實證和化約論的 成功與限制

近代科學的兩條腿 實證和化約

化 約 實 證

實證化約的歷史路徑 希臘傳統中的----“原子” 波義爾 氣壓的實證 拉瓦錫 定義化學元素 化學反應中的化約觀 原子論 道爾頓 實證化約的歷史路徑 希臘傳統中的----“原子” 波義爾 氣壓的實證 拉瓦錫 定義化學元素 化學反應中的化約觀 原子論 道爾頓

ROBERT BOYLE (1627-91) 

Evangelista Torricelli Barometro

Robert Boyle (1627-91) publicó un manuscrito (Continuación de los Nuevos Experimentos), 1669, que incluía descripciones de un barómetro de agua y un nuevo barómetro de sifón. La Royal Society estaba particularmente impresionada con la posibilidad de transportar este instrumento.

《懷疑派的化學家》是波義爾的第四本著作，書中彙集許多文章詳盡論述化學，並紀錄了運用其助手虎克(Robert Hooke)所發明的「氣動式引擎」(即壓縮空氣幫浦)進行相關實驗的過程，進而發現了「在恆溫下，氣體的體積與壓力的大小成反比」，即著名的波義爾定律。 波義爾對當時普遍認知的化學理論提出質疑，倡導化學研究不應重利而應採行「哲學」理念，並提升化學這門學問的地位。當時化學尚被當作不入流的東西，並非大學所探討或傳授的學科，大家對從事化學的印象是：髒亂、惡臭且日以繼夜的苦勞，化學技術主要用於製造藥劑(現在英國稱藥劑師為「chemist」，是保留了歷史用法)，化學教科書談的內容幾乎全是醫藥製劑。但波義爾深信化學非侷限於此，化學可以開啟了解自然的大門。 波義爾也相信「萬物同根生」，認為物體均由上帝所造的「最小物質粒子」所構成，粒子組成的形狀、大小及運動方式不同，因而形成不同的物體，經由化學程序改變粒子組成特性，就可讓物質相互轉換。 因此，波義爾非但未對我們認知的化學元素加以定義，他其實懷疑化學元素的存在。鍊金術士追求將不值錢的金屬變成金塊，此與波義爾對物質的觀點相符。

                                    Lavoisier, Antoine   (1743-1794)

Portrait of Antoine-Laurent and Marie-Anne Lavoisier (detail) 1788 Oil on canvas Metropolitan Musuem of Art, New York " Il ne leur a fallu qu’un moment pour faire tomber cette tête, et cent années peut-être ne suffiront pas pour en reproduire une semblable.“ Joseph-Louis Lagrange

The Phlogiston Theory                                                                       Chemistry was so underdeveloped at the time Lavoisier gained interest in it that it could hardly be called a science. The prevailing view of combustion was the Phlogiston Theory which involved a weightless or nearly weightless substance known as phlogiston. Metals and fire were considered to be rich in phlogiston and earth was considered oxygen poor.

John Dalton - father of the modern atomic theory                             John Dalton - father of the modern atomic theory

Lavoisier definition of the chemical elements was an essential foundation for Dalton’s atomic theory

Ernst Mach Ludwig Boltzmann debate on Atom existence

物理學的化約 1895年 放射線 1898年 湯普生 電子的發現 1911年 拉塞福 原子核 質子、中子、電子 更小的粒子 輕子和夸克 物理學的化約 1895年 放射線 1898年 湯普生 電子的發現 1911年 拉塞福 原子核 質子、中子、電子 更小的粒子 輕子和夸克

J. J. Thomson J. J. Thomson J. J. Thomson J. J. Thomson J. J. Thomson 「電子的發現代表著原子的分割，原子中一部份質量得以分離，並和本來的原子脫離。」 J.J. Thomson

Ernest Rutherford

Rutherford experiment

Weiner Heisenberg Victor Weisskopt 這些人進去和出來的時候都衣著整齊， 你是否可以由此論斷他們是穿著衣服游泳了呢？

Victor Weisskopt (Erice Sicily 1994)

