尤亦庄 相互作用强度:不确定性的根源

为什么花这么大力气解释相互作用强度呢？所有解释都为了一个目的：不确定性的根源。尤亦庄学长已经解释了不确定性分为量子不确定性和统计不确定性两 种情况，下面就来思考造成这两种不确定性的原因。尤学长提到，“统计涨落的最终来源是量子涨落，但是像经典力学中的混沌之类的也可以处理成统计涨落，这些 就是天体物理中星系动力学的涨落来源。事实上天体物理就是把星球当成无规运动的分子的，尽管本质上它们的运动是决定论的。”为了把量子不确定与统计不确定 区分开，我想到两种极端情形：一是宇宙中只有一个没有内部结构的基本粒子，这样就排除了统计不确定性。另一种是宏观天体，这样就排除了量子不确定性，所以 只有统计不确定性。对于第一种情况，显然不可能在宇宙中成立，这说明我们必须把多粒子体系作为基本前提，所以，统计不确定性将会在所有体系都有表现； 那么来考察第二种情况：为什么宏观天体的运动没有反映出本来应有的统计不确定性？我想，这是由于相互作用强度太弱造成的。假如天体之间距离很近，而且天体 质量很大，那么也会出现混沌。事实上，湍流等现象就是很好的例子。下面我们来考察另一个方面。尤学长前面提到“天体物理就是把星球当成无规运动的分子的， 尽管本质上它们的运动是决定论的”，我们来看另一方面，我引用科大张永德教授一句话：尽管测量是随机的，但薛定谔方程却表明体系的动力学演化是决定论的。 这和尤学长那句话多么相似。从张永德那句话可以看出量子不确定的根源是测量。为什么一定要测量？因为主观思辨得出的结果可能不是客观世界本来面目（所以物理学必须依赖实验），没有测量就什么也得不到。测量意味着什么？干扰！这样，我们就找到了不确定的根源：当干扰足够强时，就会扰乱原来的运动状态，从而出现不确定。 这也暗示出宏观与微观的一个根本区别：实验对于宏观体系的干扰足够小，可以忽略；而对于微观扰动很大，不能忽略。徐晶津曾拿einstein的问题问我： “is the moon there when nobody looks?”有了上面的讨论，我们可以这样回答：微观物体在不观测时是一套规律，比如电子波出现干涉条纹，测量的后果是使得条纹消失，因为干扰很强；月 亮是宏观物体，观测也会扰动它，但由于扰动很小，可以忽略，所以不观测时运动规律与观测时的规律一样。不论如何，没有观测的宇宙都会有一套规律（不观测月 亮，月亮也在确定的时间有确定的位置）；关键是，没有观测你怎么知道它那样运动呢？只能是杜撰一个上帝那样的神学做法。举个例子，没吃过葡萄，怎么会知道 葡萄是什么滋味？但你没吃过就说葡萄不是酸的吗？要获得某种信息，就必须做实验！这是认识世界的前提。应该明白，物理学中数量级（相互作用强度）非常重 要。前面提到高能导致非线性。宏观观测对于微观体系来说就是高能（即干扰很强，不可忽略），导致的非线性就是不确定性。

综上所述，由于宇宙必然是个多粒子体系，所以统计不确定性贯穿从微观、宏观到宇观的所有数量级；对于宏观、宇观世界来说，自身数量级比较大，因而扰 动（相互作用强度）就显得小而可以忽略，这是很好的近似（宏观物体的德布罗意波长如此之小，因而可以完全看做粒子）；对于微观世界来说，自身数量级就很 小，相对扰动就很大而不可忽略，从而出现不确定性。