惠勒
拿到這本小本子,薄的讓我不敢相信,讀起來卻費力不少,還有好些看不懂,說實話我很感冒那些寫的非常難懂的東西,但是好奇心有讓我不得不繼續(xù)看下去,關(guān)于量子論的等等。
惠勒最近去世了,作為哥本哈根碩果僅存的一個元老,那個曾經(jīng)開創(chuàng)了一個時代的團(tuán)體,即使是愛因斯坦也為之困惑和苦惱的時代。玻爾與愛因斯坦的大辯論似乎仍然在我耳邊響起,多么激動人心的時刻,決定論被一再的甩下神壇,不確定性冉冉升起,愛因斯坦像一個斗士那樣捍衛(wèi)決定論的權(quán)威,捍衛(wèi)他信仰的東西,結(jié)果他一再的被上帝的骰子玩弄,也成為他人身的一大敗筆。很多時候我在看量子理論的創(chuàng)立時常常思考愛因斯坦到底扮演了一個怎樣的角色,作為一個為信仰而斗爭的斗士,我們無比的尊敬和崇拜他,但是作為一個反對者,一方面他促進(jìn)了這個理論的誕生和發(fā)展,另一方面他又像當(dāng)初反對他相對論的那些傳統(tǒng)力量一樣,保守而固執(zhí),但是真相也就在這樣激烈的沖突中發(fā)展。
Reality
關(guān)于真實及存在,關(guān)于這個問題的思考我從來沒有終止過,在飛馳的列車上,在地鐵站等車的時候,在小街步行的時候,當(dāng)然常常會因為走神而犯點錯誤。我不得不奇怪與自己對速度的感覺,那種仿佛能帶著我思維一起運轉(zhuǎn)的速度,特別是在高速運行的車上,那種真實的感覺仿佛就像幻想中的那個鋼琴和背影一樣真實且反復(fù)出現(xiàn)。
惠勒有一段關(guān)于Reality的描述——
我們所謂“實在”的那個東西,實際是由幾根用以觀察的鐵柱子組成的,他們之間充滿了用想象和理論精心制作的混亂結(jié)構(gòu)。
怎么樣來理解這種實在,我構(gòu)思出了簡單的方法,首先就是區(qū)隔“我”和世界,我思故我在,“我”的存在是不容置疑,但是除了“我”之外的整個世界是怎么回事呢,“我”通過五感來“觀察”這個世界,眼、耳、鼻、口、手,“我”觀察到的這些東西就是惠勒所謂的鐵柱子,“我”相信他們是真實存在的,因為這是“我”觀察了他們,所以他們是可靠的鐵柱子,但這不是整個世界,“我”也相信這不是全部,但是這些鐵柱子似乎高訴“我”一些規(guī)律,比如說物質(zhì)不滅、地球是圓的等等,然后“我”通過理論和想象“精心制作了這個混亂結(jié)構(gòu)”,即構(gòu)建了“我”心中的那個世界,那個Reality。
唯心和唯物
有點唯心的一種理解方式,我在這里不得不談些哲學(xué),其實說到底愛因斯坦和玻爾的大論戰(zhàn)說到底也是一種哲學(xué)的論戰(zhàn)。
唯心主義和唯物主義最大的區(qū)隔來自于對“我”的理解,由于對整個世界和存在的理解都建立在“我”的五感和意識之上,所以一切從“我”出發(fā),從唯心主義的觀點來講,風(fēng)吹樹葉動,可以理解為我的心動了,也許樹葉并沒有動,誰知道呢?
