张旗: 如何面对学术界的争论: 以松树沟橄榄岩为例——来自量子力学的启示
发布人:administrator 发布时间:3/10/2020 3:21:01 PM  浏览次数:1372次
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(作者单位: 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029)

(一)

  地质问题上有太多的争论, 甚至有些会有好几种不同的见解, 而且对其争议会持续很长时间。其实对于任何一种地质现象, 只有一种解释是最可信的。然而, 由于其揭示的不完整性, 很难形成完整证据链, 许多地质现象需要依靠推导, 而推导, 就因人而异了。另外地质研究还有一个目标, 即不满足于对地质现象的观察, 而热衷于对地质现象背后原因的探讨。于是成因研究风靡整个学术界, 如岩石成因、变质成因、沉积成因、风成成因和水成成因成为众多文献讨论的主要目标。由于成因是看不见摸不着的, 于是, 每个人根据各自证据提出自己的见解、模式或模型。因此, 地质上存在各种各样的争论不足为奇。面对学术界无休无止的争论, 我们怎么办?笔者认为, 我们不必纠结有没有争论以及哪些见解可靠, 而是要依靠实践去检验。例如秦岭造山带最大的地幔岩——松树沟橄榄岩, 对于其是否为蛇绿岩长期以来一直存在争论(张旗和周国庆, 2001; 苏犁等, 2005; Dong et al., 2008; 陈丹玲等, 2015), 如何解决这个问题, 不是凭专家的权威性, 而是看你持有证据的多少以及该证据的含金量。所谓含金量指证据链是否全面, 是否完整, 是否关键, 是否过硬, 是否符合实际, 是否能够驳回反面的、对你不利的证据, 以及证据的可重复检验等等。因为只有实践, 才是检验真理的唯一标准。

(二)

  地质很少接触现代最新的科学技术, 以为离我们很远, 远水不解近渴。而地质实践的核心问题就是地质证据, 现代地质实践无一不表明, 地质实践与地质证据获取越来越依赖于现代科技, 尤其是高新技术。而且地质基础理论的建立也需夯实数学、物理化学、热力学、量子力学等基础学科的积累。个别地质理论由于与基本的物理数学常识相悖而犯的错误就是一个明显的败笔。
  例如量子纠缠就是目前最有新意的一项技术。量子力学很难懂, 尤其是量子纠缠和隐形传态。正如诺贝尔物理学奖获得者费曼(Feynman)所说: “我想我可以有把握地讲, 没有人懂量子力学!”为什么?因为量子是微观系统, 它不同于我们所熟悉的经典力学范畴。量子力学是1900年由普朗克提出来的, 至今已经有120年的历史了。而这120年来, 对于量子力学的争论不断, 尤其是量子纠缠。从1935年起, 爱因斯坦与哥本哈根派的玻尔就争论了几十年, 一直到两位伟大的物理学家相继去世, 仍然没有争出个子丑寅卯来(Einstein et al., 1935; 苏晓琴和郭光灿, 2004; 布鲁斯·罗森布鲁姆和弗雷德·库特纳, 2013)。后来, 贝尔于1964年提出了“贝尔不等式”, 可以用实验来检验量子纠缠(Bell, 1964)。经过许多物理学家反复的实验, 结果显示几乎所有有关量子力学的实验都成功了(布鲁斯·罗森布鲁姆和弗雷德·库特纳, 2013; 张天蓉, 2014a, b)。因此, 量子力学理论是无懈可击的, 是有人类有史以来最伟大的理论发现。在人类所有的创造中, 量子力学可能是所有理论中最成功的。


量子纠缠(图片来自网络, 下同)

  量子纠缠理论争论非常激烈, 但是, 量子纠缠理论同时又是最完美、科学的理论, 这二者似乎是矛盾的, 令笔者迷惑不已。量子纠缠理论到底对不对, 不取决于其是否存在争论及争论的激烈程度, 而在于这个理论能否经受实践的严峻检验, 是否能够经受住实验的验证。


