在我们体验到的日常生活之外还有一个隐态的量子现实,这个说法颇具压迫感。最起码,它促使人们问出一些问题,比如,我们有线索去找出这个隐态现实究竟是什么吗?从什么意义上来讲,这个放映机现实就能引申出“一元论”的证据,也就是相信自然界的一切现象背后都有一个隐态统一体或称为“太一”的证据?值得注意的是,有一种运行机制,它能够把现实世界融进一个包罗万物的统一体。下面,有请量子纠缠上场。
平行世界的黏合剂
量子怪诞性可以归结为三个概念,对于我们的日常体验而言绝对诡异:量子叠加、量子互补性和量子纠缠。从字面意思来看,其中的每一个都标志着离我们所认识的经典物理学远了一步。如果说量子叠加,也就是不同版本量子现实的并存现象是怪异的,那么量子纠缠就更加怪异。对于那位想出了那骇人听闻的“量子力学猫”的埃尔温·薛定谔来说,量子纠缠构成了量子怪诞性的核心概念:“我不会说它是量子力学特征之一,它应该是量子力学的标志性特征,因为它,量子力学就完全脱离了经典物理学的思路。”
加州理工学院的宇宙学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)表示同意,他写道,“没有子系统”——这样也就没有量子纠缠——“量子力学就没什么意义”
。与此同时,根据量子宇宙学家克劳斯·基弗尔(Claus Kiefer),今天量子纠缠被理解为“量子理论中‘唯一’的中心因素。像量子信息场这样一些现代新发展没有……量子纠缠的话是无法想象的”
。当科普作家路易莎·吉尔德(Louisa Gilder)要给她对量子历史的生动描写挑选一个标题的时候,她决定选“量子纠缠时代”,这很贴切
。
事实上,量子纠缠远远不止是量子现象的又一怪异之处。量子力学之所以把世界融合为一,我们又之所以把这一本质上的统一体感知为许多不同的客体,它们背后的运作原理正是它。与此同时,量子纠缠也是为什么我们似乎生活在一个经典现实世界中的原因。它差不多就是这个字面意义上的“世界创造者”。
量子纠缠,适用于由两个或更多部件构成的事物,而且描述出当把“每件可以发生的事物的确都会发生”这一量子原理应用于这类组合起来的物体时,会发生什么。与此相应的是,量子纠缠状态就是为了产生同一个总体结果,即一个组合体的各部件可以有的一切组合方式的量子叠加。在这里,量子领域的波浪性质可以帮助说明量子纠缠实际上是怎么工作的。
在头脑中想象一片玻璃般完全风平浪静的大海。现在问问你自己:像这样一个平面,怎么才能把两个单独的波浪图案叠置的方法做出来呢?其中一个可能是,把两个完全平坦的表面中的一个压在另一个上面,结果又得到一个完全平整的表面。但是另一种或许能产生出一个平坦表面的做法是,让两个一模一样的波浪的波形都移动半个振荡周期,再把它们中的一个叠置在另一个的上面,让一个波的波峰与另一个的波谷相抵消,如此两两相抵。如果我们只是去观察大海的水平如镜,把它看成是两个浪涌扣在一起的结果,我们是没有办法看出两个浪涌原先的波形。
我们在谈及波浪时听起来完全平平无奇的事情,如果放到对比强烈的现实场景中就会出现最古怪的效果。如果你的邻居告诉你她有两只猫,一只活猫和一只死猫,这就意味着不是第一只猫就是第二只猫是死的,那么不管哪种情况,另外那只就是活的。——用这种方式描述自己的宠物固然既古怪又瘆人,而且你也可能不知道它们当中哪一只是那只走运的猫,但是你会懂得邻居的大概意思。在量子世界里就不这样了。在量子力学中,同样是这句话,就意味着两只猫融合在一个不同状态的叠加中,包括第一只是活猫,第二只是死猫,以及第一只是死猫而第二只是活猫,不过还有其他可能,其中两只猫都是半死半活的,或第一只猫有三分之一活着,而另一只则补足了那缺失的三分之二活气。量子意义上的一对猫,各猫的命运和状态相对于整体状态来说是完全打乱了的。同样,在量子宇宙中,不存在单个物体。所有存在着的东西都融合进单独的一个“一”当中。
爱因斯坦的最后一击
当1935年5月爱因斯坦和他的年轻同僚鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)和纳森·罗森(Nathan Rosen)把量子现象中的量子纠缠带到聚光灯下的时候,他们并不在意多个宇宙融合这种事。他们通过部署一项新研发出来的“武器”,就是现在人们所知的“EPR悖论(爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论)”,集中火力去摧毁玻尔的哥本哈根诠释。
在那个时候,爱因斯坦已经在美国找到了一个新的家。两年前,纳粹在德国夺取政权的时候,爱因斯坦正在加州理工学院访问,而且之后“没敢踏上德国的土地”
。他回到欧洲的比利时安特卫普港时,叫人开车把他送到德国驻布鲁塞尔大使馆,上交护照,放弃国籍。整个夏天,他待在比利时,此时纳粹们则启动了那项法律,禁止犹太人及其后裔在德国的大学或科学研究机构持有官方职位。这还只是许多种族主义和不人道措施中的一项,这些措施发展到顶峰就酿成了犹太人大屠杀,历史上最惨烈的种族大屠杀。结果14位诺贝尔物理学奖得主和德国几乎一半的理论物理学教授不得不移民。当马克斯·普朗克,以威廉皇帝学会主席的身份向希特勒呼吁,指出这项政策会给科学带来的毁灭性后果时,希特勒回复说“如果赶走犹太科学家意味着当代德国科学的湮灭,那我们就过几年没有科学的日子好了”
。爱因斯坦还在比利时的时候,报纸报道说他的名字出现在刺杀目标名单中,赏金为5000美元
