Question

没有这三个科学概念，宇宙或许不复存在。

Answer 1

经常看无眠文章的朋友肯定了解，除了关于文艺和电影，科技也是无眠非常感兴趣的领域。前一段时间为了纪念伟大的理论物理学家霍金，无眠分三期向大家介绍了他研究的主要对象——黑洞。而上一期，无眠简要回顾了一下电影中的人工智能，也算是普及了科学知识。

不可否认，人类文明发展至今取得了辉煌的成就，尤其在科技领域更是光芒万丈。理论方面，相对论、量子论的创立，混沌理论、M理论等等理论假说的建立让人叹为观止。技术方面，目前人类已经开启了火星之旅，人工智能和基因技术更是突飞猛进。

众所周知，伟大的科学技术是建立在复杂的理论基础上的，而复杂的理论却有着简单而深刻的理论基石。你肯定知道万有引力定律、能量守恒定律，也许听说过热力学三大定律、爱因斯坦质能方程式，还可能听说过不确定性原理、薛定谔方程、普朗克常数等等。

其实，在种种基础的科学理论之后，存在着三个最基本也最不为一般人所知的概念，这三个概念如同三座基石，几乎支撑着人类目前所有的科技认知。这一期，无眠就想介绍一下这三大基石。

实在性（客观实在性）原本是一个哲学概念，在形而上学的范畴中，实在性是指物质的唯一特性是客观实在的。客体（物质）并不是主体（精神）派生出来的，它自身是外在于主体的存在。用大家听得懂的话说就是：物质是实实在在存在的，并非幻影也不是虚空。

科学研究的主要对象正是这种客观实在，物质的实在性也是千百年来科学家们坚定的信仰，即便是信仰宗教的科学家，也不否认上帝所创造的世界是客观存在的（支持实在性未必是唯物主义）。否则，若世界只是主体产生的某种幻影，科学的合理性将受到质疑，科学也就失去了存在的意义。

目前也有些学者在研究量子力学、超弦理论等前沿物理理论中发现了其与佛教教义在某些方面的相似之处，似乎宇宙的本质当真是“如梦幻泡影”。当然，这只不过是学者们茶余饭后彰显自己博学的谈资而已。

因果律非常好理解，世间万物有因有果，而且先因后果。事物之间相互作用，是原因产生了结果，而不是相反。中国有句俗语叫做“种瓜得瓜、种豆得豆”，说的就是因果律。

进一步的阐释就是：任意宇宙状态都是其之前宇宙状态积累的结果，任意运动状态均是其前运动状态积累的结果。即什么样的因，对应什么样的果，其具有最为广泛的普遍性。

宇宙的演化正是建立在这因果律上，若因果律失效，不难想象世界将会如何的混乱。

无眠曾专门介绍过“时间旅行”，关于时间旅行的知识体系中有一条著名的悖论称为“外祖母佯谬”，说的是若你通过时间旅行穿越回过去而杀了你的外祖母，你还会存在吗？因为颠扑不破的因果律（先有母亲再有孩子），所以不少科学家认为时间旅行不可实现。而支持时间旅行的科学家也无法直接反驳因果律，只能提出多世界线、平行宇宙等等假设绕开因果律。

“定域性”这个名词应该是这三个概念中大家最为陌生的了。它不仅很少出现，而且很难阐释。所以这一个性质无眠重点阐述一下。定域性中的“域”，指的是空间，定域即是明确的空间。具体什么是定域性呢？这得从两个方面解释。

一个方面是说物质是可分的，除了基本粒子，任意两个物体是可以分开的，一个物体也可分为多个部分。一个封闭系统的属性就是系统内所有物质属性之和。

另一个方面，两个物体以及一个物体各部分的相互作用只能通过直接接触或借助中介物质相联系。也许两个物质相隔万里，但可以通过光子（电磁波）等介质进行联系。

初看上去这个概念好像很难理解，其实道理非常浅显。举个例子，张三和李四有仇，他想打李四，但要是将这想法转变为现实，他就必须来到李四身边，抡起拳头打他（或许采取从远处开枪等等方式），而仅仅凭张三意识中的诅咒是不能使李四有任何感觉的。

这么解释大家也许明白了。其实人类文化中有很多概念是非定域性的，比如“超能力”、“神功”和魔法等等。

当然，你也可以辩解，所谓超能力是意识通过某种介质影响到了物质，可惜目前还没有发现任何支持这种观点的切实证据。

再举个例子，“魔法世界”中，法师常常可以轻易的穿越空间，完全不顾两个区域是否相连。而在现实世界这当然是不可能的。建立在科学基础上的正统科幻作品，即是涉及到穿越空间，也必须提出诸如“时空弯曲”等符合定域性的方式进行穿越。

前面无眠介绍的“实在性”和“因果律”目前仍是绝对的真理，但“定域性”却受到了不小的挑战，其中最强大的挑战者，便是量子力学。

在量子领域，科学家发现了一个奇特的现象，这就是“量子纠缠”。

所谓量子纠缠，是指当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质。

通俗来讲，形成“量子纠缠”状态的两个粒子，二者之间好像有一种特殊的信息相联系，一个粒子性质的变化会瞬间引起另一个粒子的变化（好像所谓的心灵感应）。

乍看上去好像也没什么要紧，但仔细分析这却是令无数科学家头疼的现象。因为狭义相对论规定了宇宙中粒子的最高速度是光速，但在“量子纠缠”状态下，两个粒子间的联系是瞬间完成的，完全与二者的距离无关，定域性被打破。

在上世纪60年代之前，“量子纠缠”这个名词被如恶魔般量子学家们深深忌讳，哪位学生若在课堂上提出这个问题，必会遭到教授的白眼。当然，如今科学界早已正视这个问题，基于“量子纠缠”的量子通信也在如火如荼的研究中，但对于“量子纠缠”的真正原理仍没有合理的解释。

好了，三个基本概念就介绍到这里，不知道有没有带给大家些许的启发。