惠勒是一位關(guān)注物理學(xué)基礎和實(shí)在本性的物理學(xué)家，他繼承了哥本哈根學(xué)派的傳統，并把哥本哈根學(xué)派的思想推到了極致。他一生提出了很多具有哲學(xué)意味的物理學(xué)命題，如延遲選擇試驗、參與的宇宙的。本文著(zhù)重介紹他在量子力學(xué)和廣義相對論交叉處的一些物理命題，如黑洞、真子、量子泡沫等。
關(guān)鍵詞：惠勒、真子、量子泡沫、黑洞、實(shí)在約翰·惠勒（John Archibald Wheeler，1911－）是美國著(zhù)名的理論物理學(xué)家，對于基礎物理做了重要的貢獻?；堇找簧P(guān)注物理學(xué)的基礎問(wèn)題，并試圖從物理學(xué)的角度理解實(shí)在的本性，他說(shuō)：
我無(wú)法阻止自己去琢磨存在（existence）之謎。從我們稱(chēng)之為科學(xué)實(shí)質(zhì)的計算和實(shí)驗，到這個(gè)最宏大的哲學(xué)問(wèn)題，其間連接著(zhù)一個(gè)不間斷的鏈條。在這個(gè)鏈條上不會(huì )存在這樣一個(gè)特殊的點(diǎn)，一個(gè)真正有好奇心的物理學(xué)家會(huì )說(shuō)：“我就到這兒了，不再往前走了?！保跘］
惠勒繼承了量子力學(xué)哥本哈根學(xué)派的思想，并有突破性的發(fā)展。他的思考涉及到觀(guān)察者與實(shí)在、實(shí)在的結構、時(shí)間的起始與終結、觀(guān)測的本性、因果性、科學(xué)的本體等基本的哲學(xué)問(wèn)題。結論大膽，富有沖擊力。
惠勒最有哲學(xué)影響的物理學(xué)命題是1976年提出的延遲選擇實(shí)驗（2）及此后提出的參與的宇宙，由于篇幅所限，暫不做介紹。本文將重點(diǎn)介紹惠勒提出的另外幾個(gè)觸及到實(shí)在本性、具有哲學(xué)意味的物理概念。
惠勒有關(guān)科學(xué)哲學(xué)問(wèn)題的重要文章大多收錄在1994年出版的文集At Home in the Universe（《宇宙逍遙》（3））之中，1998年在Kenneth Ford的幫助下出版了自傳Geons，Black Holes，and Quantum Foam（《真子、黑洞和量子泡沫》），書(shū)名所涉及的三個(gè)概念均為其一生之得意命名，也是本文所介紹的對象。
1，奇點(diǎn)·黑洞在很長(cháng)一段時(shí)間里，量子力學(xué)和相對論被認為是20世紀兩個(gè)最偉大的物理學(xué)理論，但是這兩個(gè)理論并不協(xié)調。相對論繼承了經(jīng)典物理的核心思想，除了絕對時(shí)空被取消之外，經(jīng)典實(shí)在的其余內容大多得到了保留。量子理論則更富有革命性。決定論、還原論、因果論都遭到了挑戰，主客體兩分也遭到了懷疑。當然，不管是量子論還是相對論，都有各自的觀(guān)測證據給予支持，所以只有一種可能，即兩者都是對的。應該存在一種新的物理學(xué)，能夠包含兩者，使兩者成為它的近似。相對論和量子力學(xué)的結合點(diǎn)，是尋找新物理學(xué)的一個(gè)重要途徑?；堇帐峭瑫r(shí)在這兩個(gè)領(lǐng)域都有深入研究的不多的物理學(xué)家之一。吸引惠勒接觸廣義相對論的是該理論所允許的奇點(diǎn)。
1952年1月，惠勒研究了奧本海默及其合作者1939年的兩篇論文。那兩篇論文的核心是，根據相對論，存在一種由大質(zhì)量物體坍縮而成的具有無(wú)窮大質(zhì)量密度的幾何點(diǎn)——“奇點(diǎn)（singularity）”。1967年，惠勒將其命名為黑洞，并迅速為物理學(xué)界所接受。在此之前的兩個(gè)名字（坍縮星和凍星）很快便不再有人使用了。
對于一個(gè)電子或者質(zhì)子、中子，物理學(xué)家都把它看成是點(diǎn)粒子，認為它們處在一個(gè)數學(xué)點(diǎn)上。但是，一個(gè)數學(xué)點(diǎn)在物理學(xué)上是不可能實(shí)現的。因為在距離數學(xué)點(diǎn)電荷無(wú)限小的地方，會(huì )有無(wú)窮大的電場(chǎng)強度，也會(huì )有無(wú)窮大的引力?；堇瞻哑纥c(diǎn)稱(chēng)為物理學(xué)身體中惱人的刺（［1］，p.236），“亞里斯多德說(shuō)大自然厭惡真空，我相信大自然厭惡奇點(diǎn)?！?（［1］，p.229）惠勒相信，如果對奇點(diǎn)內部的情況有更多的了解，奇點(diǎn)就有可能消除。
