2013年8月24日 星期六

什麼是真實?

這是2013年八月份的 Scientific American 中的一篇文章 What is real? (p33)[1]。已經很多年沒有在科普的期刊上看到哲學的文章了,因為稀罕,所以拿來談一談。啊,哲學好像是瀕臨絕種的動物了。

以前看哲學的書最頭疼的問題之一就是「實有」、「存有」這一類實體論 (ontology) 的字辭,比繞口令還難。我德、法語的程度連點餐、問路可能都有問題,遑論讀這些深邃的原文著作。可翻譯後的中文更是不知所云。

這篇文章的作者 Prof. Meinard Kuhhmann是物理、哲學雙學位的德國哲學教授,他是以物理的語言來敘述此一永恆的哲學命題,這次至少聽懂了,而且還可以複述。自己還有小小的發明。

都是量子場論 (quantum field theory) [2] 釀起的禍端。量子場論是現代物理最基礎的柱石之一。在此架構之下,世界基本上原分為物質 (matter) 和作用力 (interaction),此二者在量子場論均可以用量子力場來描述。場的意思是在每一個時空座標上都可以指定一個量值,而這個量值是時間和空間的函數,容許我用一個數學符號 Ψ=Ψ(x,t),其中 x 是空間座標,t 是空間座標。所謂的量子場論便是要求這樣的場遵守一些量子規則的理論。各種物質粒子和作用力便是由各式各樣量子場來敘述。

量子場論的正確性已受到充份驗證。理論預測與實驗觀測已經競逐到小數點以下 1213 位尚未分軒輊 [3]。問題是量子場論中關於物質實有的概念與我們日常生活經驗相去太遠,所以不得不問:「What is real? 」。

日常經驗中物質的存在實有是你我不必以語言敘述也可以互相心證的。說一道牆的存在好了。如果你朝著牆走過去,碰得額頭腫起,那種堅硬、實在的感覺就是對物質實在存有最直觀的感受。它佇立一地,位置邊界清楚;你玩 hide and seek,它也不會在你不看它時就消失了。它的顏色、高度等也不會因另一座牆的存在或改變而起變化。

但是量子場論下的物質與作用力,呈現的面貌就大異其趣。量子場在空間各處有有值,粒子被測量在什麼地方,這只是個機率的問題。有點像《Phantom of Opera》的唱詞:「Its there, its everywhere. 」它的有些性質撲朔迷離;未被測量之前,難見分曉,這就是著名的 Schrodingers cat [4] 的悖論:「生耶?死耶?」。另一個更讓人疑惑的問題是量子纏繞 (quantum entanglement) [5]。在談這個問題之前,先來點「電子小百科」。

電子除了帶電荷和有質量外,在量子現象中,電子具有自旋 (spin) [6]。請注意這個字,以後至少有一部份的電子零件可能會由對電子電荷的利用轉變成對電子自旋的利用,影響我們的生活既深且遠。自旋有點像是電子的小磁矩 (magnetic moment),會與磁場交互作用。自旋也是一種角動量 (angular momentum),而一個系統的總角動量與能量一樣,必須守恆。我們現在用它的第二種性質來討論量子纏繞。

假設在一個電子過程之中,一對電子背道而馳。其中一個自旋為1/2,另一個為-1/2,所以這系統總自旋 (總角動量) 0。當這二電子背道而馳時,如果我們不對其中任何一個電子測量其自旋,我們是無由知道這二電子的自旋處於什麼狀態。但是即使此二電子飛行了很久、很久以後,我們測量其中一個電子的自旋之後,則另外一個電子的自旋也瞬間立即可知,因為總自旋必須守恆而加總為0。這奇異的現象當然會引起很多的問題,譬如訊息是否傳遞的比光速還快?對於我們對於實存的大哉問,這個現象引起的問題是一個物質的性質是否真的由它所獨具?或者是要看整個系統之後才能得知?在這個例子中,系統是各處於天各一方的兩個電子。

所以傳統而且直覺的物質存在概念在量子場論之中變得模糊了。就連空無一物的「真空」概念,也不是真的空空真空會產生虛擬的粒子對,而且會產生可以測量的到的極化現象 (vacuum polarization) [7]。而運動中的觀察者所看到的「真空」,卻是可以充滿粒子的 heat bath

所以物質是否有存在的自性 (thisness) [8]?哲學家解決的方式有二。一個是 ontic structural realism (實體結構性實在論,我一個字一個字翻譯,但你一定有看沒有懂) 。這個主張說是物質本身我們無法探知其本身,我們所能知道的是他們彼此之間的關係。聽起來有幾分道理,因為物理的方程式就是說明一群東西的相互關係。又好比腦中的神經元連結,連結方式本身就是記憶、認知等。另一個主張叫 tropes (轉義、比喻),聽起來有些突兀,但哲學家就這麼叫。主要的想法是所謂的物質其實是它所屬的性質 (properties) 的集成,如此而已。作者是持此態度。

我自己的想法是目前的疑惑都是來自於以巨觀的生活經驗來看微觀物理產生的扞格。其實以量子場論來看量子現象,一切通透,沒有窒礙處,是以實驗與理論沒有任何乖違。實體就是這樣。聽起來比較像禪宗公案的機鋒。少了分析、歸納、演繹,卻直指人心見性。

References:

8.     這字很難翻譯。想起「三生石上舊精魂,賞月吟風莫要論。慚愧情人遠相訪,此身雖異性長存。」之後,決定用自性,在信、雅、達都照顧了一些。

5 則留言:

  1. Hi~前面都還蠻好懂得,一直到「自性」的出現,請問有無別種說法?
    或者可否告訴我關於thisness一詞,原是出自於何處?
    thanks~

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    1. 是指物體本身是否有其自體獨立存在的各自本質。有一句常被說的話是:「月亮你不看它,它還會在那裏。」也就是說,存在是先驗的。但這與近代的科學,特別是量子力學,是有衝突的。那句話也是愛因斯坦在其 1937 著名的 EPR 論文中提過。不過愛因斯坦那個觀點被證明是錯的。至於 thisness 這個字是該文章中提出的。請參照http://en.wikipedia.org/wiki/Haecceity。抱歉,回晚了。

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    2. 是指物體本身是否有其自體獨立存在的各自本質。有一句常被說的話是:「月亮你不看它,它還會在那裏。」也就是說,存在是先驗的。但這與近代的科學,特別是量子力學,是有衝突的。那句話也是愛因斯坦在其 1937 著名的 EPR 論文中提過。不過愛因斯坦那個觀點被證明是錯的。至於 thisness 這個字是該文章中提出的。請參照http://en.wikipedia.org/wiki/Haecceity。抱歉,回晚了。

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