第44部分(3 / 4)

位傳奇的費因曼所分別獨立完成的,被稱為“重正化”(renormalization)方法,具體的技術細節我們就不用理會了。雖然認為重正化牽強而不令人信服的科學家大有人在,但是採用這種手段把無窮大從理論中趕走之後,剩下的結果其準確程度令人吃驚得瞠目結舌:處理電子的量子電動力學(qed)在經過重正化的修正之後,在電子磁距的計算中竟然一直與實驗值符合到小數點之後第11位!亙古以來都沒有哪個理論能夠做到這樣教人咋舌的事情。

實際上,量子電動力學常常被稱作人類有史以來“最為精確的物理理論”,如果不是實驗值經過反覆測算,這樣高精度的資料實在是讓人懷疑是不是存心偽造的。但巨大的勝利使得一切懷疑都最終迎刃而解,qed也最終作為量子場論一個最為悠久和成功的分支而為人們熟知。雖然最近彭羅斯聲稱說,由於對赫爾斯…泰勒脈衝星系統的觀測已經積累起了如此確鑿的關於引力波存在的證明,這實際上使得廣義相對論的精確度已經和實驗吻合到10的負14次方,因此超越了qed(赫爾斯和泰勒獲得了1993年諾貝爾物理獎)。但無論如何,量子場論的成功是無人可以否認的。朝永振一郎,施溫格和費因曼也分享了1965年的諾貝爾物理獎。

拋開量子場論的勝利不談,量子論在物理界的幾乎每一個角落都激起激動人心的浪花,引發一連串美麗的漣漪。它深入固體物理之中,使我們對於固體機械和熱性質的認識產生了翻天覆地的變化,更開啟了通向凝聚態物理這一嶄新世界的大門。在它的指引下,我們才真正認識了電流的傳導,使得對於半導體的研究成為可能,而最終帶領我們走向微電子學的建立。它駕臨分子物理領域,成功地解釋了化學鍵和軌道雜化,從而開創了量子化學學科。如今我們關於化學的幾乎一切知識,都建立在這個基礎之上。而材料科學在插上了量子論的雙翼之後,才真正展翅飛翔起來,開始深刻地影響社會的方方面面。在量子論的指引之下,我們認識了超導和超流,我們掌握了鐳射技術,我們造出了電晶體和積體電路,為一整個新時代的來臨真正做好了準備。量子論讓我們得以一探原子內部那最為精細的奧秘,我們不但更加深刻地理解了電子和原子核之間的作用和關係,還進一步拆開原子核,領略到了大自然那更為令人驚歎的神奇。在浩瀚的星空之中,我們必須藉助量子論才能把握恆星的命運會何去何從:當它們的燃料耗盡之後,它們會不可避免地向內坍縮,這時支撐起它們最後骨架的就是源自泡利不相容原理的一種簡併壓力。當電子簡併壓力足夠抵擋坍縮時,恆星就演化為白矮星。要是電子被征服,而要靠中子出來抵抗時,恆星就變為中子星。最後,如果一切防線都被突破,那麼它就不可避免地坍縮成一個黑洞。但即使黑洞也不是完全“黑”的,如果充分考慮量子不確定因素的影響,黑洞其實也會產生輻射而逐漸消失,這就是以其鼎鼎大名的發現者史蒂芬?霍金而命名的“霍金蒸發”過程。

當物質落入黑洞的時候,它所包含的資訊被完全吞噬了。因為按照定義,沒什麼能再從黑洞中逃出來,所以這些資訊其實是永久地喪失了。這樣一來,我們的決定論再一次遭到毀滅性的打擊:現在,即使是預測機率的薛定諤波函式本身,我們都無法確定地預測!

因為宇宙波函式需要掌握所有物質的資訊,而這些資訊卻不斷地被黑洞所吞沒。霍金對此說了一句同樣有名的話:“上帝不但擲骰子,他還把骰子擲到我們看不見的地方去!”這個看不見的地方就是黑洞奇點。不過由於蒸發過程的發現,黑洞是否在蒸發後又把這些資訊重新“吐”出來呢?在這點上人們依舊爭論不休,它關係到我們的宇宙和骰子之間那深刻的內在關係。

最後,很有可能,我們對於宇宙終極命運的理解也離不開量子論。大爆炸的最初發生了什麼?是否存在奇點?在奇點處物理定律是否失效?因為在宇宙極早期,引力場是如此之強,以致量子效應不能忽略,我們必須採取有效的量子引力方法來處理。在採用了費因曼的路徑積分手段之後,哈特爾(就是提出dh的那個)和霍金提出了著名的“無邊界假設”

:宇宙的起點並沒有一個明確的邊界,時間並不是一條從一點開始的射線,相反,它是複數的!時間就像我們地球的表面,並沒有一個地方可以稱之為“起點”。為了更好地理解這些問題,我們迫切地需要全新的量子宇宙學,需要量子論和相對論進一步強強聯手,在史話的後面我們還會講到這個事情。

量子論的出現徹底改變了世界的面貌,它比史上任

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