对于人来说,看是五感之一。人类通过眼睛获得人或物的影像信息,并将信息传递给大脑,进一步产生对事物的认知和态度。但对于物理学家来说,“看”有其特殊的意义,其含义远远不是看书、看报这么简单。

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自从17世纪以来,强调观测和实验的物理学家们不再简单地用眼睛去看,而是更多地开始依靠工具。比如伽利略望远镜、牛顿反射望远镜、胡克的显微镜、分光镜,现代的物理学更是依靠粒子加速器。通过这些仪器设备,物理学家们可以与那些无法用人的本能感知的现象进行互动。

光学天文望远镜

最典型的就是很多量子科普中都会提到“观察者”,其实,在量子实验中,“观察者”并不是指做实验的人,而是指做实验的仪器。物理学家们会首先介入,根据量子理论对实验做出预测,进行实验准备,包括校准仪器。仪器跟粒子发生互动并记录结果,然后物理学家根据结果和理论分析得出必要的结论。

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电子双缝干涉实验示意图

从上面这个过程我们可以看出,在整个实验过程中,仪器的技术水平才是最重要的。物理学脱离了经典物理进入到现代物理学以后,已经摆脱了使用肉眼去“看”,而是变成了彻底依赖技术、依赖仪器的一门实验科学。

X波段电子直线加速器

这就是为什么物理学发展到今天,已经不可能出现民间大师的原因了。那些仪器设备,根本不是民间大师的个人财力能负担得起的。跑偏了,还是回到物理学的“看”这个话题上。自从物理学进入到现代物理,传统看到的“东西”跟物理学家看到的“东西”发生了根本性的变化。


牛顿第二定律验证实验

当我们用身体的本能去“看”的时候,我们看到的现象是被发现的。但现代物理学中所看到的现象并非“被发现”,而是通过实验建立起来的。现象不再是经典物理中那样被发现的,而是通过理论去创造,再通过仪器来实现的。

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光电效应实验

现在的物理学家,不是去发现已有的“事实”,而是根据理论的数学描述,利用更先进的仪器设备来创造“现象”。我们可以这样说,“看”是现代物理学中一种在理论的基础上创造现象的技术,依靠这种技术,物理学家们会创造出新的现象,也有可能是预想不到的现象。

强子对撞机

也许你会认为,这种认识只属于量子力学吧,毕竟粒子物理可以通过理论去设计实验现象,而天文观测就不能根据理论去创造现象。但事实并非如此。
可见光的天文望远镜只是天文观测中的一种,更多的天文观测依赖可见光之外的波段,包括、但不限于X射线和红外、甚至是伽马射线和其它一些宇宙中游荡的微观粒子。天文学家们,依靠理论假设和数学模型的计算,通过不断研制新的仪器,去发现那些隐藏在宇宙中可见光之外的信号中的信息。

事件视界望远镜所拍摄到的人类首张黑洞照片

对于物理学家来说,“看”的含义就是“与现象进行互动”,并对这个现象进行测量,从而获取与现象相关的信息。物理学中“看”的是可见光、红外、X射线、微观粒子等等与仪器之间的相互作用,得到的是观测对象与仪器之间相互作用所产生的信息。

中国“天眼”射电望远镜

看完上面的介绍,我想大家也应该了解了,物理学家们的“看”不是我们传统意义上的看,不是被动地接受再形成认识,而是一种集合人类最新的理论和技术成果,创造现象并记录互动的一种研究方法。
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