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2013年10月10日 星期四

What Is Real?──一個科學哲學家的色空之辨


我們常以為在科學家眼中只有物質才是真實的,包括能量甚至意識也都源自物質的基本粒子:夸克、電子、光子、希格斯粒子、‧‧‧(族繁不及備載) 等等。事實上這套粒子物理的標準模型還真的是史上最成功的物理理論,它所預測應該有的粒子與現象也都果真一毫不差地出現,所以說這世界是由這些微小的基本粒子組成應該無庸置疑了吧?不過,九月號的科學人雜誌中有一篇文章,是擁有物理與哲學雙學位的庫爾曼 (Meinard Kuhimann) 所寫的《粒子與場是真實的嗎?》卻對此提出質疑 (原文《What Is Real?》刊於八月號的Scientific American),並進一步探討甚麼才是真實的本體。有趣的是,最後的觀點似乎可以與本部落格共同作者Charlie近來談唯識學對於外境的探討互相參照。



當我們說宇宙由基本粒子組成時,腦中浮現的圖像應該是若用顯微鏡把眼前的物體一層一層放大,最後會看到這些實實在在、像撞球般的小粒子。但這是錯誤的概念,量子力學指出所謂「粒子」根本沒有確切的位置。這意思不是說至少可以肯定它在某個區域範圍內,只是不知道它精確的位置。不,它甚至有可能在宇宙另一個角落。若再結合狹義相對論之後 (稱為量子場論,為標準模型的概念根基),情況更難以想像:它的位置在不同運動狀態的觀察者眼中完全不一樣!

 

不只沒有確切的位置,連粒子的存在與否都無法斷言。在一個絕對真空狀態下的區域內,竟然可能憑空出現成雙成對的粒子──這就是所謂的「量子起伏」。你可能會問:歐洲的大強子對撞機不是才藉由粒子對撞而「看」到希格斯粒子嗎?其實並沒有人真的看到粒子,科學家不過是把偵測到的大量激發事件經過計算後而做出的推論。雖然大部分科學家還是會想像成粒子像子彈般穿過空間而留下的軌跡,但這無寧當作是便於思考,如果以為基本粒子就如字面上那般不可再分割的真實小球,就會難以解釋上面提到的詭異現象。

 

那如果改用波或場來解釋呢? 問題是量子場論中的場也不是我們想像中的電場、磁場那樣可以賦予時空中不同的點有不同的對應值,而是賦予抽象的數學函數,此函數代表的僅是可以測量的範圍,而不是測量的結果。真正的結果還得與稱為「狀態向量」的數學函數再一次運算才能得到,而且此狀態向量代表的是整個系統的狀態,並不涉及特定的空間位置。很難懂對不對?沒關係我也不懂,但重點就是,宇宙的基本組成也絕不是我們腦海中的電磁波或古典場那樣。

 

如果粒子與場都不是物質世界真正的本體,那甚麼才是真的?

 

一開始出現一種看法叫「知識結構實在論」,認為我們永遠無法知道物體的真正本性,只能知道它們彼此的關聯;例如我們能單獨探究物體的質量本身嗎?不,我們看到的只是它與其它物體透過重力場的相互作用。宇宙的結構反映了物體間的相互關係,才是物理理論中歷久不衰的部分。我們對宇宙基本組成元素的觀念或許會一直被推翻更新,但結構大致會保留下來。

 

之後出現更激進的「主體結構實在論」,認為物體並沒有內在性質,結構才是一切;所謂性質都是衍生自物體間的關係。就像互聯網的主體在於網路,而不是任一台電腦;個別的電腦更新軟硬體或壞掉都不會影響整個網路結構。然而這個主張只是將結構視為主體,並不否認物體的存在,因此並沒有解決前面提到的難題:物體究竟是甚麼?

 

一個看法認為「先有物體存在,性質是依附在物體之上」這個根深蒂固的觀念正是造成前述粒子與場都有問題的癥結所在。解決之道就是扭轉這觀念,把性質當成是先於物體的獨立存在,也就是說我們稱為物體的東西其實是一堆性質的組成,如顏色、形狀、硬度等。這說法似乎太奇怪,但回想我們嬰兒時期如何認識這世界,不就是如此嗎?我們剛接觸一顆球時,並不知道它是球,只感覺到它是圓圓軟軟的,還有某種顏色,直到以後才會說:「那是一顆球!」球只不過是我們事後賦予這些性質的名稱罷了。

 

將這個想法套用在量子場論上,那麼所謂的電子就是質量、電荷、自旋三個固定的基本性質以及兩個變動的性質 (位置與速度) 的呈現而已。絕對真空雖然沒有粒子,卻潛伏各種性質;當某些性質以某種方式聚在一起,看起來就像是憑空蹦出粒子了。粒子無法解釋的量子穿隧效應,若用這個觀點來看也就合理多了。

 

從標準粒子模型這種純物質導向的科學理論一路探究下去,竟然會得出近乎形而上的哲學論點,而且此論點與佛學的「色即是空,空即是色」竟如此呼應!好友Charlie應該可以據此另作一番演繹吧?

1 則留言:

  1. 請問大大很久以前有貼過一個唯識學得辯論文章是不是被刪除了呢

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