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根本不能夠想象(你能想象沒有空間是什麼樣子嗎?)。不過大有人說,這也不算“空”,因為空間和時間本身似乎可以透過某種機制從一無所有中被創造出來,我可真要發瘋了,那究竟怎樣才算“空”呢?
*********飯後閒話:無中生有
曾幾何時,所有的科學家都認為,無中生有是絕對不可能的。物質不能被憑空製造,能量也不能被憑空製造,遑論時空本身。但是不確定性原理的出現把這一切舊觀念都摧枯拉朽一般地粉碎了。
海森堡告訴我們,在極小的空間和極短的時間裡,什麼都是有可能發生的,因為我們對時間非常確定,所以反過來對能量就非常地不確定。能量物質可以逃脫物理定律的束縛,自由自在地出現和消失。但是,這種自由的代價就是它只能限定在那一段極短的時間內,當時刻一到,灰姑娘就要現出原形,這些神秘的物質能量便要消失,以維護質能守恆定律在大尺度上不被破壞。
不過上世紀60年代末,有人想到了一種可能性:引力的能量是負數(因為引力是吸力,假設無限遠的勢能是0,那麼當物體靠近後因為引力做功使得其勢能為負值),所以在短時間內憑空生出的物質能量,它們之間又可以形成引力場,其產生的負能量正好和它們本身抵消,使得總能量仍然保持為0,不破壞守恆定律。這樣,物質就真的從一無所有中產生了。
許多人都相信,我們的宇宙本身就是透過這種機制產生的。量子效應使得一小塊時空突然從根本沒有時空中產生,然後因為各種力的作用,它突然指數級地膨脹起來,在瞬間擴大到整個宇宙的尺度。MIT的科學家阿倫•;古斯(Alan Guth)在這種想法上出發,創立了宇宙的“暴漲理論”(Inflation)。在宇宙創生的極早期,各塊空間都以難以想象的驚人速度暴漲,這使得宇宙的總體積增大了許多許多倍。這就可以解釋為什麼今天它的結構在各個方向看來都是均勻同一的。
暴漲理論創立以來也已經出現多個版本,不過很難確定地證實這個理論究竟是否正確,因為宇宙畢竟不像我們的實驗室可以隨心所欲地觀測研究。但大多數物理學家對其還是偏愛的,認為這是一個有希望的理論。1998年,古斯還出版了一本通俗的介紹暴漲的書,他最愛說的一句話是:“宇宙本身就是一頓免費午餐。”意思是宇宙是從一無所有中而來的。
不過,假如再苛刻一點,這還不能算嚴格的“無中生有”。因為就算沒有物質,沒有時間空間,我們還有一個前提:存在著物理定律!相對論和量子論的各種規則,比如不確定原理本身又是如何從無中生出的呢?或者它們不言而喻地存在?我們越說越玄了,這就打住吧。
三
當海森堡完成了他的不確定性原理後,他迅即寫信給泡利和遠在挪威的玻爾,把自己的想法告訴他們。收到海森堡的信後,玻爾立即從挪威動身返回哥本哈根,準備就這個問題和海森堡展開深入的探討。海森堡可能以為,這樣偉大的一個發現必定能打動玻爾的心,讓他同意自己對於量子力學的一貫想法。可是,他卻大大地錯了。
在挪威,玻爾於滑雪之餘好好地思考了一下波粒問題,新想法逐漸在他腦中定型了。當他看到海森堡的論文,他自然而然地用這種想法去印證整個結論。他問海森堡,這種不確定性是從粒子的本性而來,還是從波的本性匯出的呢?海森堡一愣,他壓根就沒考慮過什麼波。當然是粒子,由於光子擊中了電子而造成了位置和動量的不確定,這不是明擺的嗎?
玻爾很嚴肅地搖頭,他拿海森堡想象的那個巨型顯微鏡開刀,證明在很大程度上不確定性不單單出自不連續的粒子性,更是出自波動性。我們在前面討論過德布羅意波長公式λ=h/mv,mv就是動量p,所以p= h/λ,對於每一個動量p來說,總是有一個波長的概念伴隨著它。對於E…t關係來說,E= hν,依然有頻率ν這一波動概念在裡面。海森堡對此一口拒絕,要讓他接受波動性可不是一件容易的事情,對海森堡的頑固玻爾顯然開始不耐煩了,他明確地對海森堡說:“你的顯微鏡實驗是不對的”,這把海森堡給氣哭了。兩人大吵一場,克萊恩當然幫著玻爾,這使得哥本哈根內部的氣氛鬧得非常尖銳。從物理問題出發,後來幾乎變成了私人誤會,以致海森堡不得不把寫給泡利的信要回去以作出澄清。最後,泡利本人親自跑去丹麥,這才最後平息了事件的餘波。
對海森堡來說不幸的是,在顯微鏡問題上的確是他錯了。海森堡大概生來患有某種
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