博览群书2006年第11期-第13章

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大事件发生之后才能回溯。　
　　总体来看，当前物理学正处于一个相对平稳的时期，用惠勒本人的话说：“新　的发现，有；但是新的定律，没有。”而且已经没有了四五十年了。虽然有超弦理论、　膜理论等新鲜事物不断涌现，但与上个世纪此时的波诡云谲相比，只能以平庸无　奇来形容。若以库恩的科学革命说来衡量，现在的物理学无疑处于常规时期，或日　下一场科学革命的前夜。所以此时从事物理学哲学，一方面不妨静观其变，另一方面，对于惠勒这样的承前启后的人物进行总结和研究，也算是未雨绸缪吧。　
　　　
　　二　
　　　
　　惠勒一生经历丰富，在很多方面表现了他的智慧。他有很多黑洞之类的精彩　命名，也常有惊人之语。“大学里为什么要有学生？”惠勒说，“那是因为老师有不　懂的东西，需要学生来帮助解答。”1970年代初期，惠勒的学生贝肯斯坦　（Bekenstein）提出，黑洞的视界面积正比于黑洞的熵，这个思想与当时的霍金等　人“黑洞无毛”的观点相悖，几乎所有的黑洞物理学家都站在霍金一边，只有惠勒　支持贝肯斯坦，他说：“这个想法足够疯狂了，所以它很有可能是对的。”而贝肯　斯坦的确对了。　
　　作为哲人科学家，惠勒的思想包含着丰富的内容，这里我简单地分成三个方　面，结合刚刚问世的惠勒文集《宇宙逍遥》中文版，做一个粗略的介绍：一、对实在论的冲击；二、方法论；三、对未来物理学方向的思考。　
　　　
　　一、对实在论的冲击　
　　毫无疑问，惠勒是一位非实在论者，他对实在论提出的几个反驳极具震撼力。国内学者所关注的主要在这个方面，这也是我本人在博士学位论文集中讨论的问题。同样，这方面内容在《宇宙逍遥》占有大量篇幅，分布在几个部分之中。这里做一个简要的综述。　
　　惠勒最有代表性的思想是1979年在纪念爱因斯坦100周年诞辰学术研讨会上提出的延迟选择实验，这在该书《延迟选择实验与爱因斯坦——玻尔对话》、《超越黑洞》等文章中都有深入的描述，不赘。这个实验给出了一个颠覆我们通常时间次序的结论：“我们此时此刻做出的决定，对于我们有足够理由说它对已经发生了的事件产生了不可逃避的影响。”此时的决定，影响了，甚至决定了光子的过去。最绝的是，这个思想实验不但具有可操作性，而且可以在宇宙尺度上操作。藉此，惠勒反复强调：“没有一个基本量子现象是一个现象，直到它是一个被记录（观察）的现象”。“并没有一个过去预先存在着，除非它被现在所记录。”于是，惠勒把哥本哈根学派的整体论从空间拓展到了时间。　
　　惠勒反对说有一个外在于我们的客观实在存在“在哪儿”。作为物理学家，惠勒喜欢使用图示、模型和故事来说明他的观点。《宇宙逍遥》第41页图是他给出的四种对于实在的理解方式，其中的R图示是他经常使用的，他指出：“实在是由一些观察的铁柱及其间的理论和想象构成的。”然而，他又指出，先定义术语，再繁衍理论，这是不可能的；先有实在，再有观察者的观察，也是不可能的。因为理论、概念、定律和测量方法是不可分离、同时呈现的（第14页。该书页码，下同）。因而，即使观察的铁柱本身，也是与理论相关的。这样一来，我们所看到的实在图景，几乎完全是我们的建构。如果用六祖惠能的手指与月亮的比喻，在惠勒这里，则手指就是月亮，月亮就是手指。　
