作者： Rachel Thomas
翻譯：Nothing
審校: Nuor
一棵樹倒在樹林里，假如沒有人在那聽著，樹倒下時(shí)會(huì)有聲音嗎？事物只有在被感知時(shí)才存在嗎？物理學(xué)能告訴我們什么是現(xiàn)實(shí)嗎？這些都是物理學(xué)和哲學(xué)中最艱深的問題，人們爭論了幾十上百年，至今仍然沒有答案。有人甚至懷疑這些問題是否能得到解答，但有一位物理學(xué)家敢于嘗試：他就是約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）。 存在從何而來？
約翰·阿奇博爾德·惠勒（右）與同事?？斯隆っ谞柨?/span>
惠勒（1911-2008）是物理學(xué)界的傳奇人物。他與尼爾斯·玻爾合作解釋核裂變，在洛斯阿拉莫斯研究氫彈，并教過許多著名物理學(xué)家，包括理查德·費(fèi)曼、基普·索恩和休·埃弗雷特。他是現(xiàn)代廣義相對(duì)論之父，是加深對(duì)黑洞理解的關(guān)鍵人物，事實(shí)上，他推廣了“黑洞”一詞，并創(chuàng)造了許多其他詞匯，包括“蟲洞”和“量子泡沫”。
惠勒把他漫長而成果豐碩的物理學(xué)生涯分為三個(gè)時(shí)期：“一切都是粒子”，“一切都是場”，“一切都是信息”。第三個(gè)時(shí)期的思想是由他對(duì)古老問題的思考所激發(fā)的：“存在從何而來？”他的答案是：存在來自于比特，1989年他將這一結(jié)果發(fā)表在一篇很好的論文中。
沒有問題？沒有答案！
惠勒的“存在來自于比特”的概念意味著物理學(xué)，特別是量子物理學(xué)，并不是為了解釋存在，而只是我們對(duì)所觀察到的東西的最佳描述。沒有“量子世界”，只有我們對(duì)事物如何呈現(xiàn)在我們面前的最好描述。正如量子理論的奠基人之一尼爾斯·玻爾所說：“如果你認(rèn)為物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)自然界的本質(zhì)，那你就錯(cuò)了。物理學(xué)關(guān)心的是對(duì)于自然我們可以說什么。”
安東·齊林格是維也納大學(xué)的物理學(xué)教授。
量子光學(xué)與量子信息研究所所長安東·齊林格（Anton Zeilinger）解釋說：“我對(duì)‘存在來自于比特’的解釋是，為了定義現(xiàn)實(shí)，人們必須考慮到信息的作用：主要原因是我們?cè)诳茖W(xué)中所做的一切都是基于我們以任何方式接收來自于自然的信息?！?/span>
但我們能更深入么？我們能說現(xiàn)實(shí)就是信息嗎？它們是同一種事物嗎？齊林格并不這么認(rèn)為：“不，我們【需要】現(xiàn)實(shí)和信息這兩個(gè)概念。但在基礎(chǔ)上嚴(yán)格區(qū)分這兩個(gè)概念是非常困難的，也許這告訴了我們更多的東西，相反，我們需要同時(shí)考慮現(xiàn)實(shí)和信息，兩者之間會(huì)相互影響。”
也許答案將類似于愛因斯坦一個(gè)世紀(jì)前提出的偉大的觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)他表明你不能區(qū)分空間和時(shí)間，相反，它們是一個(gè)更寬泛的概念的一部分：時(shí)空。類似的，也許我們需要一個(gè)既包含現(xiàn)實(shí)又包含信息的新概念，而不是一定要將他們區(qū)分開。
觀察宇宙的行為創(chuàng)造了它嗎？
“存在于比特”的一個(gè)明顯結(jié)果是要考慮觀察者的重要性：現(xiàn)實(shí)需要一個(gè)觀察者。“我認(rèn)為惠勒非常激進(jìn)，”齊林格說，“他談到了參與者的宇宙，在那里，觀察者不僅進(jìn)行觀察，而且在某些情況下，觀察者使現(xiàn)實(shí)發(fā)生?！?/span>
在觀察量子粒子（如盒子中的單個(gè)粒子）之前，它處于疊加狀態(tài)，同時(shí)處于盒子中的多個(gè)不同位置。我們所知道的（根據(jù)薛定諤方程的解）就是我們?cè)谶@些位置中找到粒子的概率。但是當(dāng)我們進(jìn)行測量時(shí)，我們只會(huì)在一個(gè)位置找到粒子。量子物理學(xué)并沒有如實(shí)地描述現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)實(shí)是被觀察者所感知的。它根本無法回答諸如“粒子在沒有被觀測時(shí)處于什么狀態(tài)？”這類問題。
