最前沿物理學——宇宙是幻象

2020-11-21 每日科技網

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  一個世紀以來,物理學家們一直在思考這個問題:支配著無限小的規律似乎難以理解。然而,如果我們承認量子現實只是一種錯覺的話,那麼一切就清楚了!這一認識將掀起一場全面的革命。

  「我們應該修改物理學教材了!」2005年8月,在德國康斯坦茨湖畔一所大學的最高建築的頂樓,美國物理學家克里斯多福◎福熙(Christopher Fuch)用這樣一個大膽的提議作為其組織的系列研討會的開場白。康斯坦茨大學出資邀請了50多位美國、加拿大、英國以及義大利、法國和澳大利亞的理論學家和哲學家來參加這一為期一周的會議。他們都是微觀物質運動規律研究領域的頂尖專家。其中的一些學者極具威望,但他們也毫不猶豫的推翻了自己曾經持有的觀點。作為門外漢,我們無法深入理解研討會期間專家們徹夜爭論的深奧的數學問題。不過,他們討論都是圍繞著這樣一個觀點展開的:物理學為我們描繪的世界也許並不是真實的物質世界,而很可能只是一個巨大的幻象!

  這讓我們一下子墜入了雲霧之中。在我們一貫的觀念中,物理學的目的,正如字典裡所清晰定義的那樣,不就是「研究物質的屬性」嗎?物理學家們的確是通過對如同康斯坦茨湖畔的石頭一般真實存在的物體的考察和研究,才得以提出了現有的物理學理論。那麼憑什麼說物理學描繪的只是一個幻象呢?很簡單,這是因為物理學家們在抽絲剝繭般梳理「客觀現實」這塊織物的「纖維」時,令其支離破碎了。而物理學的本義,也因此突然變得支離破碎了。

  這種觀點最早是在20世紀初提出的,當時物理學家們剛剛能夠深入探尋我們這個物質世界的奧妙。他們為自己的發現感到驚奇。在此之前,人們已經習慣性的認為,物體要麼是波動,就像海面上蕩漾的波浪,要麼是在時空中運動著的粒子,就像綠色球檯上滾動著的撞球。然而,物理學家們進行了更加深入的考察,他們發現光、原子或電子的運動似乎並非如此。比如,在某些條件下,通常被看作波動的光卻會像粒子一樣的運動;同樣,通常被當作粒子的電子有時則會像波一樣運動!

  還物理學一個真相

  短短幾年間,理論學家們在創造概念方面作出了史無前例的努力,他們以純經驗論的方式漸漸構造起了一個數學大廈,用以描繪那種種「令人難以置信」的物質運動。就這樣,量子力學在1925年正式誕生了,從此不可動搖。但是,要承認量子力學,就意味著必須拋棄海浪和撞球,而承認物體——包括電子、原子、分子以至石頭——都是由一個極其複雜的代數概念(即「希爾伯特Hilbert空間的態矢量」)組成的。這也意味著還必須接受一套支配物體演化的新規則,使物體之間能以超越空間和時間的方式發生聯繫,並同時具有幾種不同的態,而當人們對它們進行觀察時又會根據某些非常精確的概率法則任意縮減為一個單一態。物理學家們不得不接受這些如此「離奇」的概念。因為,據說,這個奇異的量子世界正是我們所處的世界這一理論從來沒有受到懷疑;而且這一理論確實也曾成功的預言了各種化學元素的屬性、雷射和電子晶片的特性、DNA的穩定性甚至核反應的「爆炸性」。儘管康斯坦茨湖中的鵝卵石看起來似乎並未表現出這些奇異的特性(這些特性只在微觀系統能夠觀察到),但量子力學的使命的確就是描述圍繞在我們身邊以及構成我們的物質的內部運動。

  而在這裡,我們顯然看到了一個大問題!量子力學作為物理學領域中描述物質最深刻的理論,為什麼它距離我們的傳統觀念如此遙遠?為什麼這一學說最基本的理論都如此難以理解?現實真的是如此超出我們的想像嗎?30年來,每年都要舉行一些大型的國際學術研討會,目的是通過對目前掌握的十幾條線索進行分析,再現能與當代物理學研究數據相一致的真實世界的面貌。然而問題的關鍵在於,每一種對於世界的「現實的」詮釋看上去都那麼超現實!最著名的一種詮釋是1957年美國物理學家休◎艾福雷特(Hugh Everett)提出的:針對「為什麼量子物體能同時具備多態,但在人們對其加以測量時又縮減為單一態」這一問題,艾福雷特解釋說,其他所有的態確實存在,只不過它們存在於平行世界中。

  而在克里斯多福◎福熙看來,這些研究工作都誤入了歧途:「我們的任務並不是要為了證明量子理論的意義,而是去額外的製造更多的結構、更多的定義和更多像科幻一般的假設。我們的任務恰恰是要將這一切統統拋棄、重新從零開始。然而,要做到這一點,我認為就必須把目光投向量子信息學理論的著作、技術和含義。」

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