這是一個(gè)明顯的例子，表明一個(gè)奇點(diǎn)并不是真正的奇點(diǎn)。在質(zhì)子附近，你越接近這個(gè)粒子，其電磁場(chǎng)就會(huì )變得越強。如果質(zhì)子是一個(gè)真的點(diǎn)，當你接觸到這個(gè)質(zhì)子的時(shí)候，其電磁場(chǎng)將變得無(wú)窮大。但是事實(shí)并非如此，質(zhì)子有一個(gè)有限的尺度。它有結構。當然，在質(zhì)子之外的任何地方，其電磁場(chǎng)的強度同質(zhì)子真是一個(gè)點(diǎn)的時(shí)候是一樣的。但是當你進(jìn)入質(zhì)子內部，就發(fā)現其電磁場(chǎng)只是變得很大而已，并不是無(wú)窮大。質(zhì)子的尺度和結構為場(chǎng)的強度加了一個(gè)限制。當整個(gè)恒星的質(zhì)量都坍縮到非常小的尺度時(shí)，我想，這樣的事情還會(huì )發(fā)生的，盡管這個(gè)尺度只是針尖大小，甚至更小，如果把量子力學(xué)引入到這個(gè)過(guò)程中，我推斷，將會(huì )改變廣義相對論的預言，防止全面的坍縮?；蛟S，坍縮的恒星會(huì )找到一種辦法，使其質(zhì)量和能量輻射出去，直到變成非常微小而無(wú)法坍縮的灰燼。（［1］，p.229）
奇點(diǎn)處于物理世界和數學(xué)表述之間的交界點(diǎn)上，屬于符號實(shí)在（4），在感知實(shí)在中并沒(méi)有對應的元素。按照惠勒的觀(guān)點(diǎn)，處于理論的極限?；堇障嘈?，把一種理論推倒極限處，就能看到這種理論的裂痕，也能看到這種理論所對應的實(shí)在的裂痕。
通過(guò)把理論推向極端，我們也會(huì )發(fā)現，其結構的裂痕可能隱藏在哪里。在20世紀早期，例如，當在大尺度世界中完美無(wú)瑕的牛頓運動(dòng)理論應用到單個(gè)原子內部這樣的小尺度世界時(shí)，它失敗了。終有一天，在廣義相對論不適用的地方也會(huì )找到該理論的界限。這個(gè)界限只有在我們把這個(gè)理論盡我們所能推到所有的極端時(shí)才會(huì )顯現出來(lái)。在我們這樣做的時(shí)候，在我們找到這個(gè)理論在哪里變得不正確的時(shí)候之前，我們很可能還會(huì )在這個(gè)理論仍然正確的地方，發(fā)現某些新的奇異景象。（［1］，p.232）
這種理論結構的裂痕正對應（符號）實(shí)在結構的裂痕?；堇胀ㄟ^(guò)把理論推向極端而去尋找實(shí)在的裂痕。而只有在實(shí)在的裂痕處，才能更真切地看到實(shí)在本身隱秘的性質(zhì)?！澳阋业阶C據表明組成晶體的物質(zhì)實(shí)際上是不連續的，最好的辦法莫過(guò)于讓晶體裂開(kāi)。你要看出一塊布并非連續的質(zhì)料而是由線(xiàn)編織成的，最好的辦法莫過(guò)于去觀(guān)察布的邊緣。同樣，你若希望揭示空間和時(shí)間的內部結構，其極端條件就是大爆炸和大坍縮?？傊?，我們不認為宇宙是永恒地持續著(zhù)的，它在某個(gè)時(shí)刻開(kāi)始，而在另一個(gè)時(shí)候將歸于消失?！保跙 ］
在惠勒看來(lái)，把理論推到極端是物理學(xué)家的責任?！拔覀兾锢韺W(xué)家應該想的是，這些極端的行為可能在哪里出現，并去找到它?！保ǎ?］，p.232）
2，真子真子（geon）是惠勒把物理學(xué)推倒極端的一個(gè)重要思想成果。這是惠勒自己造的詞，其中g(shù)代表gravity（引力），e代表electromagnetics（電磁），-on是表示粒子的詞根。根據其發(fā)音，姑譯為“真子”?；堇諏φ孀拥奶岢鲇羞^(guò)如下描述：
牛頓的第三定律在我關(guān)于廣義相對論的第一本書(shū)中扮演了一個(gè)角色。愛(ài)因斯坦理論的三個(gè)重大證據之一是光線(xiàn)被太陽(yáng)偏折。當我在1953年春天開(kāi)設相對論課程時(shí)，我開(kāi)始想，如果光被引力作用，引力也一定被光所作用。也就是說(shuō)，光不僅僅響應引力；而且也產(chǎn)生引力。這本身并不是一個(gè)新的想法。愛(ài)因斯坦已經(jīng)闡明，所有的能量，而不僅僅是封閉在質(zhì)量中的能量，都是引力源。既然光是能量，它就應該是引力源。我所作的不過(guò)是把這個(gè)思想推到一個(gè)極端。那么，需要多少光，我自問(wèn)，才能產(chǎn)生這樣大的引力，使其自身都被束縛住呢？經(jīng)過(guò)太陽(yáng)的星光發(fā)生了小的偏轉。不難計算，如果太陽(yáng)被代之以具有足夠質(zhì)量的某種東西（但大小一樣），光線(xiàn)將會(huì )彎曲，就像衛星環(huán)繞地球一樣，圍繞那個(gè)東西轉圈。那么，我推斷，我是否可能換掉那種超密質(zhì)量的物體，把光囚禁起來(lái)，讓光的密度達到其自身能夠產(chǎn)生同樣引力場(chǎng)強度的程度呢？那樣，光將會(huì )不停地轉圈，被其自身產(chǎn)生的引力囚禁在軌道上。沒(méi)有必要存在一個(gè)中心的吸引物體。
