特定的地方，是弥散的。而且通过对星系旋转速度的研究，也可以对星系团内部的质量进行大概的估算，很多星系或星系团，估算的质量都是可观测发光物质质量的几十倍甚至上百倍以上。科学家们最早考虑了弥漫在星系内部的气体云，比如氢、氦等影响，的确发现这些物质的质量很有可能超过发光物质几倍以上，但进一步的观测又证明，这些气体云的温度很高，如果没有其它物质的引力束缚，他们很快就会逃逸出星系或星系团。大量的天文观测数据，使得科学家在20世纪70年代确认，在星系或星系团内部，存在某种弥散物质，这种物质有别于组成我们现有物质的原子或分子，他们不参与电磁相互作用，因此不会发光，也不会被任何我们目前以电磁相互作用为原理制造的仪器所能直接探测到（不会放出其它非可见波段电磁波如紫外线、X射线， \gamma 射线等），它（们？）也不会与普通物质发生较大截面的散射过程，因此它对普通物质基本上是透明的。但是它会有引力效应，也可能会参与弱相互作用。区别于普通物质，科学家将其命名为“暗物质”。而由暗物质组成的团状集合，在天文学上被称为“暗晕”（halo）。最初映入人们眼帘的，符合以上所述特性的，在标准粒子物理模型种有一种粒子，叫中微子。中微子速度很快，它们不参与强相互作用与电磁相互作用。但是对大尺度宇宙结构研究、中微子震荡实验确定的质量上限、WMAP微波背景辐射实验，基本上排除了中微子作为暗物质候选的可能，甚至大概率排除了这一类的高动能粒子，这类粒子称为热暗物质。其主要原因是因为这类粒子动能太高，宇宙演化只能生成很大尺度的星系团结构，而无法形成小尺度的星系及恒星，起码无法生成诸如目前观测规模的星系结构。除了部分死而不僵的所谓“温暗物质”模型外，目前主流的观点，均认为“冷暗物质”是暗物质最合适的候选，而这其中，又有一类明星候选者，叫“WIMP”，即“大质量弱相互作用粒子”，这类粒子只参与弱相互作用，但因为质量太大，又无法在现有的对撞机中被探测到。冷暗物质可以产生类似目前观测宇宙的大尺度结构，而且与目前的粒子物理模型不违背。衍生的，对WIMP的研究也卷帙浩繁，再分下去，WIMP下的候选者就有LSP（最小质量超对称粒子）、KK态最低激发态、大质量右手中微子等等。这个领域已经成为粒子物理、天文物理、宇宙学的交叉领域，吸引无数的科学家竞相探索。同时，对暗物质的直接探测实验，更像是进行一场竞赛一样，在全球范围内广泛进行。虽然暗物质不参与电磁相互作用，但它可能参与弱相互作用，他们会与普通物质发生极其微弱的散射，他们之间也会发生极小散射截面的散射过程，探测这些过程中产生的粒子或靶核的能量变化，就可能会寻找到暗物质存在的直接证据。然而，对暗物质探测是非常困哪的，不仅这些反应发生的概率非常之低，而且需要的探测环境非常苛刻，使用的设备的灵敏度要求也非常之高，投入也非常之巨大。而截止目前，包含中国的PandaX实验，都未能成功探测到暗物质。再说下暗能量。暗能量的历史其实要比暗物质要悠久很多，1916年，爱因斯坦建立了广义相对论，其中最核心的便是爱因斯坦场方程： R_{uv}-\frac{1}{2} R g_{uv}+\lambda g_{uv}=\kappa T_{uv} ，在方程建立之初，是没有左边第三项的，而如果没有这一项，得到的度规解，宇宙任意位置的测地线，其不变距离永远在增加，也就是说，宇宙是在一直在膨胀的，这明显与当时理解的静态宇宙的观念不符，于是为了解决不稳定宇宙解与静态宇宙的矛盾，爱因斯坦加入了左边的第三项，也就是著名的宇宙常数项，这一项如果移到等式右边，就是贡献了与普通物质能动量张量完全相反的属性，使得宇宙间存在一种普遍的斥力，以抵消普通物质（及暗物质）引力的作用，使得宇宙不再膨胀而保持静止。