【草禾水随笔】十三谈涉猎量子科普

mingmu888 2018-03-29

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十三谈涉猎量子科普
2017年4月15日

时间，对于人类，既神奇又平常。因为过于习惯了的东西，一般人是不会去思考的。可是，在量子世界里，时间可就太重要了。本谈对时间进行秘境追踪。北京大学科学传播中心主任吴国盛说到：“量子力学对于时间哲学并没有直接的贡献，因为时间根本不被作为一个微观量，而只是作为一个宏观量看待。在这方面，它或者顺从牛顿时空观，或者顺从爱因斯坦的时空观。”（《时间的观念》121P）吴国盛是科学理论的权威，他还是中国自然辩证法研究会的主任，在量子时间观问题上，他的说法那还是值得关注的。但更值得关注的还是量子论本身对时间的惊人揭秘。清华大学副校长、中科院院士施一公教授说：“这个世界是超微观世界决定微观世界，微观世界决定宏观世界。”物理世界就是宏观与微观的奇妙统一。按此思路，可不可以说，超微观的时间，决定微观的时间，微观的时间决定宏观的时间？科学的方法就是：“使用你的头脑，不要受任何羁绊。”这是诺贝尔物理奖得主布雷曼说的话，我觉得很有穿透力。本篇就从量子引深谈时间。空间和时间，不仅是物理学中的基本问题，也是哲学上的一个基本问题。我国的古典文献《淮南子》中说：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”这个古老的智慧有两点高明之处，一是把时间与空间结合起来描述，这是非常了不起的。二是时空没有确定的范围，应该隐含了无限的思想，这又是非常了不起的。《庄子·庚桑楚》中说：“有实而无乎处者，宇也；有长而无本剽者，宙也。”意思是空间通过实在的物体来体现，但其本身不体现什么；时间有长短，而不能不据有一个具体，所以其本身也不体现什么东西。这个时空观，比古希腊哲学的绝对时空观高明多了。讲我们要有文化自信，绝不是空话。就时空观而言，事实有证：墨子对量子论有贡献，庄子对时空观有贡献。

在动物界，是没有时间概念的。人作为万物之灵，重要智慧是对时间的创造性理解。在漫长的人类社会中，人们为了生存和生活，在思考应该用什么办法来衡量客观世界与万事万物变化的快慢，以及自身生命的长短？先民们就把看得见的世界和物候的变化，进行规律性的认识，其中重要成果是对时间的描述。把太阳的东升和西落这种周期变化称为一天，把月亮从圆到缺这种周期变化称为一月，把物候的周期变化称为一年。一年里，根据暧、热、凉、冷，春种、夏播、秋收、冬藏，这些身体感觉和耕作体验，又分为四季。在此基础上，人们对时间又进行各种各样的细分、扩张和优化，于是就有了今天人们熟悉的时间概念、计量方式和手段运用。

随着科学的发展，人们思考时间的本源，试图揭开时间神秘的面纱。对时间的理解，逐层深入的同时，也逐层的神秘，到目前为此，众说纷云，莫衷一是。历史上，曾有循环往复时间观和单向线性时间观，如佛教的轮回说法，如光阴似箭的说法，等。不过，这至多是一种哲学上的思辨，到了牛顿那里，时间开始了科学的描述：时间，它真实的存在，又与外在的事物无关，它绝对的、均匀的流逝，任何力量都无法改变它绝对不变的频率。因为牛顿的时间观有定律体系做背景，符合人们日常的生活经验，又能够分秒不差地预测月食日食的发生，理所当然的被人们所接受。爱因斯坦依据他的相对论，对牛顿的绝对时间有话要说了。他到底想说什么呢？他说的是，时间或空间这种东西是没有的，有的只是时空。时空是一个连续体，就是一件东西，其中各个部分非常接近，其间毫无插足的余地。也就是说，相对论把时间视为第四个维度，没有绝对的位置或绝对的时间，因为物体移动的方式，会影响它在时间中的位置，因此需要把时空作为一个整体来考虑，而不能把两者割裂开来。表面看来，相对论时间观，构成了对牛顿时间观的革命或挑战，但不可夸大这种革命的彻底性。爱因斯坦曾这样说：“我们必须小心，决不可错误地把这个体系看作是同古典物理学的思想方式载然不同的一种新的思想方式，相对论绝没有这个意图。”相对论大大地修正了牛顿的时间概念，但并没有对时间测度本身提出异义。相对论时间，是测度时间的精致化。

