惠勒是一位關(guān)注物理學(xué)基礎(chǔ)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(tǒng)，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(yàn)、參與的宇宙的。本文著重介紹他在量子力學(xué)和廣義相對(duì)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(guó)著名的理論物理學(xué)家，對(duì)于基礎(chǔ)物理做了重要的貢獻(xiàn)?；堇找簧P(guān)注物理學(xué)的基礎(chǔ)問題，并試圖從物理學(xué)的角度理解實(shí)在的本性，他說：

    我無法阻止自己去琢磨存在（existence）之謎。從我們稱之為科學(xué)實(shí)質(zhì)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，到這個(gè)最宏大的哲學(xué)問題，其間連接著一個(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：“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。他的思考涉及到觀察者與實(shí)在、實(shí)在的結(jié)構(gòu)、時(shí)間的起始與終結(jié)、觀測(cè)的本性、因果性、科學(xué)的本體等基本的哲學(xué)問題。結(jié)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(yàn)（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(duì)象。

1，奇點(diǎn)·黑洞

　　在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，量子力學(xué)和相對(duì)論被認(rèn)為是20世紀(jì)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(diào)。相對(duì)論繼承了經(jīng)典物理的核心思想，除了絕對(duì)時(shí)空被取消之外，經(jīng)典實(shí)在的其余內(nèi)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(zhàn)，主客體兩分也遭到了懷疑。當(dāng)然，不管是量子論還是相對(duì)論，都有各自的觀測(cè)證據(jù)給予支持，所以只有一種可能，即兩者都是對(duì)的。應(yīng)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(duì)論和量子力學(xué)的結(jié)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(duì)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(jù)相對(duì)論，存在一種由大質(zhì)量物體坍縮而成的具有無窮大質(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(duì)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(rèn)為它們處在一個(gè)數(shù)學(xué)點(diǎn)上。但是，一個(gè)數(shù)學(xué)點(diǎn)在物理學(xué)上是不可能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵诰嚯x數(shù)學(xué)點(diǎn)電荷無限小的地方，會(huì)有無窮大的電場(chǎng)強(qiáng)度，也會(huì)有無窮大的引力?；堇瞻哑纥c(diǎn)稱為物理學(xué)身體中惱人的刺（［1］，p.236），“亞里斯多德說大自然厭惡真空，我相信大自然厭惡奇點(diǎn)。” （［1］，p.229）惠勒相信，如果對(duì)奇點(diǎn)內(nèi)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(qiáng)。如果質(zhì)子是一個(gè)真的點(diǎn)，當(dāng)你接觸到這個(gè)質(zhì)子的時(shí)候，其電磁場(chǎng)將變得無窮大。但是事實(shí)并非如此，質(zhì)子有一個(gè)有限的尺度。它有結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在質(zhì)子之外的任何地方，其電磁場(chǎng)的強(qiáng)度同質(zhì)子真是一個(gè)點(diǎn)的時(shí)候是一樣的。但是當(dāng)你進(jìn)入質(zhì)子內(nèi)部，就發(fā)現(xiàn)其電磁場(chǎng)只是變得很大而已，并不是無窮大。質(zhì)子的尺度和結(jié)構(gòu)為場(chǎng)的強(qiáng)度加了一個(gè)限制。當(dāng)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)過程中，我推斷，將會(huì)改變廣義相對(duì)論的預(yù)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法坍縮的灰燼。（［1］，p.229）

　　奇點(diǎn)處于物理世界和數(shù)學(xué)表述之間的交界點(diǎn)上，屬于符號(hào)實(shí)在（4），在感知實(shí)在中并沒有對(duì)應(yīng)的元素。按照惠勒的觀點(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(duì)應(yīng)的實(shí)在的裂痕。