May 1932: Chadwick reports the discovery of the neutron AIP Emilio Segre Visual Archives James Chadwick May 1932: Chadwick reports the discovery of the neutron May 1932: Chadwick reports the discovery of the neutron AIP Emilio Segre Visual Archives James Chadwick May 1932: Chadwick reports the discovery of the neutron

Chadwick's Experiment

物理學的化約 1895年 放射線 1898年 湯普生 電子的發現 1911年 拉塞福 原子核 質子、中子、電子 更小的粒子 輕子和夸克 物理學的化約 1895年 放射線 1898年 湯普生 電子的發現 1911年 拉塞福 原子核 質子、中子、電子 更小的粒子 輕子和夸克

Quantum Theory Timeline At the start of the twentieth century, scientists believed that they understood the most fundamental principles of nature. Atoms were solid building blocks of nature; people trusted Newtonian laws of motion; most of the problems of physics seemed to be solved. However, starting with Einstein's theory of relativity which replaced Newtonian mechanics, scientists gradually realized that their knowledge was far from complete. Of particular interest was the growing field of quantum mechanics, which completely altered the fundamental precepts of physics.

Particles discovered 1898 - 1964

Murray Gell-Mann Coined quark James Joyce’s Novel “ Finnegans Wake”                          Murray Gell-Mann Coined quark James Joyce’s Novel “ Finnegans Wake”

波還是粒子? 波動力學 　薛丁格 矩陣力學　　海森堡

哥本哈根詮釋 把電子波與發現機率聯繫起來，並主張「波包塌縮」的一種對物質—波的量子論解釋，已經成為量子論的標準詮釋。它是由波爾和海森堡於1927年在哥本哈根合作研究時共同提出的。此詮釋建立在由德國數學家，物理學家Max Born所提出的「波函數的機率表達」上，之後發展為著名的測不準原理。此後，量子理論中的機率特性便不再是猜想，而是作為一條定律而存在了。 量子論以及這條詮釋在整個自然科學以及哲學的發展和研究中都起著非常顯著的作用。

Max Born

Einstein’s point In a 1926 letter to Max Born, Einstein wrote: "I, at any rate, am convinced that He [God] does not throw dice."[ 無論如何，我都相信上帝不會擲骰子。

Niels Bohr

Scientists at the Neils Bohr Institute(1936)

Scientists at the Neils Bohr Institute(1950)

量子力學的成功和限度 海森堡 測不準原理 哥本哈根的詮釋 薛丁格的貓 愛因斯坦的反對 上帝不玩骰子 量子力學的成功和限度 海森堡 測不準原理 哥本哈根的詮釋 薛丁格的貓 愛因斯坦的反對 上帝不玩骰子

"The more precisely the POSITION is determined, the less precisely                                    "The more precisely the POSITION is determined, the less precisely the MOMENTUM is known"

測不準原理與巨人之爭    在量子力學發展之初(~1925)，有一些關鍵人物，如玻爾（Niels Bohr, 1885-1962）、愛因斯坦(Albert Einstein, 1878-1955)、海森堡(Werner Heisenberg, 1901-1976)、薛定鄂(Erwin Schrödinger, 1887-1961)。特別是愛因斯坦與玻爾，聲望崇高，公認是廿世紀上半葉物理的「巨人」。 (還有其他人，從略。)這四個人後來分為兩派，玻爾與海森堡成為所謂「哥本哈根學派」的中心人物，而愛因斯坦與薛定鄂則是反對派的代表。1935左右，他們在量子力學的詮釋上起了很大的爭議。但在用波函數來描述粒子(如電子、光子)行為上，他們是一致同意的（海森堡雖然認為用矩陣更好，但也不反對波函數）。這原因不難理解：在當時已有相當的証據，使他們不得不認為電子也有波的性質，而光波也有粒子性質。這就是所謂「波粒雙重性」。描述波的性質，使用到像波函數這樣的數學工具，是順理成章的事。 波粒雙重性（Wave-Particle Duality）：在「波粒雙重性」觀念提出之初，就引起了很多人的質疑。甚而有人在報紙上調侃：「電子星期一、三、五是粒子，二、四、六是波，星期天放假。」一直到今天，一般大眾及很多初學者，甚至成名的學者，還認為這「波粒雙重性」是神秘難解的。但另一方面，很多學者（包括以上四人），並不認為這難以接受。物理史上，「固有觀念」被推翻的例子，在所多有（如地心說、熱素說等）；祗要滿足兩個條件： （1）    觀測証據充分，包括：有預言實驗結果的能力； （2）    沒有內在矛盾，可以自圓其說。

