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世界的本源,并非物質(zhì)?

物理學(xué)家認(rèn)為,世界是由粒子和力場(chǎng)構(gòu)成,但他們還不清楚量子領(lǐng)域的粒子和力場(chǎng)究竟是什么。在這篇文章中,德國(guó)比勒費(fèi)爾德大學(xué)的哲學(xué)教授梅納爾·庫(kù)爾曼將會(huì)把我們的直覺(jué)和對(duì)世界的認(rèn)知打得支離破碎:世界的本源并不是我們已經(jīng)漸漸熟知的各種基本粒子和場(chǎng),而是一些屬性和聯(lián)系,比如顏色、形狀、質(zhì)量、電荷和自旋??墒?,你能想象漂浮在半空的一抹“紅色”,可能就是我們這個(gè)世界最基本的組成單元嗎?

撰文 | 梅納爾·庫(kù)爾曼(Meinard Kuhlmann)

翻譯 | 龐瑋

物理學(xué)家總是這樣描述宇宙:宇宙是由各種微小的亞原子粒子構(gòu)成,這些粒子之間通過(guò)力場(chǎng)相互吸引或排斥。他們將這一學(xué)科稱為“粒子物理學(xué)”,將所用的研究?jī)x器稱為“粒子加速器”。他們堅(jiān)持認(rèn)為,宇宙是一個(gè)像樂(lè)高玩具那樣由粒子搭建起來(lái)的模型。但這種觀念卻掩蓋了一個(gè)鮮為人知的事實(shí):量子物理對(duì)“粒子”和“場(chǎng)”的表述,完全顛覆了我們對(duì)“粒子”和“場(chǎng)”的傳統(tǒng)認(rèn)知,以至于一些人認(rèn)為,這個(gè)世界也許完全是由別的什么內(nèi)容構(gòu)成。

問(wèn)題并不在于物理學(xué)家缺少一個(gè)描述亞原子世界的有效理論,他們倒真有一個(gè),名為量子場(chǎng)論(quantum field theory)。理論物理學(xué)家在上世紀(jì)20年代至50年代間發(fā)展出了這套理論,它是由早期量子理論和愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論融合而成。粒子物理中有一個(gè)概念為“標(biāo)準(zhǔn)模型”(Standard Model),量子場(chǎng)論是這一概念的基礎(chǔ)。就實(shí)驗(yàn)精度而言,標(biāo)準(zhǔn)模型是科學(xué)史上最成功的理論。物理學(xué)家每天都用它來(lái)預(yù)測(cè)粒子碰撞的結(jié)果、大爆炸中的物質(zhì)合成及原子核中的極端條件,凡此種種,不一而足。

看到這里,如果得知物理學(xué)家并不清楚“量子場(chǎng)論到底說(shuō)了些什么”,即它的本質(zhì)或者說(shuō)基本物理圖像,你肯定會(huì)大吃一驚。物理學(xué)家的這種困惑與大家熱衷討論的量子力學(xué)中的那些神秘問(wèn)題(比如薛定諤的貓)有本質(zhì)區(qū)別。量子場(chǎng)論中那些并不明確的表述,羈絆著我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的物理學(xué)領(lǐng)域的探索,比如說(shuō)弦論,因?yàn)樵诓焕斫猬F(xiàn)有理論的情況下試圖去發(fā)展一套新的理論,是非常危險(xiǎn)的。

標(biāo)準(zhǔn)模型的內(nèi)容初看起來(lái)非常清晰明了,首先它包含了一群基本粒子,像夸克、電子等等,其次包括了四種力場(chǎng),基本粒子通過(guò)力場(chǎng)來(lái)傳遞相互作用。這些內(nèi)容已經(jīng)被畫(huà)成掛圖掛在教室里,也頻頻出現(xiàn)在本刊的文章中。但這些內(nèi)容無(wú)論看上去多么完美,其實(shí)都無(wú)法令人滿意。

