顛覆人類世界觀的科學謎團

來源: 猷子 於 2015-03-13 05:03:05 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 閱讀數 : (36495 bytes)

顛覆人類世界觀的科學謎團

2015-03-13

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“時間”是什麽？

 

2000多年前，孔老夫子在岸邊看到河水沒日沒夜流個不停，感慨時光如流水，奔騰不息，一去不返，《論語》中留下了這樣的記載：“子在川上日：‘逝者如斯夫！不舍晝夜’。”


“時間”是什麽？這個概念似乎每個人都清楚得很，但實際上卻未必如此。


很久以前古人就已經意識到，有些事物的存在很短暫，如天上的白雲蒼狗，有些事物的存在長得不可思議，比如天上日月星辰，從古到今都是同一個模樣。也許就是因為觀察到了事物運動變化的長短差異，才讓古人們產生了“時間”的概念。


古人們發現，計量時間的最好辦法，是找到一些以固定的周期循環變化的事物來做參照。於是不管在地球上的哪一個角落，人們都不約而同地采用了同樣的解決方案，那就是把一個春、夏、秋、冬四季輪回稱作一年，把一個朔望月的循環稱作一月，把一個晝夜交替稱作一日，現在我們知道那分別代表著地球繞太陽公轉一周、月亮繞地球公轉一周和地球自轉一周。


為了準確計量時間，古人發明了“日晷”、“漏壺”等計時工具。後來隨著技術的進步，出現了更精密的儀器——鍾表，現在最精確的原子鍾，2000萬年內誤差不超過1秒，可見人類對於時間的把握，已經達到了何等精準的地步。


到了這一步，人們對於時間的認識似乎已經是毫無懸念了。


然而事實果真是這樣嗎？不，對於時間，人們其實還存在著一大堆的疑問。


從常識上看，事物總是有開端的，那麽時間是從什麽時候開始的呢？大爆炸理論說宇宙誕生於137億年前，那麽時間就是從“奇點”開始的。


但在奇點之前呢？奇點之前的時間是怎樣的？時間起始之前還有時間嗎？


在以往人們的印象中，時間是在均勻流動著的。假如把宇宙演化比作是一場規模宏大的電影，那麽它的播放速度是恒定的，而且停不下來。


但愛因斯坦的相對論打破了這一觀念。相對論表明，物體的運動速度越快，或者引力場越強，它的時間流速會變慢。你能想像嗎？宇宙飛船上的時鍾“滴答”一下，和地麵上的時鍾“滴答”一下，它的時間長度是不同的！假如你乘坐接近光速的飛船去茫茫宇宙中探險，10年後回到地球時，地球上有可能已經過去幾千年了！

宇宙演化的這場電影原來不一定是勻速播放的，它可以慢播、快播，甚至還可以按暫停。這一事實大大出乎人們原先的意料之外，也就不由地會想到一個更深層次的問題：它能不能倒播呢？那可不可以返老還童呢？時間的控製按鍵掌握在誰手裏？時光能夠倒流嗎？現代科學無法回答。


最神秘莫測的科學理論


要說哪一種現代科學理論最神秘莫測，“量子論”假如排第二的話，沒人敢排第一。


量子論研究的是微觀粒子世界中的現象。這一理論的核心內容，主要包括海森堡的“不確定性原理”、波恩的“概率解釋”以及玻爾的“互補原理”。它們都是如此的詭異，能徹底顛覆你對世界的認知。


在學習中學物理時，一般會碰到這樣的題目，告訴你炮彈的初始位置在A點，初始速度是V，初始射角是θ（這些統稱為炮彈的初始狀態），讓你計算在時間T之後，炮彈會在哪個位置，速度是多少。


這個題目充分反映了經典力學對於世界的認識。它認為任何事件都有前因後果，這種因果關係可以用科學定律來描述。我們隻要知道了“初始狀態”，根據科學定律和方程，就可以預測事情的經過和結果。


然而這個題目在量子論中卻根本不成立。經典力學眼中的世界是確定的，任何事物都有確定的狀態，比如一個籃球，在每一時刻都有確定的位置和速度。但在量子力學中，海森堡的“不確定性原理”說，粒子不可能同時具有確定的位置和速度（通常說動量），最多隻能確定其中之一。它表明，粒子根本就不像籃球那樣，有確定的初始狀態，粒子世界完全是一個不確定的世界。


波恩的“概率解釋”同樣令人吃驚。波恩說，在粒子世界中，我們沒辦法像預測籃球的運動軌跡那樣，根據物理定律來預測粒子接下來的行蹤。粒子最終會出現在哪裏，這完全是隨機的，我們能夠確定的隻有概率。想通過計算來確定粒子的蹤跡，並不比用擲骰子確定來得更準確。


愛坦斯坦對此十分反感，他說：“量子力學令人印象深刻，但是一種內在的聲音告訴我它不是真的……我毫無保留地相信，上帝是不擲骰子的”。但現實又跟他開了個玩笑，後來的事實一再證明他完全錯了，上帝確實在擲骰子。


假如前麵這些說法已經讓你難以接受，那麽還有比它們更恐怖的，就是玻爾的“互補原理”，它居然認為世界是由意識決定的。


玻爾說，粒子的狀態非常奇特。它有時候是粒子，有時候會變成波，這叫“波—粒二重性”。轉換的關鍵在於意識，當你觀察它時，它就變成粒子呈現在你麵前；當沒人觀察它時，它就變成波彌漫於整個空間。


這段話要怎麽理解呢？波是虛無飄渺的東西，不是實體，而粒子卻是實在的點狀物體。“互補原理”的意思是說，當沒有人看粒子的時候，它就不是實在的東西，而是幽靈般的波；但當你一睜開眼睛，所有的幻影立刻消失，它馬上變成一個實在的粒子，讓你能夠看到它。


這還能算是科學理論嗎？它簡直就是《聊齋》中的鬼故事！


量子論過於驚世駭俗，不可避免地引來了無數的攻擊，然而那些設計來否定它的實驗，卻無不更加證明了它的正確性。現在許多物理學家們，已經隻顧埋頭享受量子論帶來的現實好處，再不去管它背後那令人毛骨悚然的哲學意義。


我們眼中的宏觀世界是由粒子組成的。如果每一種粒子都是有人觀察時才是實在的，沒人觀察時就隻是一種虛幻的波，那麽由它組成的整個世界應該也是如此。這意味著什麽？難道真像喬治·貝克萊主教說的那樣，“存在就是被感知”，世界是因為我們的存在才變得真實的？


有人用調侃的語氣很好地描述了這一問題：“當我們不看它時，月亮是不存在的”。


難道世界真的隻是個幻境，是意識決定的，世界就存在於我們的意識之中？現代科學無法回答。


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