這個世界是真實的嗎？

程度:	高中
閱讀時間:	約 30分鐘

摘自︰（德國） Stefan Klein（斯特凡·克萊因）"Das All und das Nichts. Von der Schönheit des Universums"（詩意的宇宙）2017 版第六章 及陳軼榮的譯本

一把錘子砸到大拇指，
但錘子和其他所有物質一樣，是由虛空組成的。
為什麼這虛空的東西能帶來如此強烈的疼痛？
以及：虛無真的存在嗎？



當我說「無」這個字的時候，
我創造了任何非存在都無法容納的東西。

——維斯瓦娃·辛波絲卡（Wisława Szymborska)

在某部史上非常成功的電影裡，人類不過是虛擬世界的犧牲品。他們的房子直插雲霄，街上人來人往，男男女女的觸感和氣味都如同真的一樣。在那個世界裡，人們也會建立友誼，同事、伴侶之間也會爭吵──和我們現在生活的世界沒什麼兩樣。在電影中，只有少數人知道真相：這個世界裡的房子和街道連實體佈景都算不上，周圍的人也不是真人。人類所體驗的一切只存在於所謂的矩陣之中，影片中的矩陣是能夠模擬現實的巨型計算機程序。憑藉這個程序，全能的機器把智人（Homo sapiens）變成了可以隨意擺佈的奴隸。

《22世紀殺人網絡》（Matrix）及兩部續集的票房狂收超過十億美元，肯定不能簡單地用人們對越來越依賴電腦這一趨勢感到憂慮來解釋。我也覺得這些電影令人不安，我當然不認為電腦會設計陷害人類，即使一些當代哲學家以接近確定的機率證明，我們都生活在一個「後人類文明」設計的虛擬實境中〈因習以為常〉而不自知，但我還是不信。

當然，我並不認為我們的所見所感就是現實，我也不是第一個有這種懷疑的人。古老的文明早就提出，這個世界可能是虛幻的。距今將近三千年的印度哲學經書就已經涉及了這個問題。好萊塢電影裡所謂的「矩陣」在《吠陀經》（Veda）裡叫作「摩耶」（Māyā）－意為難以看穿的幻象，幻象的背後蘊藏著一個完全不同的現實，或者說根本不存在什麼現實。之後的佛教則認為空才是真實，我們周圍的事物與軀體不是實體，它們通過認知過程產生，只存在於我們的心靈中。所有感受不過是一場夢，而且大多數人並不會從這個夢中醒來。古希臘的思想家也有類似的觀點。這些東西方的思想家都不約而同地認為，人生最值得追求的目標就是把自己從這種幻像中解脫出來。

不過，對真實世界的懷疑並沒有讓我們夜不能寐，因為周遭實實在在的東西總會使我們心安理得。雖然我們有時會懷疑世界是否真的和我們感受到的一樣，但這樣的想法也無法長期扺擋我們的感官知覺。畢竟，我們真真切切地看見、觸到、嗅到了周遭世界。因此，過了一會兒，經驗就戰勝了懷疑。紐約哲學家西德尼·摩根貝沙（Sidney Morgenbesser）曾被問到一個問題：世界為什麼一定要有物存在，而非一無所有？「我會告訴你原因，」他回答。 「如果什麼都沒有，你還是會抱怨的。」

用「顯而易見」來推搪這種懷疑，並不能根除內心深處的疑惑。所以當我們看到《駭客任務》這類電影時，內心會受到觸動，心中的疑惑隨之慢慢浮了上來。透過尼奧（Neo）的雙眼，我們看到電影營造的世界，並且目不轉睛地跟著他拆穿所謂日常經驗的假面，最終進入矩陣的程式碼之中。這時我們不禁設想，我們自己是否也經歷著同樣的事情呢？我們自以為的真實或許只是個夢幻泡影。當然，製造這種夢幻泡影的不一定是電腦，也可能是其他的一些什麼。看過這部電影後，一些畫面在我的腦海中久久不散，甚至讓我聯想到一些物理學知識。人類會藉助切實存在的物質，來消解對這個世界的疑惑：我們認為，雙手觸摸到的桌子是結實的、穩當的，所以毫無疑問也是真實的。但當當我們更深入地觀察物質時，就會看到它們層層分解，失去了我們所熟悉的每一種特質。