這個(gè)假想的實(shí)體，一個(gè)完全由電磁場(chǎng)構成的引力體，我稱(chēng)之為真子?，F在還沒(méi)有發(fā)現真子在自然中存在的證據，隨后我將說(shuō)明真子是不穩定的——如果它們曾經(jīng)形成，也馬上被自己摧毀了。然而，我還是忍不住去想，自然應該有種辦法，使所有開(kāi)放給它的可能性都獲得實(shí)現?；蛟S，真子在宇宙的早期曾經(jīng)短暫地存在過(guò)；或許它們在今天的宇宙也能瞬生瞬滅；或許（如我和我的幾個(gè)學(xué)生最近設想的），它們?yōu)楹诙吹膭?chuàng )生提供了一個(gè)舞臺。（［1］，pp.235－236）
真子這個(gè)概念是令人震驚的，它使人感到思想本身給理論物理學(xué)家帶來(lái)的刺激和興奮。
1954年，惠勒對經(jīng)典真子進(jìn)行了討論。所謂“經(jīng)典的”，就是量子效應可以忽略的。經(jīng)過(guò)計算，一個(gè)最小的純經(jīng)典真子具有炸面圈的拓撲結構，其尺度相當于一個(gè)太陽(yáng)，質(zhì)量是一億個(gè)太陽(yáng)的量級。而大真子，原則上可以大到宇宙的尺度，一個(gè)宇宙可能就是一個(gè)真子。
真子在感知實(shí)在中更加沒(méi)有任何對應，完全是理論按照自身的邏輯向極端方向推進(jìn)的結果。然而，按照惠勒的觀(guān)點(diǎn)，如果廣義相對論是一個(gè)正確的理論，真子就應該在感知實(shí)在中獲得對應的元素?；堇照J為，真子之“大”不應該是我們思考它，討論它的障礙。
即使最小的經(jīng)典真子，其巨大也不是停止思考這種事情的理由。從一方面，我感到，把廣義相對論這個(gè)漂亮的理論沿著(zhù)它的可能推向無(wú)論怎樣的小巷、無(wú)論怎樣的灌木叢，都是一種責任——更何況興奮了。從另一方面，我相信，一旦量子效應被考慮進(jìn)來(lái)，就可能有足夠小的真子。我怎么可能不被這樣一個(gè)像單個(gè)的基本粒子一樣的微型真子的前景所誘惑呢？（［1］，p.237）
真子的質(zhì)量，實(shí)際上就是圍繞著(zhù)炸面圈軌道的電磁能量的所等價(jià)的質(zhì)量?；堇罩赋觯?br>
它是“沒(méi)有質(zhì)量（物質(zhì)）的質(zhì)量（mass without mass）”，因為它不依賴(lài)于任何物質(zhì)粒子。（［1］，p.237）
3，沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)量，沒(méi)有電荷的電荷“沒(méi)有什么的什么”，這種說(shuō)法頗有東方哲學(xué)的色彩?；堇赵?980年代來(lái)中國時(shí)，曾觀(guān)看京劇《鳳鳴岐山》，當陪同人員解說(shuō)姜子牙揮舞的旗子上寫(xiě)的“無(wú)”意味著(zhù)nothing時(shí)，他非常興奮。他認為這與其質(zhì)樸性原理有共通之處。
沒(méi)有質(zhì)量（物質(zhì)）的質(zhì)量，這種說(shuō)法就把質(zhì)量（物質(zhì)）這個(gè)物理學(xué)的基本概念推到了極限，從這個(gè)極限中，可以看到概念本身更深層的意義。同時(shí)，對于建立在這個(gè)概念體系上的理想實(shí)在，也找到了其裂痕之所在。沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)量，意味著(zhù)在這種極限情況下，有可能使質(zhì)量成為一個(gè)導出量，成為空時(shí)的一個(gè)性質(zhì)。同時(shí)，給出一個(gè)解決奇點(diǎn)的思路。