首先,基本粒子和場(chǎng)的分界含混不清。量子場(chǎng)論為每種基本粒子都配上一個(gè)相應(yīng)的場(chǎng),因此如果有電子就一定有電場(chǎng)。而從另一角度來(lái)說(shuō),力場(chǎng)并不是連續(xù)的,而呈量子化,因而產(chǎn)生了像聲子(phonon)這樣的粒子。如此一來(lái),粒子和場(chǎng)的區(qū)分看起來(lái)就是人為定義的,物理學(xué)家常常會(huì)談?wù)撨@兩個(gè)概念哪個(gè)更基礎(chǔ)。直到今天,我們?cè)诿枋鲋腥匀皇褂昧W雍蛨?chǎng)這兩個(gè)概念,盡管大多數(shù)物理學(xué)家都承認(rèn),這些經(jīng)典概念并不符合量子場(chǎng)論描述的內(nèi)容。如果我們對(duì)“粒子”和“場(chǎng)”的傳統(tǒng)認(rèn)知觀念并不符合理論描述,物理學(xué)家和哲學(xué)家就必須弄清楚用什么來(lái)取而代之。

面對(duì)這兩種標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)典概念帶來(lái)的困境,物理學(xué)界中的一些哲學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始構(gòu)想一些更 “玄幻”的基元來(lái)替代它們。他們提出,物質(zhì)世界最基本的構(gòu)成應(yīng)該是一些無(wú)法具象的內(nèi)容,比如說(shuō)“聯(lián)系”和“屬性”。一個(gè)顛覆性的想法是,宇宙萬(wàn)物都可以被還原成無(wú)形的內(nèi)容,而不必借助任何實(shí)體概念。這實(shí)在是一個(gè)違背常理的革命性想法,但有些支持者認(rèn)為,物理學(xué)會(huì)迫使我們接受這種革命。

“粒子”的困境

包括科學(xué)家在內(nèi)的大多數(shù)人,一想到亞原子尺度之下的物質(zhì),眼前就會(huì)浮現(xiàn)起各種粒子,像一個(gè)個(gè)小球般來(lái)回碰撞不休。但這種粒子概念是經(jīng)典物理理論的產(chǎn)物,經(jīng)典物理由古希臘原子論者提出,到艾薩克·牛頓(Isaac Newton)時(shí)期發(fā)展到了頂峰。但我們順著相互交疊的幾種思路推敲一下,就會(huì)立刻明白,量子場(chǎng)論的核心組成——粒子,其性質(zhì)與彈性小球相差甚遠(yuǎn)。

首先,經(jīng)典概念中的粒子意味著局域在某個(gè)位置附近的某種存在,但量子場(chǎng)論中的“粒子”并沒(méi)有明確定義的位置:你身體中的某個(gè)粒子并不嚴(yán)格局限于你的身體之內(nèi),如果有人想要測(cè)量它的位置,他會(huì)發(fā)現(xiàn),這個(gè)粒子有很小但不為零的概率出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的宇宙邊際。雖然這個(gè)問(wèn)題在早期量子理論中就已經(jīng)出現(xiàn),但隨著理論物理學(xué)家將量子力學(xué)和狹義相對(duì)論揉合在一起,問(wèn)題就變得更嚴(yán)重了。相對(duì)論性量子粒子(relativistic quantum particle) 極其狡猾,它們居無(wú)定所,浩瀚宇宙處處為家。

其次,假設(shè)你看到你家廚房里有一個(gè)粒子,你的朋友開(kāi)著車從你家飛馳而過(guò),他可能會(huì)看到這個(gè)粒子彌漫在整個(gè)宇宙之中。對(duì)你而言局域化的東西在你朋友看來(lái)卻是非局域的。不僅粒子的具體位置依賴于你們的視角,粒子是否有一個(gè)確定位置也會(huì)因視角變換而改變。在這種情況下,將局域化的粒子看作世界的基本構(gòu)成毫無(wú)意義。

即便放棄查找粒子的精確位置而只考慮粒子的數(shù)目,你也會(huì)陷入麻煩。假設(shè)現(xiàn)在你想知道家里的粒子數(shù)目,于是起身遛了一圈,在客廳找到3個(gè),在臥室床下逮到5個(gè),在廚房柜子里又發(fā)現(xiàn)8個(gè),如此挨個(gè)屋子尋找,把各個(gè)屋子數(shù)目都加起來(lái),不就得到家里粒子的總數(shù)了么?結(jié)果卻會(huì)再一次讓你失望,因?yàn)檫@并不是粒子總數(shù)。按照量子場(chǎng)論,家里的粒子總數(shù)才是房子的屬性之一,要想得到正確結(jié)果,你必須一次就測(cè)量出所有房間內(nèi)的粒子,而不能逐間搜尋,這明顯是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。

