刨根问底(3):芝诺悖论已经解决了吗?





四、芝诺悖论已经解决了吗?



到了十九、二十世纪,人们从纯数学和物理学两个角度(即纯理论和自然现象两个角度),对芝诺的"二分悖论"和"阿喀琉斯悖论",进行了解答。很多人相信,芝诺悖论已经解决了。



让我们看看,它们各自是如何解答的。



在数学领域,康托尔创造了"集合论"。在康托尔的朴素集合里,从0到1,是一个许多"有理数"和"无理数"的集合。



每一个有理数,都可以改写为一个分数。如果把0到1画成一条线段,每个有理数,就是一个确定的点。每一个"有理数"点的大小,等于零。所有"有理数"的和,还是零。



这不是又掉进了贝克莱的"陷阱"里了么?



不要急,康托尔说,我们还有"无理数"。每一个"无理数"都是无限的,无法准确固定的,虽然无限趋近零,但是永远不等于零。从0到1,所有"无理数"的和,恰好等于1。



说完,康托尔微笑着站起身,准备迎接人们的鲜花和掌声。很快,人们就惊喜地发现,全部数学的基础理论可用集合概念统一起来;在集合论的地基上,整个数学大厦宣告竣工了。1900 年,在巴黎召开的国际数学家大会上,庞加莱满怀信心地说:" 现在我们可以说,(数学)完全的严格化已经达到了。"



值得一提的是,首先砸中康托尔脸部的,不是鲜花,而是臭鸡蛋。在集合论创立之初,天性敏感的康托尔受到暴风雨般的攻击,"第一个砸中的臭鸡蛋",印象是如此刺激。虽然鲜花马上接踵而至,几乎湮没了康托尔,但是也无法愈合他的惊恐和伤心。康托尔40岁时得了严重的抑郁症,最终在哈勒大学附属精神病院去世。



还是回到芝诺悖论的话题上。我这方面的数学知识非常匮乏,亟需学习。我仅仅凭直觉(也许提法上有很多无知和漏洞,但是直觉往往更加接近本质),感到所谓"无理数",正像它的乳名所暗示的那样,只是人们意识的抽象分别能力(佛法里可以叫"分别念",似乎亲切一点)的无限膨胀。在现实世界中,它根本找不到自己合理的落脚点,而是一直在玩一种类似火车上"逃票游戏"的把戏,通过捉迷藏和含糊其辞,来躲避哲学意义上的"查票"。而数学家们,就像迫于生活压力的父母,明知不妥当,但是对自己孩子的"缺陷"睁一只眼闭一只眼,甚至找各种借口来宽慰自己。



即使这个"逃票"把戏,也马上遭到了严厉打击。就在庞加莱欢呼"数学大厦"竣工的短短两年后,罗素提出了"理发师悖论",康托尔的朴素集合论,出现了致命的裂缝。然而,建立在朴素集合论上的数学大厦如此宏伟,数学家们实在不敢想象推倒重建,于是唯一的办法就是进行修补。于是,各种不断更新的公理系统被提出来;康托尔的朴素集合,演变为各种公理集合。



集合、朴素集合、新公理系统、公理集合……晕,这些名词太深奥太枯燥了!



好吧,让我们扔掉这些名词,我们只要知道一点:所谓"集合",就是把所有数学现象涵括其中的一个"宝盒"。而所谓"公理系统",就是设定一个规矩:你可以对这个"宝盒"瞻礼、供奉、想象、做广告开展旅游业,但是却不能质疑它的神圣性,更不能打开"宝盒"。



再打个通俗一点的比方:在现代数学家族的祖庙里,供奉着一个檀香木的盒子,上面写着"康托尔集合"。人们相信,盒子里装着大自然之神恩赐给这个家族的礼物,它是整个家族人丁兴旺、家业兴盛的源泉。



可是有一天,有一个孩子出于好奇,打开了盒子,却发现里面什么都没有。惊恐的大人们,赶快把孩子赶走,并且把祖庙贴上封条,封条上写着:"公理禁区,请不要随意窥探!"



"‘宝盒’里,到底装着什么?"好奇的孩子虽然被赶走了,但还是禁不住问大人们。



"‘宝盒’里,装的是大自然之神恩赐的礼物。它放射的光芒,凝聚成了我们的日月星辰、山河大地。"



"那个礼物到底是什么?"孩子越发好奇了。



"那个礼物,叫‘无限小’。"



"喔,明白了。"孩子说。可是,他想起早上打开"宝盒"的场景,又更加糊涂了:"可是,宝盒里明明什么都没有啊!"



