千百年來科學家們對世界本質進行著不懈的探索,量子力學出現後,人們對世界本質的認識跨上了新的台階。量子力學對原子層麵的揭示,讓人們看到在神秘的微觀世界存在著天生的不確定性,這對宏觀世界也存在某些適應性。量子世界觀認為“觀察者創造現實”,觀察者在某種程度上因為不同的認知、態度、視角而創造出不同的現實和意義。觀察者影響、創造所觀察的事物,兩者密不可分。現實的呈現方式受觀察者的影響,甚至在某種程度上由觀察者塑造。海森堡說過:“原子什麽也不是,隻是傾向。”所以與其思考事物,你必須思考機率。
量子力學詮釋了世界本質的三個主要方麵,其中量子力學的第一個重大發現是——分立性,並且因此得名。
量子即基本微粒,在這個尺度層麵一切都是斷開的,並不是連續的。對一切現象而言,都存在著最小尺度,在量子力學裏稱為普朗克尺度,最小的時間尺度稱為普朗克時間,約為5.39×10-44 秒。在這一極小層麵,時間的量子效應開始顯現。如果可以用能夠想象出的最精密鍾表去測量一個時間段,我們會發現測得的時間隻能有不連續的取值。時間並沒有均勻地流動,而是像袋鼠一樣從一個值跳向另一個值,不再是連續的。也就是說,在量子層麵時間概念不複存在,這大概就是虛無。
何為空間?真空中沒有物質,但是有場,量子場形成了一個空間的狀態。量子場——是空間中彌漫著的基本相互作用,是物理學中以時空為變量的物理量,例如電磁場、引力場等。量子物理學家卡洛·羅韋利這樣描述空間、時間、宇宙和世界:分立性在自然界中無處不在,常以分立的形式顯現——基本粒子、光子、引力子,或者其他量子。這些基本粒子並不存在於空間之內,而是形成空間。世界的空間由它們之間相互作用的網絡形成。它們並不居於時間之中,而是相互作用,隻有在互相作用時才存在。
量子在互相作用中與發生相互作用的事物相關聯,並顯現自身。這些互相作用是概率性的,隻有在與一個物理係統相互作用時才會出現。世界就像是相互關聯的點的集合,談論“從外麵看”的世界是沒有意義的,因為沒有什麽在世界的“外麵”。引力場的基本量子存在於布朗克尺度,布朗克長度是10-35 厘米,在這個尺度一下,空間不再是原來的意義。是這些基本量子以及它們的互相作用,決定了空間的延展和時間的間隔。這好比法國新印象派的點彩技法,他們不用輪廓線劃分形象,而是用點狀的小筆觸,通過合乎科學的光色規律的並置,讓無數小色點組成形象。印象派大師保羅·西涅克《馬賽港的入口》用彩色的點描繪了色彩明麗、和諧的世界,仿佛透露了世界的本質。
空間鄰近的關聯把這些空間微粒聯結成網,稱之為“自旋網絡”。這些網絡進而會通過不連續的跳躍彼此轉化,成為在理論中被描述為“自旋泡沫”的結構。這些跳躍的出現繪製出的圖畫,在大尺度上好像是時空的平滑結構,在小尺度上則是不連續的量子時空,一大群瘋狂的量子出現又消失。在這種理論中,時間和空間不再是容器或者世界的一般形式,它們隻是量子動力的近似,其中既不包含時間,也不包含空間,隻有事件與其關聯。
在哥白尼之前人們認為是太陽在旋轉,後來知道了原來旋轉的是自己。16 世紀哥白尼、開普勒、伽利略等早期科學家,在數學、天文學、物理學領域的探索,演化出更加依賴分析推理、以數學規律而不是以精神原則為基礎的自然世界觀。後來笛卡爾堅信科學的絕對確定性,他把宇宙看成是一個巨大的鍾表。
