薛定谔有一只和加菲、汤姆一样出名的猫,它在那个著名的箱子里到底是死是活,还是半死半活?
上帝也要靠掷骰子来决定世间万物的变化吗?
世界到底是什么样的?
在看《上帝掷色子吗?量子物理史话》这本书之前我断然不会去思考这几个问题。花了一整天的世间我看完了这本厚厚的科普读物,而这一天看书的过程是我世界观坍塌又重新建立的过程,一本难得的量子物理史话让科学变得是如此性感,尤其是波尔的那句“声称自己懂得量子力学的人,其实还在量子力学的门槛之外”让这种不可捉摸的神秘之感使得量子物理发展史比物理学中任何阶段都来得精彩,甚至这短短一百年的历史的光芒比现代科学四百年来聚集的光辉更加夺目,这是一个群星璀璨的时期,也是一个悲喜交集的时期。
一直以来我们所认知的世界是符合决定论和因果律的,也就是说,只要给定初始条件,就能通过物理定律预测未来走向,这是自从有了人类祖先开始就灌输在你我脑子里坚定不移的信念。
在哲学的世界里无论是一元论还是二元论唯物还是唯心,哲学家们几乎都一致假定:世界是因果的。有果必有因,有因必有果。他们无法想象一个不讲因果关系的世界会是怎么样?同样,在宗教的世界里,基督教的世界是神创的,上帝是个伟大的设计师,它也是有规律可循的,体现了上帝的智慧——上帝是不会去创造一个不确定的世界的。
但世界真的是确定的么?量子物理会给你一个答案。
光是什么?
光是每个人见得最多的东西,自古以来,它就被认为是这个世界最原始的事物之一。在远古的神话中,往往是“一道亮光”劈开了混沌和黑暗,于是世界开始运转。光在人们的心目中,永远代表着生命、活力和希望,更由此演绎了数之不尽的故事和传说,但同时,从光开始,《上帝掷色子吗?量子物理史话》这本书就带领我们开始了一场精神分裂的旅行。
光这个东西可能是粒子,所以叫光子,也可能是波,所以叫光波。在无数人搅和不清的折腾后,才弄明白,它又是粒子又是波,所以叫波粒二象性(wave-particle duality)。就是说,它又是男的,又是女的,又是活的,又是死的,又是实在的,又是虚幻的,又是具体的,又是抽象的。
不要奇怪,这是科学证实的结果,虽然它玄之又玄,这就是光的本性,当然我们也无需纠结为什么这是光的本质,因为接下来我们会明白这个世界没有为什么,只有是什么。
在量子力学终结了关于光的本质的讨论之后,量子物理也让我们熟知的经典物理这座大厦轰然倒塌,那些终生寻找逻辑上严密和数学上优美的经典物理学家们发现他们一直引以为荣耀基础的牛顿和麦克斯韦的理论在围观理论在微观领域已经不复存在。
在微观的世界里,那个经典的双缝干涉实验让一个电子和一系列电子的运动状态告诉我们,量子的行为是不可准确预测的,只能用概率描述,就像上帝在掷骰子,客观世界,只具有统计学上的意义。
在解释量子物理的双缝干涉实验里,有两种学说,一种“哥本哈根解释”认为电子本来是一个虚无的按照一定的概率存在,它可能出现在 A 或 B,只有在被观测时,它才会随意的出现在具体的位置,也就是说人的观测直接影响它的位置,用一种形象而极端的实验来描述就是薛定谔之猫(Schrodinger’s Cat);而另一种“平行宇宙说”即 MWI(Many Worlds Interpretation)认为当你在A处观测到电子时,并不是说B处没有,而是因为它在另一个宇宙出现在B的位置。有无穷多个宇宙,可以穷尽所有的可能状态。
前一种理论重点在于在观测粒子前,现实中不存在两个粒子,而只有一个粒子(或者说两个处于纠缠态的粒子)及描述其叠加态的波函数,但这一波函数在被观测的一瞬间即坍缩成一点能和光的波-粒二象性相恰,但这种随机性和不确定性是对经典物理的革命性颠覆,甚至毁灭了物理世界之精髓——机械决定论。后一种理论的主要观点更具颠覆性,它推翻了前者的坍缩理论,而认为粒子始终处于叠加态,只不过当介入观测时我们的观测世界也融入了叠加态。同时 MWI 很妙地解释了宏微观上的差异:如果仅只有一个粒子,则我们不难感受叠加态,但如果是包含千个粒子的薛定谔之猫,则我们实在无法想象猫既死又活的叠加态。因此 MWI 认为猫在多宇宙中的某一个宇宙中是活的,而在另一个宇宙中是死的,且这两个宇宙极大可能是平行的,即彼此不能感受到对方。原因在于,任何一个复杂物体都可以用高维的点来描述,而维数越多,则意味着任意两条直线正交的可能性越大,因此我们所处的宇宙根本不可能感受到其他宇宙的投影。同时 MWI 得出的疯狂推论是量子永生(Quantum Immortality):从主观视角看,由于一个人存在于所有宇宙中,那么即使在这个充满人类的宇宙中死去,在其他平行宇宙中仍然存活,因为他在思考着是否存活的问题,这其实不就是是笛卡儿我思故我在的一个量子论翻版么?
如果按唯物主义的说法,意识是由物质以特殊的结构模式组成后产生的,那么可以复制或变换形式的载体本身就不重要,不仅是人脑,算法足够强大的计算机也可以有意识。如果对意识的定义更加宽泛点,总是指向北边的指南针和趋光的变形虫也算有意识。了解不确定论就知道,这个问题是不会有确切答案的。但是自然科学决不允许一个模糊不清的概念起到如此决定性的作用。
我们可以说,在量子的世界里,既是主观的存在,亦是客观的存在;既是绝对的存在,亦是相对的存在;既是物理的存在,亦是哲学的存在。井然有序的幕后是大量无序的偶然,所有事实的存在,其实是大概率因素的累积,所以,必然是偶然,偶然是必然。 量子物理就是这么以唯物主义的实证,推导出了如此唯心主义的结论。我们必须意识到,从小被灌输的唯物主义决定论,并没有那么不可动摇,真正客观的世界不存在,唯物主义实际是虚伪的主义。
这个世界,没有为什么,只有是什么。但是不能由此停止追问,追问思考的过程,本身就是一个提高的过程,可能相对于某个结局的获得,则个过程才是真正的意义所在。知道为什么没有为什么,与只知道没有为什么,是完全不同的两回事。同时我们也要打消万事二元对立的想法,不要将所有的问题都简单的判定为非黑即白这种线性思维来处理问题,要用一种复杂性思维、非线性思维来看待问题,对所有事物都必须不随意论断,不贴标签,没有成见,以事物的原貌去对待之。