颠覆人类世界观的科学谜团

来源: 猷子 于 2015-03-13 05:03:05 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 阅读数 : (36495 bytes)

颠覆人类世界观的科学谜团

2015-03-13

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“时间”是什么？

 

2000多年前，孔老夫子在岸边看到河水没日没夜流个不停，感慨时光如流水，奔腾不息，一去不返，《论语》中留下了这样的记载：“子在川上日：‘逝者如斯夫！不舍昼夜’。”


“时间”是什么？这个概念似乎每个人都清楚得很，但实际上却未必如此。


很久以前古人就已经意识到，有些事物的存在很短暂，如天上的白云苍狗，有些事物的存在长得不可思议，比如天上日月星辰，从古到今都是同一个模样。也许就是因为观察到了事物运动变化的长短差异，才让古人们产生了“时间”的概念。


古人们发现，计量时间的最好办法，是找到一些以固定的周期循环变化的事物来做参照。于是不管在地球上的哪一个角落，人们都不约而同地采用了同样的解决方案，那就是把一个春、夏、秋、冬四季轮回称作一年，把一个朔望月的循环称作一月，把一个昼夜交替称作一日，现在我们知道那分别代表着地球绕太阳公转一周、月亮绕地球公转一周和地球自转一周。


为了准确计量时间，古人发明了“日晷”、“漏壶”等计时工具。后来随着技术的进步，出现了更精密的仪器——钟表，现在最精确的原子钟，2000万年内误差不超过1秒，可见人类对于时间的把握，已经达到了何等精准的地步。


到了这一步，人们对于时间的认识似乎已经是毫无悬念了。


然而事实果真是这样吗？不，对于时间，人们其实还存在着一大堆的疑问。


从常识上看，事物总是有开端的，那么时间是从什么时候开始的呢？大爆炸理论说宇宙诞生于137亿年前，那么时间就是从“奇点”开始的。


但在奇点之前呢？奇点之前的时间是怎样的？时间起始之前还有时间吗？


在以往人们的印象中，时间是在均匀流动着的。假如把宇宙演化比作是一场规模宏大的电影，那么它的播放速度是恒定的，而且停不下来。


但爱因斯坦的相对论打破了这一观念。相对论表明，物体的运动速度越快，或者引力场越强，它的时间流速会变慢。你能想像吗？宇宙飞船上的时钟“滴答”一下，和地面上的时钟“滴答”一下，它的时间长度是不同的！假如你乘坐接近光速的飞船去茫茫宇宙中探险，10年后回到地球时，地球上有可能已经过去几千年了！

宇宙演化的这场电影原来不一定是匀速播放的，它可以慢播、快播，甚至还可以按暂停。这一事实大大出乎人们原先的意料之外，也就不由地会想到一个更深层次的问题：它能不能倒播呢？那可不可以返老还童呢？时间的控制按键掌握在谁手里？时光能够倒流吗？现代科学无法回答。


最神秘莫测的科学理论


要说哪一种现代科学理论最神秘莫测，“量子论”假如排第二的话，没人敢排第一。


量子论研究的是微观粒子世界中的现象。这一理论的核心内容，主要包括海森堡的“不确定性原理”、波恩的“概率解释”以及玻尔的“互补原理”。它们都是如此的诡异，能彻底颠覆你对世界的认知。


在学习中学物理时，一般会碰到这样的题目，告诉你炮弹的初始位置在A点，初始速度是V，初始射角是θ（这些统称为炮弹的初始状态），让你计算在时间T之后，炮弹会在哪个位置，速度是多少。


这个题目充分反映了经典力学对于世界的认识。它认为任何事件都有前因后果，这种因果关系可以用科学定律来描述。我们只要知道了“初始状态”，根据科学定律和方程，就可以预测事情的经过和结果。


然而这个题目在量子论中却根本不成立。经典力学眼中的世界是确定的，任何事物都有确定的状态，比如一个篮球，在每一时刻都有确定的位置和速度。但在量子力学中，海森堡的“不确定性原理”说，粒子不可能同时具有确定的位置和速度（通常说动量），最多只能确定其中之一。它表明，粒子根本就不像篮球那样，有确定的初始状态，粒子世界完全是一个不确定的世界。


波恩的“概率解释”同样令人吃惊。波恩说，在粒子世界中，我们没办法像预测篮球的运动轨迹那样，根据物理定律来预测粒子接下来的行踪。粒子最终会出现在哪里，这完全是随机的，我们能够确定的只有概率。想通过计算来确定粒子的踪迹，并不比用掷骰子确定来得更准确。


爱坦斯坦对此十分反感，他说：“量子力学令人印象深刻，但是一种内在的声音告诉我它不是真的……我毫无保留地相信，上帝是不掷骰子的”。但现实又跟他开了个玩笑，后来的事实一再证明他完全错了，上帝确实在掷骰子。


假如前面这些说法已经让你难以接受，那么还有比它们更恐怖的，就是玻尔的“互补原理”，它居然认为世界是由意识决定的。


玻尔说，粒子的状态非常奇特。它有时候是粒子，有时候会变成波，这叫“波—粒二重性”。转换的关键在于意识，当你观察它时，它就变成粒子呈现在你面前；当没人观察它时，它就变成波弥漫于整个空间。


这段话要怎么理解呢？波是虚无飘渺的东西，不是实体，而粒子却是实在的点状物体。“互补原理”的意思是说，当没有人看粒子的时候，它就不是实在的东西，而是幽灵般的波；但当你一睁开眼睛，所有的幻影立刻消失，它马上变成一个实在的粒子，让你能够看到它。


这还能算是科学理论吗？它简直就是《聊斋》中的鬼故事！


量子论过于惊世骇俗，不可避免地引来了无数的攻击，然而那些设计来否定它的实验，却无不更加证明了它的正确性。现在许多物理学家们，已经只顾埋头享受量子论带来的现实好处，再不去管它背后那令人毛骨悚然的哲学意义。


我们眼中的宏观世界是由粒子组成的。如果每一种粒子都是有人观察时才是实在的，没人观察时就只是一种虚幻的波，那么由它组成的整个世界应该也是如此。这意味着什么？难道真像乔治·贝克莱主教说的那样，“存在就是被感知”，世界是因为我们的存在才变得真实的？


有人用调侃的语气很好地描述了这一问题：“当我们不看它时，月亮是不存在的”。


难道世界真的只是个幻境，是意识决定的，世界就存在于我们的意识之中？现代科学无法回答。


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