“你一定有过这样的经验吧?”米西雅指着她显示的三维投影说,“假设这本来是一张白纸,我们用铅笔在上面画了一笔,现在要把笔迹擦掉,你会发现什么情况?是不是很难擦得跟从来没被画过的地方一样白?是不是擦过的地方只要仔细看还是会有淡淡的痕迹存在?”
米西雅一边讲一边显示了一个橡皮擦去擦掉“坐标纸”上被涂黑的那个格子,格子里的颜色越来越淡却始终没能完全变回纯白色。
“是的,确实是这样。”
“但是你想要擦掉错误的笔迹,然后从新在纸上写上正确的内容。既然错误的笔迹始终无法完全被清除掉,你又怎么能够把正确的东西写上去呢?”
“我想……这应该不是太大的问题,只要把错误的笔迹擦得不影响我们继续在上面写就可以了。”
“说得对,我们通常确实都是这样做的。也就是说,只要把想要擦除的笔迹擦得足够淡,以至于远比正常的笔迹淡得多,不会再影响我们辨认重新覆盖上去的字,尽管它实际上还是存在着,我们也认为它跟没写过字的白纸一样了,是不是?”米西雅把我刚才的回答重新描述了一遍,只是语言要清晰精确多了。
我用力点了点头,米西雅继续讲道:“在这个过程中,从‘存在’到‘不存在’的过渡其实是由我们的意识参与来完成的。在宏观世界中看来,状态的差异应该也是连续变化的,可是在状态的差异趋向无穷小的时候,因为感官的分辨率有限,也没有必要去无限精确地追踪它,我们的意识就自动地把它离散化了。现在,我们需要在这个问题上鉆一鉆牛角尖:把状态的差异消失的过程穷追到底,看看它在客观上究竟是不是真的离散!我们动用了分辨率极高的仪器来对准纸上残留的痕迹仔细观察。当纸上的痕迹被擦得肉眼已经看不见的时候,用仪器还能看见,当我们把痕迹擦得用仪器也看不见的时候,把仪器的分辨率调高一档,还是能看见…… 像这样若干次以后,仪器的分辨率已经调到了最高档。你猜猜看,这时会看到什么?”
“会看到……看到痕迹还是存在?”
“是的,痕迹还是存在着,而且不止一处!”
“为什么?怎么会这样?”我大吃一惊。
“因为这时仪器的分辨率太高了,通过它已经可以看见以前看不见的东西了。”米西雅故意轻描淡写地回答。
“难道……你的意思是……”我努力揣摩着米西雅话中的意思,“难道是说纸上本来就有痕迹,哪怕在没有笔迹的地方?”
“没错,一张宏观中的白纸在微观上其实并不是白的,纸上每一点的颜色状态都和周围的点完全不一样,哪怕从来没有谁在上面写过一笔,纸上也天生存在着无数的痕迹!只是这些微观世界中的痕迹大量地叠加以后被宏观的观察者那双分辨率不够高的眼睛把它们的颜色取了平均,抹平了这些微小的状态差异,才变成了白色!”
我立刻想起了去年米西雅讲的离散时空下的微观跳跃运动到宏观连续运动的过渡过程。这样看来,时空点的状态差异似乎应该也是离散的吧?可是,人造的纸跟时空可不是一回事呀!
“当然不是一回事,只是在这个问题上二者确有共通之处。”米西雅似乎开始有些兴奋了,“刚才我告诉你的那些在真空时空中每一处不断生灭的虚粒子不就是白纸上无数密布的微小痕迹斑点吗?宏观世界中的真空时空就像一张白纸一样一无所有,可是到了尺度接近时空自然单位的数量级的微观世界,这张白纸就不白了。”
我终于悟通了时空的状态差异也不连续的道理。
不过,即使弄明白了这一点,好像也解决不了米西雅问我的那个问题吧?怎么才能把时空具有离散性、万物具有离散性以及存在的相对性这三者的关系理清楚呢?
“哈哈,讲到这里,其实我问你的那个让你觉得一筹莫展的问题,答案已经就在眼前了!”米西雅忽然笑起来,我却一头雾水。
“我本来完全可以直接讲出来,可是这样做就让你没有了思考的机会,你听起来会觉得很无趣,恐怕也根本理解不了我在讲什么,所以才绕来绕去吊你的胃口,好让你先自己充分地思考以后再听我的解释。现在,让我们来揭开谜底吧。”她继续说道,“一无所有的白纸上本来就什么都有,为什么呢?因为首先,这张纸上有无数个大小不为零的不可分割的点,也就是这张纸的‘自然单位’;其次,纸上每个点的状态要么是‘白’,要么是‘不白’,但‘白’与‘不白’之间始终是有差异的,所以这两种状态不能连续过渡,‘不白’的程度必然也存在不可分割的最小单位。而整张纸上每个自然单位都是‘白’这一种状态或者‘不白’的程度绝对相同的几率实在太小了,几乎是一种不可能的情况,所以一张白纸上必然天生就存在着无数微小的斑点。这就是说,时空的离散性必然导致时空在微观层次上出现状态的差异,使‘存在’自发地在时空中产生。”
“对呀!我就是想到这里被卡住了,怎么也没办法把思路组织起来,你这一讲我就能想通了!”听到这里,我突然仿佛有了一种打通任督二脉的感觉。
“不过问题是,这些斑点太微小,在纸上分布得太均匀,所以在宏观层次上显不出差异。而对我们来说,没有差异就等于什么都没有,对不对?”
