怎樣解釋這個世界？科學左右為難 | 贈書50本

知識 08-23

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一個接著一個，科學家們提出的理論已被推翻了。現在處於不確定中的科學已被迫變得有點唯心論，並拋棄一個機械論宇宙的觀念。

——《紐約時報》

牛頓學說持續了大概 250 年，1900 年，它被伏擊了。在研究光學中一個看起來偏僻的角落時，物理學家發現他們只有在引入一個奇怪的、完全新奇的想法——量子——時才能解釋所發生的現象。這個想法看起來簡單，但卻擊碎了牛頓世界的根基。

「進攻」分兩個階段展開。從 1900 年到 1925 年，科學家們漸漸發現量子不能融洽地融入牛頓世界，與關於空間、時間以及因果規律的假設相衝突。但很多科學家都希望找到一個馴服這個任性小孩的方法，在優雅的牛頓世界裡給他找到一個位置，就像在《原理》發表後他們給許多其他小孩找到位置一樣。在這個時期里，社會公眾對於量子理論的看法與相對論非常的相似：非常重要，但除了最聰明的科學家，其他人都難以理解，這些科學家因為一些複雜得不能理解的原因而為量子理論感到激動和興奮。

然後，所有的事情都變了。在一段令人驚訝的短時間內：從1925 年到 1927 年，馴服量子的希望被一個新理論破滅了。這個新理論的根基完全不同於經典物理學的根基，這個理論的頂點是不確定性原理。這個第二次革命被稱為量子力學，它解釋了牛頓力學不能解釋的現象，回答了很大一批問題，比如太陽是怎麼發光的以及原子的動力學問題。它代替了牛頓物理學說，成為微觀世界的主導理論。在量子歷史的第二個階段，人們可以討論與牛頓世界相對的量子「世界」，就好像兩者指的是由不同的定律統治的不同領域。這個新的領域和牛頓世界比起來是奇異的，甚至是不可思議的，但是它因為幾個令人不安的特點而缺少簡單性和優雅性。

1927 年不確定性原理的發現，摧毀了殘存的、回到一個確定性的牛頓世界的希望。這個原理是量子力學的一個基礎性構成，它意味著同時知道一個粒子的位置和動量是不可能的事情，它意味著牛頓不能像他覺得可能的那樣知道關於他背對著的、自然的美麗之海的所有東西，它意味著拉普拉斯的知悉全部、完美的才智連一開始都不可能。這個原理也改變了很多詞語的意思，包括不確定性、隨機性、可能性、原因和概率。幾個科學家（其中最出名的是愛因斯坦）希望站穩腳跟恢復牛頓學說的世界。有些科學家試圖用公眾可以理解的語言來解釋發生了什麼，而公眾則發現這些普及工作很吸引人。這些都將戰鬥散布到了遠遠超出物理（它開始的地方）的地方，到了愈發擴展的文化領域。哲學家、藝術家、小說家以及詩人很快接受了量子的術語和概念，這些東西甚至開始出現在日常用語里。被牛頓時刻培育的文化形式受到了威脅，新形式發展之門被打開了。

量子世界意味著什麼？它像是一片處於某個未被探索的山脈里、沒被發現過的地域嗎？它因為其中的迷人風景和奇特生物而值得研究，但是對我們自己的世界卻沒有多少含義嗎？它是不是像是在與一個處於某個遙遠星系的外星文明取得聯繫？註定要改變我們人類怎麼思考自己和我們在宇宙中的位置？或者量子世界（它畢竟處於世界的根基）對我們認為的理性和非理性、實在和非實在有更深的含義？

即使在這麼多年後，量子時刻還是比比它「年長」的牛頓時刻更含糊不清和紛亂，人們仍在尋找它的模型，人類還沒有變成「量子世界的土著」。一個世紀以來，我們仍然是量子世界的移民，仍然在試圖熟悉這個離奇古怪、令人費解的世界，試圖理解它的含義。我們發現量子力學是迷人的，因為它似乎是在與困難說話——這些困難，是我們在描述自己的經歷時經常會遇到的。量子力學是奇怪的，我們也是這樣。挖掘量子世界帶來的快樂就像是學習一個魔術表演時的快樂，在這裡我們對自己預期的事情和發生的事情之間的不匹配感到快樂。這種激動永遠都不會消失。

但是還有一個另外的回答，那就是古怪不是來自量子世界而是來自我們自己。事物只是在和熟悉的東西比較時才顯得古怪。如果我們認為熟悉的東西被證實是幻想和包含錯誤的假設（如果我們的世界比我們想像的更奇怪），那麼量子世界將不會顯得那麼異想天開。如果布萊克畫中的牛頓曾經站起來，離開他的畫卷，偶爾思考一下他自己的體驗，也許他就不會對新的進展感到那麼驚訝。我們為了解量子世界而進行的探尋也許結果將是某種上下顛倒的《綠野仙蹤》結局，我們會突然意識到自己認為是家的東西其實只是一個夢，而我們的世界總是有點像奧茲（《綠野仙蹤》中的一個人物角色），那麼此時我們就會成為量子世界的土著居民了。