某种意义上讲,物理的等号并不等同于数学的等号,更像是计算机的浮点数相等“==”。
因为对于物理来说,两个物理量相等,要么是定义,这时候规范的用法是三条横线≡,它在数学上表示恒等,在物理上表示基于定义相等。要么是测量相等,这时则需要加上相应的测量误差,error bar。
没有哪一个物理测量是没有误差的,当然也就谈不上严格相等。所以更像是浮点数相等,总有最小的精度下限。
对于 0.9999...,数学上当然可以宣称循环永久进行下去,但对物理或计算机来说,总要从某一位之后开始,变为无意义的误差。物理学家无法宣称无穷多位有效数字。
基于物理测量的有限,物理理论总是默认事物之间存在差异,也就是可分辨性,这是经典物理的立论依据。我们总可以通过某种测量将事物区分开来,这是测量的意义,也是物理的意义。
量子力学则第一次更改这种逻辑,允许完全相同的数存在,允许完全相同的微观粒子存在,默认 0.999...=1。
就像超导的零电阻,目前已知测量到的超导材料的最低电阻大约是 10 的 -18 次方,远小于铜。但仍不是 0,因为永远不可能到 0,总有误差。按经典物理,这只能叫做“近零电阻”,但超导是宏观量子物质,它按照量子力学的习惯,将之严格称为零电阻。
类似的还有完全抗磁性。目前超导电流维持最长时间的世界记录大约是两年左右,中间因为实验员错过了更换液氦而失效,不是严格的 forever。但是按照量子力学习惯仍将之称为 persistent current。
严格的迈斯纳效应需要相对磁化率是严格的 -1,但实际情况总有微量的顺磁性杂质,所以 -0.99 到底等不等于 -1,这也是一直争论不休的话题。有一些学者坚持认为,人类从未测到真正的迈斯纳效应,永远只能叫疑似。
因此,经典物理疑罪从有,量子力学疑罪从无。
物理的一个重要方向就是精密测量,利用量子的原理,其本质是量子力学的视角更加积极。
比如测量库伦力的平方反比律,是不是严格的 2,还是 1.999999?还有惯性质量和引力质量之间的关系是不是严格的 1,还是 0.999999?按道理说,不会有什么实质性差异,但它体现了物理测量的本质,很有探索价值。
物理测量学就是在不断向下限突破的过程中发展起来的,并不断推动理论进步。好的物理成果,一定在测量范式有所突破。历史上这样的例子不胜枚举,比如光速的测量、自旋的测量等,都由此发展起了一个庞大的新测量系统。这些测量的本质,就是在不断问 0.999999 是否等于 1 的过程中出现的。