这就好比压缩气体的属性，我们在一个密闭的空间中压缩气体，气体自身会产生抵抗这种压缩的压强，这个就是负压的斥力。然而，1929年，哈勃在观测 20多个星系后发现，星系距离我们的退行的速率与星系距离的比值是一常数，这便是哈勃定律，而星系的速度同距离的比值便是哈勃常数。这个观测结果意味着，距离我们越远的星系，以越快的速度远离我们，宇宙一直在膨胀。爱因斯坦马上意识到了这个问题，去掉了场方程中的宇宙常数项，并声称“加入宇宙常数项是我一生中最大的失误”。只是，科学总也喜欢跟人开玩笑，但这种玩笑，是基于严格的物理实验的。在去掉宇宙常数项的爱因斯坦方程下，宇宙模型虽然是膨胀的，但因为物质都贡献引力而没有斥力，在引力作用下，宇宙的膨胀是减速的，最终宇宙会停止膨胀，而转为收缩。在1998年，有两个小组对la型超新星的观测证实，宇宙在加速膨胀，而且一直在加速膨胀，这表明宇宙中仍旧存在斥力物质，使得宇宙膨胀速度一直在加快。两个小组的科学家因为这项研究而获得了2011年诺贝尔物理学奖。这样，60年后，宇宙常数项又回到了爱因斯坦场方程中，只是宇宙常数现在含义和数值，已经和爱因斯坦当时加入它时，完全不一样了。到目前为止，我们对暗能量的属性知之甚少，不清楚它究竟是物质，还是时空自身的属性，亦不清楚它在宇宙间是均匀分布的，还是具有一定的结构。实际上，对暗物质，我们可以通过引力透镜、星系旋转、微波背景辐射等等，间接观测其空间分布和结构并推测其可能的属性，同时有很多直接探测实验，虽然至今没有找到其存在的证据，但是可以限定它的物理来源。但对于暗能量，科学家们大部分的研究，仅仅在于测定其存在性和占总物质的比例，以及根据实验拟合宇宙常数的数值，对于其物理来源，目前仍旧是一头雾水。那么，回到开头的问题，为什么说，我们所能观测到的物质世界极限只占宇宙总物质质量的不到5%？这听起来很荒谬，现实更荒谬，因为这只是极限而已，实际上人类所能探测的物质世界，要远比这个还小的多。小了看，我们并不清楚亚原子结构以下的物质构成到底是什么；大了看，我们有各种望远镜，但只能观测到视界宇宙之内的物质，对视界宇宙之外的物质，也许人类永远也无法知道那里的世界是什么样的。那回过头说，这个5%从何而来？答案似乎也很荒谬：这是个拟合结果。要回答什么是拟合结果，额外再插入一点其它实验的内容，这些实验就是比较有名的微波背景辐射（CMB）实验。从早期的微波背景辐射的发现，到给大爆炸理论提供支持的Cobe，到后来震惊世界的WMAP、以及现在非常精确的Planck卫星，他们所观测到的，均是早期宇宙留下的最后痕迹。举个例子，很远的地方有一个炸弹发生了爆炸，我们实际上并无法清楚地看到炸弹爆炸的过程，但是炸弹爆炸后发出的亮光，却能被我们感知到，如果有几处地方发生爆炸，我们并不清楚远处炸弹的当量，但是可以通过亮光的强度，来大概判断每个爆炸点的强度。同样的，早期宇宙高温高压，处处都在发生“爆炸”，这些“爆炸”最终都会留下光子辐射，而在宇宙膨胀的过程中，这些辐射会被稀释，但无法消除，最终就变成了现在的4K微波背景。而CMB实验证实了宇宙微博背景辐射总体是各向同性的，均在4K左右，但是在大尺度上仍旧有起伏，也就是每个“炸弹”的强度是略有不同的，这就是微波背景辐射的各项异性。计算CMB的各项异性，可以得到前面所述的，宇宙的大尺度结构，而宇宙大尺度结构又是因为早期宇宙微小的量子涨落和聚集效应所致，同样能够反应宇宙中暗物质的大概分布和大致属性。同时，前面我提到了很多实验：很早的星系旋转曲线，后面的哈勃观测，宇宙巡天数据，更近的la超新星观测，以及刚提到的微波背景辐射测量等等实验。从这些实验中，我们知道了宇宙大尺度结构和暗物质、暗能量的存在，那么，就可以构建一个与这些所有已知实验数据全部吻合的模型，这个模型就是标准宇宙学模型 \Lambda_{CDM} 。