"嘘……不要胡说!"大人赶快阻止孩子继续问下去。



孩子不说话了。但是心里在想:"无限小"就是"没有","没有"就是"无限小"。为什么大人们又说,那个宝物放射的光芒,可以形成我们眼中的日月星辰、山河大地?难道……



孩子揉了揉眼睛,困了,不知不觉睡着了。在梦中,他见到自己的身体变成了光明,在虚空中翱翔。



在另一个大家族:物理学领域,人们正在聊着另外一个故事。



在自然科学史上,有一个古老的话题:"光"是粒子,还是波?



从古希腊,到笛卡尔和格里马第;从胡克和惠更斯,到牛顿;从托马斯杨和菲涅尔,到麦克斯韦和赫兹;光的"波粒战争",每一次战局的变化,都牵动着整个自然科学史的神经。



终于,在二十世纪初,"佳句本天成,妙手偶得之。"出身神学家庭的普朗克,当初仅仅出于个人兴趣,投身到"已经毫无前途的物理学研究"中,却在不经意间,打开了微观世界的"潘多拉"盒子。他发现,在光和辐射的现象中:



"能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的。"



"量子"诞生了!优雅完美的古典时代结束了!自然科学史进入了光怪陆离、匪夷所思的"量子力学"时代!



光的"波粒战争"不但没有因此结束,战火反而蔓延到整个物理学大厦,而且一直烧到了整个自然科学史的地基。战火纷飞中,形成了两大阵营:薛定谔、爱因斯坦、德布罗意的游击队,是"波动说阵营";玻尔、海森堡等等,庞大的"哥本哈根"正规军,则是"量子(粒子说)阵营"。



更为奇妙的是,虽然各执一词,但是薛定谔发明的波函数公式和海森堡发明的量子矩阵公式,却殊途同归,几乎同时到达了同一个终点。



光,究竟是波,还是粒子?答案终于揭晓了,却完全出乎人们的意料:光,既不是波,也不是粒子。这天生的一对冤家,却原来是感情深厚难分难舍的双胞胎!



当没有人观测它的时候,光是虚幻不实的,像一个幽灵一般,沿着概率的波函数四处飘荡。一旦人们观测它的时候,光突然定格(即"坍缩")为物质形式的基础"粒子"。而创造"粒子"的居然是那个对于自然科学来说如此荒唐而陌生的名词:观测者的"意识"!



光的这个最具叛逆个性的本质,却有一个非常古典的优雅名字:"波粒二象性"。



事实上,不仅仅是我们古老观念中的光和辐射,所有物质世界,在本质上都是完全平等的,都是"波粒二象性"。



外面的世界是虚幻不实的,我们观测者的"意识"创造了世界。——这怎么听,怎么都像是在抄袭贝克莱的"存在就是被感知"。



而观测者的"意识",这个诡秘的答案,把一直向外探索的物理学,突然带进了向内心深处张望的哲学和宗教领域。这就像《西游记》中,孙悟空为了跳出如来的手掌,一个筋斗云,不停向外飞啊飞啊飞,一直飞到宇宙天地的边际。没有想到,回头一看,却原来还是在如来的手掌心里。


物理学家们,当初考入梦寐以求的大学,选择专业的时候,做梦也没有想过作一个哲学家或者是神学家。然而,今天,他们却面临着当年哈姆雷特的古老取舍:宏观,还是微观?粒子,还是波?物质,还是意识?物理学,还是哲学或者宗教学?——To be , or Not to be, This is a question。



还是回到芝诺悖论,看看量子力学对于悖论的解答,提供了什么样的启发。路到这里,出现了两个岔路口:



第一个岔路口:在远离人们观测的地方,看似坚固的物质世界,其实是虚幻不实的光和能量的海洋。既然已经如此虚幻的能量海洋,汇成它的水滴,则是更加虚幻的、意味着"无"的零点能。



当一切都归"零"的时候,讨厌的芝诺和他的悖论终于都消失了。人们可以松一口气了。可是,慢着!这不等于是承认了芝诺和贝克莱的论调:"外在多姿多彩的物质世界,是虚幻的假象。"嘛?



哎,真是阴魂不散!