到了17 世紀,牛頓進一步拓展了笛卡爾的理論,把宇宙描繪成一個龐大、精密的機械時鍾。就是大多數人三百多年以來,不知不覺所信奉的機械範式的世界觀。
牛頓機械論世界觀的一個核心原則是決定論,即根據過去和現在可以預測未來。就像那隻拉普拉斯妖,驅使人們運用因果律去尋求確定性,對於不能運用數學等演繹邏輯的領域也去用這把錘子,手裏有錘子看什麽都是釘子,不管它是不是釘子。人們也因此會產生焦慮,覺得本來手裏的股票應該和自己的研判一樣上漲一倍。如果沒有和自己的預測一致的話,必定會產生對自己和世界的懷疑和不解甚至焦慮,這是世界觀的錯配,隻是有些人還未認識到。
20 世紀量子力學取得的重大發現,已經經過科學家和哲學家的論證,然而還沒有在人們的日常生活中得到更廣泛的應用,還沒有形成普遍的世界觀。
我們再回到量子力學的第二個重大發現——不確定性。記得我剛上初中的時候,每天上學的路上會經過一個大大的路邊廣告牌,上麵畫著實現“四個現代化”
的美麗圖景,其中代表科學的標誌是一個原子結構模型——幾個電子按照一定的軌道圍繞原子核旋轉運動,和行星圍繞太陽運動類似。改革開放初期,這個原子模型圖在課本、雜誌裏隨處可見,它代表著人們熱切盼望實現科學現代化的期待,這個原子結構觀念已經深入人心。可是在1913 年,量子力學哥本哈根學派的創始人玻爾,提出了不同的原子結構圖景。玻爾模型在行星模型的基礎上提出了核外電子是分層排布的,電子在同層內運動是不輻射能量的;不同層麵上的電子具有不同的能量;隻有當電子從一個層麵跳躍到另一個層麵時,才會輻射或吸收能量,比如會發光,這就是電子躍遷。幾年後海森堡和薛定諤在此基礎上又提出了電子雲模型。
電子躍遷到底是什麽意思呢?它的本質含義是什麽呢?這個問題在1927 年由25 歲的德國人海森堡破解了,那時候他是玻爾的學生。有一天晚上,海森堡在公園裏散步途中突然找到了靈感,公園裏稀疏的路燈的光圈被大片的黑暗分隔開。他突然看見有個人經過,實際上他並沒有看見那人走過,隻是看到那人在燈光下出現,之後消失在黑暗中,然後又在另一盞路燈下出現,就這樣從一個光圈到另一個光圈,最終徹底消失在夜色中。海森堡突然想到,這就類似於電子的躍遷。他馬上跑回家去進行計算,得出了奇怪的結果:不可能同時精確確定一個基本粒子的位置和動量。在對粒子進行描述時,並不能描述粒子在任意時刻的位置,而隻能描述它在某些瞬間的位置——粒子與其他物質相互作用的那些瞬間。
這就是海森堡提出的不確定性原理——知道了粒子的位置就測不準它的動量,反之亦然。類比一下股票,當你知道它的所有權時(自己已經買入),你就測不準它的價值(不知道它到底值多少錢),直到你賣掉的時候,你知道了它的確切價值,但你不知道它的所有權了。
不久後,英國人狄拉克在玻爾和海森堡的基礎上,把量子力學從雜亂無章的靈感和不完整的計算、構想,變成了一個完美、簡潔、優雅的體係。玻爾評價他說:“在所有物理學家中,狄拉克有著最純潔的靈魂。”我看到狄拉克的照片,他的眼神極其清澈,他的物理學理論一如他的眼神,有如詩歌般的純潔透徹。海森堡微笑的照片也很有個性,但透露著一絲神秘、狡黠的神情,若幹年後他和希特勒關於製造原子彈的遊戲至今仍是個謎。