　　通過把理論推向極端，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)的裂痕可能隱藏在哪里。在20世紀(jì)早期，例如，當(dāng)在大尺度世界中完美無瑕的牛頓運(yùn)動(dòng)理論應(yīng)用到單個(gè)原子內(nèi)部這樣的小尺度世界時(shí)，它失敗了。終有一天，在廣義相對(duì)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(xiàn)出來。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(xiàn)某些新的奇異景象。（［1］，p.232）

　　這種理論結(jié)構(gòu)的裂痕正對(duì)應(yīng)（符號(hào)）實(shí)在結(jié)構(gòu)的裂痕?；堇胀ㄟ^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)。“你要找到證據(jù)表明組成晶體的物質(zhì)實(shí)際上是不連續(xù)的，最好的辦法莫過于讓晶體裂開。你要看出一塊布并非連續(xù)的質(zhì)料而是由線編織成的，最好的辦法莫過于去觀察布的邊緣。同樣，你若希望揭示空間和時(shí)間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其極端條件就是大爆炸和大坍縮。總之，我們不認(rèn)為宇宙是永恒地持續(xù)著的，它在某個(gè)時(shí)刻開始，而在另一個(gè)時(shí)候?qū)w于消失。”［B ］
　　在惠勒看來，把理論推到極端是物理學(xué)家的責(zé)任?！拔覀兾锢韺W(xué)家應(yīng)該想的是，這些極端的行為可能在哪里出現(xiàn)，并去找到它。”（［1］，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(jù)其發(fā)音，姑譯為“真子”?；堇諏?duì)真子的提出有過如下描述：

　　牛頓的第三定律在我關(guān)于廣義相對(duì)論的第一本書中扮演了一個(gè)角色。愛因斯坦理論的三個(gè)重大證據(jù)之一是光線被太陽偏折。當(dāng)我在1953年春天開設(shè)相對(duì)論課程時(shí)，我開始想，如果光被引力作用，引力也一定被光所作用。也就是說，光不僅僅響應(yīng)引力；而且也產(chǎn)生引力。這本身并不是一個(gè)新的想法。愛因斯坦已經(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(yīng)該是引力源。我所作的不過是把這個(gè)思想推到一個(gè)極端。那么，需要多少光，我自問，才能產(chǎn)生這樣大的引力，使其自身都被束縛住呢？經(jīng)過太陽的星光發(fā)生了小的偏轉(zhuǎn)。不難計(jì)算，如果太陽被代之以具有足夠質(zhì)量的某種東西（但大小一樣），光線將會(huì)彎曲，就像衛(wèi)星環(huán)繞地球一樣，圍繞那個(gè)東西轉(zhuǎn)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，讓光的密度達(dá)到其自身能夠產(chǎn)生同樣引力場(chǎng)強(qiáng)度的程度呢？那樣，光將會(huì)不停地轉(zhuǎn)圈，被其自身產(chǎn)生的引力囚禁在軌道上。沒有必要存在一個(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(gòu)成的引力體，我稱之為真子。現(xiàn)在還沒有發(fā)現(xiàn)真子在自然中存在的證據(jù)，隨后我將說明真子是不穩(wěn)定的——如果它們?cè)?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(yīng)該有種辦法，使所有開放給它的可能性都獲得實(shí)現(xiàn)。或許，真子在宇宙的早期曾經(jīng)短暫地存在過；或許它們?cè)诮裉斓挠钪嬉材芩采矞?；或許（如我和我的幾個(gè)學(xué)生最近設(shè)想的），它們?yōu)楹诙吹膭?chuàng)生提供了一個(gè)舞臺(tái)。（［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?guī)淼拇碳ず团d奮。
　　1954年，惠勒對(duì)經(jīng)典真子進(jìn)行了討論。所謂“經(jīng)典的”，就是量子效應(yīng)可以忽略的。經(jīng)過計(jì)算，一個(gè)最小的純經(jīng)典真子具有炸面圈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其尺度相當(dāng)于一個(gè)太陽，質(zhì)量是一億個(gè)太陽的量級(jí)。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)在中更加沒有任何對(duì)應(yīng)，完全是理論按照自身的邏輯向極端方向推進(jìn)的結(jié)果。然而，按照惠勒的觀點(diǎn)，如果廣義相對(duì)論是一個(gè)正確的理論，真子就應(yīng)該在感知實(shí)在中獲得對(duì)應(yīng)的元素?；堇照J(rèn)為，真子之“大”不應(yīng)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(duì)論這個(gè)漂亮的理論沿著它的可能推向無論怎樣的小巷、無論怎樣的灌木叢，都是一種責(zé)任——更何況興奮了。從另一方面，我相信，一旦量子效應(yīng)被考慮進(jìn)來，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)際上就是圍繞著炸面圈軌道的電磁能量的所等價(jià)的質(zhì)量。惠勒指出：

