正文
但是随着现代科学对微观世界的深入研究,经典理论无法解释新的发现后,情况发生了变化。
撬动机械论和经典物理硬壳的是光。就像它本身具有波粒二象性一样,它既是经典物理和现代物理相互渗透的介质,又是横空出世的力量。1801年,托马斯·杨的双缝干涉实验证明光是一种波,这个结果对牛顿的光是一种粒子的学说构成了挑战,没有引发共鸣,但是引发了对光本质的大讨论。直到1924年,德布罗意提出了“物质波”假说,认为不仅是光,一切微观粒子都具有波粒二象性,这个观点后来也被爱因斯坦证实。
波粒二象性只是个开始,后来,波尔和海森堡在实验的基础上又提出了几率波。即粒子在没被观测时,是按几率同时分布在所有空间的,这时它就是几率波;一旦它被观察,它就以一个个粒子的状态呈现出来,可以被观察到所在位置,这个变化的过程就是“塌缩”。几率波理论成为了量子物理的理论基石。所有物质都是由各种粒子构成的,所以用量子物理看我们熟知的各种物质就会变得匪夷所思:眼前的一本书,当我看它时,它就塌缩为一个由粒子构成的实体,当我不看不感知它时,它就是一堆几率波。这多么像我们中国人熟知的王阳明先生的名言:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你既来看此花,则此花颜色一时明白起来,便知此花不在你心外。”用量子物理世界观看世界,不仅是花,一切不具备意识的生物甚至非生物似乎都有了生命,知道人在观察它。
如果说被观察到的几率波立即塌缩成粒子状态,显示了粒子的顽皮,那么另一种情况则显示了粒子的乖宝宝品质。在科学发展中,传统哲学中的一些悖论被重新提及。古希腊的芝诺提出了“飞矢不动”悖论。他说,飞出的箭有一个运动轨迹,如果把这个轨迹分成若干个点,在任何一个点上,箭是不动的,那么把这些不动的点连起来,箭也应该是不动的才对。这个悖论在他的同时代被视为诡辩,但又很难辩驳。其实用现代数学很好解释,把一条轨迹分割成无穷小的点,需要无穷多的分割次数,把箭的运行轨迹算作1的话,求箭的运行速度,相当于用1除以正无穷大,1/+=0,所以速度是零,所以箭始终没动。与此极为相似的实验是量子芝诺效应,即如果对一个极易衰变的原子连续地测量,那么这个原子就不会衰变,所以如果可以实现持续不断的观察,那么一个容易衰变的量子体系可以一直乖乖地待在它的初始状态。
无论是古老的芝诺悖论还是现代的量子芝诺效应,都指向了一个问题——被观察者的空间状态和时间状态在观测中是冲突的,这就是测不准原理,一个粒子的位置和它的速度不可能同时被准确地测量。肯纳德更确切地解释了这个现象,他提出,测不准是由粒子的性质决定的,即粒子同时具有位置的不确定性与动量的不确定性,无法同时减低至低于某极限。
如果我们把研究对象投注到微观世界,就会发现这些真实现象,而这些现象在宏观世界是被忽略的,如果我们用宏观世界的常识去理解微观世界,就会认为这些现象是悖论,但它们确实是事实。所谓“事实”取决于观察者和观察角度与观察思维,观察者和对象不可须臾分离。如此一来,主观世界和客观世界的鸿沟就消失了。
量子物理看起来比传统的玄学还要玄虚,比悖论还要悖谬,它打破了主客二分的机械论,它是如此引发人的好奇心。科学发展至此,似乎又回到了哲学的源头,开始探问世界的本源到底是什么,世界和我到底有什么关系。一个两三岁的孩子会对世界发问,一个走到人生中间点的中年人也会突然停下来问一问这些基本问题,两者都是问同样的问题,但是问的深度广度和发问的心态是不同的。
科学从不拒绝审美
科学似乎总是冷冰冰的,它用数据和理性说话,仿佛美学的任何词汇在科学面前都失去效用。但事实是什么呢?很多科学学说在提出时,科学家在构思时,都充分考虑了它的美学价值。比如,在哥白尼之前,托勒密的地心说已经统治了天文学1500年,尽管哥白尼之前的科学家已经发现了地心说与观察结果的不符,但是大家对这个大轨道套着小轨道的繁复模型修修补补,不敢有大的质疑,因为它符合天主教的世界观。哥白尼也发现了数据与理论的不符,但是促使他提出日心说的是,他发现如果打破地球中心说,设想太阳是宇宙中心,不但很多观察数据可以与此吻合,而且以太阳为中心的天体运行模型比地心说的模型要简约美观得多。在他去世以后,由于受到了他的学生和某些教会人士的策略性保护,日心说得以出版和流传,它的简约和对称性立刻抓住了很多人,人们本能地认为,宇宙应该是大道至简的。尽管日心说也是错的,但是它战胜地心说那个时代,科学求真求美的愿望战胜了懒惰、愚昧和残暴。