但是從唯物主義的角度來講,我們無法否認(rèn)對整個世界和存在的理解都建立在“我”的五感和意識之上,但是唯物主義沒有區(qū)隔“我”和世界,唯物主義認(rèn)為“我”是這個世界的一部分,風(fēng)吹樹葉動,我觀察到了這個現(xiàn)象,所以“我”認(rèn)為樹葉動了,關(guān)鍵的部分在下面,樹葉動了沒有呢,只有“我”知道。
很容易區(qū)別這兩種思考的方法,唯心主義從“我”出發(fā),進(jìn)而觀察整個世界,唯物主義從整個世界出發(fā),但唯一能確定的“存在”的仍然是“我”。
不可思議的量子行業(yè)
廢話了這么多,讓我們回到本書的第一講,不可思議的量子行業(yè)。
本書之所以這么短小,其實因為它根本就是一個演講集,共三講,準(zhǔn)確地說我對作者的那些有技術(shù)含量的推導(dǎo)幾乎不感興趣,我都快忘了微積分是怎么回事了,我關(guān)心的是結(jié)論和思考的方法。而且對整個量子理論的閱讀開始于《量子史話》,一本寫得很好的書,其中也斷斷續(xù)續(xù)的看了不少相關(guān)書籍,其實惠勒講的很多東西我都已經(jīng)熟知,這里且重做一些梳理和思考吧。
并協(xié)性,其實就是玻爾提出的互補原理,這個譯本大概年代久遠(yuǎn),沒有采用現(xiàn)在比較通行的譯法。愛因斯坦稱之為“玻爾-海森堡晉綏哲學(xué)”,很有趣味的稱呼呵。
關(guān)于并協(xié)性,作者拿出了那個著名的延遲選擇實驗,其實實驗很簡單,也很有趣,但是這確是給愛因斯坦的觀點造成巨大打擊的一個實驗。簡單的說就是給一個光子兩個通路,分別為A和B,然后用兩種方式來觀察,一種用粒子的方法來觀察,比如說在A和B的通道末端設(shè)個屏幕什么的,光子會選擇從其中的一個通路過境,然后射在該通路的屏幕上,,然后用觀察波的方法來觀察,就是有沒有干涉衍射現(xiàn)象之類,我們都知道楊氏雙縫干涉的,觀察得到的結(jié)果會很駭人,我們得到了干涉現(xiàn)象。
這里我們得到了兩種截然不同的鐵柱子,一種是光子通過了A和B中的一個通道(粒子性),一個是光子通過了A和B兩個通道(波動性),所有人在得到這個結(jié)論的時候都肯定是驚訝的,就像玻爾曾說的“如果誰第一次學(xué)習(xí)量子作用時不覺得糊涂,那他就是一個字也沒懂?!辈栐噲D用并協(xié)性原理告訴我們,其實光子通過哪個通道并不重要,關(guān)鍵是我們的觀察者用什么樣的方式去觀察,我們觀察的行為決定了觀察的結(jié)果。
測不準(zhǔn)原理
這里不得不回顧一下海森堡的測不準(zhǔn)原理,本人非常反對將它稱為不確定性原理,不確定性似乎更加合適于哲學(xué)的用語,其實測不準(zhǔn)并不是不確定原理。
delta X* delta P>=h/(4Pi)
很簡單的公式,很少有科學(xué)家會把不等式用來推導(dǎo)出一個如此駭人的理論,海森堡做到了。簡單的說就是位置的測量誤差和動量的測量誤差的積不小于一個常量,也就是說如果我們要確定的粒子的位置,那么我們就無法測得其運動狀態(tài),如果我們要確定粒子的運動狀態(tài),就無法測得其準(zhǔn)確位置。我一直很奇怪,很多關(guān)于測不準(zhǔn)的解釋說明似乎太過玄乎,其實就是無法準(zhǔn)確測量粒子的狀態(tài)而已,而只能確定粒子的狀態(tài)范圍,而量子史話和很多通俗讀物里大量的奇怪描寫,似乎加入了作者大量想象,而且并不準(zhǔn)確的說。
幾乎整個物理大廈是建筑在幾乎一無所有之上
并協(xié)性是為了解釋測不準(zhǔn)原理而生的,因為測不準(zhǔn)嘛,當(dāng)你選擇要測量光子的粒子性時,那你就無法測量其波動性的性質(zhì),而你要測量光子的波動性時,那你就無法測量其粒子性的性質(zhì)。