粒子無(wú)法精確定位導(dǎo)致了一個(gè)極端情況出現(xiàn)——在量子場(chǎng)論中,真空會(huì)有相互矛盾的性質(zhì)。假設(shè)你現(xiàn)在有一個(gè)完整的真空,按照定義就是包含0個(gè)粒子的狀態(tài),但局限到其中某個(gè)有限區(qū)域,你看到的情況會(huì)與真空大相徑庭。換句話說(shuō),雖然你家里整體空空如也,但處處都能找到粒子。要是消防員問(wèn)你屋里還有沒(méi)有人,你回答說(shuō)整體上沒(méi)有,但等他沖進(jìn)火海卻發(fā)現(xiàn)每間屋里都擠滿了人,他肯定會(huì)質(zhì)疑你的精神是否正常。

量子場(chǎng)論中的真空還存在一個(gè)令人驚訝的效應(yīng),名為盎魯效應(yīng)(Unruh effect)。一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)的飛行員可能認(rèn)為自己身處真空,但在另一個(gè)身處加速飛船中的飛行員看來(lái),則會(huì)覺(jué)得身處無(wú)數(shù)粒子的海洋之中。這種不同視角帶來(lái)的差異同樣存在于黑洞邊緣,這導(dǎo)致我們?cè)谔接憽奥淙牒诙吹奈镔|(zhì)究竟會(huì)有怎樣的結(jié)果”這一問(wèn)題時(shí),會(huì)有兩種完全矛盾的結(jié)論。

最后,依據(jù)量子場(chǎng)論理論,粒子并不具備獨(dú)特的屬性。在令人迷惑的量子糾纏(quantum entanglement)現(xiàn)象中,粒子會(huì)同化成一個(gè)更大的系統(tǒng),那些能夠區(qū)分彼此的屬性會(huì)消失。這些粒子不僅會(huì)共享像質(zhì)量、電荷這樣的固有屬性,還會(huì)共享位置和時(shí)間屬性,例如在某個(gè)特定時(shí)間所處的可能位置。這樣當(dāng)粒子糾纏在一起時(shí),觀測(cè)者就無(wú)法區(qū)分它們,如此一來(lái),你怎么能確定糾纏態(tài)中有兩個(gè)粒子呢?

理論物理學(xué)家也許可以簡(jiǎn)單地規(guī)定,糾纏態(tài)的確由兩個(gè)不同粒子構(gòu)成。哲學(xué)家把這種規(guī)定稱為“根本假設(shè)”。根據(jù)其定義,該假設(shè)是無(wú)法通過(guò)觀測(cè)得到證實(shí)的。大多數(shù)物理學(xué)家和哲學(xué)家都對(duì)這種特殊的解決方式持懷疑態(tài)度,因?yàn)閷?shí)際上,處于糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子就不再是兩個(gè)實(shí)體了,它們的行為就像一個(gè)不可分割的整體,“部分”這個(gè)概念在此已失去意義,單個(gè)粒子就更無(wú)從談起了。

這些與粒子相關(guān)的理論問(wèn)題完全顛覆了我們的傳統(tǒng)認(rèn)知觀念。如果沒(méi)有粒子,那我們的“粒子探測(cè)器”探測(cè)到的究竟是什么?答案是我們從沒(méi)有直接探測(cè)到粒子,粒子只是推測(cè)出的結(jié)果。探測(cè)器記錄的只是傳感器材料獨(dú)立激發(fā)時(shí)的大量數(shù)據(jù),我們自作主張地將這些閃光點(diǎn)連接起來(lái),并推測(cè)它們是粒子在不同時(shí)刻留下的軌跡。

現(xiàn)在讓我們理一下思路。我們將粒子看成很小的小球,但當(dāng)今物理學(xué)家稱為“粒子”的那些東西與之完全無(wú)關(guān)。按照量子場(chǎng)論,無(wú)論大小,任何物體都不可能局限在某個(gè)有限空間。不僅如此,這些假想粒子的具體數(shù)目也會(huì)因?yàn)橛^測(cè)者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同而不同。所有這些結(jié)果總結(jié)到一起,幾乎為“宇宙是由類似小球的粒子構(gòu)成的”這一想法判了死刑。