量子隐形传态原理示意图

  理论是什么?理论即是可靠的科学。以量子理论和牛顿定律的对比来说, 实验表明, 量子理论是完全正确的, 而牛顿定律则是一种近似正确的理论(布鲁斯罗森布鲁姆和弗雷德·库特纳, 2013)。尽管量子纠缠已经争论了100多年了, 连伟大的爱因斯坦也接受不了(Einstein et al., 1935; 布鲁斯·罗森布鲁姆和弗雷德·库特纳, 2013; 张旗等, 2019)。说明一个理论正确与否, 不在于其是否能够解释清楚, 是否被绝大多数人所接受。一个理论要成为可靠的、完美的、科学的理论, 它首先必须给出可检验的预言, 且必须使其多项预言被证实, 并且没有一项是不成立的, 只要有一项不正确, 就将迫使该理论被修正或放弃(布鲁斯·罗森布鲁姆和弗雷德·库特纳, 2013)。尤其是面对量子力学和量子纠缠带有“陷阱”性质的实验设计, 如贝尔不等式(Bell, 1964)。其实贝尔是非常崇拜爱因斯坦的, 他的实验设计是倾向于否定量子力学理论的, 是对量子纠缠不利的。虽然贝尔不等式研究的初衷是要证明量子理论非局域性有误, 可后来所有的实验结果都表明与量子理论预言的一致, 是爱因斯坦的局域隐变量理论的预言有误。此外, 著名的奥地利物理学家薛定谔设计的猫实验(Schr?inger, 1935; 张旗等, 2019), 也反映了他倾向于爱因斯坦而不相信量子力学的思想, 然而所有的(不是部分的)实验均毫无例外地证实了量子力学是正确的。


  伽利略指出, 一种理论是否科学, 唯有在实践检验的基础上方可被接受或拒绝。他指出, 科学只应该处理那些可以被证实的事情, 直觉和权威在科学上没有位置, 科学上唯一判断标准是实验演示(布鲁斯·罗森布鲁姆和弗雷德·库特纳, 2013)。

(三)

  产于秦岭群的松树沟橄榄岩是秦岭造山带中规模最大的超镁铁岩体, 以强烈亏损的纯橄岩为主。对于松树沟橄榄岩形成的构造背景存在不同的观点, 大多数学者认为其为蛇绿岩(Dong et al., 2008; 陈丹玲等, 2015, 张旗和周国庆, 2001)。而后, 由于松树沟橄榄岩与超高压变质作用的密切关系以及松树沟岩体及其围岩中蛇绿岩的证据不足, 笔者修正早先的认识, 将松树沟纯橄岩确定为造山橄榄岩。