其中的 \Lambda 指的就是爱因斯坦场方程中的宇宙常数，亦即我们现在理解的暗能量，CDM就是前面提到的冷暗物质模型。需要指出的是，这个模型种有好多参数是待定的，而且蕴含许多假设，比如原初宇宙是由奇点大爆炸而来，宇宙形成初期曾有过一段时间的“暴涨”等等，这些假设均为了能够解释现有的实验，可能不是最佳的，但的确是最简单的。我们可以对这些待定参数，采用蒙特卡洛办法，模拟宇宙的演化，并得到各个参数下，各个“宇宙”演化到至今的结果，然后与PLANCK（普朗克卫星）、WMAP（威尔金森微波各向异性探测器）、SNe la（la型超新星观测实验）、LSS（宇宙大尺度结构星系团及星系分布探测实验）、BAO（重子声波震荡）等等现今我们能观测到的宇宙的各实验数据作对比，挑选出拟合度最优的参数，作为我们目前所能理解的宇宙的样子。而其中的一组参数，即现今普通物质、暗物质、暗能量各自占宇宙成分的比重，目前根据Planck实验的最新数据，最优的拟合结果为：普通物质占4.9%，暗物质占26.8%，暗能量占68.3%。当然细心的人会发现，随着实验广度和精度的扩大，拟合结果会不断的变化，这个结果就跟之前WMAP实验拟合结果，普通物质占4%左右的结论有些差异。同样的，随着宇宙的演化，这个比例随时都在变化之中，当然，在我们有生之年，是无法感知到的。同样的，标准宇宙学模型也仅仅只是宇宙学模型的一种，目前存在各种各样的其它宇宙学模型不下几百个，甚至有些修改了广义相对论的基础理论，但那些模型总是存在这样或那样的问题。根据奥卡姆剃刀的原则，暗物质和暗能量，是最为简单和实用的解决问题的假设，而实际上它们是否存在，还是得依赖各种直接、间接探测实验的检验。比较欣慰的是，这似乎是二十一世纪物理学的两朵乌云，继续挑战着人类智慧和实验观测的极限：虽然我看不到你们，但我知道，你们就在那里。谢谢大家几年的追剧！-----全剧终-----

是不是还在用真假对错来评价一种理论和观点呢？是不是还在认为自己是在坚持真理呢？是不是还在认为新的理论会颠覆和推翻原有的理论体系呢？你不是错了，你是out了，你是真的out了！一、真假对错是反映论评价理论的标准不管人们承认还是不承认，我们现有的知识体系特别是科学体系其实是建立在反映论的基础上的，即使唯心主义也不例外！表面上看，反映论是唯物主义的理论，但其实绝大多数的唯心主义亦是反映论，只是它们没有意识到、不承认这一点而已！为什么这么说呢？你看看它们是如何评价不同观点的理论就知道了。它们是不是在批判别人的理论是错的？它们是不是在坚持这个世界不是物质的而是心灵的？它们是不是在认为只有自己的理论才是正确的或者是真的？你想一想，怎么就是正确了？怎么就是真的了呢？它们是不是承认存在着一个世界？是不是认为自己的理论是对这个世界的正确反映？是不是在认为自己的理论与这个世界相符合是对这个世界的真实描述？难道它们还有别的评判标准吗？唯心主义只是不承认人的认识是对物质的反映，但是它们并没有说自己的理论不是对这个世界的正确反映，如果不是这样的话那它们也就不会批判别人的理论了。从这一点上来讲，唯心主义亦是反映论。图片来源于网络长期以来，哲学都没有对“理论”和人的“认识”这两个概念进行认真的区分，很多时候都把它们混为一谈，从而导致了哲学上许多问题怎么说也都说不清楚。绝大多数的时候，当人们说一种理论或观点真假对错时，都是在与这个存在着的世界进行比较的，都是在认为理论是对这个世界的反映，不管这个世界是物质的还是心灵的，他们都在认为只有与这个世界相符合的理论才是对的或者说才是真的。二、用真假对错当作理论的评价标准有着很大的局限性不是说用真假对错评价理论是错误的，而是说用它们来评价理论有着很大的局限性。