第28章 量子力学与人类世界

什么是时间？时间存在吗？时间的本质是什么？

一个粒子可以穿过高于其能量的势垒（量子隧穿效应）；一对粒子在极远的距离却可以在极短的时间感应对方的动作并作出相应的变换（量子纠缠效应）……这些都是量子力学的神奇效果。

量子力学作为当代物理学的两大支柱，最早是从普朗克为了解决黑体辐射提出的能量量子化开始的，后来发展出爱因斯坦的光量子学说、玻尔的氢原子模型、海森堡的不确定原理以及薛定谔的波动方程，再到后来发现量子纠缠等现象。量子力学由于颠覆了经典物理学的自然哲学思想，以及人们对于自然界的常识化认知，的确会从几方面对学习者的世界观产生一定的影响：1、世界是不连续性的；2、世界是不确定性的。

普朗克1900年在德国物理学会首次公开发表能量量子化的假说。在那之前，人们认为能量的传播、空间与时间的变化、乃至物质的构成，都应该是连续而紧密的。但当普朗克用E=hv的公式描述能量传播并成功解释了黑体辐射现象后，量子力学的大门便被逐渐打开，后来爱因斯坦将其运用在光学提出光量子学说，成功解释光电效应，并被康普顿用散射实验所证明（爱因斯坦的诺贝尔奖来源于此）；玻尔在此基础上提出玻尔氢原子模型，成功解释了谱线分立现象并和巴耳末的经验公式非常好地拟合在一起。至此，学术界不仅承认了能量传播的非连续性，发现就连电子的跃迁、粒子的状态也是非连续的。而理论上推测，就连空间和时间也可能存在最小的变换，即普朗克尺度与普朗克空间。这种非连续性的发现打破了人们在经典物理建立的自然观。世界可能更像一片沙滩，远看是连在一起的，走近才发现，它们都是由一粒一粒细沙构成。

要说非连续性的世界还让人可以接受，但一个不能精准预测和确定的自然界，则是量子力学的结论中让人难以接受的部分。哥本哈根学派是这一学说的主要支持者，其重要成员海森堡在1927年提出的“不确定原理”，在理论上证明“粒子的动量与位置不能同时绝对精准的测量，其误差的乘积大于等于h/4pi”，这个重要结论是理论演算的结果，并不是实验误差，是永远无法克服的客观存在的定律。另外，态叠加原理也令人十分纠结，这一理论认为，粒子总是可以处于一种多个独立状态叠加在一起的复合状态中，只有当测量它时，才会塌缩在某一个本征态中。爱因斯坦非常反对这一学说，并说出“上帝不掷骰子”这句名言；同阵营的薛定谔也在1935年提出“薛定谔的猫”这一著名的假想实验，试图反驳这种看似荒谬的理论，但最后反而成为了态叠加原理的一种广泛而通俗的解释。其实，二十世纪的物理学与哲学的发展成果，都在否定着绝对确定论的观点，拉普拉斯妖那种“只要精确知道当下的所有便可精确预知未来”的设想，在量子力学与混沌理论、哥德尔原理的成果下宣告破灭。世界是不确定的，但也许充满未知才会更加精彩。

早100多年前，以太理论很流行，电磁波被认为是虚无缥缈的东西。现在呢？以太理论彻底被否定，反而以太理论是光速恒定的佐证。电磁波我们虽然看不见，但它是存在的。后来还证实了光也是一种电磁波，我们看到了！

不存在的东西就证明它不存在，存在的东西就证明它存在，这是我们人类的责任。就像引力波，等了那么久，我们终于证实它是存在的。你不理解的东西，不一定不存在！时间就是这样的东西，虽然它很抽象，但还可以想象。那么我们从正面如何证实时间是存在的，且时间是时空不可分的东西。

如果大家还够细心的话，会发现基础物理的量：质量，时间，惯性，引力场等都是标量，只有大小，没有方向！这是时空使然，这是有深意的。如果你以为关于时间的推理到此结束，那么你又错了。我们还有更多关于时间的认识需要深入。通过上面所有的论述，我们应该知道了时间是普遍存在的，但不是普遍一致的。这个观点很重要。

这个观点说明，我们要测得精准的“时间”是很困难的。时间没有界限的，也没有间隙的。而且测量者本身也会影响到“时间”的准确性。虽然这种影响很小。就好像是薛定谔的猫一样，测不准原理和互补原理在更高层次上是统一表象就是“波粒二象性。”