告別「樂高宇宙」：為什麼量子場論才是理解現實的終極答案

欸,你想過嗎? 我們身邊的這一切 不管是你手上的手機 天上的行星 還是我們自己 如果把它們一直切 一直切 切到最小最小 那剩下的東西會是什麼? 是粒子 還是所謂的廠 或者 兩個都有 這個問題啊 可以說是從古希臘的哲學家 一路炒到現在的物理學家 最根本 也最讓人頭痛的一個大謎題 好 我們今天 就直接來挑戰這個 這不只是科學家的問題喔 你是不是也曾經在 夜深人靜的時候想過 欸 構成這個世界最基本的那個積木 到底長什麼樣子啊? 你看 這問題有多老 從古希臘人猜說 萬物是土 氣 火 水 這些基本粒子組成的 到古典物理時代 大家開始吵 到底是 粒子還是看不見的廠 纔是老大 然後到了量子物理 哇 這問題變得更奇怪 更難懂了 所以你看 幾千年來 問題的核心都一樣 只是我們手上 用來提問的工具 變得越來越厲害了 好 那要搞懂現在這些讓人 一個頭兩個大的量子謎團 我們得先搭個時光機 回到過去 去看一場物理學界的經典對決 這場辯論的兩方 可以說就為我們今天的三種世界觀 OK 場景很簡單對吧 這裡有兩顆電子 因為都帶負電 所以同性相斥 它們會互相推開 但 魔鬼就藏在細節裡 你想想看 左邊這顆電子 是怎麼知道右邊那顆電子在哪裡的 然後把它推開的 它們是怎麼溝通的 當時啊 主要就有兩種完全不同的看法 裏茲這位物理學家認為 很簡單嘛 就是粒子跟粒子之間 有種神祕的心電感應 直接跨越時空互相推擠 這叫超距作用 但愛因斯坦不這麼想 他說不對不對 粒子之間沒有直接互動 每個粒子都像一個小小的廣播電臺 會不斷發出一個叫做場的訊號 是另一顆粒子接收到這個訊號 才做出反應的 好 現在真正精彩的地方來了 不管是裏茲的只有粒子派 還是愛因斯坦的粒子家常派 這兩種理論 聽起來都蠻有道理的對吧 結果 它們竟然都踢到了一塊大鐵板 而且還是同一塊喔 OK 這個問題聽起來好像很繞口 但它會把物理學家逼到牆角 問題就是 一顆電子 它會不會被自己產生的力 這下就尷尬了 如果答案是會 那一顆電子 在它自己的中心點 力量是無限大的 那它應該會像一顆微型炸彈一樣 瞬間砰一聲自我毀滅 但如果答案是不會 那又沒辦法解釋 為什麼我們看到的電子 在加速的時候 會發出電磁波 會損失能量 現實是 電子活得好好的 但也真的會輻射能量 你看 不管你選哪個答案 都跟我們看到的現實世界都不融啊 這個超級棘手的問題 就叫做自我交互作用問題 它就像一座大山 不管你是粒子派還是敞派 它都擋在你前面 讓你過不去 就在大家卡關的時候 物理學大師法拉第就跳出來想 等一下 會不會是 他的這個提問 可以說是開闢我全新的第三條路 他的想法在當時可以說是超級超前 他說 如果根本就沒有所謂的粒子呢 如果電子不是一個實實在在的點 而只是場裡面一個能量特別集中的疙瘩 或者說像海浪一樣的突起呢 欸 你想想 如果電子不是一個點 那什麼中心點力量無限大 會把自己炸開的問題 不就沒了嗎 好 請繫好你的安全帶 我們現在要從古典物理的競技場 直接跳進量子世界囉 在這裡 這場古老的辯論 變得 更奇怪 但也更好玩囉 你看 就連鼎鼎大名的物理學家費曼都承認 就算我們有了量子力學這個超級武器 這個到底什麼是真實的老問題 還是像鬼魂一樣 陰魂不散 它依然是物理學最核心的謎團之一 而且你看 一直到現在 這三條路線 都還有各自的支持者 愛因斯坦 裏茲 法拉第 這三位大師的想法 到今天 還有一大票的物理學家和哲學家在咀咀吵 而且他們還各自把理論升級成了 更厲害的2.0版本 好 我們先來看繼承愛因斯坦想法的 兩者皆是派 為了讓粒子合廠可以和平共存 他們非常大膽的去修改了物理定律 但這帶來一個超級詭異的結果 叫做 欲加速 意思就是說 一顆粒子可能在一股力量打到它之前 就先開始動了 這聽起來是不是超像科幻小說的情節 再來 只有粒子這一派的玩法 就更狂了 他們說 要理解兩顆粒子現在怎麼互動 你不只要看過去發生了什麼 你可能還得看看未來會發生什麼 也就是說 未來的事 可以反過來影響現在 那場是什麼 對他們來說 那根本不是真的東西 就只是一張 嗯 方便你計算的草稿紙而已啦 用完就可以丟了 最後我們來看 只有場這一派 他們提供了一個非常優雅的解決方案 他們認為 電子根本就不是一顆在旋轉的小球 所以什麼自旋速度 會不會超過光速 這問題根本就不存在 電子的自旋 只是這個場本身的一種內在屬性 這樣一來 所有東西的本質都是場 這樣是不是聽起來 整個宇宙的描述就變得 很乾淨很統一了 好 所以我們繞了這麼一大圈 從古典物理 吵到量子物理 那我們現在到底在哪裡 得到答案了嗎 答案是 還沒有 我們眼前有三幅 完全不同的宇宙風景畫 而且物理學家到現在還沒決定 到底哪一幅纔是真的 第一種是 粒子跟場都有 但他們的互動規則 好像有bug 第二種 根本沒有場 只有粒子 而且他們還能像鬼魂一樣 穿越時空 跟過去未來互動 然後第三種 其實連粒子都沒有喔 我們看到的粒子 可能都只是幻覺 這就帶出了一個更深層 更根本的問題 當我們最頂尖 最成功的物理理論 連到底什麼是東西 這種基本問題 都無法達成共識的時候 這是不是代表 我們對現實的整個理解框架 可能從根基上 就需要被重新檢視了 這場橫跨百年的辯論 還沒有結束 而下一個突破 或許就掌握在那個敢於質疑 最基本假設的人手中 那換作是你 你覺得我們真實的世界 會是這三幅畫裡的哪一幅呢