狄拉克把“概率”帶入了世界演化的核心。他認為在與另一個物體相互作用的過程中,物體突然出現時其速度、能量、動量等物理量不能取任意值。他提出了計算物理量取值的方法,後來把一個變量可以取值的集合稱為這個變量的“譜”,就是說有許多其他的數值不在取值範圍內。這告訴我們在下一次互相作用中,譜可以取哪些值,但隻能以概率的形式。這大概就是我們平時常說的“靠譜”,實際是說這個人說的話在正確的取值範圍內,不是胡說八道的。
量子力學發現概率在原子層麵起作用,即使我們擁有初始數據的充分信息,也隻能計算出事件的概率。在微觀尺度上決定論消失了,電子不是由大自然決定向左還是向右運動,它是隨機的。也就是在取值譜內可以取任何值,這是大自然的本質。在牛頓時代則認為既然有充分的初始數據,就能夠完全計算出精確的數值,未來可以預測,這就是決定論。
我們宏觀世界表麵上的許多決定論,隻是由於微觀世界的隨機性基本上會相互抵消,隻餘微小的漲落,我們在日常生活中根本無法察覺到。我常去韓國釜山海邊散步,經常在一塊礁石前麵駐足。因為在一千多年前住在這裏的新羅時期的大學者崔致遠先生(他曾經在唐代留學中國並中進士,還做過唐朝的官,他當時寫的《討黃巢檄文》名滿天下),曾在上麵題寫了“海雲台”三個字,仿佛一千年來石頭是靜止的。假如我們能看到這塊石頭的原子,就會察覺到它們在不停地四處傳播,永不停息地振動,因為在最小的尺度上一切都在不停地振動。量子力學告訴我們,我們觀察的世界越細微就越不穩定,在微觀層麵世界是一群轉瞬即逝的事件。未來並非完全由過去決定,我們所見到的嚴格規律性最終來自統計學意義。
量子力學第三個重大發現——關聯性。從前麵的內容我們會感覺到,經典物理與量子物理匪夷所思的區別。
量子世界觀告訴人們,事物是在相互作用中才存在的,如果沒有互相作用,事物就不存在。王陽明《傳習錄》中有一段話:“先生遊南鎮,一友指岩中花樹問曰:‘天下無心外之物。如此花樹,在深山中自開自落,於我心亦何相關?’先生曰:‘你未看此花時,此花與汝心同歸於寂。你來看此花時,則此花顏色一時明白起來。便知此花不在你心外。’”可以理解為,你沒看到此花時,你就沒有與花產生關聯、互相作用,花就沒有應機顯現。
當你看到花時,你與花產生了互相作用和關聯,花因此而顯現,你感到賞心悅目是花存在的意義。
佛語“緣起性空”與量子力學有相通之處。物質實在成了關聯,事物隻存在於物理係統的關聯之中。並不是事物進入關聯,而是關聯是事物的基礎。世界不是事物的世界,它是事件的世界。事物通過基本事件的發生而建立,海邊的礁石在一定時間內保持其結構的量子振動,就像打在礁石上美麗的浪花,再次融入大海前會暫時維持其形態一樣。浪花和礁石一樣都是流動的事件,都是過程,隻是它們擁有各自不同的節奏和時間。
係統的全部事件都相對於另一個係統而出現。過程就是從一次互相作用到另一次互相作用的曆程,物體的屬性隻有在互相作用的瞬間才以分立的方式呈現。也就是隻在這些過程的邊緣,隻在與其他物體發生關聯時才出現。無法對其做出完整確定的預測,隻能進行概率性的預測。比如貨幣的真實要素永遠無法看到,也是通過相互作用來追蹤其價值,無論是黃金白銀、紙幣還是現在的電子賬戶,隻有它在支付的時候才顯現其價值。錢在保險櫃裏、在錢包中、在銀行賬號中,好似疊加態的波一樣,買什麽都可以,一旦在花出去時,就坍縮為粒子態,去買了確定的一樣東西。股票和錢一樣,你不去操作時,它就在市場裏波動。你不看它,它就是疊加態。
你去看它就是你和它發生了作用,它體現出具體的價格;你去買賣它,它就坍縮為成交價格。