除了把理論推到極限的一般樂(lè )趣之外，我還有另一個(gè)理由被真子吸引。它們給出了“沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)量”。所有物理學(xué)，無(wú)論是經(jīng)典物理還是量子物理，在討論點(diǎn)粒子時(shí)都遇到了概念問(wèn)題。我們認為電子、中子和夸克在一個(gè)數學(xué)的點(diǎn)上存在著(zhù)；我們認為光子在一個(gè)數學(xué)的點(diǎn)上被創(chuàng )生和吸收。然而我們實(shí)在是無(wú)法處理點(diǎn)粒子和點(diǎn)相互作用中隱含的無(wú)窮大質(zhì)量密度和無(wú)窮大電荷密度。這些點(diǎn)成了物理學(xué)身體中惱人的刺。我們不得不忍受它們，同時(shí)我們也希望有一天，我們能夠識別并理解今天看起來(lái)是點(diǎn)的東西的內部結構。真子的美，在我看來(lái)，就在于它展現了這樣的內部結構——當然，不是一個(gè)無(wú)窮小實(shí)體的結構，而是從很遠的距離看起來(lái)并表現得像一個(gè)引力的點(diǎn)源。（［1］，p.238）
除了炸面圈形的真子和光子構成的真子，惠勒還談?wù)摿饲蛐蔚恼孀雍椭形⒆訕嫵傻恼孀?。他甚至還討論了一種“純”真子，這種真子僅僅由引力本身的能量構成，它具有密度非常高的引力波旋渦，由引力自身產(chǎn)生足夠的引力，而使其自身不能逃逸。（［1］，p.238）
這樣的真子已經(jīng)完全是由概念所生成的概念?；堇粘撩杂诶碚摰目駳g，同時(shí)也試圖在感知實(shí)在中尋找某種對應。如他本人的信念，一個(gè)正確的理論所給出的所有推論都能獲得顯現的方式?；堇赵颜孀拥脑O想告訴愛(ài)因斯坦，愛(ài)因斯坦直覺(jué)地認為真子是不穩定的，這一點(diǎn)被惠勒后來(lái)的計算所證明。真子是一種不穩定平衡態(tài)。因而，惠勒把希望寄托在宇宙形成早期，希望在大爆炸時(shí)形成的巨大的引力和物質(zhì)能夠聚集成真子。
除了“沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)量”，惠勒還考慮了“沒(méi)有電荷的電荷”。在經(jīng)典物理學(xué)中，電荷與質(zhì)量一樣，都是基本物理量。根據經(jīng)典物理學(xué)，電荷與電場(chǎng)是密不可分的。電場(chǎng)可以用電力線(xiàn)來(lái)表示。電力線(xiàn)從正電荷發(fā)出，最后終止于負電荷。在這里，電力線(xiàn)和電荷是相互定義的。也可以反過(guò)來(lái)把正電荷定義為電力線(xiàn)的發(fā)出者，負電荷定義為電力線(xiàn)的終結者。因而，如果我們看到一個(gè)區域發(fā)出了電力線(xiàn)，就可以認為這個(gè)區域相當于一個(gè)正電荷。這也是一種相對性原理。只有我們臨近這個(gè)區域時(shí)才會(huì )發(fā)現，這里并沒(méi)有一個(gè)正電荷，而只是向外發(fā)出著(zhù)電力線(xiàn)。那么，這個(gè)區域就是惠勒所說(shuō)的“沒(méi)有電荷的電荷”。
在歐氏空間中，這樣的區域不會(huì )存在，但是在廣義相對論的非歐空間中，這樣區域則完全可能并且應該存在。
惠勒用浴缸做比喻。浴缸的底部基本上是平直空間，但是在排水口附近，空間開(kāi)始彎曲，在排水口處，空間彎曲程度最高，這個(gè)空間中的電力線(xiàn)就像浴缸中的水，會(huì )流入排水口沿著(zhù)管道流到另外一個(gè)地方。水從這個(gè)空間消失，進(jìn)入另一個(gè)空間。兩個(gè)空間有一條細的管道相連。在一定的距離之外，我們會(huì )看到排水口處的電力線(xiàn)消失，那么這個(gè)地方就相當于一個(gè)負電荷，與我們所說(shuō)的真正的負電荷，一個(gè)電子，在觀(guān)測上不可分辨。同樣，電力線(xiàn)涌出的地方就相當于一個(gè)正電荷。這樣的具有浴缸和排水口的空間在拓撲學(xué)中被稱(chēng)為多連通空間，在這種多連通空間中，力線(xiàn)能夠從一個(gè)地方消失又從另一個(gè)地方出現，而沒(méi)有結尾和開(kāi)頭。在這里的圖示（圖2）中，二維的平面代表三維空間。在右邊的洞里，電力線(xiàn)消失；右邊的洞起到類(lèi)似負電荷的作用。從左邊的洞里，電力線(xiàn)產(chǎn)生；左邊的洞起到類(lèi)似正電荷的作用。平面下面連結兩個(gè)洞的“把手”為力線(xiàn)提供了一個(gè)連續的路徑。它們不是起點(diǎn)和終點(diǎn)。這個(gè)把手也使空間成為多連通的。在遙遠的觀(guān)察者看來(lái)，分別產(chǎn)生和吸收力線(xiàn)的兩個(gè)洞，與力線(xiàn)出發(fā)與終止的兩個(gè)粒子，沒(méi)有哪個(gè)實(shí)驗者能夠把兩者區分開(kāi)來(lái)。同樣的想法三維中也適用。這個(gè)理論承認這樣一種可能性：力線(xiàn)從視野中消失于一個(gè)看起來(lái)像一個(gè)負電荷的地方，并在另一個(gè)地方——可能有幾萬(wàn)億英里遠——從一個(gè)看起來(lái)像正電荷的地方出現。（［1］，p.240）