測不準原理（Principle of Uncertainty）： 海森堡在1927年發表了他著名的測不準原理： ΔqΔp³h/4p;         ΔtΔE³h/4p. 這就是說：任何粒子之位置(q)與動量(p)不可能同時精準地測量出來。其不準確之程度(Δq及Δp)之乘積有一個厎限，與蒲朗克常數h有關。同樣的限制也加於時間(t)與能量(E)上。這原理很扼要地指出了量子力學與古典力學之不同(「在一個確定的時間，一粒質點有其確定的位置與速度」是古典力學之起點)，否定了古典力學「復辟」的可能性；它與「波函數之或然率詮釋」(Max Born, 1926)結合，也成為所謂「哥本哈根詮釋」的基礎。 在海森堡的論文中，用了「想像實驗」(thought experiment)來說明其測不準原理。例如：用顯微鏡來測電子之位置，必須用到光子，而光子之作用，使電子之動量不準。如要測得之電子位置準確，必須用短波長之光子，而光子波長越短，電子之動量不準越大。──這個「想像實驗」被很多量子力學的教科書引用，細節就不提了。但為什麼要用「想像實驗」？因為在「想像實驗」中，操作疏失、機件故障等「技術問題」都可以假定不存在，所以便於探討理論上的最佳情況。測不準原理中的不準，不是因為技術不佳而造成的「誤差」，而是技術再好也避免不了的「不凖」。(下文中出現的「測量」，也不考慮技術問題。) 愛因斯坦的光電效應公式(1905)是量子力學創始時之里程碑之一。對量子力學以後的發展，他也積極參與，並很有貢獻。但到1925左右，他在量子力學的看法上，與哥本哈根一派起了歧見。他與玻爾有過很多次公開與私下的辯論。 最有名的一次公開辯論發生在1930年十月的一次Solvay Conference。愛因斯坦也設計了一個「想像實驗」：在一個盒子中，放進光子（或粒子）。盒子上有一小孔，由一時鐘控制。若有光子自孔中逸出，逸出之時間可以從時鐘得到，其精確度可以做到任意地小。在逸出前後可以仔細地測量盒子之重量，以精準決定逸出光子之能量（用質能互換）。這樣，時間與能量都可以測得很準，推翻了時間與能量的測不準原理。 玻爾也參加了這次會議。聽了愛因斯坦的「想像實驗」後，一時不知如何反駁，悶悶不樂。當晚一夜苦思，想出了破解之法：如果要測盒子重量，須要用秤。故光子之逸出前後，盒子之高低位置便有一個不準度。再根據愛因斯坦的廣義相對論，這又就會造成時鐘讀數的不準確。計算結果正好可以滿足測不準原理的要求。──愛因斯坦被他自己一手建造的廣義相對論打敗。 這一次兩位物理學「巨人」交手，玻爾大獲全勝。經此一役之後，玻爾更確立了他在量子詮釋的「教父」地位。而愛因斯坦雖然仍覺得哥本哈根詮釋有問題，但以後的發言更謹慎了。  

Niels Bohr with Albert Einstein at Paul Ehrenfest's home in Leiden (December 1925)