基于上述原因和其他有關(guān)量子場(chǎng)論的見(jiàn)解,我們必須作出一個(gè)這樣的結(jié)論:“粒子物理學(xué)”其實(shí)名不副實(shí),盡管物理學(xué)家一直在談?wù)摿W?,但其?shí)并沒(méi)有這種東西存在。也許有人轉(zhuǎn)而采用“量子粒子”來(lái)緩解矛盾,但如果有關(guān)粒子的所有經(jīng)典概念都已土崩瓦解,“粒子”一詞又有什么意義呢?有些人認(rèn)為,粒子概念遇到的這些問(wèn)題,暗示著量子場(chǎng)論應(yīng)該純粹用場(chǎng)來(lái)表述。這種觀念認(rèn)為,場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、可流動(dòng)的物質(zhì),彌散于整個(gè)空間,粒子是場(chǎng)的漣漪。但是,接下來(lái)我們就會(huì)看到,量子場(chǎng)論同樣也無(wú)法用場(chǎng)來(lái)表述。

“場(chǎng)”亦難當(dāng)重任

“量子場(chǎng)論”這個(gè)名稱很自然地表明,這是一個(gè)經(jīng)典場(chǎng)論的量子版本。經(jīng)典場(chǎng)我們都很熟悉,比如電場(chǎng)和磁場(chǎng),但什么是“量子版本”?提起“場(chǎng)”,總是與這些圖像聯(lián)系在一起:磁鐵周圍的磁場(chǎng)讓小磁針相互平行排列;靜電場(chǎng)讓毛發(fā)豎起。但量子場(chǎng)與經(jīng)典場(chǎng)非常不同,就連理論物理學(xué)家也承認(rèn)很難形象地描述它們。

在經(jīng)典理論中,一種場(chǎng)代表了一個(gè)物理量在不同時(shí)空點(diǎn)上的值,比如溫度或電場(chǎng)強(qiáng)度。但對(duì)于量子場(chǎng),每個(gè)時(shí)空點(diǎn)代表的則是抽象的數(shù)學(xué)實(shí)體,代表的是你可以進(jìn)行測(cè)量的類型,而不是你想測(cè)量的結(jié)果。在量子場(chǎng)論中,的確有一些數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)代表物理量數(shù)值,但這些數(shù)值不是某個(gè)具體時(shí)空點(diǎn)上的值,而是一些不確定區(qū)域的值。

歷史上,物理學(xué)家是通過(guò)將經(jīng)典場(chǎng)論“量子化”建立起量子場(chǎng)論的。通常的程序是,物理學(xué)家找到一個(gè)方程,然后將其中的物理量用“算符”(operator)代替。所謂算符是形如微分或開(kāi)方這樣的數(shù)學(xué)運(yùn)算,而有些算符則對(duì)應(yīng)像光的輻射與吸收這樣特殊的物理過(guò)程。算符在理論和現(xiàn)實(shí)之間設(shè)置了一層抽象的屏障,想要從經(jīng)典場(chǎng)得到量子場(chǎng),你必須再多走一步,將這個(gè)算符應(yīng)用于另一個(gè)叫做態(tài)矢量(state vector)的數(shù)學(xué)實(shí)體上。

從某個(gè)層面上來(lái)看,量子場(chǎng)的奇特性質(zhì)并不會(huì)非常令人驚訝。因?yàn)樽鳛榱孔訄?chǎng)論基礎(chǔ)的量子力學(xué),就無(wú)法得出確定的數(shù)值結(jié)果而只能給出概率。但就本體而言,量子場(chǎng)論中的情況似乎更為古怪一些,最基本的“量子場(chǎng)”連概率都無(wú)法得出,必須要綁定一個(gè)態(tài)矢量。

量子場(chǎng)需要用態(tài)矢量來(lái)描述,使得該理論理解起來(lái)非常困難,因?yàn)槟愫茈y將其轉(zhuǎn)換成你能想象并在腦海中推導(dǎo)的物理圖像。態(tài)矢量具有整體性,它描述的是一個(gè)系統(tǒng)的整體性質(zhì),具體到某個(gè)特定位置就不適用了。按照定義,場(chǎng)具有可在時(shí)空中有序傳播的特性,但態(tài)矢量卻削弱了這一特性。我們可以將經(jīng)典場(chǎng)想象為“以波動(dòng)形式在空間中傳播的光波”的形象,但在量子場(chǎng)中,場(chǎng)的性質(zhì)完全不同,我們無(wú)法描述它是怎樣的一種物質(zhì)。

很明顯,基本粒子和力場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)圖像不是物理世界理想的本質(zhì)描述。實(shí)際上物理學(xué)家連粒子和場(chǎng)究竟是什么都完全不清楚。對(duì)此,通常會(huì)有這樣一種回應(yīng),粒子和場(chǎng)應(yīng)該被看作兩個(gè)對(duì)真實(shí)情況的補(bǔ)充條件,但在那些我們應(yīng)該觀測(cè)到純粒子或純場(chǎng)的情況下,這兩種物質(zhì)還是不存在。幸運(yùn)的是,粒子和場(chǎng)并沒(méi)有被排除量子場(chǎng)論所有可能的本體描述。

結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義?

