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科學、哲學與佛學的時間、空間、物質觀(陳世忠)▪P2

  ..續本文上一頁,可以出現不同的值。如南極洲光速每秒11×107公裏;木星上的光速每秒12萬公裏。

  愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論被稱爲20世紀物理學上的兩次革命,他是牛頓以來最傑出物理學家。但愛因斯坦相對論的時空觀基本上還是建立在牛頓力學萬有引力基礎決定性和因果性結構之上,故仍然是經典連續理論的一個繼續。有人評說:“而今天已發現弱力、電磁力、強力,對自然的認識有了很大的提高,且還預示著超強力的存在,建立在萬有引力基礎上的時空觀終將被否定。愛國斯坦只認識到時空和物質的不可分性,也開始認識時空的彎曲。但沒有認識到物質、能量、信息都是不同時空相的“0”(零)態物,就這層意義講,時空就是“0”態物(時空不是獨立于物質之外的東西)。物質和時空不可分割性這個觀點,只是把物質時間、空間叁者混溶在一起,如糖和水一樣,還沒說明時空的物質性,沒有說明(或沒悟到)各種不同物質就是不同時空相,根本不存在可分不可分的問題。”(李明《“零”態物時空觀》)此見頗有深義。愛因斯坦也自認相對論是局部理論。英國海菲爾德《時間之箭》中說:“愛因斯坦對解釋時間之箭無能爲力。”正如華盛頓大學威爾指出:認爲時空奇點存在,在那裏,廣義相對論和其他所有物理規律都失效。故西亞瑪說,廣義相對論“本身包含著自我毀滅的種子”。

  20世紀物理學另一場劃時代的革命——量子理論,對時間、空間及物質的關系又有全新的認識,越來越深入認識時間的本性問題。量子論的中心思想玻爾的並協原理不爲愛因斯坦所接受,兩人因而辯論28年,並進行了所謂光束分離的實驗,即“延遲選擇實驗”。使我們看到過去、現在及將來之間的混淆。這個實驗向我們顯示過去並不存在,過去只是理論的詞。量子論更重要的是把意識引進了物理學,明確物質世界離不開精神世界的參與。一種基本現象,只有當它成爲已被觀察到的實在時,才是一種現象,森羅萬象宇宙是參與者的宇宙,故量子論不承認有獨立于人類意識之外的世界存在。基于意識參與的量子理論,時間流逝只能說是一種心理效果,時空將是個被禁用概念,我們人類的智能因而也包括在研究系統之中。美國物理學家惠勒還說:在量子時代之前,人們想象“時、空”似乎是一個巨大的“記錄紙”。在這個紙面上,運載著過去、現在和將來。在這個巨大的紙面上,時間就是一些粘在上面的沙粒,有它們固定的位置。然而,對這呆板的圖景,量子論卻強加了一個無比生動的修正。它說,被我們稱爲過去的那個時空,過去的那種事件,實際上是由前不久的過去以及現在所實現的選擇測量來決定的,由這些決定所實現的現象,可影響到過去,直至宇宙之始。此時此地所用的觀察儀器,對于我們認爲是過去已經發生了的事情來說,確實有一個無可回避的作用。說世界獨立于我們之外而孤立地存在著這一觀點,已不再真實了。在某種奇特的意義上,宇宙本是一個觀察者參與著的宇宙。哥本哈根派量子理論另一根支柱,即海森堡的測不准原理,把波爾的量子論發展成量子力學。測不准原理告訴我們在亞原子世界裏,我們無法同時測得一個粒子的速度和位置,如果速度越清楚,則位置越模糊,反之亦然,這是因爲原子所固有的一種根本性限製,與測量技術無關。測不准原理還表明“事件時間的不確定性”,影響到時間的測量,因而把概率引進到了微觀物理學。測不准原理反映出粒子波粒二象性佯謬,位置爲粒子性質,波沒有正確定位,故不確定是自然界的一個基本事實,電子無處不在,同時也是無處在。自從量子論支配了被稱爲魔幻般的微觀世界,我們看到的量子世界到處是問題和佯謬。所以波爾也說:“不存在量子世界,只存在抽象的量子描述。”

  現代物理學深刻改變了人們關于空間、時間、物質、因果等概念,從而也根本上改變了人們的世界觀。

  空間

  何謂空間?空間被定義爲:是物質存在廣延性,是運動著物質存在形式。科學家哲學家等對空間有不同的理解和解釋,古希臘有亞利士多德空間,嗣後歐幾裏得空間;近代又有如牛頓空間、愛因斯坦和現代數學空間等等。在愛因斯坦以前,科學理論一直認爲空間是叁維的,是獨立于一維時間之外,空間是平坦的。直至愛因斯坦才認識到四維時空,空間是彎曲的。現代數學空間大體分爲叁類:零空間、正空間和負空間。並認爲空間(在某參照系時)與光同樣具有波和粒子的兩重性,在遠離引力場的宇宙中,空間是平直的即所謂的零的空間。在引力場中,空間則是彎曲的,即所謂正空間與負空間,現代數學空間是綜合。在愛因斯坦四維時空以外是什麼?