　　它是“沒有質(zhì)量（物質(zhì)）的質(zhì)量（mass without mass）”，因?yàn)樗灰蕾囉谌魏挝镔|(zhì)粒子。（［1］，p.237）

　　3，沒有質(zhì)量的質(zhì)量，沒有電荷的電荷

　　“沒有什么的什么”，這種說法頗有東方哲學(xué)的色彩?；堇赵?980年代來中國(guó)時(shí)，曾觀看京劇《鳳鳴岐山》，當(dāng)陪同人員解說姜子牙揮舞的旗子上寫的“無”意味著nothing時(shí)，他非常興奮。他認(rèn)為這與其質(zhì)樸性原理有共通之處。
　　沒有質(zhì)量（物質(zhì)）的質(zhì)量，這種說法就把質(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(duì)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。沒有質(zhì)量的質(zhì)量，意味著在這種極限情況下，有可能使質(zhì)量成為一個(gè)導(dǎo)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趣之外，我還有另一個(gè)理由被真子吸引。它們給出了“沒有質(zhì)量的質(zhì)量”。所有物理學(xué)，無論是經(jīng)典物理還是量子物理，在討論點(diǎn)粒子時(shí)都遇到了概念問題。我們認(rèn)為電子、中子和夸克在一個(gè)數(shù)學(xué)的點(diǎn)上存在著；我們認(rèn)為光子在一個(gè)數(shù)學(xué)的點(diǎn)上被創(chuàng)生和吸收。然而我們實(shí)在是無法處理點(diǎn)粒子和點(diǎn)相互作用中隱含的無窮大質(zhì)量密度和無窮大電荷密度。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(shí)別并理解今天看起來是點(diǎn)的東西的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。真子的美，在我看來，就在于它展現(xiàn)了這樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)——當(dāng)然，不是一個(gè)無窮小實(shí)體的結(jié)構(gòu)，而是從很遠(yuǎn)的距離看起來并表現(xiàn)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(gòu)成的真子，惠勒還談?wù)摿饲蛐蔚恼孀雍椭形⒆訕?gòu)成的真子。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(gòu)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(duì)應(yīng)。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(xiàn)的方式?；堇赵颜孀拥脑O(shè)想告訴愛因斯坦，愛因斯坦直覺地認(rèn)為真子是不穩(wěn)定的，這一點(diǎn)被惠勒后來的計(jì)算所證明。真子是一種不穩(wěn)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“沒有質(zhì)量的質(zhì)量”，惠勒還考慮了“沒有電荷的電荷”。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(jù)經(jīng)典物理學(xué)，電荷與電場(chǎng)是密不可分的。電場(chǎng)可以用電力線來表示。電力線從正電荷發(fā)出，最后終止于負(fù)電荷。在這里，電力線和電荷是相互定義的。也可以反過來把正電荷定義為電力線的發(fā)出者，負(fù)電荷定義為電力線的終結(jié)者。因而，如果我們看到一個(gè)區(qū)域發(fā)出了電力線，就可以認(rèn)為這個(gè)區(qū)域相當(dāng)于一個(gè)正電荷。這也是一種相對(duì)性原理。只有我們臨近這個(gè)區(qū)域時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)，這里并沒有一個(gè)正電荷，而只是向外發(fā)出著電力線。那么，這個(gè)區(qū)域就是惠勒所說的“沒有電荷的電荷”。
　　在歐氏空間中，這樣的區(qū)域不會(huì)存在，但是在廣義相對(duì)論的非歐空間中，這樣區(qū)域則完全可能并且應(yīng)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)空間中的電力線就像浴缸中的水，會(huì)流入排水口沿著管道流到另外一個(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(xì)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消失，那么這個(gè)地方就相當(dāng)于一個(gè)負(fù)電荷，與我們所說的真正的負(fù)電荷，一個(gè)電子，在觀測(cè)上不可分辨。同樣，電力線涌出的地方就相當(dāng)于一個(gè)正電荷。這樣的具有浴缸和排水口的空間在拓?fù)鋵W(xué)中被稱為多連通空間，在這種多連通空間中，力線能夠從一個(gè)地方消失又從另一個(gè)地方出現(xiàn)，而沒有結(jié)尾和開頭。

