量子网上课堂

欢迎来到这里！你的最大收获将是知道一件最不可思议的事：运动是非连续的。如果你身边的人还不知道，请告诉他们。

无论微观粒子的运动，还是宏观物体的运动，都是非连续的。这一结论可以通过最简单的运动现象得到，它就是物体的自由运动，如一个小球在地板上自由滚动。而它的论证只有三句话，每个人都可以理解！

第一讲、运动为什么是非连续的？

考察自由运动的物体：                  

物体位置的改变没有原因；

没有原因的改变是随机的；

随机的位置改变是非连续的；

因此，物体的位置改变，即物体的运动是非连续的。

[疑问与答疑]

1．  求助亚里士多德的古老答案。

物体位置的改变有原因，它就是力。力产生运动，而在不受外力时物体的位置保持不变。

答疑：经验显示，一个运动的物体在不受外力时将会一直运动下去，它的位置在不断改变。

2．  认为物体位置的改变有其他原因。

例如，因为物体在运动，所有它的位置改变；又如，因为物体具有惯性，在不受外力时保持它的运动速度，而速度的存在将导致位置的改变，等等。

答疑：这些都是循环论证。物体的运动、物体的运动速度都是由位置的变化来定义的，位置才是原始的、基本的量，而速度则是一个基于位置变化的派生量，并且它的定义还以连续运动假设为前提。因此，上述论证将等价于“因为物体的位置发生变化，所以物体的位置发生变化”。

3．  坚持“没有原因物体的位置不能改变”，无法理解没有原因的位置改变。

答疑：请看下面第二讲。

[注1] 更详细的历史和逻辑分析可参考科普文章量子是什么？，以及科普新书《量子》（2004，清华版）。

[注2] 如果你有其他问题或疑问，请与我们联系；如果你已经理解了非连续运动的论证，也请告诉我们。

第二讲、没有原因为什么会运动？

让我们设想一下，如果在没有外力影响时，或者说，在没有导致运动的原因时，物体不能运动，那么世界将会是怎样的呢？

由于所有物质都由粒子组成，并且粒子之间的力（或相互作用）只能通过运动的粒子来传递，因此，一方面，没有力就没有粒子的运动，另一方面，没有粒子的运动就无法传递力。于是，粒子将无法运动，而粒子间也不会存在力，从而粒子的性质以及粒子自身都将不复存在。看来，为了存在，即使没有导致运动的原因，物体也必须可以自然运动，或者说，为了存在物体必须运动。

为了更好地理解上述结论，我们需要区分两种原因。

第一种原因是过程因，它与事件的发生时序密切相关，它就是通常因果律所说的那种原因。这种原因和它所导致的结果都是具体的、短暂的，并且存在于某个具体的时刻；

第二种原因是存在因，它与时间或事件的时序无关。这种原因和它所导致的结果都是普遍的、永恒的，并不存在于某个具体的时刻。

可以看出，上面论证中的“物体位置的改变没有原因”指的是第一种原因，即对于每一个具体的运动过程，物体的位置变化是没有（与时间有关的）具体原因的。然而，运动作为一种实在过程，它的存在是有原因的，它是物质存在的第一需要。物质为了存在必须运动。每个物体的运动都有一个共同的、普遍的运动存在因。因此，我们也可以说物体位置随机变化的原因是物体存在的本性。

第三讲、非连续运动如何能产生连续运动表现？

让我们先给出非连续运动的一般图像：粒子在一个时刻出现在空间中的一个位置，在另一个时刻随机出现在空间中的另一个位置，而在一段时间内，粒子运动的表现将像云一样遍及整个空间。我们可以将这种云称为粒子云。它是由一个粒子在一段时间内所到达的空间位置所形成的点集，粒子云中的不同“颗粒”代表粒子于不同时刻的空间位置。

在一般情况下，粒子云在空间的不同位置有不同的密度。密度的大小表示粒子在某个位置附近出现的相对次数的多少。可以设想，对于宏观物体，物体云将主要集中在物体的连续运动轨迹附近，从而物体的非连续运动将表现为连续运动。应当指出，严格的论证将涉及非连续运动的演化规律和物体周围的环境情况，详细说明可参考量子运动和《量子》（2004，清华版）。

第四讲、如何通过实验证实非连续运动的存在？

让我们看一下著名的双缝实验，它已经显示出运动是非连续的。以光子双缝实验为例，单个光子相继从光源发出，然后通过光阑上的两条狭缝到达光敏屏。这样，当有大量光子到达光敏屏后将形成双缝干涉图样，在干涉峰处光子到达的数目最多。

下面我们将说明利用连续运动无法解释光子通过双缝所形成的干涉图样。根据粒子的连续运动图像，在双缝实验中光子每次只能穿过两条狭缝中的一条，并且不受另一条狭缝的影响。于是很显然，双缝干涉图样应当和分别打开每条缝时所产生的单缝图样的混合图样一致，因为双缝实验中每次单个光子通过的情形将同样出现在单缝实验中，例如，双缝实验中单个光子通过上缝的情形将出现在只打开上缝的单缝实验中。然而，至今关于光子的双缝实验结果都否定了这个结论，双缝干涉图样与两个单缝图样的混合图样完全不同。