。1933年10月,他不是返回德国,而是登上了前往纽约的远洋航班,加入了一个正在崛起的科学堡垒:新成立的普林斯顿高等研究院。就是在普林斯顿,爱因斯坦发起了他对量子物理学的最后一击。
自从1926年春天他与海森堡那次讨论之后,爱因斯坦就对量子力学失去好感。该理论其中一项不招爱因斯坦待见的突出特征是,根据量子力学,大自然在最本质的层面上看起来是由偶然性主宰的,它是“或然性的”,而不是“确定性的”。与此相反,爱因斯坦确信“上帝不掷骰子”
,这个说法其实暗示着因果律会被牺牲掉。但是爱因斯坦确信的“上帝不掷骰子”还不是他与量子力学之间的唯一的麻烦。爱因斯坦还不愿意接受该理论中的“非定域性”,也就是,由于海森堡“不确定性关系”的缘故,一个粒子如果有了精准测得的动量就不会有可以测得的位置这一事实。最后,而且也许爱因斯坦最严肃关注的一点是,他在1950年强调说,量子理论缺乏一个内在本质真相,“这个问题的核心之处,与其说是因果关系,不如说是真实性”
。
在他与波多尔斯基和罗森合作的1935年论文中,爱因斯坦把这些思路合并为一个强大的论点,简直要破坏掉人们对哥本哈根派量子力学的心安理得的信任,至少也是快将它会带来的怪异效果揭露出来了。这篇文章的出现“像在鲤鱼塘中的一把鱼叉”
,薛定谔为此欣喜,《纽约时报》以“爱因斯坦攻击量子理论”
为标题做了报道,而玻尔的助理,闷闷不乐的莱昂·罗森菲尔德(Leon Rosenfeld)评论道:“这次恶毒的攻击像个晴天霹雳降临到我们头上。”
从实质上来讲,这三位科学家所考虑的都只是对一个复合系统中的单独一方面的观察而已。由于量子纠缠的缘故,复合系统构成成分的具体状态可以是完全未知的或未确定的。对于这场争论,可以用一个很普通的场景设置来把它的要义讲解出来。想象把两罐油漆混合在一起做成绿色。如果你去看它的最终结果,你无法推测出原本的颜色是淡蓝和深黄还是深蓝和浅黄,甚至是深绿和白色。接下来,一位化学家把她实验室里的每样配料都隔绝起来,把其中一样带走而不先看它一眼,直到这位化学家把那个容器带回家她才查看那罐配料的颜色。关键点在于,一旦任何人查看了其中一个颜色,不论它是浅蓝还是深黄,暗绿还是白色,剩下的那个罐子里的颜色立刻就确定了。但在混合颜色与量子力学之间有一个关键区别。在分开两个容器的时候,两个容器中的颜色已经是确定的,哪怕还不知道它们是什么颜色,而量子系统的状态则是只有在对它进行观察的时候才被确定。根据玻尔和海森堡的哥本哈根诠释,只有当实验被实施了,波函数才坍塌。所以,这种坍塌一定得是在时空中的所有地方同时发生。换句话说,被观察部件的状态必须得以无限快的速度传递,具体而言,要快于光速,传递到另一个构成部分,而这种现象在爱因斯坦的狭义相对论中是被严格禁止的。
这一教科书式说明,实际上与美国物理学家戴维·玻姆(David Bohm)设计的较晚版本的EPR悖论相似。玻姆没有借用颜色,他思索的是两个粒子的自旋,比方说在同一次核衰变过程中产生,然后又分开单独观察的两个粒子的自旋。在他的版本中,衰变产物单独个体的自旋相加起来等于零,意味着它们按相反的方向旋转,但是分别出哪个粒子向左旋转,哪个粒子向右旋转,只有测量过程能决定。这项著名的EPR研究还使用了又一个不同的例子。但它遵循的是同一个逻辑,很好地揭示出,在量子力学中,各构成部分的特性不可能在它们被观察到之前就确定好了。就像玻姆那样,这个实验的作者们考虑了在一次衰变过程中创造出来,又背对背释放出来的两个粒子,但他们讨论的不是这两个粒子的自旋,而是它们的位置和动量。根据海森堡的测不准原理,一位实验员对于衰变产物的其中之一,要么可以确定它的动量,要么可以确定它的位置,但不能两者都确定。如果实验人员选择对其中一个粒子的动量进行测量,那么就无法知道它的位置,反之亦然。另一方面,由于两个粒子都源自同一个源头,它们的动量必然是相关的:比如,如果正在衰变的那个粒子处于静态,它的衰变产物就会有同样大小的动量指向相反的方向。显然,这意味着知道了其中一个粒子的动量,同时也就确定了另一个粒子的动量。相应地来说,如果实验人员选择测量该粒子的位置,那么该粒子的同伴的位置也可以推测出来。这一推理方法的问题在于,根据哥本哈根诠释,第一个粒子只有在实验人员已经决定了对它的动量进行测量(而不是去测量该粒子的位置,因为那样就意味着那个粒子根本没有准确测量到的动量),且随后实际实施了这一测量之后才获得一个明确的动量。然而,就在该项测量被实施的那个时刻,第二个粒子的动量就确定了:对第一个粒子的测量立即使第二个粒子的波函数坍塌。同样的道理在对粒子位置的测量中也适用,这就意味着,要么第二个粒子的动量和位置两者都是在测量之前就确定好了的(这与海森堡的测不准原理相矛盾),要么关于测量结果的信息会以某种方式比光速还快地从一个粒子传递到了另一个粒子,而完全无须与第二个粒子发生互动。
对于爱因斯坦来说,这是不可想象的。它不仅会与他狭义相对论中的核心原理相矛盾,根据狭义相对论,没有东西可以走得比光更快。它还会不经互动就造成一个效果,爱因斯坦视之为“黑魔法力量”以及“幽灵般的远距作用”
而不予考虑。唯一的解释,根据爱因斯坦和他的联名作者们的说法,事实上第二个粒子的位置和动量应该是在测量之前就确定了的(与把颜色混合起来的那个例子一样),哪怕量子力学提供不出这一信息。
