『阿尔伯特·爱因斯坦』爱因斯坦:这个世界上,每个人的位置都是不确定的( 三 )
要想理解为什么会出现这种模糊性 , 可以想象一下在日常生活中我们是如何感知地形的 。 我们可能会认为地形具有独一无二的“真实”外形 , 就像谷歌地球上显示的那样 , 但实际上 , 外形是由观察者处在那个地形中的感受决定的 , 而那种感受可以变化 。 考试迟到的学生 , 扭伤了脚踝而蹒跚前行的运动员 , 边走边和同事谈得入神的教授 , 以及大声让前面行人让路的骑车人 , 他们对校园的感知是非常不同的 。 一个人眼中的一步之遥 , 对另一个人来说或许就像看不到尽头的跋涉 。 一旦失去了从高处俯瞰的能力 , 我们就无法再对某个东西在某个地方做出绝对的表述 。
1915年 , 爱因斯坦顿悟到 , 这种模糊性并非瑕疵 , 而是自然本身的性质 。 他指出 , 无论怎样 , 我们都无法观测到某个地点具有绝对的位置 。 相反 , 我们是根据物体的相对排列来确定它们的位置的 , 并且关键在于 , 那些相对位置是客观的 , 每一个走在校园里的人都会承认那些地点的基本安排顺序 , 比如UCSB的学生活动中心和潟湖挨在一起 , 而不是分别位于校园的一侧 。 知道了这些相对关系后 , 即使地形经历了变化、弯曲或流动 , 其中的居民也永远感觉不到 。 对时空而言同样如此:不同的观察者可以赋予某一地点不同位置 , 但在各个地点的相互关系上的看法是一致的 , 事件的发生就由这些关系确定 。 “比方说 , 在第一个时空中 , 乔治和唐中午在一间特定的咖啡馆见面 , ”马罗尔夫对我解释道 , “在变化了的时空中 , 他们也做了这件事 。 只不过第一种情况下这件事发生在B点 , 而变化了的第二种情况下 , 同样的事情则发生在了A点 。 ”
从而 , 这间咖啡馆可以位于A点或B点 , 也可以是C、D、E点——有无穷多可能的位置 。 我们说这个东西位于某地点 , 实际上是在说它同其他地标相对关系的简化表达 。 咖啡馆没有明确的坐标 , 必须由其中或周围的东西来定位 。 为了确定它的位置 , 你需要在世界里寻找一个地方 , 那里的餐桌、座椅和沙拉吧是那样安排的 , 那里的阳台可以俯视一个沐浴在南加州金色阳光下的潟湖 。 学生活动中心的位置不是它自己的属性 , 而是它所在的整个系统的属性 。 “从原则上讲 , 问一个东西在哪里 , 这个问题涉及到整个时空 。 ”马罗尔夫说 。
定域测量的模糊性是非定域性的一种表现形式 。 首先 , 对于像能量这样的物理量 , 就无法把它们限定在任何特定的位置上 , 原因很简单——因为根本不存在什么特定位置这一说 。 想确定一个位置 , 就好比想用海面上漂浮的一面旗子来标识边界一样不靠谱 。 空间里的点是不可区分 , 并且可以相互交换的 , 因为它们缺乏可以分辨的特征 , 所以无论这个世界由什么构成 , 都必然不可能是基于这些点的 。 空间无法支持任何定域结构的存在 。 与引力相关的量必然是整体性的——即作为时空整体而言的属性 。
此外 , 空间所表现出的互相等价的多种不同形状 , 是由引力场的不同结构描述的 。 在其中一个结构中的某一地点 , 引力场产生的力可能比在另一个结构中的更强 , 而这种差异则会在其他地方得到补偿 , 从而保持物体之间相对排布的不变性 。 引力场中的点必须彼此相互关联 , 只有这样才能让它们在来回变化的情况下仍然产生同样的整体排布 。 而这样的关联 , 势必违反了认为空间中单个位置独立存在的理论 。 马罗尔夫这样解释道:“关于引力的任何理论都不是定域场论 。 即使是在经典理论里 , 也有重要的约束方程 。 在时空中 , ‘这点’的场和‘那点’的场不是独立的 。 ”
在大多数情况下 , 我们可以忽略这种非定域性 。 你可以指定一些物体作为参照物 , 并用它们来确定坐标格点 。 你甚至可以把洛杉矶作为宇宙的中心(圣巴巴拉的居民可能会不太高兴) , 并相对于它来确定其他所有的地点 。 在这个体系中 , 你可以轻松简单地只管做自己的事 , 而完全忽略空间无法标定位置这一基本属性 。 “一旦如此 , 物理学似乎就是定域的了 , ”马罗尔夫说 , “引力作用完全是定域的 , 物体的运动也是连续的 , 在光速的限制之下 。 ”但是 , 这样的定域只是“伪定域” , 非定域性始终存在 , 它暗藏在表面现象之下 , 只有在极端环境(例如黑洞)里才会崭露头角 。
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