理论自身是没有真假对错的，没有争论还好，一旦发生争论，那最后我们其实是什么也说不清的，最终只能是各吹各的号，各唱各的调。1、在《对与错的哲学解释》、《什么是真实》两篇文章中我们已经说过，真、假、对、错都是人们比较出来的一种结果，是人们把评判对象与评判标准进行比较的结果。用真假对错来评价一种理论，其前提是必须要先有评判标准，而且标准还必须是大家公认的。否则，没有标准或者是标准不统一，我们就永远都说不清。2、“事实”、“实际”或者“客观世界”是不适合当作标准的。我们说一种理论正确是因为它符合“实际”、“事实”或者是“客观世界”，而实际上这些东西是不适合当作标准的。因为，从根本上来讲，从语言的角度来讲，被我们叫做“实际”、“事实”或者是“客观世界”的那些东西自身是没有名字的，它们自身并不叫做“实际”、“事实”或者是“客观世界”，什么是“实际”、什么是“事实”、什么是“客观世界”最终是人们的一种规定或约定。如果没有共同的约定，那就不能用它们来当作标准，用它们做标准最终必然是说不清的。图片来源于网络只有在一种情况下才能用“实际”、“事实”或者是“客观世界”当作标准，那就是大家公认它们是“实际”、“事实”或者是“客观世界”。比如说，我们指着眼前的一条狗说“狗是白的”，那么，这句话是真是假是对是错呢？只有在大家都认为眼前的那个东西叫“狗”、只有大家都对“白”有共同的认识，只有大家都对“狗是白的”这种表达式的用法有共同的理解，只有在这种情况下我们才能判断这句话的真假对错。很多时候，人们并不明白上面的道理，从而导致了人们之间产生了大量的不必要的争论，造成了极大的社会矛盾和浪费。三、理论、观点与认识的区别为了搞清如何评价一种理论，我们有必要区分“理论”和“认识”这两个概念。在这里，我们把用语言表达出来的认识称之为理论、观点，没有用语言表达的认识都不能称之为理论和观点。这与哲学上的“认识”这个概念是有区别的，哲学上“认识”这个概念并没有强调必须要用语言表达出来，它认为人的感觉、知觉和表象等等都是认识，是感性认识。也就是说，哲学认为即使没有用语言人们也有认识。比如说，你所看到的颜色、品尝到的滋味等等也是对世界和事物的一种认识。四、理论应当被视为一种方法和工具如果说真假对错并不适合当作评价理论的标准，那我们又该如何评价一种理论和观点呢？评价方式出了问题，那必然是我们对理论的认识出了问题。要想找到一种合适的评价方法，我们就必须要改变我们对理论的原有认识和看法：理论不再适合被看作是客观世界的反映，它应当被看作是人们发明出来的描述世界和解决问题的思维方法或工具。关于这个问题，我们将会在今后的文章中详细阐明，在这里，我们只需要先明白一点：语言是人们的一种发明，而理论是用语言表达的，所以从根本上来讲理论是人们发明出来的一种东西。图片来源于网络五、评价工具的标准是实用工具不存在真假对错的问题，把理论视为一种方法和工具，问题就简单多了，我们再也不用纠结它的真假对错了。想一想，有谁会为了老虎钳子的真假对错而进行争论呢？我们完全可以按照工具的标准来处理理论，只看它的实用性而不评判它的真假对错。好用了就用，不好用了就改进，能用了就用，不能用了就换，实在不行就再发明一种新的理论！不管黑猫白猫，能捉老鼠的就是好猫！六、有用并不意味着就是真理如果说理论只是被当作是一种方法和工具，我们只评价理论的实用性而不评价它的真假对错，那就意味着没有哪一种理论是绝对意义上的真理，当然了也不意味着“有用就是真理”。我说过，西方哲学没有大智慧，我们不要被它忽悠瘸了，不要听风就是雨，听他们说了一句“有用就是真理”就把它这句话当成了真理。从语言的角度来讲，世界上没有自身叫做真理的东西，什么是真理，什么不是真理，最终是人们的一种约定，最终是人们自己说了算。我们曾经约定了真理就是指“客观事物及其规律在人的意识中的正确反映”，如果没有修改这个“真理”的定义，那它就还是原来的这个意思。