通過(guò)這種方式，惠勒獲得了“沒(méi)有電荷的電荷”。
后來(lái)我把這個(gè)把手命名為“蟲(chóng)洞（wormhole）”。就是多連通空間中力線(xiàn)得以悄悄消失的通道。蟲(chóng)洞口的尺度可以想象為任意小，這樣洞口就可以盡可能地近似于一個(gè)點(diǎn)粒子。想象一下，這該是怎樣一種奇異的景象！一個(gè)有著(zhù)億復十億蟲(chóng)洞的空間，有無(wú)數的與點(diǎn)電荷無(wú)法區分的洞口。真正的沒(méi)有電荷的電荷。（［1］，p.241）
蟲(chóng)洞（5）理論為電荷提供了一種解釋。把一種具體的物質(zhì)性的荷解釋為非物質(zhì)性的場(chǎng)，在歷史上也曾發(fā)生過(guò)。最初對磁的解釋與電相似，認為存在物質(zhì)性的“磁荷”，如電荷之有正負，“磁荷”也分為南北兩性。后來(lái)把磁解釋為電流的附屬現象，把磁場(chǎng)的微觀(guān)機制解釋為環(huán)行電流。在這種解釋下，“磁荷”總是成對出現，不存在磁單極。在蟲(chóng)洞理論中，正負電荷也是成對出現的?；堇瞻l(fā)現，如果所有的電荷都用蟲(chóng)洞理論來(lái)解釋?zhuān)瑒t宇宙中的每一種類(lèi)型的正負電荷數目都必定是相同的。有一個(gè)電子，就有一個(gè)正電子；有一個(gè)質(zhì)子，就有一個(gè)反質(zhì)子。而這與我們目前的觀(guān)測不符合。在我們目前這個(gè)宇宙中，前者明顯多于后者。
蟲(chóng)洞的穩定性也是個(gè)問(wèn)題。1962年，玻爾在去世前曾有此疑問(wèn)，當時(shí)惠勒和他的研究生Robert Fuller正在考慮這個(gè)問(wèn)題。結果，“玻爾的擔心得到了證實(shí)。蟲(chóng)洞的直徑會(huì )迅速收縮，以至于在它合攏之前，甚至連一個(gè)光子也不能從一個(gè)洞口射出到另一個(gè)洞口?！保ǎ?］，p.241）
如果事情僅僅到此為止，那么關(guān)于蟲(chóng)洞的理論就毫無(wú)意義了。但是，惠勒必然要為這種理論的狂歡尋找現實(shí)的依據。盡管在蟲(chóng)洞合攏之前連一個(gè)光子都不能通過(guò)，但是，在相對論的世界中，時(shí)間本身也是隨參照系而變的。在蟲(chóng)洞之外的觀(guān)察者看來(lái)，蟲(chóng)洞的合攏可能具有無(wú)窮長(cháng)的時(shí)間。無(wú)窮長(cháng)的時(shí)間能發(fā)生什么事情？惠勒提出一種設想，“在某些情況下，正是陷入蟲(chóng)洞中的力線(xiàn)的存在，能夠防止蟲(chóng)洞的坍縮。所以，蟲(chóng)洞作為理論上的實(shí)體，這種由魔法幻現出來(lái)的景象有著(zhù)非常的活力?！?（［1］，p.241）
對于理論，或者說(shuō)對于符號實(shí)在，惠勒這種頑強的信念還有一種表述：凡可能是者，皆是。這也是許多物理學(xué)家的共同信念。有時(shí)，惠勒還采用一種更強的說(shuō)法：凡可能是者，必是。有些物理學(xué)家開(kāi)玩笑地說(shuō)，自然是個(gè)暴君，凡是它沒(méi)有禁止的，就必須出現。
這種信念——也僅僅是信念——使我愿意相信，自然會(huì )找到一種途徑，去窮盡所有正確的理論的所有性質(zhì)。所有的信念，包括這一個(gè)，都有某種邊界。這一個(gè)的邊界是宇宙的有限性所設置的。宇宙中粒子的數目是有限的，質(zhì)量是有限的，持續的時(shí)間是有限的——宇宙有一個(gè)開(kāi)始并很可能有一個(gè)結束。因而，并不是任何理論所制造的無(wú)數預言中的每一個(gè)都可能實(shí)現。然而，我仍然堅持這樣的信念，即所有的重大性質(zhì)都會(huì )實(shí)現。如果相對論是正確的，如果它允許蟲(chóng)洞，那么，必然在有那樣一個(gè)地方，那樣一個(gè)時(shí)刻，蟲(chóng)洞存在——或者說(shuō)，我愿意這樣相信。（［1］，p.241）
4，量子泡沫在相對論無(wú)法奏效的時(shí)候，量子理論就會(huì )出現。
惠勒本人是從量子理論進(jìn)入廣義相對論的，使用量子理論更加得心應手。在討論真子時(shí)，他就想到，如果考慮到量子效應，則會(huì )有很小的真子。同樣，他相信，量子力學(xué)可能支持蟲(chóng)洞的存在。