几位作者推测,量子力学一定还不完整。根据EPR论文对现实所作的定义,这一信息必然要由量子力学形式体系之外的某种原理来提供。比如物理学家路易·德布罗意就提出过一些理论,用能够明确标识出量子物体不可观察特性的所谓“隐变量”对量子力学进行修补。这个想法后来在1952年被戴维·玻姆采纳并进一步发展。爱因斯坦拒绝了这个解决方案,认为它“太廉价”
。与此相反,他希望的是量子力学能够在一个更加综合的、统一场理论的框架中完善起来,这是他自己最心爱(但到底没能成功)的项目,要开发一个“万物理论”。
就这样,借助量子纠缠,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森指出了复合系统各组件之间的一种神秘联系。虽然这篇EPR论文不是有始以来第一个谈及量子纠缠的——比如,1929年挪威物理学家埃及尔·A. 希莱拉斯(Egil A. Hylleraas)用量子力学讨论氦原子的论文中就引用过量子纠缠
——但它绝对把这个现象领进了人们的关注焦点之中。还有,爱因斯坦和他的合著者是利用量子纠缠来突显出它是个悖论,解释不了因果关系和定位问题,这是两个基石性的原理,即每发生一件事都会有一个深层的内在原因;以及,原因只能从原因产生的地方对其他事件产生直接影响,不然就需稍后由一个速度比光速慢的介质传递过去。
对于玻尔来说,爱因斯坦这项研究中所说的并不真正构成悖论。他用一系列文章进行回复,反驳了爱因斯坦的论点,与此同时对量子力学的解释也越来越模糊不清、无法理解乃至于干脆就是荒唐。薛定谔写信给爱因斯坦说,他读了玻尔那晦涩得令人不能满意的回复后忍不住从鼻子里“愤然怒哼”一声
。在爱因斯坦眼里意味着连上帝也得借助于“心灵感应装置”
的事情,对于玻尔来说不难理解,他把量子波理解为只是对认知的描述,而不是对现实的描述。与此相应地,对玻尔来说,波函数的坍塌不是改变远方粒子特性的物理过程,而是对实验人员上回取得的临时认知的一次更新。总之一句话,玻尔彻底否认了在得到测量结果之前第二个粒子的特性有任何现实意义,哪怕有一个波函数描述了第二个粒子的存在。
关于爱因斯坦和玻尔之间的这场争论,以及它对“现实真相”这个概念意味着什么,人们写了很多书。然而关于这个“现实真相”到底是什么,却几乎没人谈到。玻姆版本的EPR悖论是顺着爱因斯坦的想法,也就是坚持认为想从这一悖论中理出道理来,唯一的办法就是认定量子力学一定是不完整的。它后来被约翰·S. 贝尔(John S. Bell)和其他人以另一种方式重新表述,使之可以通过实验来测试。与爱因斯坦和贝尔的期待相反,量子力学的预言反而得到了确认。然而,这种相距遥远的物体之间的神秘关联还只是量子纠缠的一个方面,而且还不是最有趣的一个方面。到了今天,对量子纠缠的讨论通常都仅限于爱因斯坦的“幽灵般的远距作用”,但在爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发表了他们的论文之后三个月,埃尔温·薛定谔发表了一篇论文,打造出了“量子纠缠”这个术语,而且清晰地把这一现象真正意味着什么说了出来:“最大限度地了解一个整体并不一定包括最大限度了解它的所有组成部分。”
薛定谔还进一步明确解释,“如果有两个系统,我们通过它们各自的代表性样本了解到了它们的状态,由于它们之间一些已知力量的作用而进入临时物理互动,然后经一段时间的互相影响之后这两个系统又分开,这时对它们就不能再以之前一样的方法进行描述”,也就是“给它们各自赋予一个代表性样本”
。
量子纠缠是量子力学把部分整合为全体的方式。各组成部分的个体特性,为了一个高度关联的全局系统的利益而停止存在。或者用弦理论先驱莱昂纳德·萨斯坎德的话来说:“如果一位机械师对你说,你汽车上的一切我都懂,但不幸的是有关它的任何一个部件我什么都讲不出来,那就是胡扯。但是……在量子力学中,人可以了解一个系统的一切,但又对它的单个部件一无所知。”
这一见解的意义是真正放之宇宙皆准的。毕竟,宇宙中的一切物体一路走来全都至少在某个地方互相作用过,承认这一点不会有错。如果实际不是这样,那么这些物体就不会互相影响,并且它们的存在互相也都毫无意义,而只是个没道理的假设而已。所以说,量子纠缠不应该被限于衰变产物,或亚原子构成成分。如果互相作用造成量子纠缠,这就意味着整个宇宙都处在量子纠缠中,正如海森堡的学生和朋友,物理学家和哲学家卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克(Carl Friedrich von Weizsäcker)在他的《大自然的统一》(The Unity of Nature)一书中所强调的:“单个物体的隔离在量子力学中永远是个近似值。”
魏茨泽克最终得出了这样一个颠覆性的结论:“如果有可能存在着什么东西可以被看作是一个精确意义上的量子力学物体,那么这个东西应该就是整个宇宙。”
由于这个缘故,戴维·玻姆在他1951年的教科书《量子理论》(Quantum Theory)中是这么写的,“因此,看来就有必要,放弃那种以为把世界分成清晰的条条块块就可以作出正确分析的想法,取而代之的应该是假设整个宇宙基本是一个单一、不可分割的单体”
。