　　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，電力線消失；右邊的洞起到類似負(fù)電荷的作用。從左邊的洞里，電力線產(chǎn)生；左邊的洞起到類似正電荷的作用。平面下面連結(jié)兩個(gè)洞的“把手”為力線提供了一個(gè)連續(xù)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(yuǎn)的觀察者看來，分別產(chǎn)生和吸收力線的兩個(gè)洞，與力線出發(fā)與終止的兩個(gè)粒子，沒有哪個(gè)實(shí)驗(yàn)者能夠把兩者區(qū)分開來。同樣的想法三維中也適用。這個(gè)理論承認(rèn)這樣一種可能性：力線從視野中消失于一個(gè)看起來像一個(gè)負(fù)電荷的地方，并在另一個(gè)地方——可能有幾萬億英里遠(yuǎn)——從一個(gè)看起來像正電荷的地方出現(xiàn)。（［1］，p.240）

　　通過這種方式，惠勒獲得了“沒有電荷的電荷”。

　　后來我把這個(gè)把手命名為“蟲洞（wormhole）”。就是多連通空間中力線得以悄悄消失的通道。蟲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)有著億復(fù)十億蟲洞的空間，有無數(shù)的與點(diǎn)電荷無法區(qū)分的洞口。真正的沒有電荷的電荷。（［1］，p.241）

　　蟲洞（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。最初對(duì)磁的解釋與電相似，認(rèn)為存在物質(zhì)性的“磁荷”，如電荷之有正負(fù)，“磁荷”也分為南北兩性。后來把磁解釋為電流的附屬現(xiàn)象，把磁場(chǎng)的微觀機(jī)制解釋為環(huán)行電流。在這種解釋下，“磁荷”總是成對(duì)出現(xiàn)，不存在磁單極。在蟲洞理論中，正負(fù)電荷也是成對(duì)出現(xiàn)的?；堇瞻l(fā)現(xiàn)，如果所有的電荷都用蟲洞理論來解釋，則宇宙中的每一種類型的正負(fù)電荷數(shù)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測(cè)不符合。在我們目前這個(gè)宇宙中，前者明顯多于后者。
　　蟲洞的穩(wěn)定性也是個(gè)問題。1962年，玻爾在去世前曾有此疑問，當(dāng)時(shí)惠勒和他的研究生Robert Fuller正在考慮這個(gè)問題。結(jié)果，“玻爾的擔(dān)心得到了證實(shí)。蟲洞的直徑會(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)于蟲洞的理論就毫無意義了。但是，惠勒必然要為這種理論的狂歡尋找現(xiàn)實(shí)的依據(jù)。盡管在蟲洞合攏之前連一個(gè)光子都不能通過，但是，在相對(duì)論的世界中，時(shí)間本身也是隨參照系而變的。在蟲洞之外的觀察者看來，蟲洞的合攏可能具有無窮長(zhǎng)的時(shí)間。無窮長(zhǎng)的時(shí)間能發(fā)生什么事情？惠勒提出一種設(shè)想，“在某些情況下，正是陷入蟲洞中的力線的存在，能夠防止蟲洞的坍縮。所以，蟲洞作為理論上的實(shí)體，這種由魔法幻現(xiàn)出來的景象有著非常的活力?！?（［1］，p.241）