所以物質本身是一種幻像嗎？但誰或什麼能保證世界不只是幻像呢？顯然，我們值得花時間更仔細地審視這個問題。

當我坐在椅子上時，椅子承受著我身體的重量；當我把手放在桌上時，我能夠感受到桌面對手所產生的作用力。所有的物品都有體積、質量和形狀，能夠對受到的力產生反作用力。看起來，我們身邊的物體都是如此，即使是空氣也會在我行走的過程中被推開。被錘子砸到大拇指的人看著自己已經發青的指甲蓋，應該很難相信錘子只存在於他們的意識當中。

錘子是物質的，是紮紮實實的。它和地球上其它物件一樣都由原子組成，原子的真實性不容置疑。近幾年，人類甚至能夠在掃描穿隧顯微鏡 (scanning tunnel microscope) 裡看到它們顯示為雲霧形狀。在構成錘子的鐵晶體之中，原子們如同士兵一樣整齊地排列著。

但原子又是什麼呢？真正的雲是由水蒸氣、小水珠和冰晶組成的。但在雲霧狀的原子殼層中幾乎什麼都沒有，只有幾個電子來回穿梭。在鐵原子裡，這樣的電子一共有 26 個。原子在其他的地方都是空的，只在正中央有一個原子核，這個原子核小得幾乎看不見，相較之下，原子殼層的雲霧顯得巨大無比。假如 把原子核比喻成蚊子的話，那麼原子殼層就像是偌大的音樂廳。

在這個巨大的建築中，我們幾乎找不到蚊子的蹤影。那麼，在這音樂廳和蚊子之間究竟存在著什麼呢？在原子殼層中，除了電子和原子核，還存在著什麼？在錘子裡，又存在著什麼？答案是真空的空間，是虛空。可是，那充斥著虛空的錘子為什麼會讓人產生如此強烈的痛感呢？

把原子比喻為空曠的音樂廳，這是歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）首創的。他第一個發現了看似結實的物體內部其實是虛空的，他把這項發現描述為「我一生中最不可思議的經歷」。盧瑟福是史上貢獻最大的實驗物理學家之一，他於 1871 年出生在紐西蘭最南端的一個農村家庭，在 12 個孩子中排行第四，大學畢業後，他乘坐蒸汽輪船前往英國，在劍橋大學開啟了探索放射性物質奧秘的旅程。他遠比同行早得多已意識到放射性研究將會導致的後果。 1903 年，他就描述了原子核內部能夠釋放的巨大能量。他寫道，如果能夠成功引發連鎖反應，就可以「使這個古老的地球灰飛煙滅」。

1911 年，盧瑟福與德國同事漢斯·蓋革（Hans Geiger）一起完成了關鍵性實驗。漢斯·蓋革後來發明了能夠用來探測電離輻射強度的蓋革計數器 (Geiger counter)。兩位物理學家在那場實驗中用氦核粒子轟擊金箔，過程中，幾乎所有的粒子都穿過了金箔，就彷彿金箔不存在一樣。這就好像在整個實驗𥚃，蓋革和盧瑟福都在對著一個空曠的空間射擊。每兩萬次轟擊中，只有一個粒子被擋回來，而且反彈力度相當之大。從這個令人驚訝的結果中，盧瑟福得出了三個結論：第一，被彈回的粒子都擊中了金的原子核；第二，金箔幾乎全部的質量都集中在微小的原子核上，電子遊走的原子殼層決定了金原子的體積，幾乎不影響原子的質量——也就是說，這隻蚊子的質量比整個音樂廳大上千倍；第三，這個如同雲霧般包裹著原子的巨大殼層裡面幾乎什麼也沒有。由此可見，大多數日常物體就如同星系之間的外太空一般空虛。