月亮是否只有在我們去看她時才存在? 巨人之爭 機率解釋．deBrodlie-Schrodinger 波不是代表單個粒子，而是代表分布在空間中的一個粒子系綜．理論所提供的信息是關於這個過程的系綜的，因此不贊成量子力學是描述單一過程的完備理論．Einstein 的發言立即激起了與會學者的熱烈討論．雖然 Einstein 和 Bohr兩人都儘量地客氣． 1927 年九月，在義大利科摩(Como)召開了一次紀念義大利科學家 Alexaudro Volta(1745-1827)逝世一百週年會議，許多世界知名科學家應邀參加．Niels Bohr 在會議中首度公開地演講他的互補原理 (complementary principle)．Bohr 採用了大量的哲學語言來闡釋互補原理，使大家感到震驚與困惑! 當時大多數人對於測不準關係及互補原理的深刻內涵還不大明瞭．事後匈牙利物理學家 Eugene Wigner 言道，Bohr 的演講不會使我們當中任何一位改變對量子力學的看法． 幾個星期後在布魯塞爾舉行的第五屆 Solvay Congress，包括 Bohr, Einstein, Max Born, Ervin Schrodinger, Louis deBroglie, Werner K. Heisenberg 等世界最著名的科學家都出席了這項盛會．Bohr 在會議中重述了他在科摩會議上的觀點．由於 Einstein 並未參加科摩會議，這還是他首次聽到 Bohr 親自闡述互補原理和對量子力學的詮釋．Einstein 一直對量子力學的機率解釋感到不滿，他曾在寫給 Born 的信中提到: 「量子力學雖然令人讚嘆，但在我的心中有個聲音告訴我，它還不是那真實的東西……我無論如何不相信上帝會在擲骰子!」因此人們急切地想知道 Einstein對 Bohr 觀點的反應．本世紀最偉大的兩位科學巨人之間的大戰就此揭開序幕． Einstein 起來發言，表示贊同量子力學的系綜(ensemble)使用客氣的言詞和有禮的態度，尊重自己的對手．但兩人一交鋒，就充分顯示出問題的尖銳性． Bohr 極力地想說服 Einstein：難道不就是你第一個突破古典物理的框架，提出相對論和光的量子理論嗎?難道不就是你首先在 1905 年提出光的波粒二象性思想的嗎？不就是你將機率的概念引入來解釋輻射問題的嗎？像你這樣一個量子物理的開拓者，難道不應該進一步接受更新的量子力學觀點，把理論更進一步向前推進？ 然而 Einstein 並不聽這一套．他堅信，有一個離開知覺主體而獨立存在的客觀世界，是一切自然科學的基礎．為 Einstein 立傳的作家 A.Pais 回憶道 ：「有一次和 Einstein 同行，他突然停下來，轉身問我是否真的相信，月亮只有在我去看它的時候才存在？」

月亮是否只有在我們去看她時才存在? Einstein 並不相信量子力學對於微觀粒子行為的非決定性解釋． 他堅信，有一個離開知覺主體而獨立存在的客觀世界，是一切自然科學的基礎． 寫了 Einstein 最出名一本傳記的物理學家 A.Pais 回憶 ：「曾經有一次他和 Einstein 同行， Einstein突然停下來，轉身問Pais是否真的相信，月亮只有在我去看它的時候才存在？」

Einstein 企圖用一些理想實驗來反駁測不準原理．首先，他設計了一個讓電子通過單狹縫繞射的實驗，認為這個實驗可以提供一個精確的時空坐標，同時又能提供對此過程中能量和動量交換平衡的詳細說明．然而，Bohr 很快的指出，他不能避免在測量時儀器對電子的干擾，即電子與狹縫邊緣的相互作用．這在分析理想實驗是十分重要的． Einstein 見單狹縫難不倒 Bohr，第二天又想出了新的實驗．他承認用確定位置坐標的同一系統來精確測量動量是不可能的，所以他以分開的裝置，一個測位置，一個測動量．他設計了一個電子通過雙狹縫干涉的實驗，當雙狹縫開啟時，從屏幕出現的亮點可以知道電子垂直方向的動量，分別關上其中一個狹縫，就可以知道電子的確實位置． 然而 Bohr 在仔細思考後發現，如果關上其中任何一個狹縫，實驗的狀態就完全改變了．當雙狹縫開啟時，即便電子一個個發射出來，最後仍會在屏上形成干涉條紋．假如輪流開啟一個狹縫，雖然可以得知電子究竟經過那個狹縫，但最後卻不會再有干涉條紋了．就這樣，這個本來是 Einstein用來反駁量子力學的理想實驗，經由 Bohr 的解釋在今日已成了說明測不準關係和互補原理的標準範例． 據 Heisenberg 事後回憶，Einstein 往往在吃早飯的時候告訴Bohr 他所想出來反駁測不準原理的理想實驗．Bohr 立即著手分析，總是在吃晚飯前，Bohr 告訴 Einstein，他的實驗是駁不倒測不準原理的．如此接連數日，甚至使一些原本懷疑 Copenhagen解釋的科學家，都轉而支持 Bohr 的立場了． 會議落幕了．雖然 Bohr 成功的捍衛了測不準原理和互補性詮釋的無矛盾性，但 Einstein 並未服輸．他堅持：「上帝並不擲骰子．」這場大戰正如火如荼地展開呢!