越來(lái)越多人認(rèn)為真正重要的不是事物本身,而是這些事物間的聯(lián)系。這種觀點(diǎn)徹底突破了傳統(tǒng)的原子論或點(diǎn)粒子論,其顛覆程度之大,就連我們對(duì)粒子和場(chǎng)進(jìn)行的最為激進(jìn)的改造,也望塵莫及。

這種名為結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義(structural realism)的觀念,是由一種相對(duì)平和的版本逐步發(fā)展而來(lái),那時(shí)它還叫認(rèn)知結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義(epistemic structural realism),主旨如下:我們也許永遠(yuǎn)無(wú)法了解事物的真正本質(zhì),而只能了解它們彼此間的聯(lián)系。以質(zhì)量為例,你見(jiàn)過(guò)質(zhì)量本體嗎?我們從未曾見(jiàn)過(guò)。你見(jiàn)到的只是質(zhì)量對(duì)另一個(gè)實(shí)體的意義,具體地說(shuō),是一個(gè)具有質(zhì)量的物體如何通過(guò)周圍的引力場(chǎng)與另一個(gè)具有質(zhì)量的物體相互作用。世界的構(gòu)造,就是通過(guò)事物之間的聯(lián)系表現(xiàn)出來(lái)的,它才是物理理論中最持久的部分。新的理論也許會(huì)推翻我們對(duì)世界基元的認(rèn)識(shí),但不會(huì)推翻世界的構(gòu)造,這是科學(xué)家能夠取得一點(diǎn)又一點(diǎn)進(jìn)步的根本原因。

新的問(wèn)題又來(lái)了:為什么我們只能了解事物之間的聯(lián)系,而不是事物本身?最直接的回答是,聯(lián)系即一切。結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義由此一步飛躍成一個(gè)更為大膽的假設(shè):本體結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義(ontic structural realism)。

現(xiàn)代物理學(xué)中,無(wú)處不在的對(duì)稱性有力地支持了本體結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義理論。在量子力學(xué)和愛(ài)因斯坦的引力理論中,世界結(jié)構(gòu)的某些變化并不能通過(guò)觀測(cè)得以證實(shí),這些變化被稱為對(duì)稱變換(symmetry transformation)。在這些變換中,構(gòu)成這個(gè)世界的獨(dú)立個(gè)體相互交換,但它們之間的聯(lián)系維持不變。作為類比,你可以想象一張鏡像對(duì)稱的臉:一面鏡子將左眼變成右眼,將左耳變成成右耳,以此類推,在此過(guò)程中臉部器官的相對(duì)位置始終保持不變。這些器官之間的聯(lián)系才真正定義了這張臉,而“左”和“右”則取決于你面朝哪邊而已。我們一直稱為“粒子”和“場(chǎng)”的東西,它們擁有的對(duì)稱性更為抽象,但道理都是相同的。

基于奧卡姆剃刀原理(principle of Occam's razor),物理學(xué)家和哲學(xué)家傾向于能用最少假設(shè)解釋現(xiàn)象的理論。就我們討論的問(wèn)題而言,通過(guò)假設(shè)存在特定的聯(lián)系就可以構(gòu)造一個(gè)完美適用的理論,而無(wú)須額外假設(shè)任何獨(dú)立實(shí)體,于是,本體結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義論的支持者認(rèn)為,我們不妨拋棄實(shí)體,假設(shè)世界是由結(jié)構(gòu)或者說(shuō)各種聯(lián)系所構(gòu)成。

