- 世界因何美妙而優雅地運行
- (美)約翰·布羅克曼
- 1021字
- 2019-01-15 10:30:54
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HOW INCOMPATIBLE WORLDVIEWS CAN COEXIST
相克能否相生
弗里曼·戴森(Freeman Dyson)
普林斯頓高級研究所物理學名譽教授,著有《多彩的玻璃:宇宙生存之地的反射》(A Many-Colored Glass: Reflections on the Place of Life in the Universe)。
大千世界,相克卻又相生,此景比比皆是,我一直試圖找出其原因所在。有兩種可能,其一,在一個被萬有引力所支配的世界里,我們所見所聞的事物和現象集合組成了這個世界的經典畫面;其二,則是在一個被概率和不確定性所左右的世界中,原子和輻射以一種無法預知的方式運動,從而呈現出了量子世界的畫面。這兩個世界都是真實的,但二者之間的關系卻如謎一般不可獲知。
物理學中的傳統派認為,我們務必要找到能夠涵蓋上述兩個特例的統一理論,并且該統一理論必須包含量子引力理論,只有這樣,才能證明同時受重力與量子不確定性這兩種屬性影響的引力子粒子是存在的。
為了這個謎一般的問題,我一直在努力找尋不同的答案。我提出,如果引力子真的存在,它能否被觀測到?
這個問題的答案我本人也無從得知,但我有一個證據可以表明,這個答案或許是“不”。這個證據來自于激光干涉引力波天文臺,目前已在路易斯安那州和華盛頓州投入使用。這個探測儀的工作原理是,借助光線在兩面鏡子之間來回折射,以此精準地測量這兩面鏡子之間的距離。當一束引力波經過時,兩面鏡子間的距離將會發生非常細微的變化。由于受到周圍環境和儀器設備噪音的影響,此探測儀實際上只能探測到遠強于一個單一引力子的引力波。即便處在一個完全靜默的宇宙當中,關于一臺理想的探測儀能否探測到一個單一引力子的問題,我也可以給出答案,這個答案就是“不能”。在安靜狀態下,距離測量的精準性受限于鏡子位置的量子不確定性。為了達到較小的量子不確定性,鏡子的質量必須非常大。基于已廣為人知的引力定律和量子力學定律,運用一個簡單的運算便可獲知一個驚人的結果。使用一臺激光干涉引力波天文臺設備來探測一個單一引力子,鏡子的重量必須夠精準,只有這樣,鏡子與單一引力子才能夠以不可抗拒的力量相互吸引并崩塌進入一個黑洞中。換句話說,大自然本身就禁止我們人類使用這樣的設備來觀測一個單一引力子。
基于以上單一的思想實驗,我本人提出一條假設——任何可想象的儀器設備都無法觀測到單一引力子。如果該條假設成立的話,那意味著量子引力理論是不可檢驗的,因而也失去了其科學意義。于是,經典世界和量子世界完全可以和平共處、相生共存,因為我們無法證明二者不兼容。宇宙中的經典畫面與量子畫面都可能是真實的,一味期待會出現某種統一理論,有可能到頭來是虛幻一場。