让我们再思考一下“测不准原理”的本质。
为什么位置和动量不能被同时确定?物质要么以波的形式存在,要么以粒子的形式存在。散布于空间的波并没有具体位置,并且是运动的,一旦被观察而坍缩,就变成了有具体位置的静态粒子。于是能被确定位置时,它是静态粒子,能被确定动量时,它是波。粒子和波两种形式不会同时存在,所以位置和动量不能被同时确定。
我们肉眼所能看见的物质世界,由无数基本微观粒子构成。但如前面所分析,这些粒子都是静态的。于是由基本粒子所组成的宏观物质世界也是静态的。那为什么我们看到的物体却存在着各种运动呢?基本粒子随着波的坍缩而出现,几乎同一时间马上消失掉;紧接着的的坍缩又出现了新的粒子,其位置与前面的粒子接近,又马上消失掉;紧接着再出现新的粒子,以此类推下去。这个过程速度极快,让我们误以为是粒子在运动。进而让我们误以为由基本粒子组成的宏观世界充满了各种运动。
用电影来做比喻,传统电影每秒24帧,人眼因视觉暂留将离散帧感知为连续画面;而宏观世界的每个原子都是在被观察时由函数波坍缩而成——据科学家推测,每秒发生约10的43.3次方次量子坍缩事件,相当于帧率高达每秒10的43.3次方帧。当然这个数字是基于一些假设计算而得,未必正确,有可能偏高。但每秒帧数极高是肯定的,可以说高到难以想象,比电影帧数高多了。人用肉眼观看很自然会误以为物体在做连续运动。但其本质却是类似电影播放一样的一帧又一帧的不连续变化。
这甚至可以和狭义相对论的基础原理——光速不变原理互相印证。
“以太”曾被假设为光的传播介质。著名的迈克耳孙-莫雷实验是为了验证“以太”存在与否而做的一个实验,由阿尔伯特·迈克耳孙与爱德华·莫雷合作,于1887年在美国的克利夫兰进行。地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,会迎面受到每秒30公里的“以太风”,从而必然对光的传播产生影响。向不同两个方向发出的两束光,其和地球的相对速度将会因为以太风的存在而不一样。然而实验结果却显示,两束光的来回时间并没有发生变化,也就是说光速相对于地球的运动没有变化。难道地球和以太以同样的速度和方向一起运动吗?这和当时的科学认知不相符。他们最终只能认为,“以太”是不存在的。
对此实验结果,爱因斯坦提出了光速不变原理,并在此原理的基础上提出了侠义相对论。光速不变原理即:无论在何种惯性系中观察,光在真空中的传播速度都是不变的。这个原理于1966年被更精密的实验证实。
假设一个人以二分之一的光速和一束光相向而行。在第三者看来,光子和这个人的相对速度将会是正常光速的1.5倍;然而,在这个人自己看来,光子和自己相对速度依然是正常光速的1倍,而不是1.5倍,即光速永远不会改变。于是,不同的人感受到了不一样的时空。这会让人觉得不可思议,但事实就是如此,这是被实验所验证的。
为什么会这样呢?假设一个人走向一个正在发光的灯泡,这个人在走路的过程中会看到灯泡离自己越来越近。如前面所分析,灯泡距离越来越近的过程并非是连续的,其本质是类似电影一帧又一帧的不连续变化。
一个灯泡由非常多的原子构成,我们试着从原子层面来说明问题。以行走者作为第一人称的角度看,灯泡中某个原子在A帧出现在位置A,紧接着原子消失,另一个原子又在B帧出现在位置B。由于位置A和位置B很接近,帧之间的间隔又极小,行走者会误以为是同一个原子从位置A运动到位置B。当原子出现在A帧的时候,刚好这个原子周围的电子发生能级跃迁产生一个光子。光子从位置A射向行走者的眼睛,由此行走者能看到灯泡发出的光。在B帧的时候,行走者认为原子的位置变成位置B,离自己更近了。可是位置A和行走者眼睛之间的距离并没有改变,无论行走者与灯泡之间的距离如何变化,光子所走的路程一直都是位置A到行走者眼睛的这段路程。距离没有改变,所以光子到达行走者眼睛的时间也不会改变。
可以这样理解,传统观点认为灯泡并没有移动,所以光和灯泡的相对速度依然是光速;光和行走者的相对速度是光速加上行走者的速度。然而以行走者的角度,事实却是:行走者自己并没有运动,是光和灯泡同时向行走者“运动”,光和灯泡的相对速度是光速减去灯泡的移动速度;而光和行走者的相对速度依然是光速。
假设周围有一个“静止的空间”。行走者并没有相对于空间做运动。“行走”并非真的行走。就像电影或者3D游戏一样,一帧又一帧的画面快速出现,周围物质位置的变化让行走者产生自己在环境中运动的错觉。而光子和灯泡则同时相对于空间“运动”。
这便是为什么即便行走者快速接近光源,也会感受到光速永远不变。
或许我们每个人从来都是静止的。假设“以太”真的存在的话,每一个人都会拥有一个自己的以太,每个人静止地处于以太中。
无论我们走到哪里,周围的环境都不过是个幻境——整个宇宙不过是个幻境!
周围的一切物质,都是在我们观察时由函数波坍缩而成的。试想想,在一个没人看见的角落,什么物质都是不存在的,突然有一个人看到了这个角落,角落中所有物质刷一下同时出现了。很不可思议吧?这是更加接近真理的,是被科学实验所证实的。