物理世界中的相互作用效應(1 / 3)

物理世界中的相互作用效應

在本世紀的大部分時間裏,量子理論在說明它用實在作為尺度所研究的現象方麵遇到了困難,在過去約100年時間裏問題和反常一直在不斷增多。1900年普朗克提出,物體是以稱之為量子的不連續的包的形式輻射能量的;1905年愛因斯坦證明,光除了具有人們熟知的波動性外,還具有粒子性。後來在1913年玻爾又論證了,電子從繞核旋轉的一個軌道到另一個軌道並不經過中間過渡過程;1923年德布羅意假定,量子具有波粒二象性。在幾年後的1927年,海森堡用公式表示了測不準原理,從而為我們關於獨立於觀察者的量子世界的知識設置了實際的限製,這樣玻爾就被迫采用了哥本哈根解釋棗量子是一種“終極現象”,人們不可能超越記錄(和數學計算)它的觀察去認識和思考這種現象。J·惠勒後來指出,這些陳述是很重要的,它提示我們,在說到量子時我們不再是指客體和獨立於觀察者的實在。按E·魏格納的名言,從此以後,量子理論隻與“觀察”打交道,而不再與“可觀察的”打交道。

根據惠勒的觀點,目前的量子理論用複數的幾率幅來描述了關於動力學係統的一種完整知識形態。正如惠勒自己指出的,還未回答的問題是,什麼是幾率幅?玻爾說,直到通過不可逆的放大行為把它“帶到終點”,像實驗室中的蓋革計數器發出哢嚓聲響或使乳膠底片上產生黑點那樣,終極現象才是一種真實的現象。盡管存在對這些放大行為的觀察和對複數相應幾率幅的陳述,但是對於幾率幅背後隱藏著什麼並沒有給出答案。量子態的波函數並不能歸到真實性上,它是對可能的不同觀察的潛在可能性的一種表述。結果,量子物理學家就生活在愛麗絲的仙境中,在那裏隻有事物的表象棗切希爾貓的笑,但是沒有顯露這些表象的事物。

玻爾和哥本哈根學派的量子物理學家作了最後的斷言:思考量子的終極現象“本身”的本質是什麼是禁止的。這種禁止允許在數學上把不同的觀察相互聯係起來的工作,但不考慮觀察涉及的究竟是什麼這種“哲學”問題(玻爾因他實驗室的門上寫著“正在工作,哲學家請勿入內”的字樣而聞名)。然而,盡管許多物理學家遵守哥本哈根學派的禁令,但其他物理學家則仍冒險解釋隱藏在“終極量子現象”背後的實在的本質。

一、關於物質的不同觀點

西方人的常識觀點總是認為,歸根結底,世界上隻存在兩種事物:物質和空間。物質占據空間並在其中自由運動,而空間是原始的實在,是一種背景或一種容器,除非它被填充以物質,它幾乎不能享受自身的實體性。

這一常識概念可以追溯到古希臘的唯物主義,它也是牛頓物理學的主要支撐點。在愛因斯坦相對論宇宙中這一概念得到了徹底地修正,在玻爾和海森堡的量子世界中也經曆了類似的修正。現在,它也許又要再一次被重新思考。

新科學的準總體圖景提出了對關於實在本質的這一基本假設的進一步修正。我們不應該再把物質看作是第一位而把空間看作是第二位的,我們一定要把第一位的實在授予空間,或占據空間的場。

正如我們已經看到的,物質最好應看作是空間的產物,或更為確切地說,看作是充滿空間的真空零點場的產物。存在於這個世界中的表麵上是固態的物體和組成我們身體的肉和骨頭都不是由我們適當稱之為“物質”的構件塊構建而成的,我們把它看作是“物質”的東西(科學家把它看作具有質量,並具有慣性和引力等有關特性)是在這種彌漫於空間的場的深處發生微妙相互作用的結果。在新的圖景中,不存在“絕對的物質”,隻有產生物質的絕對的能量場。

