20世纪之前,人们一直认为自然过程,如我们所感觉到的,是连续的,并且如经典力学所描述的,符合因果决定论规律。然而,1900年的一次不情愿的发现却打破了人们的经典美梦,非连续性从此进入人们的思想视野,并开始困扰和折磨试图接近它的每一个人。
1900年,普朗克在热辐射过程的能量变化中第一次发现非连续性(以普朗克常数表征),然而,他却不愿接受这种似乎不自然的非连续性,并一直试图用熟悉的连续性来取代它。这种努力持续了近15年的时间,但终归于失败。1905年,年轻的爱因斯坦首先意识到普朗克发现的重要性,并大胆提出辐射本身的能量就具有分立性,这是他一生中最具革命性的思想。然而,尽管爱因斯坦最早窥见非连续性的真实存在,他却不愿看到它所引起的对因果性的破坏,最终爱因斯坦也疏远了非连续性,并时常以“上帝不掷骰子”这句牢骚话来表示对它的不满。
第一届索尔维会议(1911年)之后,更多的物理学家开始关注辐射过程中所存在的非连续性,其中尤以彭加勒的努力最让人感动,时已年迈的他决心认真对待非连续性的存在。彭加勒分析了辐射过程的非连续性对物理规律的描述所可能施加的限制,并考察了辐射运动规律中包含非连续性的可能性。这些分析是人们试图接近非连续性的最初努力。
1913年,玻尔在原子过程中再次发现非连续性,并且是更直接的运动的非连续性。根据他的原子理论,电子只能存在于原子核外的分立的轨道上,并具有分立的能量,而电子在不同轨道间的运动或跃迁是本质上非连续的。玻尔理论让人们看到,非连续性也存在于其它自然过程中,并涉及与辐射相对应的物质粒子(如电子),尽管这种非连续性只是偶尔才出现。
1925-26年间,在经过了1/4个世纪的不懈努力之后,人们终于建立了一套完整的非连续性的力学—量子力学,它可以统一地处理所有涉及微观过程的问题。然而,令人不解的是,这套理论竟然对非连续性只字未提!它的主角是连续的波函数,而波函数的演化也遵循连续的薛定谔方程。很快人们发现,为了使这个理论有意义,必须假设波函数在测量时发生了非连续的瞬时坍缩。于是,非连续性依然存在,尽管只是在由测量引起的波函数坍缩中才存在。但是,波函数是什么呢?测量应如何定义呢?波函数坍缩又是一个怎样的过程呢?遗憾的是,人们一直为这些问题争论不休,至今仍没有一个满意的答案,而非连续性也就从此没有了着落,不得不到处流浪。
为了更清楚地了解非连续性的境遇,让我们看一看教科书中的正统观点,即玻尔等人提出的量子力学的哥本哈根解释。这一解释的核心是互补性原理,它断言不再存在独立于观察的实在的粒子运动,只有实验结果是真实的,人们只能通过互补性图像来理解这些结果之间的联系。于是,正统观点便轻易地将非连续性从微观粒子的运动中驱赶出去,因为根本就不存在这种运动。鉴于宏观物体的运动被认为是显然连续的,在正统观点中非连续性似乎已没有了安身之所。然而,出人意料的是,玻尔在提出互补性原理的同时,却仍将非连续性作为量子理论的精髓而反复强调,但言必谈测量的他只能将非连续性安置在对原子过程的观察中,并且断言这种非连续性是本质上不可分析的。可惜的是,由于正统观点仍不能为测量提供一个前后一致的说明,即使这一点仅存的非连续性实际上也是模糊不清的。
由于哥本哈根解释的出现,人们便逐渐淡忘了非连续性最初给他们带来的惊愕与困惑,以及他们想建立一种真正的非连续性力学的雄心壮志。尽管玻尔对连续性的反叛最为彻底,然而他的哲学偏激却最终使非连续性消失在互补性的迷雾之中。看来,不是爱因斯坦的牢骚话,而是玻尔的互补性最终挡住了人们试图接近非连续性的实在道路。
1900年,非连续性开始登上科学舞台,并很快成为最受关注的思想主角。然而,一个世纪后的今天,它却成为了一个被冷落的流浪者,几乎消失在人们的视野中。关心它的人能做些什么呢?为了找回非连续性,我们必须走出“连续运动”的柏拉图洞穴,并找到真实的运动。(待续)
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