  被稱爲物理學第叁次大革命的超弦理論,就要求有一個十維時空的背景。一些物理學家認爲,我們所感受的四維時空以外,另外六個自由度時空是蜷縮起來了。近來物理學發現,量子理論和相對論結合,空間必須有更多的維,這給我們一個啓示:我們的宇宙不僅無限大,而且還是十一維的。這些額外維大多被認爲小到無法覺察,我們所看到的宇宙可能是四維的表面(即膜),它圍繞著一個無限的多維空間和時間的泡沫。

  但有的學者認爲,宇宙空間兼容了任何可能的維度,從負維到無窮大維,也包含了分數表示的維度,人類生存的叁維空間可以視爲由適應性原則演化的結果。即是說,在早前宇宙,叁維空間是由更低維進化而來的,在未來,它還會向更高維演化,叁維空間只是一個曆史階段。

  空間維度也可能退化,並釋放出巨大能量,然後成爲宇宙中的“畸形區”。

  但也有學者認爲,在宇宙存在中,時間和空間均不存在維數概念,維觀概念在宏觀概念研究中沒有任何意義。因爲在宇宙的時空存在中,時空本來就是彎彎曲曲的,只有小小局部區域裏,才能創建出它的維度。我們人類生存在地球表面,在許多世紀探索大自然的過程,依據直觀感覺建立了叁維空間概念,又一步步延伸下去,變成了大家理論依據。又認爲空間道路不是由人的想象而隨便引申的,因此從根本上講,地球人類到底可旅行多遠,本質並不取決于速度,即使到光速,旅行多遠取決于所在天體擁有的空間,取決于你腳下的道路能夠延伸到哪裏。也可說一個物質體(系)所擁有的空間範圍本質上就等于它所具有的時間曆程,即你能生存多長時間,你就(才)能夠走多遠。

  在談空間時,也必然要涉及“真空”。真空,也隨時代演變有不同理解。經典力學理論認爲真空是一無所有,而量子論卻有完全不同真空概念,在相對論量子場中。真空含義:“不存在任何物理屬性存在”,即不存在質態、能態、大小形狀、限度等概念。即超越了存在與不存在,動與靜,力和物質,粒子和波的範圍。因爲真空有不穩定性特性,而在時間上發生延續,因而産生了空間,空間是客體的內涵與外延。由于量子論的不確定理論,真空實際上沸騰著活力。科學家把真空看作宇宙中最複雜而不可思議的客體,真空的性質,因知之甚少,而被認爲其特性古怪。如真空充滿著幽靈般的活動,各種類型的所謂虛粒子對(通常一爲物質粒子,一爲反物質粒子)不斷進入,一瞬間又互相湮滅,返回真空。這是海森堡測不准原理和物質、能量等效原理的一種具體表現。真空還具有像幽靈般並且持久的結構,滲透到整個宇宙空間,這個結構(稱Chiral 冷凝)由某種誇克——反誇克對組成。艾福得說:“有如此多的誇克對,它們被鎖在一起形成了宇宙中看不見的大背景。”(陳壯叔《透過加速器看原始宇宙》)海森伯測不准原理中能量和時間的關系表明,由于隨機的量子漲落,能量可以從虛無中約出。有些宇宙學家相信,從這不確定性中可以生出一個宇宙,即沸騰真空啓發一個宇宙如何誕生的模型。如果引力量子化,則必然有引力場的隨機漲落,這就會給出一個“無中生有”的“機製”。宇宙學家蓋斯相信:“宇宙本身就一份免費的午餐”。

  物質

  何謂物質?從古希臘德谟克利特物質的原子微粒不可分理論,一直到牛頓的宇宙模型,都是建立在獨立實體的基礎上。認爲世界是由一組具有基本性質,基本實體構成的,是無法進一步分解的獨立實體的集合體。

  自從愛因斯坦狹義相對論、廣義相對論及量子理論問世後,完全改變了我們對物質和實在本身的觀點。

  愛因斯坦質能轉換公式E = MC2 表明質量不過是能量的一種形式,反之運動的能量也可以轉化爲質量。愛因斯坦又說,物質是場強很大空間組成的。……在這種新物理學中,並非既有場,又有物質,因爲場才是唯一存在。(所謂場乃是具有能量強度之空間,其中並無一物)。粒子的存在和消滅只是場的運動形式,物理學中心的概念由原來的粒子物體逐漸轉移到與時空聯系的“場”。故我們只能用時—空語言來說明粒子。如果說物體是實在的,那只是動態的實在,故只能稱爲過程或現象。相對論又證明了物體的長度與它相對于觀察者的運動速度有關,所以若問物體“真正”的長度是沒有意義的。

  量子理論認爲物質永遠不會靜止而是一直處于運動狀態,所有粒子都是波。量子力學描述了亞原子基本粒子不斷相互轉換的理論框架。亞原子粒子可以以粒子/反粒子偶形式從能量中創造出來(現發現的粒子有300多種,時間不到百萬分之一秒),只是動態過程暫時形式。根據海森堡測不准原理每個核子的位置是“彌散”到整個原子核區域,事實上是無法看到獨立存在的基本粒子。觀察者參與是量子理論最重要的特點,在亞原子世界裏,無法把我與世界分割開來。波爾淺顯地說:“原子模糊世界只有在受觀察時才變成具體實在,沒有觀察到時,原子是幽靈,當你看到它,它才成爲物質。”量子論徹底改變了機械論所描述的物質是被動的實體,它具有剛性和自然界決定性規律的概念的認識,演變成一種基本相互轉換的理論並認…

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