“既然是这样,那么一个粒子或者什么东西,既然是在一定时间之内在测不准原理限定的时间之内,放出来又吸回去,那它的力程怎么有可能无限呢?这完全没有道理。

津得微抓到了一个要点。乍看之下他说的没错,可是,仔细检证以后,就会发现这里面有一个很微妙的逻辑使电磁力力程无限有道理。测不准原理容许时间与能量(亦即质量)平衡,时间与质量平衡即可以免去质能守恒定律的限制。既然如此,虚光子因为根本没有(静止)质量,那当然全世界的时间都归它所有了。实际上就是说,它想到哪里就到哪里。换句话说,“真”光子和“虚”光子之间实际上毫无差别。一定要说有差别,那就是“真”光子的产生不违反质能守恒定律,而“虚”光子的产生则借着海森堡测不准原理,暂时避开了质能守恒定律。

电子释出虚光子,然后被另一个粒子吸去时,我们就说这个电子与这个粒子在“交互作用”。可是如果电子释出虚光子,然后又自己
吸收回去,我们就说这个电子在与自己交互作用。因为这种自我互动,亚原子粒子的世界遂成了一个万花筒的世界。它们自己组成这个世界,在其中进行无休无止的变化游戏。
质子和电子一样,可以有一种以上的自我互动。质子最简单的自我互动,就是在测不准原理容许的时间之内,释出又吸收一个虚丌介子。这种互动与电子释出并吸收一个虚光子类似。一开始先有一个质子,然后是一个质子和一个中性丌介子,然后又恢复到一个质子。下面就是这个过程的费曼图解(图37)

电磁力
诸如两个电子带相同电荷的粒子这样互相排斥,便是电磁力的实例。根据量子场论,事实上电磁力就是虚光子的互换。(物理学家爱说电磁力是光子“居间斡旋”出来的。)每一个带电的粒子都一直在释出并吸收虚光子,并且/或者与别的带电粒子交换虚光子。两个(带负电的)电子交换虚光子时,会互相排斥。两个(带正电的)质子交换虚光子亦然。可是一个质子和一个电子交换虚光子时,却互相吸引。

所以,自从量子场论发展出来以后,物理学家就逐渐用“互动”来代替“力”了。所谓“互动”,意指一件东西影响了另一件东西。在“虚光子互换这样的脉络下,“互动”就比“力”准确多了。“力”只给电子之间的事贴上标签,其他什么事都没说。量子场论里面处理电子、光子、正电子的部分(也就是原来狄拉克的部分)就叫作量子电动力学( quantum electrodynamics)

这种无解一直要到1892年,一个爱尔兰人名唤菲茨杰拉德( Georg Francis Fitz Gerald)者提出一个惊人的解释之后,才算有了一个比较好的假说。

菲茨杰拉德收缩

菲茨杰拉德说,也许以太风的压力会压缩物质,好比有弹性的物体在水中前进会在前进的方向上变短一样。果真如此的话,那么干涉仪上正对以太风的指针,必然比不正对的指针短了一些。所以光在以太风中进行而后再折回如果速度减慢,干涉仪也就测不出来,因为这个时候光行走的距离也缩短了。事实上,干涉仪上面指向以太风的指针变短的量,如果与光速减慢以后通过这支指针的量相当,那么实验中的两束光将同时回到干涉仪。因为,速度快的光束走了比较长的距离,速度慢的光束走了比较短的距离。

菲茨杰拉德的假说比起其他假说有一个很有利的地方,那就是,他的假说不可能反证(亦即证明为假)。他只说到运动方向上一种单维度的收缩,这种收缩随速度的增加而增加。不过要点在于所有的东西都会收缩。如果有一个物体以接近光速的速度运动,而我们想测量这个物体的长度,这时我们必
须先赶上这个物体。但是,根据菲茨杰拉德的理论,这个时候带在我们身上的仪器的指针也缩短了。这一来,假设这个物体静止时是17英寸,那么现在量起来也还是17英寸。这个时候反正没有一样东西看起来会是缩短的,
因为,这时我们们的眼睛的眼球等等也缩短了,于是把每一件东西都扭曲到看起来很正常。

