北京時間 10 月 13 日消息，量子可以同時處于兩種狀態(tài)；空間就像是形狀可以改變的結(jié)構(gòu)；雖然把整個宇宙“粘合”在一起，但暗物質(zhì)卻是不可見的；誕生于 138 億年前大爆炸的宇宙，可能無限膨脹下去，也可能坍縮為一個奇點。
圖：物理學家理查德?費曼和楊振寧
除非是一名受到良好訓練的物理學家，否則上述任何一個問題都會讓人腦殼疼。
在嘗試理解這些不可思議的復雜概念時，人們會出現(xiàn)認知困難，但理論物理學家每天都在考慮，甚至嘗試回答這些問題。
▲ 愛因斯坦
他們是如何做到的？
根據(jù)星期一發(fā)表在《npj Science of Learning》期刊上的一項研究，物理學家的大腦可以通過自動將事物劃分為“可測量”和“不可測量”兩類，來理解這些違反直覺的理論。
論文第一作者、卡耐基梅隆大學心理學家馬塞爾?賈斯特（Marcel Just）表示，“對于日常所見的大多數(shù)事物，例如一塊石頭、一個湖泊、一枝花，人們可以估計出它們的大小，但物理學家思考的概念，不存在大小這一屬性?！?/p>
為了研究物理學家大腦是如何工作的，賈斯特及其同事向 10 名具有不同專業(yè)和語言背景的物理專業(yè)老師提供一組概念，然后利用功能磁共振成像技術(shù)掃描他們大腦的活動。功能磁共振成像技術(shù)根據(jù)血液、葡萄糖和氧氣流動情況研究大腦活動。
實驗證明，每名物理學家大腦都會將概念劃分為兩類。論文共同作者、卡耐基梅隆大學粒子物理學家萊因哈德?舒馬赫（Reinhard A. Schumacher）說，“我希望搞清楚勢能、扭矩、加速度、波長、頻率等概念之間的共同之處；其他概念包括暗物質(zhì)、二元性、宇宙和平行宇宙?！?/p>
普通人可能會認為舒馬赫所稱的“其他概念”讓人費解，但舒馬赫意識到，它們之間最重要的共性，是它們都是不可測量的。
研究團隊得出結(jié)論，物理學家的大腦，能自動區(qū)分量子物理等抽象概念以及速度、頻率等可測量概念。這可能是他們能相對輕松地思考這些概念的原因。
物理學家的“超能力”來自大腦演化
舒馬赫表示，學生對抽象物理概念的思考不同于物理學家，“隨著物理學家年齡的增長，這些概念在他們頭腦中‘沉淀’的時間越來越長，使用起這些概念來就越駕輕就熟。這些概念使用得越多，它們就越像老朋友”。
對大腦的掃描也支持上述觀點。研究團隊不僅僅掃描了物理專業(yè)老師，也掃描了物理專業(yè)學生的大腦，“從事多年研究工作的物理老師，大腦考慮這些概念的效率更高”。
另外，賈斯特指出，教授們“右側(cè)大腦活動更活躍，表明他們大腦中有大量關(guān)聯(lián)模糊的概念”。
雖然物理專業(yè)學生可能在速度和加速度之間建立關(guān)聯(lián)，教授卻能在速度與被大腦邊遠區(qū)域激活的更小眾概念之間建立聯(lián)系，例如宇宙膨脹的速度。
▲ 霍金
能輕松思考新概念的并非只有物理學家
賈斯特強調(diào)，大腦接受新的抽象概念的演化，存在于全體人類。當然，可能只有物理學家能輕易理解二象性或平行宇宙，但其他專業(yè)人士也能掌握所在專業(yè)的復雜概念。
例如，化學家必須能夠想象無法觀察到的原子軌道結(jié)構(gòu)和化學鍵。隨著時間推移，普通人已經(jīng)對 iPhone 和云計算“習以為?！?，穿梭回數(shù)十年前，這兩者也讓人感到費解。
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