研究:暗物質和多重宇宙幫助科學家破譯大腦的奧秘

據媒體CNET報導,根據周一發表在《npj Science of Learning 》雜誌上的一項新研究,物理學家的大腦通過自動將事物歸類為”可測量的”或”不可測量的”來處理反直覺的理論。

研究:暗物質和多重宇宙幫助科學家破譯大腦的奧秘

卡內基·梅隆大學的心理學家、該研究的第一作者Marcel Just說:「我們每天遇到的大多數事物,比如一塊石頭、一朵花,你可以說,’嗯,它和我的拳頭差不多大……但是物理學家思考的概念卻沒有這種屬性。」

為了准確研究物理學家的大腦是如何工作的,Just和其他研究人員給10名卡內基·梅隆大學的物理學教師–他們的專業和語言背景各不相同–提供了一本物理學概念的帳本。然後,他們使用fMRI(功能性磁共振成像)掃描來檢查受試者的大腦活動,因為這些人在列表中的活動。

與有助於解剖學研究的普通核磁共振成像相比,功能性核磁共振成像可以根據血流、葡萄糖和氧氣的波動來檢測大腦活動。

結果發現,每個物理學家的大腦將該領域內的概念組織成兩組。研究人員只需弄清楚如何給每組貼上標簽。

“我看了這個列表,’像勢能、扭矩、加速度、波長、頻率……這些概念有什麼共同點?在同一尺度的另一端,有像暗物質;二元性;宇宙學;多重宇宙這樣的東西,”共同作者、卡內基梅隆大學的粒子物理學家Reinhard A. Schumacher解釋道。

一般人可能會把 Schumacher的描述歸為後一種,認為是令人費解的,但他意識到,最重要的連接因素是它們是不可測量的。在大腦掃描中,這些概念並沒有顯示出他所說的”程度”的活動,鬆散地指的是將有形的限制放在某物上。

研究小組認為,物理學家的大腦會自動區分抽象的項目,如量子物理學,和可理解的、可測量的項目,如速度和頻率。 基本上,那些在這些非物理學家中引起困惑的東西並沒有引起他們的”程度”的想法。這可能就是他們可以相對輕松地思考這些東西的原因,而其他人卻開始擔心規模問題。

談到經驗,Schumacher說,一個學生考慮抽象的物理學思想可能與作為一個長期的物理學家構想它們非常不同。

研究:暗物質和多重宇宙幫助科學家破譯大腦的奧秘

Schumacher表示:「我認為有一種感覺,隨著物理學家年齡的增長,這些概念在腦海中逐漸形成,你最終會以一種更有效的方式使用它們。你越是使用這些概念,它們就越是像老朋友一樣。」

大腦掃描也支持這一論斷。該團隊不僅測試了教師的大腦活動,他們還觀察了物理學學生的大腦。

Schumacher說:「對於多年來一直在做這件事的老物理學家來說,就像大腦更有效率一樣。它不必像以前那樣需要長期思考,因為你馬上就會完成正確的事情。」 此外,Just指出教授們 「有更多的右半球激活,這表明他們有更多的遠距離相關概念」。

雖然物理學專業的學生可能會將速度與加速度聯系起來,但教授們似乎將速度與更多由大腦偏遠位置激活的小眾主題聯系起來,這也許是宇宙膨脹的速度。只是強調了大腦如何進化以適應新的、抽象的想法發生在我們所有人身上。也許只有理論物理學家能輕易理解多元宇宙,但在其他領域工作的人當然也會思考他們自己的復雜想法。

例如,化學家必須將看不見的原子軌道結構和只在教科書中畫出的鍵的構型形象化。而普通公眾,隨著時間的推移,已經適應了像iPhone這樣的發明。研究人員稱,想像一下,穿越時空回到1700年,向別人解釋一個無形的數據存儲礦的工作原理。他們可能會有和我們想像量子領域時一樣的感覺–我們對他們來說就像是”物理學家”。

“我們現在有這種理解,”Schumacher解釋說。”即使你開發了一些新的科學概念,我們也能或多或少地預測大腦將如何處理它。”

例如,在練習中,當被要求思考振盪時,Just說一些受試者的大腦激活了與節奏活動有關的部分。該器官基本上重新利用了古代用於一般節奏的區域,比如也許是音樂,以允許現代物理學概念。

“正弦波的概念只有幾百年的歷史,”Just說。”但是人們一直在觀察池塘里的漣漪 。”

Just還建議,積極幫助大腦重新調整自己的目標,利用其適應能力,這是有可能的。他說,如果我們允許兒童通過教育擴大他們的思維,更早、更嚴格地引入抽象概念,也許有一天他們可以像科學家那樣輕易地想像事物。甚至在更遠的地方,他說這些發現可以為心理健康的研究提供信息–大腦的組織和適應能力在困境中是如何運作的?

「我認為這是世界上最迷人的問題,」Just說。「人類大腦的本質是什麼?我們怎樣才能使它們更健康;思考得更好?」

來源:cnBeta