洛伦兹变换
菲茨杰拉德提出这个假说之后,隔一年荷兰物理学家洛伦兹( Hendrik Antoon Lorentz)在处理另外一个问题的时候,证明了菲茨杰拉德的假说。不过,洛伦兹却是用严格的数学语言来表达他的发现的,这当然就把菲茨杰拉德的假说提升到值得尊敬的地步。这个假说于是开始为人接受。

在物理学界——其他领域亦然——对创造过程感到最快活的,就是彻底挣脱已知事物限制的人。他们挣脱已知事物的限制,越过已知事物的障碍,深入尚未探索的领域。

凡是光的罷量低到不去打了见位置。所以说,对于一个运动的粒子,我们无法“同时”知道它的位置与动量。凡是想观察电子,这种举动都会改变电子。
，，
在亚原子领域,我们无法观察一件东西而不改变这件东西,这就是测不准原理的根本意义。所谓独立的观察者站在旁边看着自然界按着过程走过去而不影响它,这种事情是没有的。
，，，
海森堡说：
我们观察的不是真正的自然界,而是显现在我们问问题的方法之下的自然界。

譬如说,我们]抓着一根头发在灯光下对着墙壁照的时候,墙上不会有清楚的黑影。这是因为相对于这个光的波长而言,头发实在太细了,所以光便不受头发的阻碍,绕过去了。所以,如果我们想看见一个东西,我们就必须挡住我们用来看这个东西的光。换句话说,我们必须用波长比这个东西小的光来照这个东西。因为这个道理,所以在我们想象的显微镜里,海森堡便用伽马射线来代替普通的可见光。伽马射线是已知光线里面波长最短的,用来看电子最好。与伽马射线那么短的波长相比,电子就变得很大。
，，，

问题在于,根据普朗克的发现,伽马射线既然波长比可见光小很多,那么所含的能量必然也比可见光大很多。我们用伽马射线撞击这个想象的电子的时候,固然是将电子照出来了,可是不幸的是,照出了电子也就将它撞出轨道之外了。

海森堡这个重大的发现是,我们人有一些限制,无法在同一时刻测量量自然的过程而都很准确。这种限制并不是我们的测量仪器本质上很笨拙,或者我们所欲测量的实体太小而产生的,而是自然界呈现的方式所导致的。换句话说,我们一旦跨过那样一个暧昧不明的障碍,就只有进入不确定的领域。因为这个道理,海森堡的发现后来就叫作“测不准原理”( uncertainty principle)。

测不准原理告诉我们,我们只要一步一步地深入亚原子领域,最后必然会到达一个点,在这个点上,我们对于自然界所建立的景象其中一部便开始混乱;想把这一部弄清楚,就必然把另一部弄混乱。这种情形绝对无法避免。

为早在66年以前,爱尔兰数学家哈密顿( Hamilton)就已经发展了套将实验数据组织成列阵(aray)的方法。这种方法叫作矩阵( matrix)当时大家认为他的矩阵不过属于纯数学的边缘。可是又有谁知道,他的矩阵会
像预铸的模板一样,在20世纪一举契入一个革命性物理学的结构当中呢?
，，，

这样,25年来物理学家一直努力在追求一个新的理论,以代替牛顿的物理学,可是这时候却突然发现自己面对了两个截然不同的理论。两者处理的事物一样,可是各自都是一种独特的方法。其一是薛定谔波动力学,以德布罗意的物质波为基础;另一是海森堡的矩阵力学,以亚原子现象的不可分析为基础。
，，，
今天的物理学家在做量子力学实验的时候,可以有两种方法来计算实验的开头与结果之间的转移或然率。第一个是薛定谔的波动方程式,第二个是S矩阵。薛定谔波动方程式描述或然率在时间上的发展。在一个量子力学实验中,我们一旦做了测量,这种种或然率里面的一个便突然实现,这是定谔波动方程式。至于S矩阵,S矩阵是直接指出实验的两个可观测象之间的转移或然率,不说时间上的发展,也不说没有时间的发展等等,什么都不说。这两个方法都有效。