　　對(duì)于理論，或者說對(duì)于符號(hào)實(shí)在，惠勒這種頑強(qiáng)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(qiáng)的說法：凡可能是者，必是。有些物理學(xué)家開玩笑地說，自然是個(gè)暴君，凡是它沒有禁止的，就必須出現(xiàn)。
　　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(shè)置的。宇宙中粒子的數(shù)目是有限的，質(zhì)量是有限的，持續(xù)的時(shí)間是有限的——宇宙有一個(gè)開始并很可能有一個(gè)結(jié)束。因而，并不是任何理論所制造的無數(shù)預(yù)言中的每一個(gè)都可能實(shí)現(xiàn)。然而，我仍然堅(jiān)持這樣的信念，即所有的重大性質(zhì)都會(huì)實(shí)現(xiàn)。如果相對(duì)論是正確的，如果它允許蟲洞，那么，必然在有那樣一個(gè)地方，那樣一個(gè)時(shí)刻，蟲洞存在——或者說，我愿意這樣相信。（［1］，p.241）

4，量子泡沫

　　在相對(duì)論無法奏效的時(shí)候，量子理論就會(huì)出現(xiàn)。
　　惠勒本人是從量子理論進(jìn)入廣義相對(duì)論的，使用量子理論更加得心應(yīng)手。在討論真子時(shí)，他就想到，如果考慮到量子效應(yīng)，則會(huì)有很小的真子。同樣，他相信，量子力學(xué)可能支持蟲洞的存在。

　　1928年，狄拉克提出的相對(duì)論性電子運(yùn)動(dòng)方程預(yù)言了正電子及反粒子的存在，這導(dǎo)致真空的意義發(fā)生了變化。真空不再是虛無的空間，而是負(fù)能態(tài)恰好被填滿的狀態(tài)，或者說，是正反粒子恰好平衡的狀態(tài)。真空既然并非空無一物，必然不是穩(wěn)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(xù)漲落。真空的漲落表現(xiàn)為正反粒子不斷產(chǎn)生和湮滅。根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，區(qū)域越小，漲落越大。時(shí)間和能量是一對(duì)滿足測(cè)不準(zhǔn)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)電子的周圍環(huán)繞著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(jié)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。
　　然后，當(dāng)我們退回到大尺度空間，用低能量的顯微鏡來觀察，一切變得簡(jiǎn)單而有秩序。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看，那兒有一個(gè)孤單的電子，具有一個(gè)單位的負(fù)電荷，有特定的質(zhì)量和自旋，看起來處身于偉大的孤獨(dú)之中。然而，如果我測(cè)量它的磁矩（由于其自旋電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度），我們發(fā)現(xiàn)，這不是由原始狄拉克孤立電子理論所預(yù)言的那個(gè)值，而是那個(gè)值的1.001159652倍。蜂擁而來的虛幻粒子成了電子的隨員，盡管看不見，但是我們知道它們?cè)谀莾骸Ｉ踔猎谶h(yuǎn)離電子的地方，也在電子的磁場(chǎng)上留下了不容否認(rèn)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(dāng)然只存在于符號(hào)實(shí)在之中，事實(shí)上，我們永遠(yuǎn)也不可能對(duì)這樣的尺度有真正的視覺經(jīng)驗(yàn)。這個(gè)描述給出了我們想象極微觀世界的一種方式。這個(gè)想象我們可以在另一種場(chǎng)景找到對(duì)應(yīng)。當(dāng)我們?cè)陲w機(jī)上俯瞰大海，海面看起來平坦如鏡。隨著高度的降低，如鏡的海面逐漸有了細(xì)節(jié)，有了漣漪。再向下，會(huì)出現(xiàn)波浪。等到臨近水面時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)急流、旋渦、水的泡沫。從不同的尺度觀察，就會(huì)有不同的景象。當(dāng)我們深入實(shí)在的深處，發(fā)現(xiàn)實(shí)在呈現(xiàn)出遠(yuǎn)距離觀測(cè)所無法想象的情景。但是，這種完全由理論所推斷的結(jié)果是否真的是實(shí)在本身？當(dāng)我們這樣問的時(shí)候，仍然假設(shè)了一種預(yù)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(duì)論之初，就在考慮廣義相對(duì)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(yīng)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(xiàn)，在考慮了量子現(xiàn)象之后，空間和時(shí)間都在小區(qū)域內(nèi)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(qū)域中應(yīng)該不僅僅是“崎嶇坎坷”，不僅僅是曲率飄忽游蕩；它應(yīng)該碎化成動(dòng)蕩不停的多連通幾何。在非常小的區(qū)域非常短的瞬間，蟲洞應(yīng)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?cè)俅文闷鸺傧氲娘@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(dāng)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(nèi)；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(yù)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(yīng)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）