第二个岔路口:人们守望着"物质"的最后一点残骸,不肯舍弃。这种"唯物主义"的宿命感,让人想起希腊神话中的西西弗斯,不断地推着石头上山,又不断地回到起点,永远朝着一个不可能到达的终点在努力。



他们说:"量子"才是世界的基石。在芝诺悖论中,空间被想象成连续性的、平滑性的,这也是微积分的基础。但是,这毕竟只是人们的一种美好的古典梦想。在真实的现象世界中,空间是不能无限分割的,而是有一个极限:"量子";空间不是连续性的,而是一份一份的,是离散性的。这样,芝诺悖论的前提不存在了,悖论不攻自破。



然而,我们说过,这个世界上,总是有一些不安分和喜欢刨根问底的人。当年数学家族那个掀开宝盒的好奇的孩子,他已经长大成人。他的好奇心随着年纪一起成长。为了探索"无限小"的奥秘,他也涉足了量子力学领域。



他显然对这个回答不满意。他说:好吧,到目前为止,空间是一份一份的量子组成的。量子是一个尽头,不能再分割了。



但是,他说,量子是有体积的吧。作为粒子的形式,它占有一个非常小的空间;而作为波或者场的形式,它有一个不断展开的长度。



我暂时也可以承认,量子是不能再分割的了,可是它自身的空间或者长度,是由更小的空间单位或者长度单位组成的。也就是说,虽然现象上无法分割,但是逻辑上,它还是可以无限地观察下去。也就是说,芝诺悖论,作为逻辑理性上的一个质疑,依然存在。



除非你完全抛开逻辑理性,只接受一个"知其然不知其所以然"的现象。就像刚从美梦中被惊醒的人,故意不睁开眼睛,继续刚才的美梦。对他们来说,梦的真实性合理性并不重要,只要梦境存在就可以了。



否则,你还是必须面对这样一个关系到生存的哲学问题:无限小有极限吗?极限在哪里?极限等于零吗?0如何堆积成1?不需要砖头,就可以有大厦吗?"无"中,如何产生"有"?什么是"有"?没有砖头的大厦,是真实的大厦,还是海市蜃楼?



对此质疑,"希望保留物质的人们"反驳说,没有绝对的空间。空间是量子的属性;离开了量子,就不存在空间。所以,你如果想谈论空间,就必须先接受量子的存在;你如果质疑量子的存在,空间也就一起消失了。



好吧,"那个当年的孩子"说,我完全同意"空间是相对的,是量子的属性。"在我看来,量子就是一个虚幻的幽灵。空间随着它一起消失也罢,空间伴随着它一起显现但却如海市蜃楼般没有实质也罢,这些都不会对"我对世界的理解"造成任何逻辑上的困难。



但是,按照你们对世界的理解,就有大麻烦了。量子不存在的时候,空间固然可以不存在。但是量子已经诞生的当下,空间的属性还是必须伴随着一起诞生吧。然而,从逻辑上看,即使如你们所说,真实世界中已经诞生并存在着量子的当下,它的空间属性也根本找不到一个理性的基础。在这一点上,你无论如何,也难以自圆其说。



"希望保留物质的人们",又争辩说:逻辑和理性,已经被广泛认为是有局限性的。现象上存在,就一定存在,不管逻辑上多么不合理!



"那个当年的孩子"平心静气却不依不饶地说:逻辑理性的局限性,是源于人们不肯放弃错误的前提。就像拿一个小鞋子,一定要去套一个大脚,当然套不进去。请问,这是鞋子的错,还是人的错?



"愿意保留物质的人们"感觉抓到了把柄:是啊,逻辑理性,就像一个不合脚的小鞋子,这不正说明逻辑理性的局限性吗?



错! "那个当年的孩子"说:你们的逻辑不合脚,不等于没有合脚的逻辑。办法很简单,只要换一个大号的鞋子就行了。



你们死抱着物质世界真实存在的前提,一定要给大千世界宇宙人生套上这双小鞋子,那当然就难以避开芝诺悖论带来的尴尬。



事实上,现象世界的一切,都可以找到"合脚的鞋子",也就是说,所有现象都有最完美的理性解释。关键在于:我们要敢于放弃自己所有根深蒂固的错误执着、错误假设、错误见地,不管它看起来多么不容置疑。当我们心胸足够开放的时候,"真理"天然完美的逻辑性就展现在我们眼前,它足够开放,可以容纳所有的"大脚",就像虚空可以容纳一切一样。



好吧,"愿意保留物质的人们"说,先不要画饼充饥了,请你说说,你的理性阐释吧。在微观世界里,我们找不到"无限小"的尽头"极微",为什么我们却能够得到这个如此真实的宏观世界呢?



"那个当年的孩子"带着一个充满童真和自信的微笑,说:因为,所有宏观世界的现象,都有另外一个名字。



那个名字是:梦。