1928年，狄拉克提出的相對論性電子運動(dòng)方程預言了正電子及反粒子的存在，這導致真空的意義發(fā)生了變化。真空不再是虛無(wú)的空間，而是負能態(tài)恰好被填滿(mǎn)的狀態(tài)，或者說(shuō)，是正反粒子恰好平衡的狀態(tài)。真空既然并非空無(wú)一物，必然不是穩定的。只要外界存在微擾，就會(huì )產(chǎn)生漲落。漲落一旦產(chǎn)生，就會(huì )繼續漲落。真空的漲落表現為正反粒子不斷產(chǎn)生和湮滅。根據測不準關(guān)系，區域越小，漲落越大。時(shí)間和能量是一對滿(mǎn)足測不準關(guān)系的共軛量，因而能量守恒定律會(huì )在短時(shí)間中被違背。時(shí)間越短，偏離守恒的能量越大，就會(huì )產(chǎn)生質(zhì)量更大的正反粒子；這些正反粒子的壽命也就越短。
所以，一個(gè)平靜于虛空中的電子根本不是平靜的。如果我們使用一個(gè)很高很高能量的假想的顯微鏡放大它，我們會(huì )看到這個(gè)電子的周?chē)h(huán)繞著(zhù)很多很多活躍的鄰居。其余的電子和正電子正在肇生和湮滅。光子正在誕生和死亡。重粒子也加入這個(gè)不停的創(chuàng )生與湮滅之舞。我們離它越近，這些活動(dòng)就越激烈。這個(gè)“孤立的”電子是沸騰的火山中的結點(diǎn)（nub）。就在這整個(gè)宇宙的小小微宇宙中，在粒子范圍能夠發(fā)生的一切事情都在發(fā)生著(zhù)。
然后，當我們退回到大尺度空間，用低能量的顯微鏡來(lái)觀(guān)察，一切變得簡(jiǎn)單而有秩序。遠遠地看，那兒有一個(gè)孤單的電子，具有一個(gè)單位的負電荷，有特定的質(zhì)量和自旋，看起來(lái)處身于偉大的孤獨之中。然而，如果我測量它的磁矩（由于其自旋電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)強度），我們發(fā)現，這不是由原始狄拉克孤立電子理論所預言的那個(gè)值，而是那個(gè)值的1.001159652倍。蜂擁而來(lái)的虛幻粒子成了電子的隨員，盡管看不見(jiàn)，但是我們知道它們在那兒。甚至在遠離電子的地方，也在電子的磁場(chǎng)上留下了不容否認的痕跡，使它高出了千分之一。（［1］，p.242）
這種建立在粒子描述上的可視模型當然只存在于符號實(shí)在之中，事實(shí)上，我們永遠也不可能對這樣的尺度有真正的視覺(jué)經(jīng)驗。這個(gè)描述給出了我們想象極微觀(guān)世界的一種方式。這個(gè)想象我們可以在另一種場(chǎng)景找到對應。當我們在飛機上俯瞰大海，海面看起來(lái)平坦如鏡。隨著(zhù)高度的降低，如鏡的海面逐漸有了細節，有了漣漪。再向下，會(huì )出現波浪。等到臨近水面時(shí)，又會(huì )出現急流、旋渦、水的泡沫。從不同的尺度觀(guān)察，就會(huì )有不同的景象。當我們深入實(shí)在的深處，發(fā)現實(shí)在呈現出遠距離觀(guān)測所無(wú)法想象的情景。但是，這種完全由理論所推斷的結果是否真的是實(shí)在本身？當我們這樣問(wèn)的時(shí)候，仍然假設了一種預先存在的感知實(shí)在或者本體實(shí)在。
惠勒在深入廣義相對論之初，就在考慮廣義相對論與量子理論之間的聯(lián)系?！叭绻孔永碚摽刂齐妶?chǎng)、磁場(chǎng)和中微子場(chǎng)，難道它不應該同時(shí)也控制引力場(chǎng)，即空時(shí)自身嗎？” （［1］，p.246）惠勒發(fā)現，在考慮了量子現象之后，空間和時(shí)間都在小區域內變得紊亂不定。
甚至紊亂還不足以形容?？諘r(shí)在足夠小的區域中應該不僅僅是“崎嶇坎坷”，不僅僅是曲率飄忽游蕩；它應該碎化成動(dòng)蕩不停的多連通幾何。在非常小的區域非常短的瞬間，蟲(chóng)洞應該是這個(gè)場(chǎng)景中非常多的一個(gè)成分，就像使電子能量和磁場(chǎng)發(fā)生微小偏移的跳動(dòng)的虛擬粒子一樣多。（［1］，p.246）
讓我們再次拿起假想的顯微鏡，透視到某些物質(zhì)粒子附近，比如質(zhì)子，盯住空時(shí)自身，我們會(huì )看到什么？當我們注視一個(gè)極微小的空間，10-16米，在單個(gè)質(zhì)子尺度內；一個(gè)極微小的瞬間，10-24秒，光不足以從質(zhì)子的一邊跑到另一邊，我們看到了預期的凝固的粒子之舞，量子漲落賦予極微小世界以如此豐富的生命活力。但是，作用于時(shí)間和空間的這種效應我們卻什么也看不到。在稍大一點(diǎn)的尺度，空時(shí)如玻璃一樣平滑。（［1］，pp.246－247）
