示的宇宙空空旷旷,充满了难以言喻的孤独感。零星的物质点缀其中,这些物质很少有机会相遇,大部分旅程都将在无尽的孤独中度过。长久以来,我们的行为一直受到这种观念的影响。这体现在很多方面,比如:存在主义哲学家所说的,生命除了自我创造以外毫无意义;还有美国历史上所崇尚的个人英雄主义;还有许多的无论是西方还是在公司里的一些行为古怪的优胜者。实际上,在这个广阔、孤独的世界中,改变很难发生,因而需要一种巨大的能量去推动自己跨越空间,忍受漫长的煎熬,最终与其他物质相遇并发生作用。牛顿的因果世界是力与作用力的世界,它需要我们花费巨大的能量去前进、以期不白活一回。实际上,这样做不但令人备感孤独,同时也疲惫不堪。
量子世界中演绎着完全不同的故事。世界不再是孤独的,空间中充满了各种场,无形的、非物质的作用构成了宇宙的基本结构。虽然无法看到这些场,但是我们却观察到了它们的作用,这不仅可解释远距离作用力,也可描述相距很远的两个物体发生改变的经过。
从场论到关注整个空间
科学界中,在量子物理学出现之前,为了解释远距离作用力,人们已经发展了多个领域的场论(场这个词来源于纹状防护网背景)。牛顿引入了第一个场——重力场。在他的模型中,来自作用力中心——地球——的引力,向空间辐shè。假想的引力线充满了整个空间。将物体吸引到地球附近。在重力影响下,物体相互作用。爱因斯坦发展了一套完全不同的重力场理论一一相对论。他主张,重力作用创建了空间结构,物体之所以受到地球的吸引是时空为响应物质作用而发生的变形。重力不是一种力,而是~种媒介。在日常生活中,我们还能直接感受到其他一些场的作用。
比如说,如果在磁铁周围撒满铁屑,在磁场作用下,铁屑会呈规出一定的形状。每次打开灯或启动电器时,我们都会感受到场的存在。现代的发电站就是通过巨大的磁铁旋转来发电的。
场有很多种,有重力场在时空空间中以曲线结构呈现出来;电磁场产生电磁shè线,我们称为电磁干扰;量子场中,每个粒子产生不同的场,这时的场实际上是一种能量,只有在两个场相遇时才会以一定的形状显现出来。在以上所有理论中,有一点是相同的。场都作为一种无形的力量,它所起的作用只有通过最终效果才能感受到。
由于19世纪的科学家们(如法拉第和麦克斯韦)更加关注整个空间,而非个别粒子,因而早期的场论得到了发展。科学家们本能地感受到空间并不空,而是充满了无形但强有力的结构,这与现代物理学家们的观点不谋而合。如同我们将目光由近处调至远处一样,法拉第和麦克斯韦做了一个视觉变换,因而他们接触到了这个充满的世界。从微小、分散、可见的结构转向充满关系的无形世界,这的确是一个重要突破(参见北极光的彩照,在这种光空间中,电磁场和能量场共同发生作用)。
弗兰克·威尔切克和伯特西·德维恩(一个是物理学家,另一个早年是工程师,后来改行为作家),共同探索出一种有效的图像,用以思考这些感受到的无形力。观察鱼的时候,我们并没有意识到水的存在。我们会把鱼的运动解释成为多条鱼间的相互作用。比如说,当一条鱼游动时,另一条鱼动了一下,我们就认为前者作用于后者。但如果我们仔细观察就会发现,所有的鱼都发生了同样的运动,于是我们开始怀疑存在一种介质影响了所有鱼的运动。尽管没看到什么,我们可能会开始寻找。
比如说,制造一些干扰,注意鱼的反应。总的来说,从小小的原子到无边的宇宙,空间可以说是无处不在,但它却并不空,而是布满了各种场,这些场的作用使物质成形。
充满困惑与魅力的世界
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