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最近旅美华裔物理学家沈志远就物理学前沿问题提出了三个问题，第一个问题触及狭义相对论两大前提之一，第二个问题事关量子论之核心，第三个问题乃统一场论症结所在，三者皆为物理学根本问题。并认为这三个问题有解之日即是万物之理初见端倪之时。 以下分述三个问题，以飨来访者并引起思考。 1．超光速难道不违反狭义相对论？ 物理学界都知道，处于纠缠态的两个光子之间具有超光速相互作用，测定一个光子的自旋，远处的另一个光子自旋立即相应改变。爱因斯坦称其为“怪异的超距作用”（spooky action at a distance）。前不久瑞士日内瓦大学的一个研究组在光子纠缠实验中，测得其速度至少超过光速一万倍。物理学是客观的，纠缠光子之间具有超光速作用，因被许多实验证明为客观存在而无法否定。许多物理学家认为“这并不违反狭义相对论，因为人无法用来传递信息。”可是光子确实用来传递信息，否则纠缠光子怎么会“知道”远处的另一个光子自旋改变了呢？狭义相对论基于相对性原理及光速不变原理这两个基本前提。 纠缠光子之间相互作用速度超过光速，这难道不违反狭义相对论？ 2．海森伯不确定原理是普遍适用的吗？ 海森伯不确定原理：一对共轭物理量（如位移x和相应之动量px）必须遵从不等式 ΔxΔpx ≥ h/4π 其中h是普朗克常量，π 是圆周率，Δ表示增量。 空间尺度Δx缩小，动量Δpx 相应增大，能量也随之增大。Δx 缩小到原子尺度（10-10米），相应的能量是化学能；Δx 缩小到原子核尺度（10-15米），相应的能量是核能。这都已成为实用能源，道理当然不成问题。但是再往下推，空间尺度缩小到普朗克长度（10-35米），相应的能量比核能还要大一万亿亿（1020）倍！极言之，当Δx 趋向零，Δpx 趋向无穷大，相应的能量趋向无穷大。 在无穷小的空间中蕴藏着无穷大的能量！这是海森伯不确定原理的必然结果，听来却像天方夜谭。海森伯不确定原理是普遍适用的吗？ 3．时空是不连续的吗？ 20世纪物理学流行的名词是“量子化”，能量、动量、角动量等物理量都是量子化的。量子场论一次量子化还不够，再来个二次量子化。 几十年来，物理学家提出各种版本的“万物之理”（统一场论）：弦论、圈论、旋子论、扭子论、时空非互易论等，绝大多数基于时空量子化。认为时间和空间都具有最小单元——普朗克时间（10-43秒）和普朗克长度（10-35米）。 问题出在他们认为比普朗克时间和普朗克长度更小的时间和空间根本不存在，从而否认时空单元具有内涵。著名圈论研究者斯莫林在专论《时间与空间是什么》的书中强调时间和空间的离散性而否认其连续性，认为连续空间只是“幻觉”（illusion）。在他看来这是通向统一场论的必由之路。这种观点在统一场论界具有代表性。 否认连续性偏离量子论主旨。量子化引入离散的量子，但并不否认连续性。以电磁场为例，其能量以光子为单元是离散的，但空间中的电磁场和电磁波却都是连续的。而且正是对连续的电磁场作傅里叶分析，才在封闭空间中得出离散能量谱，在开放空间中则得出连续能量谱。 |
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