　　惠勒强调观察的意义，我们观察到什么，（部分地）取决于我们用什么方式提问。惠勒反复用20问游戏的惊奇版（第333页）说明这个问题：并没有一个词预先存在着，这个词是由一系列“是否问题”由提问者和回答者共同创造出来的。惠勒由此类比，我们所见到的世界，也是由于观察而成为存在的。进一步，惠勒提出了参与的宇宙（participatory　universe）这个概念。指出宇宙是一个自激回路（第293页图6）。现在的观察，参与了乃至创造了宇宙之诞生。于是有“万物源于比特”（有生于微）的理念。纯粹客观的观察是不可能的。观察者必然成为参与者（第286页图4）。而实在，正是来自于古往今来的无数观察一参与行为。这些思想在该书《创世与观察》和《万物源于比特》有比较完整的表述。　
　　在物理实体的意义上，惠勒也消解了实在的“实在性”。既然实在与理论是一体的，因而把理论推到极端，也就是实在的极端。在物理概念不能使用的地方，我们也会看到实在本身的裂痕。惠勒用了大量的类比来表述这种观念。比如布匹粗看起来是光滑连续的，但是到了边缘，会看到不连续的纤维（第328页）。我们通常以为时间和空间是连续光滑的，而在其边缘处，则是破碎的。惠勒找到了这样几个实在的边缘。　
　　普朗克长度和普朗克时间。在深入到普朗克长度和时间的尺度之后，空时变成了量子泡沫。惠勒喻之以泡沫地毯，远看光滑连续，美轮美奂，近看则是一个个不断湮灭不断生成的泡沫。在这个尺度下，左右前后这样的概念都失去了意义。而我们的物理世界就是由这样的泡沫构成的。惠勒说：当我们知道构成原子核的绝大部分是虚空时，我们脚下的石头的坚硬程度并没有改变。同样，如果我们知道构成石头的全是虚空，也不会改变它的坚硬度。　
　　时间的起点和终点。惠勒强调，物理实在不是从永恒的过去到永恒的未来的一直存在的。宇宙有起点——大爆炸，有终点——大爆缩；物理定律同样在大爆炸中产生，并且随着物理条件逐渐地达到极限而失去作用，最终在黑洞和大爆缩中终结。一切皆变，只有变是不变的。　
　　这些思想沿着物理学的逻辑步步深入，一直推到似乎荒谬得难以接受的程度。这种思想方式已经成为惠勒的方法论。　
　　　
　　二、方法论　
　　惠勒给出了多种可操作的方法。有些是作为物理学家的经验之谈，有些则是惠勒的特殊心得。它们虽然来自具体的物理学问题，但是已经被惠勒有意识地推而广之了。该书第一章《先知七女：探求真理的佑助》是对方法论的集中论述。其他各篇的字里行间也不乏方法论的真知灼见。这里稍加综合，略述一二。　
　　1．把理论推到极端。　
　　推向极端，这是物理学家的一种常规手段。物理学系的大学生在习题课上常被耳提面命，对于一个复杂的物理过程，在暂无头绪时，可以先对结果的大致范围进行估计。这种方法不仅能用在物理学中，王朔小说《顽主》里，曾给出过类似的描述，一个女孩儿失恋，痛不欲生，葛优扮演的男士劝她：“遇到事儿，你先往坏里想，想到头儿，然后再往好里想，也想到头儿，就好了。”惠勒在考察核反应堆安全系数时，也要给出一个最坏情况分析。所以可以说，这是物理学家面对现实世界的一种本能的方法。　
　　惠勒指出，理论物理学家的工作就是要主动把理论推到极端，使它尽快地出错！——找出理论的极限和实在的裂缝。该书第43页图3给出的理论变易性的阶梯也可以理解为理论不断推到极端的结果。对于理论来说，这是一种破坏性实验。毫无疑问，这种“破坏”会让一位醉心于思想的人为之着迷，所以爱因斯坦才会有“一生中最快乐的思想”，惠勒无疑沉浸在这种思想的狂欢之中，普朗克尺度、黑洞、大爆炸与大爆缩都是惠勒找到的实在的裂缝。　