　　沿著這種思想繼續(xù)下去，惠勒深入到更微小的尺度，深入到普朗克長(zhǎng)度的量級(jí)。
　　所謂普朗克長(zhǎng)度（6）是普朗克用一些基本物理常數(shù)，包括引力常數(shù)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(shù)h湊出來的一個(gè)具有長(zhǎng)度量綱的量?！八恢肋@個(gè)長(zhǎng)度代表什么，但是他相信這是一個(gè)‘自然的’長(zhǎng)度，比任何建立在我們?nèi)粘Ｊ澜缰兴姷目腕w的長(zhǎng)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(shù)的意義在惠勒與Misner的討論中浮現(xiàn)出來，他們認(rèn)為：“正是這個(gè)‘普朗克長(zhǎng)度’設(shè)定了空時(shí)的量子起伏的尺度。”
　　普朗克長(zhǎng)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(zhǎng)度。如果讓這樣一串小球連起來橫跨質(zhì)子的直徑，球的數(shù)目就會(huì)和連起來橫跨新澤西的質(zhì)子數(shù)目一樣多。把100,000個(gè)質(zhì)子排列起來，是一個(gè)原子的尺度；把一百萬個(gè)原子排列起來，可以從這個(gè)句子末端那個(gè)句號(hào)的一端到另一端。不需要告訴你要用多少個(gè)句號(hào)橫跨新澤西。相對(duì)于普朗克長(zhǎng)度來說，甚至我們稱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(zhuǎn)到錢上，一便士之于美國(guó)年度財(cái)政預(yù)算是一個(gè)普朗克長(zhǎng)度之于質(zhì)子線度的一百萬倍。（［1］，p.247）

  　對(duì)應(yīng)于“普朗克長(zhǎng)度”，還有一個(gè)“普朗克時(shí)間”。這是光走過普朗克長(zhǎng)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(shù)目比我們手表中的石英晶體在宇宙壽命期間振動(dòng)的數(shù)目還要多幾十億倍。普朗克時(shí)間短得無法看到——但是并沒有短得無法思考！如果在普朗克長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)生某些有趣的事情，就會(huì)在普朗克時(shí)間內(nèi)發(fā)生。”（［1］，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(qū)域，在抵達(dá)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(dá)普朗克長(zhǎng)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。蟲洞無非是這種畸變的一個(gè)簡(jiǎn)單表現(xiàn)。這種起伏是如此巨大，以至于無法就字面的意義談左和右，前和后。長(zhǎng)度的通常意義消失了，時(shí)間的通常意義也揮發(fā)了。對(duì)于這種狀態(tài)，我找不出比量子泡沫更好的詞來命名它。（［1］，pp.247－248）