“嗯,你说过。”
“好,如果用一只笔在这张白纸上画一道,微观上的过程会是怎样的呢?”
“这……不就是笔尖上的墨水或者粉末什么的被抹到纸上……呃,纸上的某些点上么?”我努力地试图让自己的语言严谨一点。
“如果我问你的问题确实就是用笔在纸上画出线条来的过程,那么你这个回答完全正确。可是现在你忘了我们所研究的‘白纸’和‘线条’一开始只是比喻,我们真正在研究的东西是时空和物质呢!”米西雅提醒道。
“啊,我忘了这是比喻……可是,要回到时空和物质,我真的一无所知……”一提到时空和物质,我发现自己果然还是很难理解这么深奥的知识。
“其实,你并不是真的一无所知。我说过,不要动不动就否定自己,那是那个世界强加给你的。”米西雅反驳道,“你只是觉得很难把这些知识内在的来龙去脉和逻辑关系理清楚而已,这才是让你觉得困难的真正原因。”
“那我该怎么才能理清楚呢?”听米西雅这么一说,我反而开始感到焦急。
“让我们稍微复习一下前面的内容。咱们所说的‘白纸’指的是宏观上没有任何物质存在的真空时空,是不是?纸面上的微小斑点就是在真空中到处瞬间出现又立刻消失的虚粒子,对不对?所以,纸上画出的笔迹就是指宏观上可见的物质,这点你有没有问题?”
“这个我能理解。可是,这里的笔是指什么呢?笔可以在白纸上画出笔迹,什么东西可以让真空中出现宏观可见的物质呢?”通过米西雅的总结,我发现了自己怎么也想不通的瓶颈所在。
“很好,你抓住关键点了。那个世界的爱因斯坦想了一辈子也一样没有想通这个问题呢,所以你不用自责。”米西雅微笑着安慰我,“爱因斯坦用广义相对论解决了物质和时空在宏观上的联系问题——物质的存在会使时空变得不均匀,而反过来说,不均匀的时空就形成了物质。可是由于他不知道时空是离散的,是由像粒子一样不可分割的最小单位组成的,也不知道微观层次的真空时空中到处存在着转瞬即逝的虚粒子,于是广义相对论把时空看做连续的弹性介质这样一种模型就没法和俄罗斯方块一样的离散时空相结合,因为离散时空的每个最小单位的大小是确定不变的,这种情况搞得后来的科学家们非常头疼。”
“啊,我记得你讲过广义相对论对引力的解释使得万有引力无法和其他几种基本作用力统一,看来广义相对论总会和微观粒子的世界产生矛盾,引出麻烦呢。”我忽然想起了米西雅在前面讲过广义相对论的一个缺陷。
“那是因为爱因斯坦在建立广义相对论的时候只研究宏观和宇宙尺度的问题,微观世界的情况还根本不是他考虑的范围,所以不能要求一种描述‘大’世界的理论也能描述这个世界的微观结构——当然,可以认为这实际上是那个世界的人给广义相对论的bug提供的一个台阶。现在你已经看到了,广义相对论和其他理论的矛盾可不是表面上的,而是深层的,根源上的,根本找不到可以相互衔接的任何途径。可是,广义相对论在它的有效范围内得出的结论又确实与客观事实完美吻合,那个世界的科学家实在舍不得把它全盘推翻之后另搞一套。于是他们就走进了死胡同,困在了重重矛盾之中,再也无法取得突破了。所以我说,广义相对论与其他理论的矛盾已经锁死了那个世界的科技发展。”
“那我们现在该怎么办呢?你有办法吗?”
“当然是有办法的,”米西雅神秘地一笑,“从现在开始,我告诉你的东西就要完全超出那个世界已有的所有知识了,你怕不怕?”
这有什么好怕的?我兴奋还来不及呢。不过,超出我以前所在的那个世界已有的所有知识的东西会是什么样呢?会颠覆我对世界的原有认识吗?