　　在惠勒的快乐思想中，geon（真子）占据着重要的位置。惠勒的自传以他的三个得意命名为名Ceons，Black　Holes　and　Quantum　Foam，其中黑洞的名气最大，此名一出，原来的“冻星”、“坍缩星”等名称很快就被人忘在了脑后。而geon则被惠勒排在了第一位。　
　　Geon的思想过程凝聚了惠勒的多种手法，充分展现了物理学思想的质朴、简洁和魅力。可惜在本书只略略提过一次（第282页），并无详述。这里忍不住多说几句。　
　　Geon是惠勒自创的名词，g指gravity，引力；e指electromagnetism，电磁。…On是代表粒子的后缀。惠勒的思路是这样的。根据广义相对论，质量（或者引力，比如太阳）能够对光产生作用，使之弯曲。再根据牛顿第三定律，光也能反作用于质量。光和质量能够相互作用，意味着光也能具有质量的效应，产生引力；于是，光必然能作用于光。如果我们用一个硕大的光子放到太阳的位置，也会产生类似的引力效应，使经过它附近的光线发生弯曲。但是，那根被弯曲的光线并不知道弯曲它的是真实的物质，还是一个（恰好从旁边经过的）没有物质的光子！于是，那个占据了太阳位置的光子，就是〃mass　without　mass”（可以译为“没有质量的质量”、“没有物质的物质”、“没有物质的质量”）。这个想法已经够令人惊奇了，但是惠勒把这个想法又继续向前推，向极端之处推。　
　　在引力曲光效应中，引力越大，弯曲越大，当引力足够大时，必然会使得光线弯曲成圆，这时，光子就会被引力所束缚，围着束缚他的质量不断地绕圈子。但是，根据上面的分析，这个质量也同样可以替换成光子！于是，惠勒的问题是：要有一个多大的光子，能够把一个从它旁边经过的光子束缚住，这样的一个光子，惠勒命名为geon。实际上，geon不仅能够把经过它的光子束缚住，它本身也被自己的引力束缚住了。从远处看，我们无法分清，这个geon是一个类似太阳这样的真实物质，还是一个大光子！我们把等效原理稍作推广：如果匀速直线运动和静止不能表现出可以分辨的物理效应，则匀速直线运动就相当于静止；如果引力和加速度不能表现出可以分辨的物理效应，则引力就等效于加速度——广义相对论。同样，如果真实物质和geon表现出同样的引力效应，则geon就是一个真正的粒子。——故谐其音，反讽其意，译之为“真子”。台湾蔡承志先生译为“引力电磁体”，不妥。一，太长；二，这是一个粒子，而不是一个天体。　
　　经过计算，一个最小的纯经典真子，其尺度相当于一个太阳，质量则是一亿个太阳的量级。大真子原则上可以大到宇宙的尺度，一个宇宙可能就是一个真子。惠勒认为，真子的巨大不能成为我们不去思考它的理由，相反，如果一种理论是正确的，那么，所有为这种理论所允许的东西，无论怎样超出想象，都会在实在中有显现的途经。黑洞就是这样。物理学家普遍愿意相信，凡可能是者，皆是。而惠勒则有着更强的信念：凡可能是者，必是。　
　　“没有什么的什么”，这是惠勒自己颇为得意的想法。1980年代他访问中国时，曾经观看京剧《凤鸣岐山》，剧中姜子牙挥舞了一面变幻莫测的旗子，陪同人员解释，旗上的“无”字意为〃nothing”。惠勒感到非常有趣，认为与他的“没有什么的什么”有异曲同工之妙。　
　　2．类比激发洞察。　
　　类比同样是物理学家常用的手法，而惠勒则赋予类比以极高的价值和意义。在本书第一篇文章中，惠勒借用西碧尔之口，称“类比激发洞察”。使得类比这种辅助性方法，变成了创造新理论的工具。　
