2022-10-08|閱讀時間 ‧ 約 8 分鐘

031-法學第10講:顛覆啟蒙-愛因斯坦,廣義相對論(因果律)

  物理學的觀點,決定人類看待我們自身所處世界的方式!
  PS1:愛因斯坦,最初的問題意識為:「什麼是時間?」   PS2:我不是物理學的本科生,物理學是自修;現代物理這Part,我已盡力,但依然寫得極度吃力。若內容閱讀起來太艱澀,請閱讀者多擔待

廣義相對論

  1915年,愛因斯坦的廣義相對論(General Theory of Relativity),則是首次清楚揭示了「引力」的本質,實為「重力」。牛頓的觀點認為:「蘋果會掉落,是因為物質本身的質量,產生重力」;愛因斯坦-廣義相對論的觀點則認為:「引力是時空另一種形式的表現。蘋果會掉落,只是因為物質本身擁有質量,但之所以物質會有重量,則是重力場的影響所致。只要物質存在於空間中,就會使空間產生彎曲。看得見的物質,與看不見的重力場,兩者有如暗房裡的燈光,無燈即無光,無光亦看不見燈。」進一步,至1928年,波耳(1885-1962)提出「互補原理」以說明「光的波粒二象性」。至此,令因果律的無效,終定地為量子力學所驗證。   PS-互補原理:我們對自然的描述,不是為了揭露現象底下的真實核心,而是為了儘可能發掘經驗中的各種面向的連結。波和粒子,都是抽象的概念,只有透過與其他系統的互動才能觀察並定義出它們的性質。   PS-波粒二象性:光,有時會表現出波的特性,其他時候則表現出粒子的特性。(此即著名的雙縫干涉實驗)

自然科學的因果律

  關於「因果律」,牛頓萬有引力定律VS廣義相對論VS量子力學:   牛頓:P是P、Q是Q,若P則Q的決定性因果律;P、Q可清楚界分。   廣義:P雖是P、Q雖是Q,PQ共存的非決定性因果律;然P、Q實則無法分割。   量子:P是P也是Q、Q為Q亦為P的非決定性因果律;但P、Q根本無法界定(因為本質隨機,所以無法辨識)。

牛頓萬有引力定律觀點
  事(Q)出必有因(P),先有因(P)、後有果(Q);前因後果,是再自然不過的道理。前因後果,內建了「時間」的概念在裡頭,而時間是絕對的、連續的、不可逆的,所以,方能形成「前」因「後」果的宇宙觀;另一方面,前因後果,是在描述「空間」內所發生的事件,這樣的宇宙觀認為,時間與空間,是兩個不同的概念。至於因果律部分,後來的果,是由先前的因「決定」的,所以是若P則Q的決定性因果律。

廣義相對論觀點
  相對論除了透過揭示「引力」的本質,同時,更進一步藉由「引力」而揭開「時間」的本貌。什麼是「時間」?「時間」是空間的連續。何謂「一天」(時間)?地球自轉一圈(空間),謂之「一天」;四季(時間)何來?地球自身的傾斜角,於地球繞太陽公轉一圈(空間)時,與太陽光的照射,交互作用而形成。若離開空間?時間的概念無法存在;若離開時間,萬物永恆靜止,空間失去意義。時間&空間,是無從分割、渾然一體的概念,故稱為「時空」(Space-time)。   時間,是相對的,而非絕對的。當我們仰望浩瀚的星空時,我們其實正在觀看著整個宇宙的歷史,因為每一道星光,都是幾年、幾百年、幾萬年,甚至億年前所發出的光芒(光年,光速前進一年的「時間」,用以測量宇宙尺度的「空間」單位);所以,呈現在我們眼前的星空,是原本處於各別不同時間點的恆星,在同一個時間點(此刻)聚集而成的景象。所以,時間,又怎麼會是絕對的呢?時間,是相對的。假設,此刻,太陽毀滅,地球上的我們,得等8分鐘之後,才會發現(太陽光行進到地球,需耗時8分鐘),時間,怎麼會是絕對的?時間,是相對的。   當原本「時間」與「空間」的獨立概念,被「時空」統合;當「時間」不再絕對。等於,決定性因果律的「前提條件」不復存在;所以,因果律,必須重新思考、重新理解,找出因果的合理解釋方式。   事件的發生,是存於「時空」內的。因此,我們可以說,所謂的事件,是對於特定「時空」下之某些要素聚集後的一種描述。在某種特定條件之下,EX地球尺度(公里,美國與台灣),若P則Q的決定性因果律,依然可以存在;但在某種特定條件之下,EX宇宙尺度(光年,地球與木星),若P則Q的決定性因果律,則無法成立。   像是宇宙尺度的黑洞,強大的引力,足以扭曲「時空」,讓時光旅行,在理論上、概念上,成為一種可能,也讓前因後果,不再是一種必然。前因未必導致後果,當前因已發生,且未抵達後果時,後果很可能已經出現,兩者便不再具因果性。在宇宙尺度的宏觀世界裡,因為引力與距離的雙重作用,讓「山中方七日,地上已千年」,成為一種可能,導致,我們原本所熟悉的因果律,未必能對於宇宙尺度所發生的各種事件,繼續保有相同的解釋力。(PQ共存的非決定性因果律)