這其實跟愛因斯坦的波粒二象性有異曲同工之妙,愛因斯坦能夠接受光子的波動性和粒子性同時存在,卻無法接受他們存在的前提是人們采用何種方法觀察,其實又回到了唯心和唯物的思考方式的爭辯,究竟是通過“我”的觀察來決定這個世界的存在呢,還是這個世界的存在決定了“我”所能觀察到內(nèi)容。
愛因斯坦堅持的決定論是要存在來決定“我”能觀察到的內(nèi)容,這是自牛頓時代以來人們所形成的一種思維定式,也是我們探索這個世界的根本動力所在,我們觀察的越仔細(xì),思考的越深刻,那么我們就越能理解這個世界的存在;而玻爾的并協(xié)性則強調(diào),“我”的觀察決定了存在的形式,沒有我們的觀察這個宇宙,這個世界就一無所有,沒有任何意義,而且惠勒還進(jìn)一步宣稱:代數(shù)幾何中這一幾乎平庸的恒等式,即邊界之邊界為零,包容了今日的場物理學(xué)的整個廣度和深度。這種情況使我們更加認(rèn)真地對待質(zhì)樸性假說,因為幾乎整個物理大廈是建筑在幾乎一無所有之上。
或然性和選擇性
看著作者幾乎瘋狂的宣稱,我?guī)缀跻^皮發(fā)麻了,本來玻爾和愛因斯坦的分歧我感覺已經(jīng)分析的七七八八,沒想到作者的宣言實在是太過匪夷所思,我一下子無法接受。
還好作者是逐步進(jìn)行解說的,至少我能把自己比較好接受的或然性和選擇性拿來寫一下。
或然性,我們大概都知道或然率,最著名的就是投硬幣的試驗,正面和反面的概率無限接近于50%,而硬幣直立的或然率幾乎為零,其實就是意味著一種可能性
“大量的‘是’或‘否’式的或然性綜合起來,就形成了一種確定性,一種表面上是以‘多少’而不是‘是否’來衡量的確定性”
而選擇性,則需要我們那個沒有講完的延遲選擇試驗,我們選擇如何觀察光子,不僅僅是指觀察方式上,而且可以選擇時間。在光子發(fā)射出去而且即將到達(dá)觀察點的時候,我們假設(shè)此時我們有足夠的時間思考決定用那種方式來觀察,粒子還是波動的方式,注意,延遲選擇試驗這里延遲的意思是在光子走完它的旅程之后我們再決定觀察它的方式。然后我們再一次驚嘆,難道我們要在子彈擊中阿扁之后才決定射擊的目標(biāo),是的,當(dāng)時就是那樣的。
以為顛覆了因果律的量子創(chuàng)始者們興奮異常,他們大膽的宣稱:我可以在光子已經(jīng)完成了它的行動之后,再去決定光子應(yīng)該有怎樣的行為。而且他們進(jìn)一步宣稱:我們再次強調(diào)了抽象的談?wù)摗艾F(xiàn)象”是沒有任何意義的,除非這個想象已由不可逆的作用使之成為既成的事實。在一個現(xiàn)象被記錄到之前,沒有一種基本現(xiàn)象是一個現(xiàn)象。
在這里我要借用一下愛因斯坦的相對論來反駁一下選擇性的觀點,這樣的說法在相對論之前是成立,因為有了相對論,我們對時間和空間的概念已經(jīng)發(fā)生的天翻地覆的變化,因果律也需要因此調(diào)整。我們都知道相對論中那個雙胞胎的故事,一個坐飛行器到宇宙中去旅行(A),一個在地球上乖乖的呆著(B),幾十年后兩人仍然在地球相聚,A年輕,B年老,這就告訴我們B那位的時間觀念不能應(yīng)用于A,所以B的先后次序也不能用于衡量A。
同樣的,在延遲選擇試驗中,光子可以很委屈的說,你在發(fā)射我的時間是t1,在接收我的時候是t2,當(dāng)中有個時間差deltaT,而我呢,我以光速運行阿,我沒有感覺到時間的流逝呢,我運行的時間差是0,你決定了所謂的延遲試驗,其實對于我光子來說,根本沒有延遲時間,延遲的只是你觀察者的時間罷了。如果你要分析因果律的話,應(yīng)該在我光子的因果律中才對啊。用絕對的因果率來套運動的相對性,本身就是不合理的。因果律本身也是相對的。這是我的一點淺見,希望不要錯的離譜。
但是因為某些原因,我還是愿意相信下面的文字是正確的:
說世界獨立于我們之外而孤立的存在著這一觀點,已不再真實了。在某種奇特的意義上,宇宙本是一個觀測者參與著的宇宙。
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