利用這種類似的推理來(lái)研究量子糾纏,就會(huì)得出一個(gè)結(jié)論:結(jié)構(gòu)是真實(shí)架構(gòu)的基石。兩個(gè)量子粒子的糾纏是一個(gè)整體效應(yīng),這兩個(gè)粒子諸如電荷這樣的所有內(nèi)在屬性,加上諸如位置這樣的外部參量,都無(wú)法決定這個(gè)糾纏體系的狀態(tài)。整體并非是部分之和。萬(wàn)物皆由最基本組成單元的屬性和它們?cè)跁r(shí)空中的關(guān)系決定,這種原子觀念不再有效。對(duì)于量子糾纏態(tài),也許我們不能再以粒子為主,糾纏為輔,而要反其道而行之。

你也許會(huì)認(rèn)為沒(méi)有實(shí)體的關(guān)系很奇怪,那究竟是什么在發(fā)生關(guān)系呢?不僅你疑惑,很多物理學(xué)家和哲學(xué)家同樣覺(jué)得它非常怪異。一些本體結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義者試圖就此作一些妥協(xié),他們不否認(rèn)實(shí)體的存在,只是聲稱聯(lián)系或結(jié)構(gòu)在本體論上更為基本。換言之,實(shí)體并無(wú)內(nèi)在屬性,只在與其他實(shí)體的聯(lián)系中才獲得屬性。但這種提法很空泛,因?yàn)闆](méi)有人否認(rèn)實(shí)體之間具有聯(lián)系,而真正有趣和新穎之處就在于,單純的聯(lián)系為何可以構(gòu)造出萬(wàn)物。不過(guò)歸根結(jié)底,結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)主義是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的想法,我們尚須對(duì)之加以雕琢,才能知道它是否可以化解我們的闡釋之困。

屬性交織

量子場(chǎng)論的第二種替代解釋來(lái)自一個(gè)簡(jiǎn)單的想法:盡管傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,粒子和場(chǎng)是根本不同的,但其實(shí)它們有共同之處。這兩種表述都假設(shè),物質(zhì)世界的基本單元是獨(dú)立存在的實(shí)體,這些實(shí)體或?yàn)榱W?,或?yàn)閳?chǎng)論中的時(shí)空點(diǎn),我們可以賦予它們各種屬性。很多哲學(xué)家都認(rèn)為這種實(shí)體和屬性的二元?jiǎng)澐挚赡苷橇W诱摵蛨?chǎng)論都陷入困境的深層原因。我們認(rèn)為最好將屬性看作全部且唯一的基本分類。

傳統(tǒng)看法中,人們假設(shè)屬性是“普適”(universal)的,換言之,它們同屬一個(gè)抽象的廣義分類。屬性總是被特定事物所具有,它們不能獨(dú)立自存。例如,當(dāng)你想到紅色,通常想起的都是一些特定的紅色物體,而不是一個(gè)漂浮在半空的名為“紅色”的東西。但是你可以反過(guò)來(lái)認(rèn)為屬性是獨(dú)立自存的,是屬性占據(jù)了物體。屬性也許是哲學(xué)家稱之為 “特質(zhì)”(particular)的東西,即具體的、獨(dú)立的實(shí)體,而我們通常所說(shuō)的事物也許只是一堆屬性的集合:顏色、形狀、稠性,等等。

由于這種視屬性為特質(zhì)而非普適性質(zhì)的看法與傳統(tǒng)觀念相悖,哲學(xué)家引入了一個(gè)新的名詞來(lái)稱呼它們:“特普”(trope)。這個(gè)詞聽(tīng)上去有些滑稽,而且令人遺憾地附帶著一些不恰當(dāng)?shù)膬?nèi)涵,但這種觀點(diǎn)確實(shí)已經(jīng)建立起來(lái)。

將事物解構(gòu)為一團(tuán)屬性,并不符合我們通常對(duì)這個(gè)世界的定義,但如果我們?cè)囍舫梢?jiàn),回歸本初,這種解釋就顯得沒(méi)那么神秘。當(dāng)我們還是嬰兒,第一次看到并接觸到一個(gè)球時(shí),嚴(yán)格來(lái)說(shuō),我們感知到的只是一個(gè)球形的形狀,些許紅色的影子,摸上去還有點(diǎn)彈性。只有當(dāng)我們長(zhǎng)大之后,才將這些屬性和某種清晰的物體聯(lián)系在一起,比如說(shuō)球。于是,等我們?cè)倏吹角虻臅r(shí)候就會(huì)說(shuō):“看,一個(gè)球,”而忘了這種看上去不假思索的認(rèn)識(shí)背后動(dòng)用了多少感知器官。

