著名物理学家理查德·范曼曾把牛顿三大定律形容为科学界伟大的“游戏规则”,而其中心前提(事物彼此独立存在)则深深烙印在我们的哲学世界观里。我们相信,不管自己做了什么或想些什么,并不会对周遭的一切生物及其进行的激烈活动产生任何影响,晚上睡觉时,世界也不会在我们闭上眼睛后就消失。
然而,随着量子物理学的先驱开始把目光投向物质的核心,这种认为宇宙就是一个独立的、按规律运行的物体集合的观点在20世纪初期受到了冲击。他们发现,宇宙间最小的物质(客观世界的组成部分)并不按照科学家迄今已知的任何法则行事。
这种出格行为后来被概括成了一组观念,也就是著名的“哥本哈根诠释”。哥本哈根是丹麦大物理学家尼尔斯·玻尔及其得意弟子德国物理学家维尔纳·海森堡构想出他们非凡的数学发现的可能含义之地。玻尔和海森堡意识到,原子并不是如台球般的微型太阳系,而是混乱得多的东西,即极小型的“电子云或然率”。每一个次原子粒子并不是固态和稳定的东西,而是存在于未定状态中,充满各种可能性,是其各种未来可能性的总和——用物理学术语来说,则是其各种未来可能性的“重叠”。换句话说,这样的粒子就像人在一间镜厅里注视着自己。
他们得出的结论之一是“不确定性”这个概念:你永远不可能一次就确知次原子粒子的一切。例如,即便你发现一个次原子粒子的位置,也仍然无法在同一时间得知它要往哪个方向走,或以什么速度前进。他们把一个量子说成既是粒子——一种凝结的固定的东西——又是“波”,也就是在一大片混乱的时空区域中,量子可能占据其中任何一个位置。这就好比是用一个人来指称他所住的整条街。
他们的结论意味着,在最基本的层次,物质并不是固态和稳定的,甚至不是任何东西。次原子现实与古典物理学所描写的固态和可靠状态大异其趣,它更像飘忽不定的东西,充满无限可能性。由于最细小粒子的本质是如此善变,以至于第一批量子物理学家不得不借助象征的手法来作出说明。
在量子层次,现实就宛如未凝结的果冻。
由玻尔、海森堡与其他科学家发展出来的量子理论动摇了牛顿物质观的根本基础(事物是独立、分离的)。他们认为,在最基本的层次,物质无法被分割为独立存在的单位,甚至也无法被充分描述。独立存在的事物是没有意义的,它们只有彼此联系成动态的网状关系才有意义。
量子物理学的先驱还发现,尽管缺乏物理学家了解的所有能够产生影响的平常物体,但量子却具有互相影响的惊人能力。举例来说,根据古典物理学,任何一个物体要影响另一物体,必须以有限速度进行力的交换才行,但量子却不是这样。