量子纠缠提供了一个黏合剂,使量子力学得以构成一个一元论哲学——这是个激进的理念,认为只存在着单一一个物体,在它里面包含了每一样存在着的事物。——前提是如果量子力学可以被理解为一个有关自然界的理论,而不是像哥本哈根派物理学家坚持认为的那样,是一个关于认知的理论。爱因斯坦用一种更加诗意的方式表达了同样的思想,这是他在给一位悲痛的父亲写的慰问信中说的,该人的儿子几天前刚死于脊髓灰质炎:“人是一个整体中的一部分,我们把这个整体叫‘宇宙’,人是其中有时间和空间限度的一部分。人把他自己、他的思想和感觉,都体验为与其余部分分开的某种东西——这是他意识里的一种光学错觉。”
最伟大的思想
这样一种观念对于现代人的理性头脑来说显得牵强,但它对于我们的史前或古代先祖来说却显然不是如此。实际上,我们体验到的每样事物说到底都只是各种不同的印象,都源自同一个亘古不变的“本初实相”。这个说法不是新的,可以恰如其分地称其为“最伟大的思想”,已知最古老的概念之一,它甚至可能跟人类自身一样古老,这就是“一元论”。一元论似乎并不是在某个光辉灿烂的天才时刻被发现或发明的。就如我们所知,它始终存在着。
我们今天仍然可以观察到,分布于美洲、非洲、亚洲或大洋洲的许多本土宗教中都普遍存在着一个蕴含一切的统一体思想,它们通常都对自然界持有一种神圣或精神性质的观念。正如美国进化生物学家和人类学家贾雷德·戴蒙德(Jared Diamond)在他的《昨日之前的世界》(The World until Yesterday)一书中所说的,生活于这样一种传统社会中的人们有一个典型的特征,那就是持“整体型”而不是“分析型”思维
。这些小部落和小股狩猎采集者,或原始畜牧及农耕者对他们的自然和社会环境的依赖程度要高得多,也因此体验到主宰世界的是交织在一起的各种网络,而不是独立个体的各种行动。他们的世界是由生命的自然循环决定的,而不是以创新和进步、发展和有限资源为特征的。很自然地,这一体验就反映到其世界观和信仰体系中去。例如,对于东北部的美洲印第安人来说,伟大的精灵“马尼图”(Manitou)附体于动物、植物以及像石头那样的无生命物体中,而且可以通过雷电或地震形式显圣
。在夏威夷群岛的传统宗教中,在恒定的信风抚慰下,存在着一种叫做“哈”的概念,“哈”是生命的气息,以它为基础派生出了例如“啊啰哈(aloha)”(爱、和平:有呼吸在),“哈奥蕾(haole)”(外国人:没有呼吸之人),或“哦哈纳(ohana)”(家庭:同呼吸之人)之类的普通夏威夷语词语
。在更广泛的意义上,这些概念反映的是,相信“对立的统一的许多派系在‘咯卡希(lokahi,夏威夷语中团结、吉祥之类的意思)’中相互关联,多种元素的和谐状态”
,正像夏威夷宗教哲学家格文·格里菲斯-迪克森(Gwen Griffiths-Dickson)所写的那样。非洲的许多部落宗教里好像也存在着类似的生死攸关的力量掌控着自然界
。依据这些观察,英国宗教研究学者迈克尔·约克(Michael York)把“泛神论”这个认为宇宙与神是无二无别的一元论信仰列入了异教神学的主要特征之一,仅次于“泛灵论”(相信大自然是有灵魂的)、多神论(崇拜许多神祇)和萨满教
。这些发现表明,一元论的起源是把宇宙同时进行神格化和统一化,是早期人类社会普遍存在的现象,这个假说也许可以解释为什么各种一元论哲学后来都伴随着对大自然的强烈赞美。在有些社会中,这些把世界看成环环相扣的整体的观念后来演化成羽翼丰满的各种一元论哲学。
不消说,关于古时候人们把宇宙想象成什么样,其可靠的证据必须以书面见证为基础。现有最早能自圆其说的文本要回溯到公元前3000年,在人类开始在新月沃土这个“文明摇篮”——也就是中东和邻近的一些区域,比如苏美尔(在今伊拉克南部)和埃及——定居下来之后。很少有人知道的是,1923年2月16日,当海森堡在哥本哈根发现测不准原理之前几乎四年整的时候,英国考古学家霍华德·卡特(Howard Carter)在埃及帝王谷打开了图坦卡蒙的陵墓,除了被他所发现的财富惊得如受雷劈般外,他还遭遇到一元论最早的几次示现之一。卡特这样描写道,一具具木乃伊、那个坚固的金色棺材、那个著名的面具、宝座、战车以及5000多件其他器物,“四处都闪耀着金光”
,就在这些旁边有一座四守护神之一的“尼思(Neith)”塑像,守卫着这位法老的石棺。尼思,公元前3000年镌刻在地底墙壁和石棺的古老象形文字《金字塔文本》中描述过的最古老的女神之一,在埃及最重要的偶像宗教中心之一的塞易斯庇护所受人膜拜,是“一切事物的母亲和父亲”
。根据古罗马作家普鲁塔克的说法,在她的神庙里这位女神罩着纱巾的雕像上面镌刻着“我是过去现在未来的一切;从未有凡人掀起过我的帷幔”
。正如埃及学家扬·阿斯曼(Jan Assmann)解释的那样,“埃及人当作一大奥秘来传授的是,神就是一切事物,一个精神存在,其自身弥散在整个世界且无处不在、渗透一切”
。惊奇就惊奇在,早在50个世纪之前古埃及人就已经知道了某种与量子纠缠非常相似的东西,而且还实实在在地坚守着那个大胆的信仰,凡曾存在过的一切都汇聚成一个隐态的“一”,一个单独的、不可捉摸的存在,由罩着纱巾的女神尼思象征,她后来经常被当成那守护图坦卡蒙石棺中她更为人所知的同伴:母亲女神伊西斯(Isis)。根据这个观点,我们所体验到的大自然只不过是一个封面,在它的下面,可以料想到一个隐态但依稀显现的统一的根本现实真相。
图坦卡蒙被放进(陵墓)安息大约500年后,在从那里再往东483公里的地方,公元前800年左右,惊人相像的思想也可以从《奥义书》中找到。在这些对印度教精神内核作定义的古梵文文本中,“梵天”这个概念被定义为持“所有事物、所有神、所有世界、所有呼吸、所有自我”于一处,就像“所有的辐条都装在战车的轮毂和轮缘上一样”