物理學家知道,在超小的尺度上,“物質”實在蒸發了:作為孤立的或可以孤立出來的實體的粒子不再存在了,隻存在它們嵌於其中的誇克和量子場。誇克隻能以集體形式存在於強子之內,它們不能相互分離開棗它不可能產生誇克氣(gasofquarks)。因此,構成實在的“物質”部分的原子和分子最終是作為它們自身不可相互分離的誇克的種種不同構型存在的棗是作為在基礎的能量場之上生成的虛幻模式而存在的。所以,物質物體是充滿空間的真空能量場的凝結或臨界結。

這一新圖景還沒有滲入到大多數科學家的思維中。如果物理學家是意見一致的,他們就應當把光子和電子以及其他量子粒子看作是超流體空間中(更精確地說,是在量子真空零點場中)的凝固起來的誇克流。但是,甚至粒子物理學家在克服標準觀點(認為光子是越過空間向象屏和鏡這樣的技術儀器[例如在著名的雙縫實驗中]前進的一種映射)時也遇到了困難。實驗儀器被簡單地認為是由非常精確的實體構成的,在其中光子以不同的(經常是非常令人迷惑的)方式碰撞它。原始實在保留了運動的粒子和實驗儀器的物質基礎,而存在於它們之間的空間,盡管認為是充滿著量子漲落,但仍被認為是處於第二位實在的狀態。

然而科學家們再也不認為光子和電子是越過空間映射在屏或鏡上的分立的實體了。在物理實在的真實圖景中,甚至屏和其他實驗室儀器都被看作是作為基礎的真空能量場中的量子化波。當科學家測量光子和電子時,他們是在測量這種場中的波構型;當他們在進行量子實驗時,就是在一組靜態波(即科學家本身)和另一組傳播的波(即電子和光子)之間進行相互作用。

盡管這種圖景看起來把常識給本未倒置了,但進一步考察,它實際上比當代物理學的標準概念更接近關於實在本質的日常假設。例如,量子場不再是僅用來描述潛能的純粹的觀念實體,它們是把真實世界粒子和物體相互關聯起來的物理上的真正實體。這樣,使物理初級班的學生感到吃驚的抽象就不再有了:光和引力並不是在虛空的空間中遊蕩的幽靈般的波;時間和空間不僅僅是一種愛因斯坦式的幾何,而是一種基本的物理實在,它是充滿物質的空間,是可以被擾動的一種能夠產生構型和波的滿載的介質。光和聲音是這一連續能量場中的旅行波,桌子和樹,岩石和燕子,以及其他看上去是固態的物體,是其中的靜態波。

看上去這一最新的圖景似乎重新證實了最古老的洞察:空間是物質的創生之源的神秘觀點很接近真理。在東方,這一觀點要追溯到5000年或更長時間以前。根據古印度的預言家的觀點,空間並不是作為孤立的實在的物質事物進行冒險的一種簡單框架,它是一種永恒的實在,是與氣、火、水、土同樣真實和顯而易見的一種微妙的物質。這一觀點也反映了某些當代印度哲學家的思想,例如,G·克利希那(G.Krishna)說,可見世界的能量來源於從創造性潛能繼承下來的最初能量。宇宙就像有冰山點綴著的一個無邊無際的海洋,宇宙海洋彌漫在時空中,它是所有事物的基礎。這個海洋是我們感覺所不可及的,但是巨大的冰構形(在作為基礎的水中變換表象)是可以感知到的。當我們通過感官觀察世界時,僅僅看到了冰山;但當我們內在地去觀察實在時,冰山就消失了,水在所有方麵都被我們覺察到。

二、量子實在決策樹

迄今為止,大多數量子物理學家仍遵守哥本哈根學派關於揣測量子世界的獨立本性的禁令。但是,有些科學家偶爾偏離戒律去冒險解釋究竟是什麼支承這種“終極的量子現象”。正如J·斯托納(JeanStaune)所證明的,主要的可供選擇的方案現在已被完善的描繪出來。

首先有一個基本的選擇:是否應該深入探索B·德斯帕那特(Bernardd’Espagnat)所說的“隱蔽的實在”和惠勒所說的“大煙龍”?或者是否應當無視整個實在問題?如果我們選擇忽視它,我們就可以著手實驗和觀察而無須費更多的事(我們必須有極大的忍耐力生活在隻有貓的嘻笑而沒有真實的貓的愛麗絲的仙境裏)。另一方麵,選擇麵對實在問題就會導致若幹可供選擇的方案。