一、天邊飄來兩朵烏雲
傳統經典力學研究的對象都是我們的感官可以直接觀察到的,隨著科技的進步,物理學所要研究的對象已經超越了我們的感官所能覺知的極限,例如電子,已經小到我們的肉眼無法看見,也就是說我們“看不見”我們想要看的“對象”,因此原先根植於我們心中的一些觀念便開始面臨挑戰。
1900 年,開爾文在跨世紀的皇家學會上宣佈,物理學世界能做的幾乎都做完了,只有兩個問題讓物理學家們感到不安與困惑:一個是人們測不出光相對於以太運動的速度變化;另一個是紫外災難,似乎光的能量在顏色趨向紫外時會變得無窮大,而無窮大是一個物理學上極其不喜歡的概念。為了以太裡光速的和諧,人們引入了狹義相對論;而為了黑體輻射的紫外災難的和諧,物理學家們發現了量子力學。
1901 年,德國人普朗克發表了量子論,從此世界就沒有那麼安寧和可預測了。一些驚世駭俗的學術上的推測屢屢被證明是正確的,但是按常規思維和日常生活經驗又是無法理解的。秉持牛頓思維的自信滿滿的人類,又開始陷入了迷惑和恐慌之中,開始抵制量子論。量子論給人類帶來了不同的世界觀。
牛頓力學認為,世界上所有的物質都由粒子組成,而量子力學則描述了這些粒子的運動性質,從而闡述了所有物質的運動性質。麥克斯韋電磁革命最深刻的發現,就是發現了物質存在的新形態——電磁波(光波),這種物質的新形態我們可以稱為場形態或者波形態。愛因斯坦的相對論預言了第二種波形態的物質——引力波。而量子力學最深刻的進展,就是統一了粒子形態的物質和波形態的物質:我們世界的存在(物質)真是太神奇了,它既是粒子又是波,它既不是粒子也不是波 。一開始誰都不願意接受這種奇怪的世界觀,可以說量子力學是大家最不情願接受的理論。量子力學是非常難懂的科學,就連愛因斯坦本人都說:我只是在腦子裡懂了,而不是在心裡懂了。愛因斯坦在 1926 年寫道:“量子力學很了不起,但是一個內心的聲音告訴我,它還不是那個真正的東西。”費曼(Richard Feymann)說沒人能真正懂了量子力學,它原本就沒打算被“人”理解。嚴肅地說,它可能觸及了人類理性認知的極限,理解它要迫使我們繞開傳統的思維模式。與我們習慣的不同,“觀察”是量子力學的核心問題。
二、“觀察”是量子力學的核心問題
我們簡單介紹一下量子力學的幾個著名的觀察:
1. 態疊加原理和坍縮
為了解釋量子力學觀念,我們先看看大家的日常經驗。一般人認為客觀物體一定要有一個確定的空間位置,這種存在,是不以人的意志為轉移的,是客觀的。為了解釋量子力學觀念,我們先看看大家的日常經驗。一般人認為客觀物體一定要有一個確定的空間位置,這種存在,是不以人的意志為轉移的,是客觀的。例如,我的白鼠現在在籠子裡面,或者說我的白鼠現在不在籠子裡面,兩者必居其一。但在量子力學裡就不一樣了。量子力學認為,你的白鼠既在籠子裡又不在籠子裡,你要去看這隻白鼠在不在籠子裡,你就實施了觀察的動作。你一觀察,這隻白鼠的存在狀態就坍縮了,它就從原來的在籠子裡又不在籠子裡的疊加狀態,一下子變成在籠子裡或者不在籠子裡的唯一狀態了。所以量子力學怪就怪在這兒:你不觀察它,它就處於疊加態,也就是一個電子既在 A 點又不在 A 點;你一觀察,它這種疊加狀態就崩潰了,它就真的只在 A 點或者真的只在 B 點了,只出現一個狀態。
2. 薛定諤的貓——單體的疊加態
態疊加原理和坍縮是量子力學第一個詭異之點,將這個詭異之點往下推論,最後的結果會使大家認識到,意識是量子力學的基礎,物質世界和意識不可分開。這個實驗是量子力學的創始人薛定諤提出的,被稱為“薛定諤的貓”。這個理想實驗的巧妙之處在於,通過“檢測器——原子——毒藥瓶”這條因果鏈,似乎將鈾原子的“衰變—未衰變疊加態”與貓的“死—活疊加態”聯繫在一起,使量子力學的微觀不確定性變為宏觀不確定性;微觀的混沌變為宏觀的荒謬——貓要麼死了,要麼活著,兩者必居其一,不可能同時既死又活。難怪英國著名科學家霍金聽到薛定諤的貓佯謬時說:“我去拿槍來把貓打死!”。
3. 量子糾纏——多體的疊加態
量子糾纏與“薛定諤的貓”類似,只不過“薛定諤的貓”講的是同一個東西處於不同狀態的疊加,量子糾纏講的則是兩個以上的東西它們都處於不同狀態的疊加,它們彼此之間一定有明確的關係,這就是量子糾纏。1982 年,法國物理學家艾倫愛斯· 派克特和他的小組成功地完成了一項實驗,證實了微觀粒子之間存在一種叫作“量子糾纏”(QuantumEntanglement)的關係。在量子力學中,有共同來源的兩個微觀粒子之間存在某種糾纏關係:不管它們被分開多遠,對一個粒子擾動,另一個粒子立即就知道了。
量子糾纏已經被許多試驗室證實,許多科學家認為量子糾纏的實驗證實是近幾十年來科學界最重要的發現之一。雖然人們對其確切的含義目前還不太清楚,但是它對哲學界、科學界和宗教界已經產生了深遠的影響,對西方科學的主流世界觀產生了重大的衝擊。
三、牛頓思維與量子思維的不同
1.牛頓力學認為,物質不以意識的感知而存在,物質互有因果關係,其定量值是確定的;但量子力學發現,組成宇宙的微觀粒子,在意識未感測前,飄忽不定,只有當人們觀測時,它才成為人們確信的形狀。量子寓意著跳躍性、不連續性,寓意著觀察者與被觀察對象之間存在著強烈的相互影響關係,不能以牛頓力學的發生精確預測,事物具有不確定性。
2.牛頓思維關注部分,而量子思維關注整體。在經典力學中,整體是由一塊塊確定的“積木塊”有序地、可以被預測和設計地構建成的。而量子力學中,不存在最基本的“積木塊”,更像是有一塊複雜的布,其中不同的連線交替、重疊或結合在一起,最終決定著整塊布的質地。這些看不見的聯繫是萬物的基本構成要素,而我們過去認為這些聯繫是發生在相互獨立的實體之間的。
3.在牛頓的世界裡,認識是被動的,我們只能服從、適應自然界規律。在量子世界裡,人的觀察、操作以及人類的生命活動本身,都可以改變事物的規律與結果。在一定意義上,人能起到引導作用。
這兩種思維中,作為觀察者的人的作用截然不同。牛頓思維認為世界是由原子構成的,原子與原子之間,就像一顆顆檯球,彼此獨立,即使碰撞在一起也會立即彈開,所以不會造成特殊的變化。因此,世界將日復一日地穩定運作。量子思維主張世界是由能量球組成的。能量球碰撞時不會彈開,反而會融合為一,不同的能量也因此產生難以預測的組合變化,衍生出各式各樣的新生物,蘊含著強大的潛在力量。1950 年,物理學家玻姆發現量子過程與人的思想過程極為相似。
四、量子思維的特徵
培訓師Jane總結如下:
注:圖片來自互聯網
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