量子力學觀點(揭示宇宙特性)
  量子尺度(原子、電子的微觀世界),次原子粒子沒有辦法同時擁有精確的位置和速度,無論是否有人在觀測「它」(次原子粒子),它都是如此(測不準原理,量子躍遷現象)!這可能是因為它都同時有粒子和波的特性(波粒二象性、雙縫干涉實驗),且任何量子尺度的物體都是如此,EX聲波,具有「頻率」,但同時具有「動能」,當我們越將它視為一個粒子,它的表現會越像波,反之,當我們越將它視為一個波,它的表現卻會越像粒子的運動方式。量子尺度中的物體特性?就是如此弔詭到不行!一切隨機(粒子?還是波?博杯!上帝才知道),所以無法預測;截至21世紀的今日,物理科學家,仍沒能搞懂它,唯有應用數學模型的方式,透過「機率」的形式才能去掌握它。量子世界,仍屬上帝留給世人的宇宙謎題。   量子世界(微觀尺度),唯一的定律,只有「隨機性」。量子世界裡,所有物體的運動方式,讓所有已知的物理定律都不再適用,唯獨「機率」才是唯一的真理。(P是P也是Q、Q為Q亦為P的非決定性因果律)
  EX自然現象的降雨率,係將地球之天氣系統視為一封閉模型,而模型裡的各變數,如濕度、溫度、氣壓…等,縱然在理論上人類應可以偵測到每一個水分子的運動方式,但受限於人類之觀測技術,導致天氣系統之各變數,有如電子本身運動方式般地隨機而令天氣模型無法預測,只能以機率方式呈現。至於社會現象,若以極簡方式表述,縱將人類行為視為一穩定之常數,然因自然現象本身充滿變數,幾近於隨機,當我們將一個常數與隨機變數結合觀察,必然推導出需以機率方式去呈現社會現象之當然結論(1加上問號,仍必為問號)。況不論,即使排除所有自然現象,次將人類行為之總集合視為另一封閉模型,則變化萬千之人類各種行為,即使本質上雖屬有限,但仍幾近乎無窮盡,從而迫使我們於描述社會現象時,依舊不得不以機率方式去呈現,如犯罪率、生育率、男女比率、失業率…等。結論是:「量子特性,無所不在。」

結語

  對我們普羅大眾而言,平日「生活所應用的常識」,絕大部分,仍是「古典物理」的觀點,簡單來說,牛頓力學體系,是「生活在地球時所使用的尺度」(For開車、打棒球、溜冰);只是,現代物理另外提供我們於面對「宏觀宇宙所使用的尺度-相對論」(For發射衛星、登月),以及處理「微觀世界所使用的尺度-量子力學」(For電腦、手機、晶片、核子反應爐)。即便對普羅大眾來說,生活中需要應用到現代物理的可能性其實並不高(並非人人都是太空人、電子工程師),但仍無礙於現代物理的世界觀進一步拓展人類視野的貢獻,以及現代物理觀點帶給人類的「深層啟迪」。
  EX現代物理,留給世人永恆的「大哉問」:請問,月亮是否在天上?   古典物理:就算我沒有抬頭看,我也知道,月亮仍然會掛在天上。   現代物理:我們抬頭「看」的這個動作,本身也是一種「測量」;若我們不去「測量」它(看月亮),我們不會知道月亮是否掛在天上。
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