在基础物理理论的创立过程中,我们可以清楚的看到天才的创立者们独特的思维方式,他们往往能一眼洞察到问题出在什么地方,相对论的建立过程就是这样。
狭义相对论的核心概念相对性原理告诉我们,所有的惯性系都是等价的,它们具有相同的物理规律。这个原理告诉我们,绝对静止这一牛顿时空观中的概念是不可观测的。相对性原理若想和另一条基本的光速不变原理形成自洽的逻辑体系,就需要引入同时的相对性,而这一概念的引入导致测量绝对时间是不可能的。爱因斯坦相当于告诉我们,像绝对静止、绝对时间这样在我们头脑中似乎理所当然的概念其实是不可观测的,爱因斯坦因此十分干脆的抛弃了它们。
哥本哈根学派的海森伯信奉了一条与爱因斯坦观念类似的准则,物理规律只能从那些可观测量出发来建立,而不能将理论建立在那些不可观测的甚至是纯粹想象出来的东西上。我们姑且将这个信念称为海森伯准则,因为他很快在这一准则的指引下创立了量子力学。
原子辐射光子的频率与电子轨道运动的频率并不一致,而是与两个轨道之间的能级差相关,因此海森伯果断抛弃了不可观测的电子轨道,因为可观测的只是轨道间的差值,这样,传统的力学量不足以描述不同轨道间的差值,而是需要用一种二维的表格来描述它们,因为只有二维的表格可以描述不同轨道之间的跃迁,矩阵力学就这样诞生了。
在量子论的深入发展过程中也类比过这样的思路,波函数的绝对相位是不可观测量,能够观测的只是波函数的相位差,因此可以用类似的思路构造像矩阵力学那样的不满足乘法交换律的关于相位差的描述,也就是后来的非阿贝尔规范场论。海森伯准则告诉我们,那些人为引入的不可观测概念往往只存在于我们的想象之中,并不一定是真实存在或经历的过程。
我们的大脑有强大的脑补能力,会依据一个画面的片段修补出整幅图像,而修补出的图像是否真实,其实我们是不知道的,它或许是真实的,又或许是虚假的,因此图像化的不可观测过程一般是不可靠的,需要我们通过理性与实验仔细的检验。这就像我们的视网膜中心有一个盲点,如果闭上一只眼睛应该会感觉到这个盲点,但是大脑修补了这个画面。
海森伯准则很快引来一大波僵尸围攻。有人说,我们通过图像化的电场线和磁感线来描述电磁场,这些法拉第力线是人为引入的不可观测量,但是麦克斯韦理论的空前成功难道不能证明这种描述是正确的吗?可是后来的事实表明,这种描述的确是不完备的,电磁场也有量子化特征,电场线和磁感线的确是脑补的产物。