“其实,对你来说也并不是什么特别惊人的奇谈怪论,但确实会让那个世界的老学究们吓破胆。我们已经讨论了以下几点:第一,时空是离散的,有不可分割的最小单位,这些最小单位也可以看成是一种粒子;第二,所有客观真实的物理量都由时空演变而来,时空是万物存在的基础;第三,宇宙尺度的时空背景具有像弹性介质一样的物质特性,可以压缩、拉伸、弯曲;第四,物质就是由不均匀的时空形成的,所以物质可以使时空变得不均匀;第五,即使在没有任何物质存在的真空时空中也到处都存在着无数在剎那间不断生灭的虚粒子,它们完全均匀地分布在时空中,所以对宏观中的我们来说是不存在的,而如果分布得不均匀,就会形成宏观上的力;第六,时空的状态差异也是离散的,时空的最小单位之间状态不同的程度也存在不可分割的最小单位。而我们接下来要研究的,就是这六点背后的关系,就是把它们串联起来的脉络。找到这条脉络之后,广义相对论与其他理论的矛盾也就水到渠成地解决了。”米西雅一边讲一边用爪子在湖边的沙地上逐条画了六道杠杠。
“那么,万有引力也可以和其他几种基本力统一了吗?”我激动地问。
“这可没那么容易,不过最大的障碍是不存在了。”
“那你快讲吧!”
“今天我们讲了这么久,你也知道物质和时空的关系有多密切了,”米西雅站起来摇摇尾巴——我猜她可能也坐累了,“不过,你还不知道时空的本质究竟是什么,所以现在要想寻找以上那六点背后的脉络,你会觉得无从入手。接下来,我们就要开始对付这个让那个世界的科学家和哲学家们想了几千年也毫无结果的问题了!你怕不怕?”
原来米西雅将要带我去挑战这么一个终极问题,难怪她问我怕不怕!
其实,我早就想知道时空究竟是什么了,尤其是自己从小就对时间为什么只能朝着一个方向流逝而深感不解,时间过去了就绝不可能重来——这是多么讨厌的事呀!如果能弄明白背后真正的原因,那当然再好不过了,就算达不到目的,在研究这个问题的过程中也一定会有许多收获吧?想到这里我心里就激动起来,精神百倍地准备迎接挑战。
“时空时空,平时我们说话常把时间放在空间前面,感觉时间似乎要比空间更基本,更重要,为什么会有这种感觉呢?这种感觉到底对不对呢?”米西雅用第三只眼睛投影出了一段电影胶片,“那是因为,那个世界的人类在直观上习惯把周围动态的世界看作是无数个静态的瞬间,每个静态的瞬间叫做一个‘帧’,每两帧之间只有极微小的差异,当这些静态的帧串联起来后,变化和运动就出现了——我们去年就推导过时空的离散性,你知道宇宙的一帧确实是存在的。而把无数个帧有序地串联起来的是什么呢?就是时间。这样看来,时间确实是要比空间基本和重要多了,因为没有它空间不就乱套了吗?”
看着米西雅的投影显示出随着电影胶片的快速前进,胶片上每一帧的静态场景也快速更迭,变成了一幅活动的画面,我跟着点了点头。因为这确实很直观,很容易理解。
“可是,像这样理解时间,至少会引起两个问题:第一,时间是独立于空间的,除了用来组织空间的次序以外,和空间再也没有任何关系,那时间究竟是什么呢?难道就是上帝把空间串起来用的绳子么?第二,电影胶片完全可以倒着播放,时间作为组织起无数帧空间的载体,却不可以倒带!而这种时空关系的模型中并不存在任何禁止时间‘倒带’的机制。而且还有一个额外的问题,就是这种时空模型并不符合事实!那个世界的爱因斯坦在相对论中正式把时间和空间作为不可分割的整体来考虑,并由此推导出如果某处的空间不均匀,那么这里的时间也肯定不均匀。也就是说如果空间被压缩或拉伸,那么这里的时间流逝速度就会跟着变快或变慢。天文观测发现宇宙中不同的位置时间流逝速度确实是有差异的,所以这一结论基本上已经得到了验证。对此你也有过亲身体会——那个世界的时间和这里的时间是完全不同的,因为这里和那个世界是两个不同的空间,当然,这里的不同是在空间第四维度上的位置不同。由此看来,并不是空间中处处都一定会服从同一个时间的安排,认为时间高于空间的想法并不是很有道理。”
这一下让我听得有点头晕,下意识地伸手揉了揉太阳穴。不过,对于不同的空间中时间也不同这点,我是同意的,因为这已经是个事实了。
米西雅却注意到了,赶紧说:“总之,电影胶片式的这种时空模型对于我们认识时间的本质,其实毫无帮助,尽管它很直观。那么,还有没有其他更好的方式来描述时间与空间的关系呢?对你来说,由于已经没有任何可参考的现成知识了,我只好直接给出我们下一步分析的方向:欲知何为时间,需先知何为空间。现在,让我们把时间高于空间这种观念颠倒过来,假设空间比时间更基本,更重要,看看会怎样吧!”