然而，盧瑟福認為至少原子核是實實在在的，能把粒子彈回來的一定是某種結實的東西。但在這一點上，盧瑟福錯了，原子核的內部其實也是空的。今天，盧瑟福的知識繼承者──粒子物理學家利用轟擊使原子核解體。粒子會透過巨大的加速器，來獲得必要的轟擊速度。例如，位於日內瓦的歐洲核子研究組織（CERN）擁有一個長達 16 英里的環形隧道，被認為是人類有史以來建造的最大機器。我曾經造訪該組織多次，在那個岩層深處的洞穴裡，那裡的粒子探測器向上伸展到摩天大樓的高度，我覺得自己如此渺小，這感覺是在任何其他建築包括金字塔跟前都不曾有過的。

這些探測器證實了，那些看似結實的原子核其實也是由更基本的粒子組成的，這種粒子就是夸克。因此，原子核其實也是一團雲霧，而不是堅固的結構。雲霧中有一些夸克在穿梭，而夸克之間也都是虛空的。

所以，整個原子其實都是虛空的。儘管殼層中的電子和雲層中的夸克無疑存在，它們也不佔據空間，加速器也測不出它們的體積。人類難以想像出這種沒有體積的東西並不奇怪，早在物理學家於二十世紀上半葉開始研究原子時，他們就不斷地遭遇這類悖論。當人類不經意地嘗試用日常看待事物的方式來看另一種性質完全不同的現實中時，這矛盾的悖論就出現了。根據日常的眼光，我們把基本粒子看成小球：因為日常經驗告訴我們，物體都很實在，需要佔據空間，同理原子也該如此。這好比在貝爾塔·本茨（世界上第一輛實用汽車的設計者卡爾·本茨的妻子）開上她丈夫的車停在旅館外時，旅館老闆問要給馬吃什麼。

物質的真實性狀與我們體會到的完全不同，它們的組成成分沒有固定的外形。基本粒子也不是小球，而是一種能態，它們就像真空中突然閃現的火光。英國物理學家詹姆士‧金斯（James Jeans）曾寫道：「討論電子佔據了多少空間，可能就像討論恐懼、焦慮或不確定性佔據了多少空間一樣，毫無意義。」也許我們可以把這些基本粒子想像成由無限細的鉛筆尖在空間裡不斷輕點所畫出的點，這些點不斷移動，來來回回。而那些在我們的感受中有血有肉的物體，其實就是這些虛空中用鉛筆點出的游移輪廓──就像是描畫本上引導兒童連線的小數字一樣。

在這些舞動的數字之間還遊走著其他一些粒子。只有這樣，原子的組成部分之間才能建立連結。在原子核與原子殼層的電子之間進行交換的是光子，也就是光的基本粒子。光子是純粹的能量，它們傳遞電磁力。

這一切是如何發生的呢？在本書第一章中提到薔薇之美的理查德·費曼（Richard Feynman）非常形象化地描述了這種不同粒子之間的相互作用：當一個電子釋放能量時，就會產生一個光子。這個光子會獲得電子失去的那部分能量，它可以飛向原子核並將能量傳輸給它。當原子核接收了這部分能量，光子就消失了。不過，該原子核現在可以發射能量，吐出一個光子，送到電子那裡去。透過光子的相互交換，原子核和電子就彼此聯結在了一起。這樣的場景可以轉譯成了物理學家日常計算中使用的公式。

因此，光子的交換產生了秩序，就像足球場上一旦開球就會產生秩序一樣，兩隊球員自動佔據最適合傳球或接球的位置。光子在原子中的作用就像是綠茵場上的一顆足球——它決定了合適的間距以及整個傳遞過程的空間範圍。它也透過電磁力的作用使原子聚合在一起，從而產生雲、水滴和晶體。是光子創造了秩序。

