“不管数学结构表达了怎样的含义,毫无疑问,我们都经历着时间的流逝,随着我们年纪变大,年少时仿佛永无止境的夏日在记忆中褪色,整年的时光中各种各样的经历都淡去了。“然后有一天你会发现,十年的时光都已在身后。”
“我们看到照片都会微笑,然后停下来扪心自问:照片上的情景真的已经是10年(或者20年、30年)之前了吗?但在过去的一个世纪中,物理学告诉我们,时间不是这样的。”
吉姆·巴戈特在《量子空间》中用了大量这种具体的生活体验来讲述有关量子力学的理论。在这本书中讨论的关于存在本质的“大问题”不是能轻易地能通过文字描述和有限的图示就能完全说明和理解的。时间和空间这两个名词,在吉姆·巴戈特的笔下一步一步走向分崩离析、改头换面。在阅读完有关量子力学理论的著述之后,我想大部分的读者可能都会有这样的瞬间感受-----眼前的或是内心的世界在有那么一秒钟内是如此得虚幻。即便阅读这样的书常常会磕磕绊绊,理解往往前言不搭后语。
我们经教育形成的认知观念告诉我们大自然的本质就是这样,只需接受它就好了。老师和课本已经告诉了我们惯常的处理方式。相比之下,我们更善于正确地解答考试题。标准答案或是正确答案比起那些数学公式更重要一些。更进一步的说,要显示知识渊博的话,顺带着说出数学公式的名字会显得更专业一些,例如拉格朗日方程、毕达哥拉斯定理等等。但这些数学公式或定理从何而来,又如何拥有这样的内容则是我们无须理解的多余部分。
还记得老师的口头语-----记住了吗?
现成的总是比还要再去索求来得方便些。随手取用的次数多了。从哪里来?因何而来?我们都会懒得问一句。
在我们的头脑中认识的世界是牢固的建立在由牛顿力学体系一手打造出来的。在那个根深蒂固的机械世界中,作用力与反作用力,时间和空间都是明确和显而易见的。即便我们现在接受了普朗克的能量包,接受了玻尔的电子跃迁,接受了薛定谔那一只既死又活的猫,但是我们终归还是会老老实实地回到牛顿力学体系中,因为那是我们熟悉的。不过,也正借助吉姆·巴戈特、卡洛·罗韦利、李·斯莫林这样的人,我们也会意识到,在这个世界上,还有一部分人所认识的世界与我们的不同,而且是显著不同。
在理解量子力学理论的过程中,我们常常会看到一些看似荒谬的结果。但我们也得注意到,这样的结果绝不是信口开河和恣意妄为。在它的背后,是一连串的追问和思考。它建立在知识积累、数学计算、逻辑推导和想象完善之上。在量子力学理论与我们日常的认识相悖之处,或许就藏着一个奇妙的新世界。如果我们整合自20世纪以来有关物理世界的知识,会发现许多线索和已取得的认识都在表明这个世界与我们在学校学到的认识大相径庭。正如卡洛·罗韦利在《现实不似你所见》一书中说道:
“世界的基本结构正在显现,它由一群量子事件构成,其中时间和空间都不存在了。量子场绘制了时间、空间、物质与光。在事件之间交换信息。实在是由独立事件构成的网络,概率使它们相互关联,在两个事件之间,空间、时间、物质与能量消融在一团概率云中。”
是的,在经典物理学的世界中,如果我们做这件事,那件事也就会发生。在原因和结果之间存在的直接联系不可否认。而在量子物理学所描述的世界里,则是我们做这件事,那件事可能会发生,由发生的量子概率来决定。而这也是爱因斯坦与玻尔争论的缘起-----“上帝不掷骰子”。
在量子力学理论中游荡,不论是量子引力理论,还是超弦理论。它们最吸引人的部分当属那些最优秀的想象力。与这些坚定地四处漫游的想象力相比,读者的想象力反而容易枯竭,读者的想象力更容易被牛顿力学体系牢牢地吸附。在认识和理解量子力学在观念更迭的过程中,读者的认知需要挣脱的束缚不亚于人造航天器的巨大推力所抗拒的地心引力。空间、时间、物质与能量一一在我们面前展现了另外一面。这一点我们会认识到,这个世界的奇妙从来没有停滞。让我们失去许多快乐的,乃是我们自己的自封与自满。
再回到牛顿力学体系建立之初的那个传说中,一棵苹果树的果实从枝头成熟掉落,正好砸到牛顿的头上或是牛顿的面前。我们可以认为,或许在这一颗苹果掉落的那一刻,彼时世界上还有不可计数的苹果从各自的枝头熟落,但唯独这一颗成为改变世界的诱因,而其他掉落的苹果则在泥土与鸟兽口中湮没。从这个角度来看,只要事件发生的概率不为零,就会发生,不在这里,就在那里。在爱因斯坦创立相对论的说法中,专利局大楼对面的那座钟楼所展示的二十四小时,在很多人看来不过是一天循环往复而已,但只有在爱因斯坦眼中,那座时钟的指针才会一会儿快,一会儿慢,甚至完全扭曲,不会以精确、均匀的方式来标记时间。在物理学的理论演变体系中,这些小故事为严谨的理论和发现提供了赏玩的可能。但这些小故事也显示了物理学不断更迭的行进方式之一就是:质疑惯常和想象突破。
吉姆·巴戈特的《量子空间----通往万物理论的新途径》一书要比卡洛·罗韦利的科普著述在内容上更为艰深一些。虽然卡洛·罗韦利本人的研究范畴正是圈量子引力理论。同理,李·斯莫林的量子理论著述也不会显而易见的明白。但正是他们添加的想象力,让这个世界不再单一和平面。当然,为这个世界注入想象力的并非只来自他们三人。
在面对惯常的生活和常识时,想象力并不是唯一的突破口。更为重要的是,在每一个想象力面前,都会添加一个“为什么”的前提。科学的确是在进步,但这样的进步揭示的是,我们对“什么是真的”的理解是会不断变化的。认识永远不是确定的,永远都会面临修正。物理学如是,科学亦如是。
没有哪一项或是哪一种理论从一出生就无比的正确与伟大。也没有哪一个人能讲述全部的未知。在不断证伪的探索中,我们所犯的足够多的错误只是提示我们接近了所谓的“正确”,而不是掌握了正确!
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每一次阅读都会迈向辽阔!《短书集》
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