。就像古埃及人看待他们的女神尼思或伊西斯那样,《奥义书》知道一个蕴含一切而又非人格的统一体,代表着“宇宙的根基或一切存有的源头,或宇宙所从长出的那个东西”
,这是印度哲学家特立亚瓦兰·玛哈德万(Telliyavaram Mahadevan)的解释。与此相对应,可观察到的自然界则被理解为“玛雅(maya)”,意为一种机巧或幻象,在《奥义书》中被描绘成这样:“如同变戏法,乃由玛雅做。如同一场梦,所见不是真……如同墙上画,令心得愉悦,实则欺骗人。”
或者是一块纱巾,如同19世纪哲学家阿图尔·叔本华(Arthur Schopenhauer)所强调的,“欺骗的纱巾罩住凡人的眼睛,让他们看到一个既不能描述为‘是’也不能描述为‘不是’的世界:因为它就像一场梦;就像从沙地上反射回来的阳光,让遥远的旅行者误以为是水”
。
又过了200年,再往东4184公里,公元前6世纪的中国圣人老子在他的著作《道德经》中给“道(Tao)”(或拼写为“Do”)这个概念下的定义是“天地之始”以及“万物之祖”
。道,字面的意思是“途径”或“道路”,事实上还被当作“太一”的另一个名称来使用:“这么理解下来,我们可以看到,是‘太一’或者说是‘道’在创造且支撑着宇宙”
,伦敦大学中文教授达雷尔·刘(Darell Lau)这样解释道。
这些还只是很多例子中的几例而已。一元论概念扩散到哲学和宗教中,扩散到大乘佛教和禅宗、基督教神秘主义、伊斯兰教苏菲主义和锡克教。它们都被宣称为一种“长青哲学”中的一个甚至是“唯一”的核心概念。“长青哲学”指一种假定的、形而上学的真理,据说是所有宗教传统都信奉的,持这一看法的有英国作家阿尔多斯·赫胥黎(Aldous Huxley)
。事实上,虽然有切实证据表明这一哲学是从特定的源头和地区传播出去的,比如古埃及,但一元论从各个不同文化和地理地域独自产生出来,构成一个像德国哲学家卡尔·阿尔伯特(Karl Albert)所宣称的“普遍存在的本初概念”并不是没有可能
。至少,鉴于全球都存在着各种一元论哲学,那么人们得出结论,认为是一个包罗万物的“一”使得普世折服倾倒,是不会错的。
这些来自古代的证言通常被看作是神话,即使与现代科学有些关联,那也微乎其微。然而仔细观察“一”,会看出它们要解答的正是纠缠约翰·惠勒的同一问题:“世界,在其最深层到底是怎么拼到一起的?”终极“现实真相”是什么?科学探索的基础应该建立在什么上面?跟讨论量子力学时我们分出了银幕现实和胶卷现实一样,各种古代神话也对此进行区分,对于体验到的现实就说成是“幻象”“纱巾”或“玛雅”,而那个根本性的、触碰不到的现实则被指称为“梵天”“道”或“一”。这一令人惊异的并行现象被法国物理学家贝尔纳·德斯班雅(Bernard D’Espagnat)格外注意到,他把自己1995年那本关于量子力学的教科书命名为《纱巾覆盖的现实》(Veiled Reality)
,很可能是刻意暗指印度教的“玛雅”概念或位于塞易斯的那位覆盖着纱巾的埃及女神。“如果量子理论看起来是一条‘烟气缭绕的龙’,那么龙的本尊现在可以被看作是一个万能波函数,它那与生俱来的量子纠缠之‘烟雾’对我们这些地面生灵半掩着。”
H. 迪特尔·蔡赫在几年后这样解释道。然而这样一个隐态根本性现实的想法并没有把现代物理学和古代神话传说之间的相似性全部穷尽。跟量子力学一样,一元论哲学是懂得互补性概念的:这个属于本质层面的梵天、道或太一,是各种对立面、日常生活中体验到的各种互补现象、银幕现实的交会点,就像属于本质性的电影胶卷或量子现实可以在不同的放映中把自己展示为粒子或波之类。最后也是最令人惊异的是,关于这个根本性的现实的真相是什么,现代科学和古代神话甚至好像还达成了一个相似的结论:“它是个巨大的合成体,一直在把自己聚拢成一个整体……它是个囫囵整体。”
一场流产的革命
经由量子物理学,海森堡和玻尔发现了自然界的一个全新领域——量子领域,它内在贯穿并统一起宇宙间的一切事物,遵循着物理学的一些奇怪的新法则。然而,他们不但没有出发去探索这一未知领域,反而决定宣布它不存在。海森堡、薛定谔和许多其他人的开创性发现所开启的这场革命没有完成,反而就在它快要揭示出物理学基础的时候流产了。是的,在这一领域中那么多的研究对象,相当于粒子和波这两者背后的胶卷现实或放映机现实是不能被直接观察到的,加之海森堡和玻尔受到了实证主义哲学的影响,认为只有那些能在实验中接触到的东西才是“真实”的。不过玻尔和海森堡谁都不是非常投入的死硬实证论者。对于海森堡来说,正像他在自传中写的那样,“实证论者们有一个简单的解决办法:世界必须被分割为可以清晰谈论的部分,与剩下的我们最好默然隔过去不提的部分”,接下来就话锋一转否定了这一信条:“但看到我们能清晰谈论的东西几乎相当于没有的时候,还有谁能想出一个更没道理的哲学?”
既然这样,那么为什么海森堡和玻尔在量子领域的前沿止步而没有接着进取?就像美国哲学家诺拉·贝伦斯丹(Nora Berenstain)所判断的那样,为什么哥本哈根派诠释坚持“对于这个经验证明了在理解宇宙的模态、物理和形而上本质方面,是成功理论的数学结构,而要低估其所能起的作用呢”
?哥本哈根派物理学家的这种自我限制是从哪里来的?它又是如何变身为一个信条的呢?