　　在物理学史上，类比是一种常规武器。比如作为静电学基础的库仑定律，其实是模仿牛顿万有引力定律造出来的。早期建立在磁荷基础上的磁学把这种方法又重演了一遍。惠勒也在本书给出了一些具体的例子，比如玻尔的液滴模型就是在原子核与液滴之间进行类比。液滴已经被研究过了，关于液滴振荡模式的数学工作也已经非常成熟了。把原子核比较液滴，则液滴上的每一种效应，都应该在原子核里寻找对应。液滴的形变对应于原子核的什么？液滴表面的涟漪对应于原子核的什么？于是原子核理论得到了丰富和完善。　
　　广义地说，物理学常用的模型方法也是一种类比。模型法是对现实的抽象，构造一个相对理想化的情境，考察在这种情境下会发生什么，这与极限法也有相通之处。类比也有助于理解，甚至是理解的前提。对于完全陌生的东西，对于超越感官的事物，我们只能用我们的熟悉的，感官能够认知的事物进行类比。从这个角度看，光性质的微粒说和波动说，也是两种不同的类比方式，是两种不同的模型。　
　　类比方法同样超越于物理学之外。熟悉赋比兴的中国人对于类比手法并不陌生。不久前，刘华杰将科学传播活动与传教活动进行类比，结论新鲜有趣，入木三分。　
　　惠勒对于实在本性的思考，对于物理学理论的思考，也大量地基于这种类比　
（或者模型）。尤其是，对于对称性所遮蔽的实在机制，惠勒指出，只有通过类比，才能有所把握。（《超越黑洞》等）　
　　3．寻找悖论　
　　所谓悖论，必然是和理论相关的。一种理论出现了悖论，往往被认为是这种理论的灾难。惠勒则认为，这是理论本身得以发展，得以完善的支点。所以惠勒主动地将理论推到极端，寻找悖论。惠勒还认为，最好能有两个悖论，这样就可以用一个对付另一个，两个互相参证，构成新理论的基础。　
　　1979年3月，爱因斯坦百年诞辰纪念上，惠勒在他提交的《超越黑洞》中提出了物理学理论的两个悖论：　
　　1．时间的边界告诉我们物理字将走到终点。然而，无论事物看起来发生了什么样的外部变化，物理学所说的永远是那个以其永恒的方式运行的东西。物理学在继续，但是物理学已经到了终点；物理学停下了，但是物理学在发展。这就是悖论一。　
　　2．悖论二号是强加给我们的量子原理。在所有的基本量子过程中，观察行为或日记录行为，对于赋予我们所说的正在发生的事情以“切实的实在性”发挥着根本的作用。悖论二就是：宇宙独立于记录行为而存在“在那儿”，但是宇宙并不独立于记录行为存在在那儿。（第272页）　
　　这两个悖论既是理论自身的悖论，也是物理实在的悖论。这正是惠勒作为物理学思想家终生迷恋的思想对象。　
　　　
　　三、对未来物理学的思考　
　　相对论和量子论，二十世纪上半叶最伟大的两个物理学理论至今不能融合，这本身也是一个悖论。作为为数不多的同时对量子论和（广义）相对论有深入研究的物理学家之一，惠勒同时进行着几个层面的思考，既考虑物理学本性的二阶问题，也构想未来物理学可能的基本因素。在本书最后一篇文章《万物源于比特》中，他提出了关于未来物理学的“三个问题”：存在如何，量子如何，观察如何创造？并提出了解决问题的“四个没有”的原则和“五条线索”。这些思想虽然已经构成了一个庞大的系统，各个部分之间有着紧密的联系，但是还没有形成完整的体系，依然包含着众多的猜想和可能性。而其魅力，可能恰恰来自于这些可能性。惠勒不是给出了答案，而是向我们提出了问题。下面举几个例子：　
　　变易性。从物理学结构上，惠勒构造了一个变易性的阶梯。这个阶梯的最下层是最古老的弹性定律，弹性定律假设密度是不变的常量。而在我们能够产生足够的压力之后，密度就成为变量。化学价曾被认为是原子的固有属性，可以用来为原子排序，于是有门捷列夫元素周期表。但是原子核嬗变使这一条也发生了变化。每一条物理定