但惠勒更進(jìn)一步地說，我們只能通過觀察來描述現(xiàn)實(shí)?！安恢谷绱耍饼R林格說?！八赡軙?huì)說，除了可以觀察到的，不存在任何現(xiàn)實(shí)。我不知道這是不是真的，但我喜歡這種方法的極端性。”
這個(gè)想法可能是激進(jìn)的，但在哲學(xué)上并不新鮮。早在1710年，哲學(xué)家喬治·伯克利就曾寫道：“現(xiàn)實(shí)意味著被感知?！薄拔也恢阑堇帐欠駮?huì)走那么遠(yuǎn)?！饼R林格說。相反，他認(rèn)為惠勒相信，仔細(xì)分析什么是信息，信息意味著什么，可以教會(huì)我們關(guān)于現(xiàn)實(shí)的知識(shí)。
無知的海岸
“我們住在一個(gè)被無知之海包圍的島上。隨著我們知識(shí)之島的增長，我們無知的海岸也在增長。”—約翰·惠勒，摘自《科學(xué)美國人》（1992），第267卷
惠勒關(guān)于“一切源于比特”的猜想對(duì)于研究現(xiàn)代量子力學(xué)中信息的作用起到很大幫助。它給了理論家、哲學(xué)家和實(shí)驗(yàn)家新的途徑去探索幾十年來挑戰(zhàn)量子物理學(xué)家的問題。
觀察者在量子力學(xué)中的角色眾說紛紜。而且一個(gè)參與者的世界會(huì)帶來更多的問題，例如：什么是觀察者？大多數(shù)物理學(xué)家都同意，觀察者不必是人，甚至不必是有意識(shí)的。測量和觀測可以發(fā)生在無生命的儀器中：例如，照相膠片記錄光子的存在。但是，如果是觀察使現(xiàn)實(shí)發(fā)生，為什么那么多觀察者都看到相同的宇宙?
如果惠勒是正確的，而現(xiàn)實(shí)是基于對(duì)是或否這樣的問題的回答，那么理解測量是如何產(chǎn)生的非常重要。但什么是衡量標(biāo)準(zhǔn)？這在經(jīng)典物理學(xué)中是一個(gè)直截了當(dāng)?shù)膯栴}：它是用某種設(shè)備記錄物理空間中發(fā)生的事情。問題“物體是否位于x點(diǎn)，是或否？”不管觀察結(jié)果如何都有答案。但是在量子物理學(xué)中，正如我們?cè)谏厦婵吹降暮凶永锏牧孔恿Ｗ拥睦樱瑴y量帶來了很多困難。當(dāng)我們進(jìn)行一個(gè)測量時(shí)會(huì)發(fā)生什么，什么構(gòu)成了一個(gè)測量，這個(gè)問題仍然有存在爭論。
但惠勒認(rèn)為，在測量之前談?wù)摤F(xiàn)實(shí)是沒有意義的：“你無法感知過去，只有現(xiàn)在有記錄?！崩?，在雙縫實(shí)驗(yàn)中，無論是標(biāo)準(zhǔn)版還是惠勒的延遲選擇實(shí)驗(yàn)，光子都將扮演波或粒子的角色，這取決于你如何決定去測量它。在你測量之前問它處于什么狀態(tài)是沒有意義的。
雙狹縫實(shí)驗(yàn)：上圖顯示了波通過狹縫時(shí)產(chǎn)生的干涉圖樣，中間的圖片顯示了粒子通過狹縫發(fā)射時(shí)的預(yù)期效果，下圖顯示了粒子（如電子）通過狹縫發(fā)射時(shí)的實(shí)際情況。
惠勒的想法不僅使量子物理學(xué)的理論方面受益。齊林格是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他說惠勒的“存在來自于比特”的觀點(diǎn)對(duì)他和他的同事設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的想法產(chǎn)生了影響。
“他對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)，這一挑戰(zhàn)非常重要，”齊林格說?！霸谀承┓矫妫南敕赡軙?huì)被證明過于激進(jìn)—現(xiàn)在下結(jié)論還為時(shí)過早。但這是科學(xué)進(jìn)步的過程！在科學(xué)上，有時(shí)需要采取激進(jìn)的立場。當(dāng)這些立場受到挑戰(zhàn)，我們就能發(fā)現(xiàn)一個(gè)人能走多遠(yuǎn)，這就是進(jìn)步。這就是科學(xué)的運(yùn)作方式?！?/span>
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