问题并不在于早期的量子权威们对量子力学的一元论性质是不是完全无知的。比方说,玻尔在他的论文《物理科学和宗教研究》(Physical Science and the Study of Religions)中写道:“量子现象本质上是囫囵一体的,这符合逻辑地体现在,只要想对它进行再分割,就需要对实验设置做改变,而一改变,想要的结果就不出现。”
玻尔也很清楚,古代各种一元论哲学猜测到了互补性与对立面交会之间存在并行不悖处。1947年,当丹麦国王弗雷德里克九世宣布,要将丹麦最高等级的荣誉“大象勋章”授予玻尔的时候,玻尔设计了自己的盾形纹章,上面有“阴与阳”的符号。这在老子道家哲学中形象地表示:自然界中看似对立的力量,在更深层级的理解中实际上是互补的。玻尔还加了一句拉丁文“对立方是互补的”(contraria sunt complementa)作为铭文。海森堡也以类似的精神把他的自传命名为《局部与整体》(The Part and the Whole)
。1972年弗里乔夫·卡普拉(Frithjof Capra)为他的著作《物理学之“道”》(The Tao of Physics)采访海森堡时,问及这位著名物理学家对东方哲学的想法时,海森堡极为出乎意料地告诉卡普拉:“他不仅完全清楚量子物理和东方思想之间的并行不悖之处,而且他本人的研究工作,至少在潜意识层面,也受到了印度哲学的影响。”
玻尔和海森堡不愿意深究我们的银幕式日常现实究竟源起自哪里,且这件事之所以如此令人惋惜到无语,这就是其中一个原因。再仔细审视一下,哥本哈根物理学家非常有可能摈弃了量子领域,说它“不真实”的动机,并不完全由于它无法被观察到,至少很可能也是由于它的身世:一个包罗万物的统一体,这个概念在历史上一直与宗教关联,还常常被等同于上帝。还不止于此,因为它是2000年来基督教神学的核心关注点,要绝对确保这样一个概念不会被看作是自然界的一部分,在上帝和俗世之间一定要存在着截然分明的界限。哥本哈根物理学家们于是就很顺从地,将我们切身观察到的现象背后隐藏着的真相推入宗教的范畴。
事实上,将玻尔对量子力学的诠释理解为一种“息事宁人哲学或宗教”的,不只是爱因斯坦。关于这方面,很能说明问题的是在很多次对话场合,海森堡回忆起与玻尔就互补性的深层意义进行讨论,这种谈话很快就陷入有关科学与宗教关系的争论。海森堡记得的是,对于玻尔来说,关键是首先得有语言,才谈得上可以讲出什么东西来,同时对他来说,不同银幕现实——例如粒子和波——之间的互补性,透露出了我们可以谈论什么、不可以谈论什么的限度。根据海森堡的说法,玻尔争辩说“我们应该记住,宗教对语言的使用与科学是相当不同的”
。在这一背景下,重要的是要注意,对玻尔来说,互补性不只是一个“横向”关系说的是不同银幕投影之间那种性质的关联,诸如是粒子还是波之类;也适用于“纵向”关系,就是银幕影像和电影胶卷或放映机现实之间那种关系。玻尔相信,与粒子和波在描述自然界时既是互相排他性的但又同等正确一样,以实验为依据的科学和基础性的现实真相之间也是如此。海森堡在自传里历数了一次次对那个如同精神分裂般的信念的讨论,说宗教和科学涉及的是“现实真相”中区别相当明显的不同侧面:“这个是我从父母那里就熟知的观点,把这两个领域与世界的客观层面和主观层面联系起来。”
虽然海森堡承认“对这种分隔并不是很满意”
,但是他还是赞许这一哲学,说它平息了科学和宗教之间多少个世纪的古老冲突。
与此类似,海森堡的朋友沃尔夫冈·泡利认为理性科学思维和非理性神秘体验对于获得洞见来说是两种“互补性”
的方式,而海森堡的合作者帕斯库尔·约尔当则争论说,量子测量过程中的不确定性会让人们“不再相信存在着一个因果关系环环相扣、自然而然的世界,不再相信自然界……不会允许有一个神性造物主插手干预……不再相信由科学把世界从魔法中解脱出来应该是科学研究的一个不可避免的结果”
。对于哥本哈根物理学家们来说,粒子和波背后的真相不是该他们管的事。它是“那不可名的道”,是第二戒规定的“你们不可为自己雕刻任何偶像,或任何形象仿佛上天的东西”
。哥本哈根物理学家们没有认识到古代哲学所拥抱的一元论真的是现代物理学中的一个关键概念,反而把这一物理学的基础重新归类为宗教。
通过树立起“不存在量子世界”这一教条,哥本哈根物理学家又重新复活了一个源自古典时代晚期和中世纪基督徒之间的说法,主张在物质世界和神性领域之间划一条严格的分界线。与此同时,他们把量子物体的性质划归于这一神性领域。在接下来的一些年里,量子力学作为一种工作范式成功地应用于原子核、粒子和固态物理学,物理学家们对它的哲学基础抱着一种实用主义态度。比如理查德·费曼建议道,“不要老是问你自己……它为什么是那样的。没人知道它为什么是那样的”
——美国物理学家大卫·默明(David Mermin)恰如其分地把这种态度总结为:“闭上嘴,数你的数去!”