在“特普”的本體論中,我們回歸到嬰兒般的直接感知,在外部世界中,除了如絲如縷的屬性之外別無(wú)他物。我們不是先有球再賦之各種屬性,而是先感知到各種屬性然后才稱其為球,除了各種屬性之外,別無(wú)他物。

用這種思維來(lái)思考量子場(chǎng)論,那么我們稱為電子的東西實(shí)際上就是一團(tuán)各種屬性或“特普”的集合,包括三種本質(zhì)屬性(質(zhì)量、電荷和自旋),其余則是不斷變動(dòng)的非本質(zhì)屬性(位置和速度)。這種“特普觀”有助于量子場(chǎng)論的自圓其說(shuō),比如說(shuō),量子場(chǎng)論預(yù)言基本粒子能迅速產(chǎn)生和消失。量子場(chǎng)論中真空的特性令人難以置信:真空中的平均粒子數(shù)為零,但真空中卻又到處充滿了粒子,特普觀可以將此解釋為,每時(shí)每刻都有無(wú)數(shù)過(guò)程在同時(shí)發(fā)生,包括各種粒子的生滅。

若從粒子本體論來(lái)看,這幅圖景實(shí)在非常矛盾:如果粒子是基元,那么它們是如何產(chǎn)生的?有何物能制造出這些基元?而從“特普”本體論觀,這種情形就非常正常了。真空中雖無(wú)粒子,卻具屬性,當(dāng)所需屬性相互作用到一起就會(huì)產(chǎn)生粒子,而屬性變化粒子則會(huì)消失。

物理學(xué)和形而上學(xué)

為何像量子場(chǎng)論這樣大獲成功的理論,在理論基本框架中會(huì)有如此嚴(yán)重的沖突?原因很明顯,盡管理論能夠告訴我們要測(cè)量什么,但對(duì)于形成我們所見(jiàn)現(xiàn)象的實(shí)體,其本質(zhì)究竟如何,則語(yǔ)焉不詳。量子場(chǎng)論將我們見(jiàn)到的現(xiàn)象歸因于夸克、介子、光子和形形色色的量子場(chǎng),但它沒(méi)有告訴我們一個(gè)光子或一個(gè)量子場(chǎng)究竟是什么樣子。而且實(shí)際上它也無(wú)須說(shuō)明,因?yàn)槲锢砝碚摵艽蟪潭壬喜挥米肪窟@類形而上學(xué)的問(wèn)題也可以極為有效。

對(duì)很多物理學(xué)家來(lái)說(shuō),這就足夠了。在他們看來(lái),理論僅僅是生成實(shí)驗(yàn)預(yù)言的工具。當(dāng)然,大多數(shù)科學(xué)家都有強(qiáng)烈的直覺(jué),在進(jìn)行任何測(cè)量之前,他們的理論就已經(jīng)描述了自然的至少部分側(cè)面,畢竟,如果不是為了了解周圍的世界,科學(xué)又有什么用處呢?

要獲得一幅完整的物理世界的圖像,需要集物理學(xué)和哲學(xué)之力。這兩個(gè)學(xué)科相輔相成,形而上學(xué)(metaphysics)提供各種可比對(duì)的、解釋物質(zhì)世界的本體論框架,但是除了保證這些框架內(nèi)在自洽,形而上學(xué)無(wú)法在其中作出選擇。而物理學(xué)這邊,對(duì)物體定義、特性的角色、屬性的地位、事物和屬性間的聯(lián)系以及空間和時(shí)間的本質(zhì)這類基本問(wèn)題,正好缺少一個(gè)一致的描述。

這兩個(gè)學(xué)科的結(jié)合非常重要,尤其是當(dāng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)自己正在對(duì)這個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)進(jìn)行重新審視的時(shí)候。形而上學(xué)的思維方式指引過(guò)牛頓和愛(ài)因斯坦,也正在影響著很多試圖統(tǒng)一量子場(chǎng)論和愛(ài)因斯坦引力理論的思考者。哲學(xué)家有關(guān)量子場(chǎng)論和引力理論的專著和文章數(shù)不勝數(shù),但對(duì)量子場(chǎng)論中物理基元的探索才剛剛開(kāi)始。我們正在構(gòu)建新的視角以替代標(biāo)準(zhǔn)的粒子論和場(chǎng)論,這也許能激發(fā)物理學(xué)家的靈感,在追尋大統(tǒng)一的苦旅中助其一臂之力。

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