Einstein 光盒                                  三年後，第六屆的 Solvay Congress 開幕了．各國科學家都熱烈地期待著Einstein 和 Bohr 之間新的論戰．這次 Einstein 經過了三年的深思熟慮，顯得胸有成竹．他在黑板上畫了一個盒子，盒上有一個小孔 H，H 可由快門 S 來啟閉．快門則由盒中的時鐘機械置來控制，小盒的重量是可以測量的．盒中裝有一些輻射物質．我們可以調節快門使得剛好放出一個粒子之後就關閉（見圖一）．透過時鐘，可以精確的量出粒子放出的時間．另外，測量粒子放出後盒子的重量，我們也可以知道粒子的質量．經由 E=mc2 的關係式，能量也可以準確地計算出來．於是違反了 △E△t≧h/2π 的測不準關係．這就是著名的 Einstein 光盒(Einstein's box)實驗．由於實驗根本不涉及觀測儀器的問題，根本沒有外來粒子會改變粒子的運動．所以測不準關係破滅了，因果律和準確性都恢復了．一場新的論戰劇性的展開了．

這會兒 Bohr 遇到了嚴重的挑戰，無法馬上找到問題的答案．他喃喃地說，如果 Einstein是對的，那物理學就完了．他和他的同事一夜未眠，檢查實驗的每一個細節，想要找出 Einstein 到底錯在那裡．經過通宵的奮戰之後，Bohr 終於找出了反駁 Einstein 的辦法． 第二天，Bohr 也在黑板上畫了一個草圖（見圖二）．但和 Einstein 不同的是，他給出量稱小盒重量的方法．他用彈簧把小盒吊起來．盒上有一指針，可以沿固定在支架上的標尺移動．這樣就可以讀出小盒在粒子跑出前後的重量了．Bohr 請大家回憶 Einstein 的廣義相對論中的等效原理．當時鐘在重力場中發生位移時，它的快慢會發生變化．當粒子跑出盒子而導致盒子重量變化時，盒子將在重力場中移動一段距離．這樣子讀出的時間也會有所改變，因而導出測不準關係．這是廣義相對論中著名的紅位移公式： △T=T△φ/c2 公式表示一個在重力場中移動的時鐘，在移過一個位勢差 △φ 時在時間 T 內時鐘快慢的改變． Bohr隨即用紅位移公式導出了測不準關係．                                  

這下子 Einstein 不得不承認 Bohr 的推論是無懈可擊的 這下子 Einstein 不得不承認 Bohr 的推論是無懈可擊的! 他自己在設計這個理想實驗的時候，居然沒有考慮到廣義相對論的效應，實為一大疏忽，真是遺憾!Bohr 用 Einstein 的相對論駁倒了他本人，取得了第二回合的勝利．Bohr 的勝利獲得了大多數物理學家的贊同．Copenhagen 解釋也被奉為是量子力學的正統解釋． Einstein 對他的失敗欣然接受．還有什麼東西比他自己的理論對他更有說服力呢? 這次論戰的結果是 Einstein 對量子力學態度的一個轉捩點．他意識到在量子力學的形式體系內是駁不倒測不準原理的．他不再懷疑測不準原理了．但他仍然對 Copenhagen 的詮釋持否定的觀點．因為量子力學本身不能證明機率特性是微觀粒子本身的屬性．Einstein 失敗了，但是並沒有被說服．相反的，由於 Einstein 堅持他的信念，而把論戰提升到更高的境界．並在物理學及哲學上產生許多新的問題．