沿著(zhù)這種思想繼續下去，惠勒深入到更微小的尺度，深入到普朗克長(cháng)度的量級。
所謂普朗克長(cháng)度（6）是普朗克用一些基本物理常數，包括引力常數G、電磁理論中的光速c、還有以他自己的名字命名的量子常數h湊出來(lái)的一個(gè)具有長(cháng)度量綱的量?！八恢肋@個(gè)長(cháng)度代表什么，但是他相信這是一個(gè)‘自然的’長(cháng)度，比任何建立在我們日常世界中所見(jiàn)的客體的長(cháng)度（比如，米最初的定義是從赤道到極點(diǎn)距離的一千億分之一）更有意義?！?（［1］，p.247）
這個(gè)常數的意義在惠勒與Misner的討論中浮現出來(lái)，他們認為：“正是這個(gè)‘普朗克長(cháng)度’設定了空時(shí)的量子起伏的尺度?！?br> 普朗克長(cháng)度小得令人不可思議：
想象一串小球，每一個(gè)小球的直徑都是普朗克長(cháng)度。如果讓這樣一串小球連起來(lái)橫跨質(zhì)子的直徑，球的數目就會(huì )和連起來(lái)橫跨新澤西的質(zhì)子數目一樣多。把100,000個(gè)質(zhì)子排列起來(lái)，是一個(gè)原子的尺度；把一百萬(wàn)個(gè)原子排列起來(lái)，可以從這個(gè)句子末端那個(gè)句號的一端到另一端。不需要告訴你要用多少個(gè)句號橫跨新澤西。相對于普朗克長(cháng)度來(lái)說(shuō)，甚至我們稱(chēng)之為基本粒子的那樣微小的實(shí)體，都是一片廣袤巨大的不動(dòng)產(chǎn)。把這個(gè)比方從距離轉到錢(qián)上，一便士之于美國年度財政預算是一個(gè)普朗克長(cháng)度之于質(zhì)子線(xiàn)度的一百萬(wàn)倍。（［1］，p.247）
對應于“普朗克長(cháng)度”，還有一個(gè)“普朗克時(shí)間”。這是光走過(guò)普朗克長(cháng)度所需要的時(shí)間?！叭绻姳碓诿恳粋€(gè)普朗克時(shí)間單位咔噠一聲，一秒鐘咔噠的數目比我們手表中的石英晶體在宇宙壽命期間振動(dòng)的數目還要多幾十億倍。普朗克時(shí)間短得無(wú)法看到——但是并沒(méi)有短得無(wú)法思考！如果在普朗克長(cháng)度內發(fā)生某些有趣的事情，就會(huì )在普朗克時(shí)間內發(fā)生?！保ǎ?］，p.247）
讓我們的想象力向下旅行進(jìn)入一個(gè)前所未小的區域，在抵達單個(gè)質(zhì)子的尺度后，我們還要走10的二十次冪才能到達普朗克長(cháng)度。只有在那時(shí)，原子和粒子世界光滑如鏡的空時(shí)才會(huì )讓位給離奇的空時(shí)幾何的沸騰的混沌。蟲(chóng)洞無(wú)非是這種畸變的一個(gè)簡(jiǎn)單表現。這種起伏是如此巨大，以至于無(wú)法就字面的意義談左和右，前和后。長(cháng)度的通常意義消失了，時(shí)間的通常意義也揮發(fā)了。對于這種狀態(tài)，我找不出比量子泡沫更好的詞來(lái)命名它。（［1］，pp.247－248）
普朗克長(cháng)度是目前物理學(xué)所能描述的最小尺度。在這個(gè)尺度以下，物理學(xué)給不出任何有意義的結論。因而，普朗克長(cháng)度也就是符號實(shí)在的最小尺度。如果我們從還原論的角度看，量子泡沫應該是實(shí)在的最小基元，但我們卻很難想象這個(gè)基元能夠支撐起經(jīng)典實(shí)在。就如我們無(wú)法想象一個(gè)大廈的每一塊磚石都是迷離變幻的肥皂泡。在量子泡沫中，時(shí)間和空間都失去意義，因果規律不再有意義，物理學(xué)定律也不再有意義。
幾十年前，物質(zhì)是否無(wú)限可分在中國曾引起很大的哲學(xué)爭論［C ］，很顯然，即使不把夸克作為物質(zhì)分割的終點(diǎn)，也必須把普朗克長(cháng)度作為終點(diǎn)。根據現在的物理學(xué)，在這一尺度之下已經(jīng)不可能再有任何結構。
實(shí)在于理論的極限處呈現出它的裂痕。
5，尾聲真子、蟲(chóng)洞和量子泡沫這幾個(gè)物理學(xué)概念都深刻地觸及到關(guān)于實(shí)在的基本問(wèn)題，它們即使物理的，又是哲學(xué)的。按照惠勒的觀(guān)點(diǎn)，這幾個(gè)概念都發(fā)生在理論的極限，也處于實(shí)在的邊緣。在進(jìn)一步的工作中，惠勒還提出了另外幾個(gè)物理學(xué)的極限。物理學(xué)開(kāi)始于宇宙的起點(diǎn)——大爆炸，而在宇宙的終點(diǎn)——大坍縮時(shí)，全部物理學(xué)定律都將失去意義?；堇照J為，實(shí)在是由觀(guān)測的鐵柱和其間填充的理論和想象構成的（7）。我們所能夠認知的實(shí)在，是理論所描述的實(shí)在。而在理論的極限處，實(shí)在表現出了它的裂痕。
