现代物理学的叙述者一直在寻找新的方式,来表达广义相对论和量子力学这两种迥异现实的矛盾关系。在相对论描述的宇宙中,原因导致结果,而且没有什么比光速更快。量子物理学则描绘了一个更古怪的世界,在这个世界里,事情似乎是随机发生的,联系似乎是瞬间出现的。两者都在挑战我们的直觉认知。
为了探讨这个问题,理论物理学家保罗·哈尔彭从一段关系中找到了灵感。在《共时性》一书中,他讲述了奥地利物理学家泡利在1930年离婚后,心烦意乱,酗酒成性,于是找到了瑞士的精神分析学家荣格进行治疗。反过来,荣格也学到量子物理学的种种,比如测量一个粒子的状态,似乎可以瞬间影响另一个粒子的状态,这种特性叫做“纠缠”。
在遇到泡利之前,荣格创造了“共时性”一词,来描述非因果联系的原理。他试图解释他的想法,即人类经验的集体无意识影响梦境、思想和行为。没想到的是,泡利居然能毫不费力地生动回忆起他的梦境。
哈尔彭这本书的核心是:人类对宇宙中深层联系的直觉认识与这种联系的科学论证之间的冲突。他从早期希腊哲人讲到现代物理学大师,从柏拉图和恩培多克勒、开普勒、伽利略、牛顿、麦克斯韦等人的著作,讲到相对论和量子力学的出现,为没有因果性的潜在联系做了一番梳理。结尾部分论述了基于卫星的最新量子纠缠实验,并对将纠缠与时空性质联系起来的复杂理论工作进行了点拨。
理解非因果关系的一个关键往往被人们所忽视,但这正是德国数学家阿马莉·埃米·诺特的工作,她是《共时性》中的一个重要人物。20世纪初,她证明了自然界的对称性和守恒定律是一个硬币的两面。例如,一个旋转的自行车轮子具有旋转对称性:转动轮轴不会改变轮子。角动量守恒由旋转对称性而来。守恒定律又会影响到长程非因果现象。由同一相互作用发出的两个粒子的角动量必须守恒,即使粒子最终相隔几公里远。
这就导致了它们的测量特性具有相关性。