這就是為什麼我們有一種錯覺，以為自己活在一個由各種實在物體組成的世界裡。由於這些本身並沒有形態和體積的粒子彼此建構立了聯繫，所以虛空就有了形狀。由於這些幽靈般飄忽的物體之間的聯結，我們感受到那把鐵鎚和我們的大拇指都是空間實體。進一步地，這種連結也使我們在被錘子砸到後產生了痛覺。由於鐵錘內部的粒子之間以及手指內部的粒子之間都存在著強烈的聯結，所以，鐵鎚裡的虛空是無法輕易穿透大拇指內的虛空。

然而，在我們抓起鐵鎚的時候，不僅能夠感受到它的體積，還能夠感受到它的質量或重量。因此我們需要用力才能將鐵鎚砸向釘子。當我們不小心敲偏而砸到手指的時候，鐵鎚的質量就會帶來痛覺。

那麼，質量又是從哪裡來的呢？鐵鎚是由沒有體積的粒子聚合而成的。如何將質量塞進這樣無實體的東西𥚃呢？沒有人會真的把光子或痛感放到天平上稱量。但這些粒子之間已經建立了聯結，而每個聯結都蘊藏能量。比如，電子和原子核之間的鍵能包含在將兩者結合在一起的光子中。正如愛因斯坦所說，每一份能量都有相應的質量，因此，這些相互聯結的幽靈般的粒子就有了質量。

毫無疑問，當中最強烈的聯結存在於原子核中。在那裡面，膠子（gluon）在夸克之間來回穿梭，就像光子在原子核和電子之間充當中介一樣。在原子彈爆炸的過程中，膠子的部分巨大能量被釋放出來。膠子的能量以質量的形式為我們所感知，例如當我們舉起一個物體，或大力將錘子砸向目標物時。但我們所體驗到的這種能量並不總是存在，它只有在粒子之間建立起聯結以後才會出現。

事實上，粒子確實有自己的質量。然而，與它們的鍵合產生的質量相比，它小很多。如果可以將組成鐵鎚的所有夸克和電子都上秤稱重的話，它們加在一起就只有一張紙的的質量。可即使我們幾乎感覺不到鐵鎚裡頭這些粒子的質量，還是不能簡單地忽視它們。因為那幾克是決定性的：正是因為夸克和電子本身俱有質量，它們才能彼此產生聯結；它們的質量使得粒子「重」並且抵抗加速。否則，沒有質量的夸克和電子將會以光的速度彼此擦肩而過，最終無法形成原子。

但是沒有體積的粒子為什麼會有質量呢？這個問題困擾了物理學家數十年。直到 2012 年，人們藉助日內瓦的粒子加速器才解開了這個謎團。為此，研究人員也對加速器進行了升級，使得該設備能夠產生難以想像的能量密度：它可以在百萬分之一克的質子內部匯集足以熔化一噸銅塊的能量。透過該設備的加速，粒子能夠以 99.999999% 的光速穿過幾乎完全真空的環境。環形隧道中的超真空管內部的氣壓比月球上的氣壓還要低十倍。

粒子物理學家發現，所謂的真空並不是絕對的虛空，這個空白被物理學家稱為希格斯場的東西所填補。這是以蘇格蘭物理學家希格斯的名字命名的。希格斯場與一切我們所知的事物都不相同，它能完全被光穿透，沒有形狀，無法直接檢測到，但卻無所不在。

我們可以把希格斯場比喻成一片巨大無比的積雪平原。在昏暗的光線下徒步穿越這片雪原是無法感受到具體的雪──他只能看到一片漫無邊際的白色。同理，我們既無法感知也無法測量希格斯場，因為它均勻而完整地包圍著我們。但雪原上的行人每走一步，都一定能感受到當腿腳陷入雪中時雪原產生的阻力。希格斯場以同樣的方式阻礙著粒子的運動。這讓它們變得「沉重」。

當日內瓦的物理學家向全世界公佈他們的發現時，新聞報導大多談論的並不是希格斯場的發現，而是「希格斯玻色子」的發現。希格斯玻色子就像是大雪裡的片片雪花：均勻廣闊中的微小結構。與希格斯場不同的是，它是可以證明的。這就是歐洲核子研究組織成功做到的。