深思量子力学的意义,通常被看作是一项私人消遣,跟真正搞物理学只是稍许沾点边,没多大意义。
那么如果这不是由于无知造成的后果,玻尔和他的追随者们的否定哲学又是从哪里来的呢?正如阿杰·彼得森(Age Petersen)意识到,“玻尔的哲学思想原本不是由物理学启发的,只是这个新理论的那些特征与他奉行的哲学匹配得天衣无缝”
。照这么说的话,量子力学的历史还只是整个故事中的一部分。一元论的历史及其与宗教之间的麻烦关系则是另一部分。
不肯屈从权威的女人
毫无疑问,爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔,还有许多其他的量子先驱必须名列有史以来最伟大的科学家之中。如果说,对这项理论的真实意义就连这些科学明星都没能取得一个信得过的理解,人们就不禁要问,这到底还有没有可能。在其他以及更好的时期,也许爱因斯坦会找到格蕾特·赫尔曼(Grete Hermann)这么一位年轻的数学家和哲学家做盟友。赫尔曼是早期批判哥本哈根派“教义”的人,她预见到的很多东西,后来都成了更合情合理的诠释“现实真相”的组成部分,这都是量子力学本有之义。但因为她是个女人,是个科学界的圈外人以及一个在野蛮时代保持良心的人,所以就不受待见。
赫尔曼成长于不来梅的一位水手和商人家庭,是其中7个孩子之一,在哥廷根学习了数学和哲学,在艾米·诺特(Emmy Noether)指导下工作获得了博士学位。艾米·诺特是个天才科学家,开创了物理学中的对称及守恒定律研究,并经过长期斗争,终于成为了获准在德国大学中教授数学的第一位女性。拿到博士学位后赫尔曼开始与哲学家莱昂纳德·内尔逊(Leonard Nelson)共事,他是个康德哲学和民主社会主义的热心倡导者。1930年代,海森堡反复声称“因果律毫无意义,已经绝对证实了”
,有当时德国销量最高的日报之一的《柏林日报》为证,听到这个,赫尔曼对量子力学产生了兴趣。在赫尔曼看来,因果律是实证研究的一项条件而非结果,海堡的这种声称是荒谬愚蠢的:“因果律不是可以靠经验来证明或反驳的一种实证论断,而是一切经验所从谈起的根基。”
她不惧怕任何权威,“决定”与海森堡“直接斗争直到决出胜负”
。1934年春天,赫尔曼搬到莱比锡,以便在海森堡的讲座上讨论这件事。这绝非易事。这位勇敢的数学家必须进行斗争,才能被海森堡、弗里德里希·洪特(Friedrich Hund)和他们的年轻门生卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克身边一圈互相熟识的清一色男性群体认真对待:“当我提出问题,要求解释确定性失灵背后的物理学原因,以及它们能不能用目前还未被发现的那些隐藏参数规避掉的时候,我时常遇到他们表示无法理解和不耐烦……只有海森堡认真看待了这个问题,而且还在著名的爱因斯坦-玻尔大讨论中对此进行了热烈的探讨,这我只是后来才听说的。弗里德里希·洪特那友善的讽笑到现在仍然出现在我面前,面对我的挑战,他问道:‘要是发现了电子有或多或少若干个红鼻子的话,我是不是就会相信确定性失灵的情况可以被规避掉呢。’”
与爱因斯坦完全一样,赫尔曼一开始也相信量子力学是不完整的,需要加以补充。如果量子力学对一次实验中可能会观察到什么只提供出一些概率,是否有可能通过添加有关物理系统的准确状态的信息对这个理论进行修补,使它能做出准确的预测?然而物理学家们很有信心地认为不行,这得到了约翰·冯·诺伊曼的权威肯定。
与赫尔曼一样,冯·诺伊曼是大卫·希尔伯特身边哥廷根派数学家的“产物”。较早之前,这位匈牙利数学家已经为自己赢得了神童及万能天才的声誉。冯·诺伊曼把注意力集中到量子力学上之前已经开始了的逻辑学研究。后来他在核武器设计中做出了关键贡献,通过开发博弈论使经济学取得了革命性的进展,并且设计了现代计算机的结构。在1932年他那本有影响力的著作中,冯·诺伊曼发展总结了量子力学的数学基础。在这方面,他还提出了一个证据,证明用所谓的“隐变量”,也就是可以在进行测量之前标明量子物体状态的参数,来补足这个理论是不可能的。大多数物理学家现在同意,各种隐变量理论的确十分有可能是一条死胡同,因为它们很难与狭义相对论调和。然而,它们构成一个有效且有趣的可能性。在她维护因果律的斗争中,格蕾特·赫尔曼首先证明了冯·诺伊曼的证据是错的:冯·诺伊曼的论点所依赖的是一个没道理的立论,它对量子力学是正确的,但对于一个带有隐变量的量子理论就不一定正确。虽然这是个了不起的成就,但却没人去注意。仅仅就在20年前,赫尔曼的天才导师艾米·诺特就被禁止接受去大学教书的许可,因为她是个女人。现在一个女性哲学家出来论证说:她已经证明了整个物理界,包括著名的冯·诺伊曼,都是错的。即便是科学家,在偏执与偏见方面也不能免俗。
使情况变得更糟的是,赫尔曼的著作发表在一个相当寂寂无闻的杂志上,而且是在一个混乱的时期。1933年夺取政权后几个星期内,希特勒的纳粹党就开始拆毁脆弱的德国民主,建立一个凶残的种族主义政权,排挤、折磨并谋杀政敌和犹太人,日益接近的种族大屠杀已初现端倪。在这样的时期,物理学和哲学就不是赫尔曼生活中最重要的事情了。那些与赫尔曼展开过讨论的物理学家优先考虑的事项,与赫尔曼的有多么的不同,在纳粹恐怖开始后四年半的1937年夏天,与海森堡的往来信件中很清楚地透露出来。当海森堡借口自己不能去莱比锡,因为他被征招参加军事演习,还坦诚地加上了一句他其实“正盼望着这件事呢,也好使他按部就班的日常俗务被强制着来一个紧张刺激的变化”