宇宙最深层次的奥秘在于，宇宙如何一步一步地展开每一个瞬间，正是这些相连的瞬间，组成了宇宙的时间。在量子力学与时空、引力及宇宙学的大统一中，时间将发挥至关重要的作用。量子力学认为，时空是不能无限分割的，时空也存在着不可分割的基本结构单元，低于其结构单元的时空是无法达到的，也是没有意义的。既然时空存在着不可分割的基本结构单元，那时空也是不连续的，也是量子化的。近几年，有学者提出一个尝试解释运动本质的“量子跳跃”、“量子停止”的大胆假说，认为：“当把某一粒子的运动的宏观轨迹无限细分之后，细分后的每一段只能由两种状态组成。一是“量子跳跃”，指粒子由空间的一点运动到另一点，而时间在这一过程中是停止的；另一状态是“量子停止”，即粒子停止在空间内的某一点，而时间是流逝的。”“爱因斯坦早已在相对论中指出了时间空间构成了四维时空，我们是在四维时空中运动。‘量子跳跃、量子停止’假说则指出粒子只能在时间维度和空间维度中轮流运动，而在四维时空里连续运动是不存在的。”（《从量子到宇宙》018P）假设是假设，暂无定论，但粒子运动的时空不连续，太奇异了。这为探讨时间的奥秘，提供了新的标本。也有学者说：“从本质上讲，时间根本就不存在。若一定要给时间找一个概念性空间的话，那么它就存在于万物的运动变化之中，但它并不是本质的存在，它只是把人为的时间概念赋予万物的变化之中，并不是万物自身就有时间属性的存在。”（单振文《空间的层面》15P）时间不存在，这与量子创始人普朗克的时间观不相符。把量子同光速及其它常数结合在一起，就可以得出空间和时间方面不可分割的量子，也就是最短的距离单位和最短的时间单位。普朗克长度为10^-35米。普朗克时间为10^-43秒。普朗克的时间非常短，人们根本无法感觉到。据《时间简史》解读：“普朗克时间也就意味着，宇宙论学者在研究时间起源时，大爆炸理论产生时间，宇宙在时间是0的奇点被创造出来。在大爆炸之后，最多能计算到10ˉ43秒。要研究普朗克时间之前发生的事，还缺乏新定律”。所以，有物理学家幽默地说，“假设时间存在，因为非常小，早期宇宙一定非常无聊。小和无聊之间有很强的关联。”

时间，不仅人为给予刻度，而且其自身也有单位结构，并不是人们感受的那种连续性。时间的单位结构，也叫瞬间构成。在人的世界里，一次感知，仅关乎一个瞬间。你将在许多瞬间中体验人生。这些瞬间，总在那里，我们不会失去过去。现在、过去和将来，总是与我们相伴。人的生存价值和人的精神永恒，或许要有无数个瞬间才能容得下，那些瞬间永不消亡。

我们的汉语词汇中，关于时间相关性的表述，已暗含天机。如，时间就是时与间的统一，时机，是时间节点上的机遇。这给人以无穷的激励和无限的安慰：从这儿生发思考，人要培养强烈的时间感。时间感是人们适应环境、适应社会、适应人生的一种能力。人的差异，也可以说是在时间知觉上存在的差异。例如很多训练，就是训练精确的时间感，运动员、舞蹈演员、音乐家最高要求是准确掌握动作的时间和节奏。优秀的军事指挥员，对于部队发起进攻的时间，部队占领高地的时间，精准到秒，早一秒晚一秒绝对不行，所以战争影片中，通常有对表的镜头。我们很多的工程、项目、产品，经不起时间的检验，质量问题，本质上不是个时间问题吗？日常生活，对时间的要求，虽然不那么经典尖锐，但也蕴藏着无比深刻的微妙。承认时间存在于人生的最深层次，我们便能更好地理解这个充满神秘的人生。如评价一个人真实与否，还必须聚焦具体时间具体事。所有时间的真实，都是关于瞬间序列中的一个个瞬间的真实。人的一生是否成功，只有时间知道答案。在这一点上，我们如何理解时间，决定了我们如何思考未来。只有我们紧随时间思考，把自己放在时间的长河之中，才有可能在接下来的时间里挑战社会、挑战将来、挑战一切不可能。是不是可以说，人生的问题，归根到底的关键是：时间问题。

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