　　普朗克長(zhǎng)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(jié)論。因而，普朗克長(zhǎng)度也就是符號(hào)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(yīng)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(guī)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)是否無限可分在中國(guó)曾引起很大的哲學(xué)爭(zhēng)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(zhǎng)度作為終點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)在的物理學(xué)，在這一尺度之下已經(jīng)不可能再有任何結(jié)構(gòu)。
　　實(shí)在于理論的極限處呈現(xiàn)出它的裂痕。

5，尾聲

　　真子、蟲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)在的基本問題，它們即使物理的，又是哲學(xué)的。按照惠勒的觀點(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(rèn)為，實(shí)在是由觀測(cè)的鐵柱和其間填充的理論和想象構(gòu)成的（7）。我們所能夠認(rèn)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(xiàn)出了它的裂痕。
　
　　惠勒今年93歲，正在普林斯頓安度晚年。他過去的學(xué)生，美國(guó)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(jù)Ford給我發(fā)來的電子郵件說，惠勒每周還堅(jiān)持去辦公室一次。雖然年邁，仍然沒有停止思想，仍然從物理學(xué)的角度關(guān)注實(shí)在問題。
　　2000年是量子理論問世一百周年，惠勒也寫了一篇文章《量子何為？——量子物理的榮耀與恥辱》［D ］表示紀(jì)念。文中他再次談到他思索半生的存在之謎，他說：
　　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(jì)算機(jī)技術(shù)、天文學(xué)和宇宙學(xué)的理論基礎(chǔ)。然而，如此值得自豪的基礎(chǔ)，卻仍不能知道其自身的基礎(chǔ)。我們可以相信，我確實(shí)相信，對(duì)于“量子何為”這個(gè)問題的回答也將被證明是對(duì)“存在何為”這個(gè)問題的回答。
　　2001年初，惠勒在給筆者的電子郵件中又一次談到他對(duì)量子理論的評(píng)價(jià)：“未來的物理學(xué)應(yīng)該來自于我們對(duì)量子理論更深入的理解，而不是來自對(duì)量子理論的評(píng)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，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(xù)。在論文的寫作和答辯中，除劉吉、金吾倫兩位導(dǎo)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(guó)盛、劉華杰、方在慶、袁江洋等先生的建議和批評(píng)，特此致謝。另外，此項(xiàng)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(xiàn)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?yàn)榭茖W(xué)哲學(xué)、科學(xué)傳播、科學(xué)人類學(xué)和科學(xué)思想史。
(2) 本文作者對(duì)此有系統(tǒng)的介紹。參見：田松，延遲選擇實(shí)驗(yàn)及其引發(fā)的實(shí)在問題，自然辯證法研究，2004年第5期。
(3) 書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(hào)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)單的說明，不作詳細(xì)論述。本體實(shí)在是一個(gè)假設(shè)的實(shí)在的本體，相當(dāng)于康德的物自體；感知實(shí)在是人類感知元素的集合；符號(hào)實(shí)在是包括語言在內(nèi)的各種符號(hào)體系的集合。
(5) 蟲洞不一定與電荷有關(guān)。從廣義相對(duì)論出發(fā)，也可以得到超空間中的蟲洞。關(guān)于這個(gè)問題，惠勒的學(xué)生基普·索恩在《黑洞與時(shí)間彎曲》中有過很多討論。參見：基普·索恩. 黑洞與時(shí)間彎曲. 李泳譯. 長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000。此外，蟲洞是目前物理上唯一允許時(shí)間旅行的通道。參見：加來道雄. 超越時(shí)空——通過平行宇宙、時(shí)間卷曲和第十維度的科學(xué)之旅. 上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?999，第284頁。
(6) 由于惠勒對(duì)普朗克長(zhǎng)度的重新闡釋，基普·索恩將這一長(zhǎng)度稱為普朗克—惠勒長(zhǎng)度。其平方為普朗克—惠勒面積。
(7) 參見：田松，所見即所能見，哲學(xué)研究，2004年第二期