量子力學的成功和限度 海森堡 測不準原理 哥本哈根的詮釋 薛丁格的貓 愛因斯坦的反對 上帝不玩骰子 量子力學的成功和限度 海森堡 測不準原理 哥本哈根的詮釋 薛丁格的貓 愛因斯坦的反對 上帝不玩骰子

Schrödinger's Cat

愛因斯坦-波多斯基-羅森悖論 EPR paradox Einstein-Podolsky-Rosen1935年發表於《物理評論》雜誌的論文所揭示的悖論。 他們原先是以思考實驗形式出現，目的在於展示量子力學的不完備性，然而爾後真實的實驗結果卻駁倒所謂的局域理論(Principle of locality) ，使得愛、波、羅三人的原先目的失效。困擾愛、波、羅三位論文作者的「鬼般的超距作用」(spooky action at a distance)在為數眾多的可再現實驗中一再地出現。 愛因斯坦到過世前都沒有接受量子力學是一個「真實」而完備的理論，一直嚐試著想要找到一種詮釋可以與相對論相容，且不會暗指「擲骰子的上帝」，這可以從他對量子力學內稟的隨機性以及與直觀相違有所不滿上頭觀察得到。 The EPR paper ends with: While we have thus shown that the wave function does not provide a complete description of the physical reality, we left open the question of whether or not such a description exists. We believe, however, that such a theory is possible. Quantum entanglement 量子糾纏

God plays no dice.

量子力學是令人讚嘆的，但是有一個內在的聲音告訴我，這還不是真正的貨色。 這個理論有很大的貢獻，但是他並不使我們更多一點的接近上帝的奧祕。 無論如何，我不相信上帝是擲骰子的。......... 我正在辛苦的工作，要從廣義相對論的微分方程，推導出看作奇點的物質粒子的運動方程。 1926年12月4日愛因斯坦致波爾信函 61

Freeman Dyson, frog prince of physics

Freeman Dyson loves the metaphor that divides scientists into two groups: Birds, who look down upon everything and have a God's-eye view of the world, and frogs, who spend their time in the mud. The renowned Princeton physicist calls himself a frog. "I'm not against the first group, but they take an exalted view of science. Frogs typically enjoy exploring things locally and developing skills."

生物學的效尤 分子生物學到基因科學

實證的迷思 跳不動的青蛙

Rudolf Ludwig Mössbaue German physicist and winner, with Robert Hofstadter of the United States, of the Nobel Prize for Physics in 1961 for his discovery of the Mössbauer effect.

Two criteria for the Empirical Science 實證科學的兩個準則 Repeat (重覆) Reproduce (再現)

跳不動的青蛙

Two criteria for the Empirical Science 實證科學的兩個準則 Repeat (重覆) Reproduce (再現)

認知的困境 走不出迷宮的老鼠

走不出迷宮的老鼠 7 13 17 23 37………  6 8 12 20 25 36 ………

實證科學的再定義 Redefination of the Empirical Science 自圓其說 ( Self Consistency) 運作有效 (Operation Effective)

測不準原理與巨人之爭    在量子力學發展之初(~1925)，有一些關鍵人物，如玻爾（Niels Bohr, 1885-1962）、愛因斯坦(Albert Einstein, 1878-1955)、海森堡(Werner Heisenberg, 1901-1976)、薛定鄂(Erwin Schrödinger, 1887-1961)。特別是愛因斯坦與玻爾，聲望崇高，公認是廿世紀上半葉物理的「巨人」。 (還有其他人，從略。)這四個人後來分為兩派，玻爾與海森堡成為所謂「哥本哈根學派」的中心人物，而愛因斯坦與薛定鄂則是反對派的代表。1935左右，他們在量子力學的詮釋上起了很大的爭議。但在用波函數來描述粒子(如電子、光子)行為上，他們是一致同意的（海森堡雖然認為用矩陣更好，但也不反對波函數）。這原因不難理解：在當時已有相當的証據，使他們不得不認為電子也有波的性質，而光波也有粒子性質。這就是所謂「波粒雙重性」。描述波的性質，使用到像波函數這樣的數學工具，是順理成章的事。 波粒雙重性（Wave-Particle Duality）：在「波粒雙重性」觀念提出之初，就引起了很多人的質疑。甚而有人在報紙上調侃：「電子星期一、三、五是粒子，二、四、六是波，星期天放假。」一直到今天，一般大眾及很多初學者，甚至成名的學者，還認為這「波粒雙重性」是神秘難解的。但另一方面，很多學者（包括以上四人），並不認為這難以接受。物理史上，「固有觀念」被推翻的例子，在所多有（如地心說、熱素說等）；祗要滿足兩個條件： （1）    觀測証據充分，包括：有預言實驗結果的能力； （2）    沒有內在矛盾，可以自圓其說。