  对于蛇绿岩大家并不陌生, 而什么是造山橄榄岩呢?造山橄榄岩的英文是orogenic peridotite(Menzies, 1984; 也有文献称其为造山带橄榄岩(orogenic belt peridotite)。其实造山橄榄岩也不是唯一的术语, 类似的还有陆壳亚类(continental crust subtype; Nicolas and Jackson, 1972)、山根带杂岩(root-zone peridotite; Den Tex, 1969)和地幔核杂岩(mantle core complexes; Doblas and Oyarzun, 1989)等。上述术语各有其不同的含义, 不同作者也有各自的理解, 但是, 他们的共识就是这些岩石都不是蛇绿岩。笔者早先曾提出过“义敦型”的术语, 其实也是非蛇绿岩的含义(张旗等, 1987)。随着对该类型岩石研究的日益深入, 上述术语使用的人越来越少, 而造山橄榄岩(orogenic peridotite)的概念逐渐被大多数学者所接受, 其含义也逐渐明确: 它不是蛇绿岩(虽然在某些情况下保存了一些海洋地壳曾经出现的迹象), 代表陆壳下的地幔; 而蛇绿岩的橄榄岩代表的是洋壳下的地幔(Bodinier and Godard, 2014; 张旗, 2014)。
  据目前的研究, 造山橄榄岩的形成大体经历了初期陆壳伸展减薄和后期挤压造山两个阶段。有些地区只发育了裂谷的伸展阶段, 构造演化在裂谷后就夭折了, 也称为造山橄榄岩(夭折的造山橄榄岩), 因为它们代表的是陆壳下的地幔。如红海的Zabargad、西班牙的Ronda、摩洛哥的Beni Bousera以及中国川西义敦地区的许多橄榄岩等(Bonatti and Michael, 1989; Doblas and Oyarzun, 1989; 张旗等, 1992; Tubía, 1994; Bodinier and Godard, 2014; 张旗, 2014)。在物质组成上造山橄榄岩与蛇绿岩的橄榄岩比较接近, 但产出背景不同, 这就决定了它们之间的区别主要是在构造背景上, 而不是在物质组成和地球化学上(张旗, 2014)。
  野外天然实验室是地质最需要重视的场所, 一切地质假说、理论、模型, 包括室内实验室得出的结论, 都必须拿到这个天然实验室去检验才行。蛇绿岩由于是海洋消失的洋壳和地幔的残片, 松树沟橄榄岩是否为蛇绿岩, 主要依靠下述指标:
  (1) 是否有深海沉积?有, 是蛇绿岩; 没有, 不是蛇绿岩。
  (2) 是否有混杂堆积?有, 是蛇绿岩; 没有, 是造山橄榄岩。
  (3) 是否有高温高压变质作用?没有, 可能是蛇绿岩; 有, 可能是造山橄榄岩。中国的蛇绿岩很多, 那些基本上可以确定是蛇绿岩的地块, 与蛇绿岩伴生的变质岩绝大多数仅达绿片岩或蓝片岩相, 很少能达到角闪岩相(张旗和周国庆, 2001)。阿尔卑斯的造山橄榄岩绝大多数与超高压的榴辉岩相变质作用相伴(Bodinier and Godard, 2014), 而该区典型的蛇绿岩基本上与高温高压变质作用无关(Li et al., 2013; 2015)。
  (4) 是否有交代地幔?没有, 可能是蛇绿岩; 有, 可能是造山橄榄岩。中国的蛇绿岩很少有交代地幔的报道(张旗和周国庆, 2001), 而安徽饶拔寨岩体却含丰富的角闪石和金云母, 属于交代地幔(不是后期热液流体活动的影响; 张旗等, 1995)。
  (5) 是冷侵位还是热侵位?冷侵位的, 是蛇绿岩; 热侵位的, 是造山橄榄岩。
  (6) 在岩石地球化学标志上, 二者相似之处颇多, 但也有一定的区别。如: 蛇绿岩中橄榄岩亏损程度更强, 以方辉橄榄岩为主; 而造山橄榄岩主要是二辉橄榄岩。与蛇绿岩伴生的堆晶岩和玄武岩广泛发育, 而与造山橄榄岩伴生的堆晶岩很少, 几乎没有玄武岩。蛇绿岩中很少出现闪长岩, 如果有, 大多为高镁类型的(如玻安岩); 而造山橄榄岩中闪长岩出现的频率甚至高过辉长岩, 说明造山橄榄岩普遍存在含水部分熔融。蛇绿岩的衍生物要么是MORB类型的, 要么是岛弧类型的, 几乎不具OIB特征; 而与造山橄榄岩伴生的衍生物大多是MORB和OIB型(Bodinier et al., 1991; 张旗和周国庆, 2001; Muntener et al., 2005; 张旗, 2014)。
  按照上述指标, 松树沟橄榄岩更可能属于哪一类呢?可能不同人仍然有不同的答案。当然, 也许还有其他更可靠的指标。松树沟橄榄岩已经被强烈改造了, 识别有相当的难度。虽然我们不怀疑秦岭是一条重要的板块分界线, 它分开了华北板块和华南板块, 其间为一洋盆, 可能而且应当有蛇绿岩。但是, 应当有和是否有是两回事, 我们只能拿证据说话。有些研究如果仅凭一两个证据就下结论, 且置负面证据于不顾, 证据链更说不上完整, 这样的研究有如瞎子摸象, 是很难求得科学的真知的。


(四)

  结合松树沟橄榄岩的实例, 从量子纠缠研究中可以得到以下启示:
  面对争论, 应当不惧权威, 哪怕对方是爱因斯坦级别的(爱因斯坦虽然在量子纠缠问题上失败了, 但是, 爱因斯坦仍然是最伟大、最具远见的物理学家, 没有之一)。
  主流见解不一定总是对的, 少数人的见解也不一定没有道理。
  公认的理论不是不可以质疑的, 没有什么见解是可以永葆青春的。
  否定之否定永远是科学发展的规律, 没有什么理论是不可以突破的, 包括板块构造理论和量子力学理论。
  自己不理解、不懂的, 不要轻易去否定。
  科学的发展往往超出人们的想象, 2000年前的孔夫子不可能知道今天的老百姓所拥有的知识水平, 而今天的人们谁也不敢预测200年以后的科学会是个什么样子。

  致谢: 感谢张成立教授和路来君教授的批评与建议。

参考文献:
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(2020-02-02收稿)