物理學家的大腦會將根據“尺寸是否可測量”來組織概念。
圖片來自網路
物理科學一直在努力跨越所有時空尺度，尋找理解物質和能量的最佳解釋。現代物理學充斥著複雜的概念，已經顛覆了我們看待可見及不可見宇宙的方式。越來越多的物質奧秘正在被那些一心鑽研亞原子、量子和宇宙學等抽象世界的物理學家們解開。不過，他們的大腦是如何思考那些不可體驗的世界來實現這些壯舉的呢？近日，卡耐基梅隆大學的研究人員在《npj學習科學》上發表論文稱，他們發現了一種方法，可以解讀與單個抽象科學概念（如費米子或暗物質）相關的大腦活動。
在新研究中，卡內基梅隆大學的高階研究員Robert Mason、物理學教授Reinhard Schumacher和心理學教授Marcel Just透過功能性磁共振成像（fMRI）記錄了物理系同事們的大腦活動，調查了他們思考高階物理概念時的思維過程。
其中一個最新奇的發現是，物理學家的大腦會將根據“尺寸是否可測量”來組織概念。對於大多數普通人來說，只要有合適的尺子、秤或雷達槍，任何物質都是可以測量的；但對於物理學家，一些概念，如暗物質、中微子或多元宇宙，是“深不可測”的。後者的大腦會將這些概念分開組織。當然，物理系教授大腦組織的某些部分與物理系學生的大腦組織相似，比如那些具有周期性的概念，如光、無線電波和伽馬射線。
另一個驚人的發現是，儘管接受訓練的語言、文化環境不同，物理學家們的大腦在表現概念的方式上卻有極大的共性。這種概念表徵的共性之所以出現，是因為在處理給定型別資訊時自動發揮作用的大腦系統，本身就是最適合該處理過程的。
不過，如何評估這些對大腦活動的解讀呢？研究小組找到了一種方法來預測每個概念的啟用模式。他們另外招募了一組理教師，讓這些參與者在擬定的組織維度上對概念進行1-7級的評分（例如：“二元性”概念的可測量級別極低）。然後，計算模型會確定除一種概念外的所有概念的評分和啟用模式之間的關係，然後利用該關係來預測被遺漏概念的啟用。模型的準確率平均達到了70%。
20世紀初，後牛頓時代的物理學家們從根本上推進了對空間、時間、物質和能量的理解。這些新概念不是來自他們的知覺經驗，而是來自人類大腦的生成能力。大腦中的神經元具有大量特徵各異的計算能力，而經驗則決定了哪些能力會以何種方式與大腦其他區域結合使用，以執行特定的思考任務。天才會使用這些能力發展新技能、知識，正是大腦的適應性讓這成為了可能。
20世紀重要的新物理維度的一個例子是“不可測性”（例如暗物質的一種特性），它與經典物理概念（如速度）的“可測性”形成了鮮明對比。這一新維度存在於所有接受測試的物理教師的大腦中，正是類似的新能力推動了物理學的進步。
編譯：橘子 審稿：西莫 責編：陳之涵
來源：《npj學習科學》
原文連結：
https://medicalxpress.com/news/2021-10-ancient-brains-modern-physicists.html
中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。