「自然科學」本身絕無資格稱為「嚴格之學」。 不管是那一門自然科學—物理、天文、化學、生物、醫學、心理學等等—都建立在兩個未經嚴格批判就加以接受的「預設」或假定之上： 1、自然科學家毫不批判的接納他們所研究的對 象的—外在世界和內在世界—的「實有性」和「存在性」的看法，無疑假定研究對象的真實性。  2、自然科學家毫不究問的假定人類有認知外在 世界的能力。 奧地利的現象學大師 胡塞爾 (Edmund Gustav Albrecht Husserl)

我的觀察經驗 科學家的信念 和 科學界的信仰

Niels Bohr

如果一個人說他可以思考量子物理而不感到疑惑迷糊， 那只是表示出他完全不懂得量子物理是怎麼一回事。   量子力學大師 波爾（Neils Bohr)

                                         I think it is safe to say that no one understands quantum mechanics.  Do not keep saying to yourself, if you can possibly avoid it, "But how can it be like that?" because you will get "down the drain" into a blind alley from which nobody has yet escaped." ~ Richard Feynman Those who are not shocked when they first come across quantum mechanics cannot possibly have understood it. ~ Niels Bohr

Eugene Paul Wigner 1902-1995 The Nobel Prize in Physics 1963

Thus,relativistic Quantum Theory is at least four lavers Deep. “The Limits of Science” By Eegene P. Wigner

物理學的未來 物理學的榮耀不是建立在這些影響之上，物理學家最看重的也不是這些影響。 甚至物理實驗深入範圍的不斷擴大，雖說重要，也不是物理學家最覺滿意與引以自豪的。 使物理學成為如此一個獨特智力成就，主要在於一些概念形成的可能性，而且由這些概念出發，用愛因斯坦的話說，『一個完整可用的理論物理系統』能夠被建構起來。 這樣一個系統體現了普適的基本規律，『用這個系統，宇宙能夠用純粹推導的方式建構起來』。 楊振寧

在二十世紀前六十年光榮的傳統下，是否能合理期待進一步的成功？ 在這個百年的慶會上，充滿著對過往成就的自豪以及對未來前景的廣闊展望，在這樣的興奮氣氛中，插入一些不合諧的旋律也許並非全不恰當。 在此物理學家面對了困境，那就是物理學的最終判斷在現實中。物理學家不同於數學家或是藝術家，不能憑藉自由想像去創造新的概念、建構新的理論。 楊振寧

「人們沒有認識自己所做實驗的選擇性質，選擇是建立在概念上的，而這個概念也許是不合適的。」 「每個人創造力的生理局限和社會局限，可能比自然的局限性更為嚴重 。」 物理學的未來 楊振寧 1961年在美國麻省理工學院 百年校慶論壇發表