德布罗意自己也没办法详细说明自己的理论。他先预言物质—譬如电子—有波的一象,而后戴维森一格默实验才证实他的预言。他的方程式甚至还预言这些物质波的波长。
可是,这些波到底是什么东西,没有人知道(现在还是没有人知道)。他说这些波是与物质“对应”的波,可是到底何谓“对应”,他也没说。
这样说来，一个物理学家预言了一件事情,并且还建立了一个方程式来说明这件事情,可是却不知道自己说的是什么东西,这样行得通吗?

行得通。罗素( Bertrand russell)说:

数学可以界定为不知道在说什么,也不知道说得对不对的学科。(注三)

德布罗意(包含在他的博士论文里)的观念是说,凡是物质皆有与之之“对应”的波。

由波组成的光开始像粒子的时候,我们已经够手足无措了,等到本来是粒子的电子开始像波的时候,事情就无法忍受了。

不过,量子力学对这件事情所做的揭示仍然是一出高度悬疑的戏;以前是,现在还是。

海森堡说:
我还记得我与玻尔(1927年)讨论的情形。我们讨论了好几个小时,一直到深夜才在几近绝望中结束。我一个人在公园里散步,心里一直在想一个问题,那就是,自然界于我们还有比这些原子实验更荒谬的吗?(注二)

互补性将导向一个结论,那就是,这个世界不是由事物组成的,而是由种种互动组成的。属性属于互动、不属于于独立立自存的事物一如“光。

要了解光,缺一不可。如果你只问光是粒子还是波是没有意义的。光的行为是粒子还是波,要看我们做的是哪一种实验而定。

把粒子的光和波的光结合起来的是做实验的“我们”。我们在双缝实验里所见光的波的行为并不是光的属性,而是我们与光互动的属性。同理,我们在光电效应里看到的粒子特性也不是光的属性,而是我们与光互动的属性。不论是波行为还是粒子行为,都是“互动”的属性。

既然粒子行为和波行为只是我们赋予光的属性,又既然我们认识到,(如果光的互补性正确的话)这些属性并不属于光,而是属于我们与光的互动,那么事情就变成独立于我们之外的属性是没有的。这一来,因为通常我们说一件东西没有属性,就等于说它不存在,所以接下来下一个逻辑就无法避免,那就是,没有我们,光就不存在。

把我们通常归之于光的属性转移到我们与光的互动,这就剥夺了光的独立存在。没有我们,或者在某种意义上说,若不与事物互动,光就不存在。不过这只是事情的一半,故事还没有说完。故事的另外一半是,同理,如果
没有光,或者在某种意义上说,若不与事物互动,我们就不存在。

玻尔说:
一般物理意义之下的独立实相既不能赋予现象,亦不能赋予观察者。(注一)

与万事万物的创造者共舞就是与我们自己共舞。

，，，这个架构的形式虽然还很模糊,可是我们们每个人都在这个架构里,对物理实相的创造享有一份生身父母的身份。

，， 我们把自己的权威让渡给科学家了。

，，，“我们不确定,”他们说,“但是我们已经累积了一些证据,知道了解字
宙的关键就是“你。”

，，，新物理学告诉我们,观察者不可能看到事物而不改变事物,“观察者与被观察者相关”是真实而且根本的。

就是,这两个可观测对象之间的关系( relationship)竟然是一个光子。这和“基本粒子”这种积木观差太多了。几百年来,科学家一直想把实在界化约成再也无法分解的实体。可是,当他们已经这么接近目标的时候(光子的确非常“基本”),却发现基本粒子没有自己的存在。想一想这多么令人惊奇!

史代普在为原子能委员会写的论文里说:

基本粒子不是一种独立存在的、无可分析的实体。本质上,基本粒子是一组向外探触他物的关系。