惠勒今年93歲，正在普林斯頓安度晚年。他過(guò)去的學(xué)生，美國American Institute of Physics的退休主任Kenneth Ford有時(shí)會(huì )幫助他照料工作上的事情，惠勒的自傳就是在他的幫助下完成的。據Ford給我發(fā)來(lái)的電子郵件說(shuō)，惠勒每周還堅持去辦公室一次。雖然年邁，仍然沒(méi)有停止思想，仍然從物理學(xué)的角度關(guān)注實(shí)在問(wèn)題。
2000年是量子理論問(wèn)世一百周年，惠勒也寫(xiě)了一篇文章《量子何為？——量子物理的榮耀與恥辱》［D ］表示紀念。文中他再次談到他思索半生的存在之謎，他說(shuō)：
這就是普朗克之后一百年的量子物理，全部化學(xué)、生物學(xué)、計算機技術(shù)、天文學(xué)和宇宙學(xué)的理論基礎。然而，如此值得自豪的基礎，卻仍不能知道其自身的基礎。我們可以相信，我確實(shí)相信，對于“量子何為”這個(gè)問(wèn)題的回答也將被證明是對“存在何為”這個(gè)問(wèn)題的回答。
2001年初，惠勒在給筆者的電子郵件中又一次談到他對量子理論的評價(jià)：“未來(lái)的物理學(xué)應該來(lái)自于我們對量子理論更深入的理解，而不是來(lái)自對量子理論的評判?！?br> 惠勒的工作使我們更深刻地觸及實(shí)在的奧秘，或者說(shuō)，賦予實(shí)在以更豐富的性質(zhì)。
?。ū疚氖亲髡卟┦亢蠊ぷ鞯囊徊糠?，是作者哲學(xué)博士學(xué)位論文工作的延續。在論文的寫(xiě)作和答辯中，除劉吉、金吾倫兩位導師外，還得到了張志林、林夏水、王維、董光璧、胡新和、朱葆偉、戈革、吳國盛、劉華杰、方在慶、袁江洋等先生的建議和批評，特此致謝。另外，此項研究得到了惠勒本人及Kenneth Ford的支持和幫助，亦在此遙致謝意。）(1) 田松（1965— ），哲學(xué)博士，理學(xué)（科學(xué)史）博士，現為北京師范大學(xué)哲學(xué)與社會(huì )學(xué)學(xué)院副教授，研究方向為科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)傳播、科學(xué)人類(lèi)學(xué)和科學(xué)思想史。
(2) 本文作者對此有系統的介紹。參見(jiàn)：田松，延遲選擇實(shí)驗及其引發(fā)的實(shí)在問(wèn)題，自然辯證法研究，2004年第5期。
(3) 書(shū)名為戈革先生的譯法，中譯本將由北京理工大學(xué)出版社出版。
(4) 本體實(shí)在、感知實(shí)在和符號實(shí)在是筆者出于實(shí)用目的模仿波普爾三個(gè)世界概念提出的，這里只作簡(jiǎn)單的說(shuō)明，不作詳細論述。本體實(shí)在是一個(gè)假設的實(shí)在的本體，相當于康德的物自體；感知實(shí)在是人類(lèi)感知元素的集合；符號實(shí)在是包括語(yǔ)言在內的各種符號體系的集合。
(5) 蟲(chóng)洞不一定與電荷有關(guān)。從廣義相對論出發(fā)，也可以得到超空間中的蟲(chóng)洞。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，惠勒的學(xué)生基普·索恩在《黑洞與時(shí)間彎曲》中有過(guò)很多討論。參見(jiàn)：基普·索恩. 黑洞與時(shí)間彎曲. 李泳譯. 長(cháng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000。此外，蟲(chóng)洞是目前物理上唯一允許時(shí)間旅行的通道。參見(jiàn)：加來(lái)道雄. 超越時(shí)空——通過(guò)平行宇宙、時(shí)間卷曲和第十維度的科學(xué)之旅. 上海：上?？萍冀逃霭嫔?，1999，第284頁(yè)。
(6) 由于惠勒對普朗克長(cháng)度的重新闡釋?zhuān)铡に鞫鲗⑦@一長(cháng)度稱(chēng)為普朗克—惠勒長(cháng)度。其平方為普朗克—惠勒面積。
(7) 參見(jiàn)：田松，所見(jiàn)即所能見(jiàn)，哲學(xué)研究，2004年第二期
聯(lián)系客服
