物理学家大脑解密：能自动区分抽象概念和可测量概念

北京时间 10 月 13 日消息，量子可以同时处于两种状态；空间就像是形状可以改变的结构；虽然把整个宇宙"粘合"在一起，但暗物质却是不可见的；诞生于 138 亿年前大爆炸的宇宙，可能无限膨胀下去，也可能坍缩为一个奇点。

图：物理学家理查德・费曼和杨振宁

除非是一名受到良好训练的物理学家，否则上述任何一个问题都会让人脑壳疼。

在尝试理解这些不可思议的复杂概念时，人们会出现认知困难，但理论物理学家每天都在考虑，甚至尝试回答这些问题。

▲ 爱因斯坦

他们是如何做到的？

根据星期一发表在《npj Science of Learning》期刊上的一项研究，物理学家的大脑可以通过自动将事物划分为"可测量"和"不可测量"两类，来理解这些违反直觉的理论。

论文第一作者、卡耐基梅隆大学心理学家马塞尔・贾斯特（Marcel Just）表示，"对于日常所见的大多数事物，例如一块石头、一个湖泊、一枝花，人们可以估计出它们的大小，但物理学家思考的概念，不存在大小这一属性。"

为了研究物理学家大脑是如何工作的，贾斯特及其同事向 10 名具有不同专业和语言背景的物理专业老师提供一组概念，然后利用功能磁共振成像技术扫描他们大脑的活动。功能磁共振成像技术根据血液、葡萄糖和氧气流动情况研究大脑活动。

实验证明，每名物理学家大脑都会将概念划分为两类。论文共同作者、卡耐基梅隆大学粒子物理学家莱因哈德・舒马赫（Reinhard A. Schumacher）说，"我希望搞清楚势能、扭矩、加速度、波长、频率等概念之间的共同之处；其他概念包括暗物质、二元性、宇宙和平行宇宙。"

普通人可能会认为舒马赫所称的"其他概念"让人费解，但舒马赫意识到，它们之间最重要的共性，是它们都是不可测量的。

研究团队得出结论，物理学家的大脑，能自动区分量子物理等抽象概念以及速度、频率等可测量概念。这可能是他们能相对轻松地思考这些概念的原因。

物理学家的"超能力"来自大脑演化

舒马赫表示，学生对抽象物理概念的思考不同于物理学家，"随着物理学家年龄的增长，这些概念在他们头脑中'沉淀'的时间越来越长，使用起这些概念来就越驾轻就熟。这些概念使用得越多，它们就越像老朋友"。

对大脑的扫描也支持上述观点。研究团队不仅仅扫描了物理专业老师，也扫描了物理专业学生的大脑，"从事多年研究工作的物理老师，大脑考虑这些概念的效率更高"。

另外，贾斯特指出，教授们"右侧大脑活动更活跃，表明他们大脑中有大量关联模糊的概念"。

虽然物理专业学生可能在速度和加速度之间建立关联，教授却能在速度与被大脑边远区域激活的更小众概念之间建立联系，例如宇宙膨胀的速度。

▲ 霍金

能轻松思考新概念的并非只有物理学家

贾斯特强调，大脑接受新的抽象概念的演化，存在于全体人类。当然，可能只有物理学家能轻易理解二象性或平行宇宙，但其他专业人士也能掌握所在专业的复杂概念。

例如，化学家必须能够想象无法观察到的原子轨道结构和化学键。随着时间推移，普通人已经对 iPhone 和云计算"习以为常"，穿梭回数十年前，这两者也让人感到费解。