值得為此花費超過一百億歐元嗎？答案是肯定的。研究人員透過掌握希格斯玻色子的衰變特徵和痕跡中，最終發現了它，並證實了粒子理論家的理論是正確的，也同時證明了看不見的希格斯場是真實存在的。因此，我們也知道物質粒子從哪裡獲得質量，即使它們本身沒有質量。夸克或電子想要運動，就像在雪中行走一樣，希格斯場為其提供阻力，粒子就會變得「重」。阻力會讓我們以為粒子是有質量的，但事實上，我們感受到的是虛空的黏度。

此外，希格斯玻色子也解釋了為什麼並非所有粒子都同樣重：希格斯場對某些粒子的阻力大，對另一些粒子的阻力小。這就好比滑雪者可以快速地滑過雪原，穿靴子的健行者卻只能在過膝的雪地裡深一腳淺一腳地緩行，而飛行的鳥兒則可以在雪原上空倏忽而過，根本不受任何牽絆。電子就像滑雪者，夸克就像徒步者，而光子就像天空中的鳥兒。因此，電子的質量很小，夸克的質量很大，而光子則根本沒有質量。但正是得益於希格斯場的這種性質，世界上才可能產生穩定的物質。不過，希格斯玻色子本身並非物質，而是真空的產物。

這個非凡的場在宇宙大爆炸後的膨脹與冷卻階段形成的。在那之前，宇宙處於難以想像的高溫之中，希格斯場也顯得無限的輕柔，不會產生任何阻力。所有的粒子都能以光速飛行其間，所以它們既沒有質量，也不存在彼此的聯結，每一個粒子都是獨來獨往的。不過，就像水冷卻後會變成雪花和冰塊一樣，希格斯場也慢慢變得黏稠。在這之後，根據希格斯場對不同粒子的不同阻力，基本粒子之間的差異就出現了。這種透過真空產生的阻力，我們稱之為質量。正是因為這種阻力的存在，宇宙中才會產生各種形狀各異的物質。正是日內瓦昂貴的實驗告訴我們：我們的存在歸功於虛空的靈機一閃。

那麼，這個世界是真實的嗎？不管最終的答案是什麼，它的構成方式都與我們體會到的截然不同。我們確實是生活在一個「矩陣」之中。但我們並不是全能電腦創造的幻象的受害者，相反，那是人類出於必要創造了周遭的幻象，為的是不至於在這個錯綜複雜、令人費解的世界之中迷失、徬徨。

戈特弗里德·威廉·萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）一定會因為上述發現而感到高興的。這位曾於 1700 年前後為漢諾威公爵管理圖書館的天才哲學家、數學家、發明家，也是德國史上最傑出的思想家之一，他曾提出：「為什麼會有事物存在，而不是一無所有？」出於對他的敬佩，甚至有一款德國的奶油餅乾也是以他的名字命名的。萊布尼茲幾乎能解答所有問題，他還發明了乘法器，建構了自己的哲學體系，並與同時代的艾薩克·牛頓的競爭中奠定了近代物理學的基礎。

他曾寫道，關於世界為何存在的問題，是「人類首先值得一問的問題」。而面對這個問題，他卻啞口無言。「因為，無比有簡單和容易得多。」

不過，萊布尼茲只能將虛空看作絕對的真空。他沒有意識到，反思一切都不存在的情況是毫無意義的。因為在這種情況下，你必須預設存在某些不存在的東西。這樣一來，這個定義本身就自相矛盾了。萊布尼茨所設想的無所不包的「虛空」，就好比獨角獸守護著一個沒有任何獨角獸的宇宙。

就像物質與我們所設想的完全不同那樣，虛空與我們的理解也不同。虛空並不是絕對真空的狀態，而是一種無形的狀態 (formlessness)。虛空，是一個還未開演的舞台，是一切都有可能出現的空間。我們所經歷的一切都是這個舞台上的一齣戲──無中有序，一閃而過。這些有序的事物，我們稱之為鐵鎚、大拇指、地球、天空、男人和女人。