International Journal of Modern Physics A Vol International Journal of Modern Physics A Vol. 30 (2015) 1530049 (10 pages) c World Scientific Publishing Company DOI: 10.1142/S0217751X15300495 The Future of Physics Revisited C. N. Yang Tsinghua University, China In April 1961 there was a big Centennial Celebration atMIT. That was when science and technology were making unprecedented progress for mankind and when the United States had just inaugurated her young and ambitious new President. Naturally it was a proud, joyous, even intoxicating Celebration. At the week-long event there was a panel discussion on “The Future of Physics”, chaired by Francis Low, with four speakers in the following order: Cockcroft, Peierls, Yang and Feynman. It was originally understood that the talks were to be published by MIT, but somehow that never happened. Much later the talks by Cockcroft and Peierls were summarized by Schweber in his 2008 book “Einstein and Oppenheimer”. My talk and Feynman’s were published, respectively in 19831 and in 2005.2 In my talk I said, “But since there seems to be too ready a tendency to have boundless faith in a “future fundamental theory”, I shall sound some pessimistic notes. And in this Centennial celebration, in an atmosphere charged with excitement, with pride for past achievements and an expansive outlook for the future, it is perhaps not entirely inappropriate to interject these somewhat discordant notes.” I then argued that to reach the present level of understanding of field theory, according toWigner’s counting, one must penetrate four levels of physical concepts formed out of experiments. Furthermore to reach deeper levels of penetration will become more and more difficult. Based on talk given at the Conference on 60 Years of Yang–Mills Gauge Field Theories, 25–28 May 2015, NTU, Singapore. Editorial comment : We think this is a very interesting article. For the convenience of the readers, we reprint below the talks by Yang and by Feynman at that 1961 panel (App. A and App. B). 1530049-1

C. N. Yang “Here physicists are handicapped by the fact that physical theories have their justification in reality. Unlike the mathematicians, or the artists, physicists cannot create new concepts and construct new theories by free imagination.” I was followed by Feynman, who began as follows: “As I listened to Professor Cockcroft, Professor Peierls and Professor Yang, I found that I agreed with almost everything they said. (But) I don’t agree with Professor Yang’s idea that the thing is getting too difficult for us. I still have courage. I think that it always looked difficult at any stage.” “One possibility is that a final solution will be obtained. I disagree with Professor Yang that it’s self-evident that this is impossible.” “What I mean by a final solution is that a set of fundamental laws will be found, such that each new experiment only results in checking laws already known.” Feynman was one great intuitive theoretical physicist of my generation. Reading these passages today, I wonder (1) what type of “final solution” he had in mind in 1961, and (2) whether he still held such very optimistic views later in his life. II What have we learned in the fifty odd years since that 1961 panel? A lot . Through very intensive collaborative efforts between theorists and experimentalists important conceptual developments were proposed and verified: • One specific model of Symmetry Breaking • Electroweak Theory • Renormalizibility of non-Abelian Gauge Theory • Asymptotic Freedom and QCD Capping these developments was the dramatic experimental discovery in 2012 of the Higgs particle. We have now a workable standard model , a SU(3) × SU(2) × U(1) gauge theory . Thus in these fifty odd years since 1961, we have reached one more layer of physical concepts, which is based on all the previous layers plus a large number of very large experiments. 1530049-2 July 20, 2015 15:32 IJMPA S0217751X15300495 page 3 The Future of Physics — Revisited III Are there additional layers of physical concepts deeper than those that we have reached so far? I believe yes, many more. When can we expect to reach the next level? I believe in the distance future, if ever. Why are you so pessimistic? I am not pessimistic, I am just realistic. References

「一種化約論的學說並不就是一種建構論的學說。」 「具備將任何事物化約成簡單基本定律的能力，並不就代表能夠 靠這些基本定律去建構宇宙。」 「事實上，粒子物理學家告訴我們越多基本定律的特性，他們和其他科學領域中而真正要緊問題的相關也就越少，和社會中真正要緊問題的關聯，則更加的少。」 「建構論的學說，遇上尺度和複雜性的雙難局面時就說不通了。」 “ More is Different” 諾貝爾物理獎得主 安德森 (P.W. Anderson)

Human science face an impasse since their central concept of the self is transcendental. 人類科學面對了一個難局，因為他對於本身的中心概念是先驗的。   史登（Gunther S. Stent)

「近代科學的成功不是來自知識理論的正確合 宜，而是來自其可以發揮的巨大應用效力。」 The Limits of Science By Eegene P. Wigner

Steven Weinberg , American Physcist,Winner of 1979 Nobel Prize on Physics

The more the universe seems comprehensible, 我們對宇宙了解得越多，   就越發感覺到宇宙的無意義。 The more the universe seems comprehensible, the more it also seems pointless. “宇宙的最初三分鐘” “The first three minutes”   諾貝爾物理獎得主 溫伯格 （Steven Weinberg)

是先天?還是測量? Neils Bohr :Complementarity Principle