,赫尔曼颇感震惊:“您那轻松愉快的期待……在我心里激发出一种不祥的情绪。当然不是因为您赞赏吃苦并经受磨炼,而是因为您同时为您自己和其他人拥抱这个把这种打乱常规的生活强加于您的当局。我无法相信,这一赞赏态度是因为经过良心思索后,您赞同这个当局的那些目标……”一贯心直口快的赫尔曼指责这位著名的诺贝尔奖得主:“您允许此当局,以或明或暗的暴力强制人们,在此也包括您自己,必须如何去生活,而不是按照他们自己的信念去生活。”赫尔曼强调说,这是自由,是她认为“人生如果但凡要有一点意义的话”就必须有的东西。赫尔曼的勇气非常了不起,更加令人敬佩的是,如果当局以某种原因得知了她信里的内容,她的信很容易就会变得危及她的性命。海森堡回信中的天真劲儿令人泄气:“我只是感恩社会给我一个参与机会,而不是要改变我的信念。对体制的政治正当性进行详查,这大概只有当人能给自己指派一个从政治上改变世界的任务时才有意义,而对此我相信只有当人打算停止搞科学的时候才会去考虑。”
海森堡的妻子讲述自己丈夫的生平时,给文章起的标题是“一个非政治人物的政治生活”(The Political Life of an Unpolitical Person)
,而与对政治不感兴趣的海森堡相反——赫尔曼想要既做科学家又做政治人物,特别是在一个非正义和恐怖的时代。虽然赫尔曼白天的身份是数学家和哲学家,夜间则转变为一个反对纳粹政权的地下积极分子。她的抵抗组织,是由她的导师内尔逊成立的,向所有反对法西斯主义的人发布了一篇“紧急呼吁”,要大家联合起来,警告说“在德国根除一切个人和政治自由已经近在眼前”
。爱因斯坦和一些著名艺术家和作家在这份呼吁书上签了名。该组织还试图建立一个秘密工会,并且破坏了那条新修的“autobahn”高速公路的竣工典礼,在它的所有桥梁上面贴了反纳粹标语,这让纳粹后来不得不十分费力地从宣传视频中剪切掉。那是一个极度需要勇气和非常危险的活动,举例来说,仅仅几年以后人们所知的慕尼黑学生抵抗组织“白玫瑰”就因为远比这轻的事情受到审判,并被处死。
她与海森堡的团队在莱比锡进行讨论之后,德国的迫害压力变得太大了,赫尔曼不得不移民丹麦。在那里,赫尔曼于1935年发表了两篇论文,标题都是“自然哲学中的量子力学基础”(The Foundations of Quantum Mechanics in the Philosophy of Nature)。在第二篇中,赫尔曼改变了她的关注焦点,不再试图用隐变量去修补量子力学,以便在银幕现实上使量子状态恢复可完美认知并具有确定性,而是集中精力于胶卷现实上。“量子力学的理论迫使我们……放弃那种设想,认为对自然界的认知有绝对性,并在不依靠这一设想的情况下去看待因果原理。”
她做出了决定,采取了玻尔永远也不会想到的一步,认真看待电影胶卷现实,甚至就把它作为“自然界”,比相当于银幕现实的日常生活更具本质性。这么做的时候,赫尔曼得出了一项重要的观察。她发现,在各种量子过程中体验到的貌似违反因果律的现象不是别的,只不过是银幕现实的人为产物。“因此量子力学根本不与因果法则相矛盾,反而澄清了它,把其他一些不一定与它关联的原理从它自身排除掉了。”
正如冯·诺伊曼在他那本名著中已经强调过的,量子力学包含着两个过程,第一个是量子波根据薛定谔方程以带确定性的方式顺畅演化,接下来是在测量坍塌期间突然出现的不确定性坍塌。现在赫尔曼论证说,量子力学其实给被观察系统的状态提供了因果上的理由,尽管只关系到特定观察,那就是,不确定性现象是投射的特性,而不是电影胶卷的特性;但是如果量子观察是相对于测量行为的特定结果,而且如果有许多这种可能的结果,这就意味着有许多可能的观察和观察者。就像德克·虏曼(Dirk Lumma)翻译赫尔曼著作时写的序言里指出的那样,二十年后,一些相当相似的思想会催生出新的视角去看待量子力学中的“现实真相”这个概念。
它定名为“相对状态公式”,但是却以另一个名字闻名于世:“多世界诠释”。
与各种隐变量理论都试图把量子力学的形式体系局限于我们的日常偏见中的做法不同,多世界诠释则将“现实真相”的领域扩大。隐变量理论和多世界诠释两者,都把量子力学作为一项有关自然界的理论认真看待。隐变量理论本质上努力把量子力学的潜力局限起来,使它能与我们从感知而得到的对“现实真相”的看法相吻合。
多世界诠释与此不同的是,拓宽了我们对“现实真相”的看法,与量子力学预示的东西相吻合。但是要以这种方式来诠释量子力学,人们就需要弄明白,假如世界归根结底只是个“一”,那么我们为什么会体验到许多事物。赫尔曼的洞见证实,要把量子力学的深远意义把握到这种程度,其实在1930年代就已经有可能了。使哥本哈根派诠释得以产生的不是数学形式体系的影响,而是哲学上的偏见(玻尔最为突出),个人动机(像海森堡和薛定谔的不安全感和相互竞争)以及一些历史偶然因素。然而在接下来的一些年中,不论从科学界总体而言,还是具体到赫尔曼的生活,都被稳步卷入全球大灾难的巨大旋涡之中。
很快,之前对量子力学的奇异之处惊愕不已的多数物理学家都在忙于开发核武器,以及其他与军事相关的技术。赫尔曼的精神导师内尔逊已于1927年在45岁的年龄上英年早逝。1935年,她的导师艾米·诺特由于是犹太人,不得不移民美国,在一次割除肿瘤所需的骨盆手术后,因并发症而去世。不久以后,赫尔曼自己也逃到了英格兰,还不得不进入一次权宜婚姻,以避免被当作敌对异己分子,这样她才能继续进行她的政治斗争。战后,她回到了德国,在那里努力奋斗重建一个民主社团,社会民主党,以及给教师们举办的一个现代进修课程。
赫尔曼对量子教条的批评一直没受到注意,直到三十多年之后,约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)独自在冯·诺伊曼的证据中发现了那个弱点。回到1934年,格蕾特·赫尔曼正在与海森堡和魏茨泽克进行辩论的时候,爱因斯坦已经在普林斯顿高等研究院安顿下来,一起在那里安顿下来的还有赫尔曼·外尔、约翰·冯·诺伊曼和他的终身好友尤金·维格纳——他是1963年诺贝尔物理学奖获奖者。到了1938年,约翰·惠勒被邻近的普林斯顿大学聘用。二十年之后,惠勒的一位博士生,某个休·埃弗莱特三世又会敢于认真看待量子力学及其对于电影胶卷上的自然界现实能有哪些影响意义,并争辩说:“就让我们相信那些基本方程吧,看看它们的额外花样有什么用?”