物理

這裡是哪裡?

在我們心中,宇宙是有序的遼闊空間,每個事件都發生在明確的位置。但這一切其實都是幻象,根據廣義相對論,我們無法知道任何物體的絕對位置。

撰文/馬瑟(George Musser)
翻譯/甘錫安

物理

這裡是哪裡?

在我們心中,宇宙是有序的遼闊空間,每個事件都發生在明確的位置。但這一切其實都是幻象,根據廣義相對論,我們無法知道任何物體的絕對位置。

撰文/馬瑟(George Musser)
翻譯/甘錫安


我於1990年代初第一次聽聞「非局部性」這種量子現象時,還是一名研究生,但我不是從量子力學教授那裡得知,理由是他認為這不值一提。那時我在一家書店閒逛,隨手拿起一本剛出版的新書《有意識的宇宙》(The Conscious Universe),這本書主張,非局部性「對我們的日常現實感帶來的挑戰,遠超過以往的任何發現」,使我大感震驚。這種現象對我而言就像禁果一樣。


在日常談話中,如果我們使用「局部性」(locality)來描述社區、城鎮或其他地方,似乎有點矯飾。但17世紀這個詞剛出現時,它的原始意義就是「位置」,代表萬物各有其所。你一定可以指著某個東西說「它在這裡」,如果你做不到這點,代表這個東西一定不存在。如果你的老師詢問你的作業在哪裡,你說它不在任何位置,那麼你就得好好解釋了。


我們生活的這個世界有局部性的各種特質,我們能夠強烈感受到位置,以及不同位置之間的關聯。我們與所愛的人分離會覺得難過,也對某些事物因鞭長莫及而備感無力。然而目前物理學有好幾個分支主張,在更深的層次上,位置和距離這類概念可能並不存在。


在物理學實驗中,兩個粒子的性質可以連結在一起,看來就像一對魔法硬幣。你把這種硬幣向上拋出,落地後可能是正面朝上,也可能是反面朝上,但兩枚硬幣一定是同一面。雖然兩個粒子之間在空間中沒有任何力的交互作用,但完全同步,就算這些粒子可能分隔在宇宙兩端,狀態依然一致。這類粒子違反局部性,跨越了空間。


大自然顯然已經達成某種奇特又微妙的平衡。大多數環境下,大自然具有局部性,而且必須如此,我們才能存在。然而大自然也在基本層面中留下了非局部性的蛛絲馬跡。對研究大自然的人而言,非局部性是各種物理謎題的源頭,也涉及今日物理學家面對的這類相互關聯的謎題,包括量子粒子的怪異現象、黑洞的結局、宇宙的起源,以及大自然的統一性。


20世紀大部份時間,科學家只知道一種非局部性:量子纏結(粒子之間奇特的同步性),愛因斯坦也把這種現象稱為「鬼魅般的超距作用」。但科學家後來逐漸了解,還有其他現象也相當詭異。


舉例來說,愛因斯坦提出廣義相對論,從而使我們更了解重力,並消除物理學中的非局部性。在牛頓重力理論中,重力彷彿魔法一樣,可以瞬間在兩個物體之間產生超距作用;廣義相對論則證明重力不是隱形的力,而是時空彎曲,打破了這個迷思。不論愛因斯坦的用意為何,物理學家應用廣義相對論,反倒揭開不同的另一面:重力的作用機制顯現了非局部現象。


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