至于世界上有没有这样的真理，能不能找到这样的真理，现在需要不需要重新定义真理，那是另外一回事，我们不能因为在世界上找不到上帝，不能因为骡子有用我们就认为骡子是上帝！当然了，我们所说的“实践是检验真理的唯一标准”这种说法也不恰当。首先，真理不需要检验，需要检验的是理论，准确地说应该是“实践是检验理论的唯一标准”，至于理论是不是真理，那就不用纠结了。在把理论当作工具的理论体系中我们可能并不需要真理这一概念，我们可以把“真理”当作是那个我们曾经狂热追求过的完美的恋人，让她随风而去吧！七、理论是不能被颠覆和推翻的只要是一个人，只要他不是故意在骗人，那么他说的每一句话都是有道理的，只要你在它的适用范围内看问题。方法和工具是没有真假对错的，所以你不可能证明一种理论是错的或者是假的，理论只能被淘汰而不能被颠覆和推翻。那些梦想着颠覆和推翻现有理论体系的梦想家们也该醒醒了，不要再试图证明爱因斯坦或者达尔文是错误的了！只要是方法和工具那就必然有它的适用范围，世界上没有一种能够解决所有问题的万能工具，也不可能有一种万能的理论。每一种理论都有它的适用范围，只要在它的适用范围之内我们就不能说它错了。我们平时说某种理论错了，其实是在说超出了它的适用范围，它不再适用了。牛顿的理论并没有证明了亚里士多德的理论是错误的，日心说也没有证明了地心说是错误的。如果遇到了一根鸡毛和一块石头哪个先落地的问题，说重的先落地既简单又准确，我们说太阳东升西落要比说地球自西向东转直观得多！图片来源于网络八、科学上的证实到底证明了什么在《理论不能被证实和证伪》一文中我们说理论是不能被证实和证伪的，但我们在科学上依然还常常说证实或者证伪了一种理论，那么这里的证实和证伪到底是证明了些什么呢？如果我们把理论当作是一种工具，那我们就会发现，原来所说的证实和证伪其实是在验证理论的适用范围，是在检验理论究竟在多大的范围内适用。关于这个问题我们还将会在以后的文章中详细论述。对于那些现在还在试图推翻或者是颠覆原有理论体系的梦想家们来说，与其说去证明原有理论是错误的，还不如去检验原有理论的适用范围，与其说去颠覆和推翻原有的理论，还不如说是改进，或者说是发明了一种功能更为强大的新理论。九、一个根本的问题如果说原有的理论是一种反映论，那么我们现在所说的这种理论暂时可以叫做工具论。有人可能还有疑惑：我怎么能知道工具论就比反映论正确呢？你如何能够证明你的理论要比反映论更真，或者更符合实际呢？我为什么要相信你呢？要回答这个问题我们还要从语言的特点谈起，从根本上来讲语言有以下几个特点：1、
没有语词我们就不能言说。在没有语词之前，我们什么也不能说，我们不能说我们所认识的对象是什么或者不是什么。不明白这一点，最终必然是什么都说不清的。2、
语词和对象之间没有必然的关系，我们可以给对象起任何名字。也就是说，我们可以用任何一个语词来表达对象，我们可以说我们所认识的对象是任何东西，也可以说它不是任何东西。这也就意味着关于同一个问题可能会有多种不同的甚至是截然相反的理论。由此我们也能够知道，理论是可以任意说的，怎么说都行，只要不是故意胡说就行。3、
只有在对语词的用法有了约定以后，才有了真假对错，真假对错是相对与语言的约定而言的，只有遵守共同约定的体系之内才有真假对错。基于以上认识，我们认为，我们的“工具论”并不是比“反映论”更真或者是更为正确，我们只是能够解释的现象更多，适用的范围更广。我们的理论能够避免不必要的争论，能够让这个世界上的矛盾更少。比如说，我们说理论不能被证实和证伪，说不能说一种理论是错了，并不意味着原来人们的做法错了，而是说在我们的理论体系之内是不能那样说或者是不会那样说的。至于信不信那是您的权力！我们尊重您的选择！