我們處於一個多姿多彩的大千世界,人們對這個世界的描述總的來說可以分為兩種:一種是:這個世界的「時空」是「連續」的,另一種是:這個世界的「時空」是「不連續」的,即「離散」的。關於這兩個問題的深度思考,早已經從遙遠的古代就開始了。也正是這些深刻的思考,人類才走出了與野獸博鬥的原始大森林,在這顆蔚藍色的星球上創下了一個又一個輝煌燦爛的文明。那麼,「連續」和「離散」的概念為何如此重要呢?還得從遙遠的古代說起。
在遙遠的古希臘,畢達哥拉斯學派對「數」有著近乎瘋狂的崇拜,他們將「萬物皆數(指整數)」的思想作為學派的最高信仰。他認為整個宇宙是由「整數」來統治的,「整數」與「整數的比」足以描述整個宇宙。在那個遙遠而荒蕪的年代,畢達哥拉斯學派對人類文明的推動作用是無可替代的,他用「數」取代了「神」的地位,也是他第一次真正的讓「科學」擺脫了「神」的羈絆,使人類文明真正地走上了康莊的光明大道。但是由於時代的局限性,他帶領著他的學派走上了對「數」瘋狂崇拜的另一個極端。畢達哥拉斯學派最大的錯誤是認為「整數」是「連續的」,也就是說,他認為「整數集」能夠將直線上所有的點用完,任何兩個整數之間不存在其它的數。
但是隨著時間的推移,畢達哥拉斯的學生希帕索斯發現了一個重大的問題,等腰直角三角形的直角邊與其斜邊無法用「兩個整數」的比來表示。由於這個新發現的數「根號2」與之前的所謂「合理存在的數」——有理數在學派內部形成了對立,所以人們被認為是「沒有道理的數」,稱作「無理數」。希帕索斯的發現,觸犯了畢達哥拉斯學派的至高無上的信仰,最終被畢達哥拉斯派人投進了大海,處以「淹死」的懲罰。
無理數「根號2」的發現,就如平靜的湖面拋下了一顆巨石,掀起了千層浪,整個學界沸騰了。這時的人們才恍然大悟,「整數系」並不是「連續的」,每兩個「整數」之間,還存在著無數個類似於「根號2」的「無理數」。也就是說,任意兩個整數之間還存在著無數個「未知的數」。
這時候,人們開始深刻地思考,兩個整數之間的「間隔」,可以無窮地分割下去嗎?如果能,那麼,這些數所描述的宇宙中的「時間」和「空間」可以無窮地進行「分割」嗎?
公元前5世紀芝諾就這些疑問提出了著名的「芝諾悖論」,「芝諾悖論」的核心問題就是討論我們這個世界在「時間」和「空間」上是「無限可分的」還是「無限不可分」的。在接下來的兩千多年裡,無數偉大的學者都曾經深刻地思考過「芝諾悖論」,但是沒有人能夠給出令人信服的答案。大哲學家亞里斯多德曾經認為,如果時間是「無限不可分」的,那麼「每個時間點」就會對應「一個空間點」,那麼在「一個無限可分割的時間段」內,他就可以穿越「一個無限可分割的空間」。這句話說得實在是太玄了,在漫長的歲月裡,沒有人能明白他想表達的是什麼意思。時間靜靜地流淌著,人類的先行者們也在前僕後繼地等待著答案地揭曉。
歷史的車輪滾滾向前,轉眼來到了十七世紀,牛頓和萊布尼茨總結前人對「連續」問題的深刻探討,分別獨立地創造了「微積分」。「微積分」通過「極限」的方法定義「無窮小量」,然後將「無窮多的無窮小量」進行相加,在「第二次數學危機」之後,以「實數理論」為基礎,用數學語言構成了「連續」的世界。
「微積分」和嚴格的「分析學」以及以此為基礎的「牛頓經典理論」建立之後,近代人類文明輝煌的帷幕拉開了序幕,諸多的數學分支和大量的科技成果從各個領域呈井噴式增長。當時的科學家們都樂觀地認為,人類的近代科學理論的發展已經足夠完美,科學家們接下來所要做的事情就是對現有的理論進行修修補補,不會再有更大的作為。
然而,人們漸漸地發現,人們無法用當時已有的理論解釋「微觀世界」的很多現象,人們帶著大量的疑問來到20世紀。隨著「量子物理學」的發展,在一定程度上揭示了「世界的本質」。原本我們一直認為它們是連續的也就是「時間」、「空間」和「能量」,現在已經有大量的研究表明實際上它們都是「不連續」的。
1900年,物理學家普朗克發現,能量可以分為不可再分割的單位,並將其命名為「量子」。為了描述量子的體積,人們用「普朗克量子」來形容。這一發現標誌著量子力學的誕生。
在「量子力學」裡,人們發現「時間」和「空間」並不是「無限不可分」的,不可分割的最短的「普朗克長度」為10^-35米,而不可分割的最短的「普朗克時間」為10^-43秒。凡是小於「普朗克」這兩個「度量」的時間和空間,已經無法用現有的物理理論進行描述。
「量子力學」理論足以說明「時空」並不是「無限不可分的」,因而「芝諾悖論」中的阿基裡斯可以趕上烏龜,飛矢也可以穿越時空,達到目的地。
在今天的「量子力學」裡,人們發現了大量「微觀世界」裡的「不連續」現象,比如「能量」常常表現出「不連續」的「分離化性質」,還有其他「物理量」諸如「角動量」、「自旋」、「電荷」等也都表現出「不連續」的「量子化現象」,這些現象無法用牛頓力學為代表的「經典物理理論」去解釋。
「量子力學」所表現出來的「不連續現象」,人們曾經戲言類似於嶗山道士的「穿牆術」可以實現。因為按照「量子力學」的理論來說,組成人體和牆壁的量子與量子之間,存在著「遙遠」的距離,只要時機掌握得巧妙,就可以「穿牆」而出。這似乎像極了很久很久以前亞里斯多德的那句很玄乎的話:如果時間是「無限不可分」的,那麼「每個時間點」就會對應「一個空間點」,那麼在「一個無限可分割的時間段」內,他就可以穿越「一個無限可分的空間」。
當然,這只是一個笑談,畢竟亞里斯多德曾經有太多的論斷都被推翻。「量子力學」發展到今天,已經和「相對論」一起構成了為現代物理的兩大支柱,已經是非常嚴謹的學科。相信在不久的未來,能夠將宇宙的本來面目搞得清清楚楚,繼續推動著人類文明向前大步邁進,綻放出奪目的光芒。