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一、重塑世界观:量子时代的认知

千百年来科学家们对世界本质进行着不懈的探索,量子力学出现后,人们对世界本质的认识跨上了新的台阶。量子力学对原子层面的揭示,让人们看到在神秘的微观世界存在着天生的不确定性,这对宏观世界也存在某些适应性。量子世界观认为“观察者创造现实”,观察者在某种程度上因为不同的认知、态度、视角而创造出不同的现实和意义。观察者影响、创造所观察的事物,两者密不可分。现实的呈现方式受观察者的影响,甚至在某种程度上由观察者塑造。海森堡说过:“原子什么也不是,只是倾向。”所以与其思考事物,你必须思考机率。

量子力学诠释了世界本质的三个主要方面,其中量子力学的第一个重大发现是——分立性,并且因此得名。量子即基本微粒,在这个尺度层面一切都是断开的,并不是连续的。对一切现象而言,都存在着最小尺度,在量子力学里称为普朗克尺度,最小的时间尺度称为普朗克时间,约为 5.39×10 -44 秒。在这一极小层面,时间的量子效应开始显现。如果可以用能够想象出的最精密钟表去测量一个时间段,我们会发现测得的时间只能有不连续的取值。时间并没有均匀地流动,而是像袋鼠一样从一个值跳向另一个值,不再是连续的。也就是说,在量子层面时间概念不复存在,这大概就是虚无。

何为空间?真空中没有物质,但是有场,量子场形成了一个空间的状态。量子场——是空间中弥漫着的基本相互作用,是物理学中以时空为变量的物理量,例如电磁场、引力场等。量子物理学家卡洛·罗韦利这样描述空间、时间、宇宙和世界:分立性在自然界中无处不在,常以分立的形式显现——基本粒子、光子、引力子,或者其他量子。这些基本粒子并不存在于空间之内,而是形成空间。世界的空间由它们之间相互作用的网络形成。它们并不居于时间之中,而是相互作用,只有在互相作用时才存在。

量子在互相作用中与发生相互作用的事物相关联,并显现自身。这些互相作用是概率性的,只有在与一个物理系统相互作用时才会出现。世界就像是相互关联的点的集合,谈论“从外面看”的世界是没有意义的,因为没有什么在世界的“外面”。引力场的基本量子存在于布朗克尺度,布朗克长度是 10 -35 厘米,在这个尺度一下,空间不再是原来的意义。是这些基本量子以及它们的互相作用,决定了空间的延展和时间的间隔。这好比法国新印象派的点彩技法,他们不用轮廓线划分形象,而是用点状的小笔触,通过合乎科学的光色规律的并置,让无数小色点组成形象。印象派大师保罗·西涅克《马赛港的入口》用彩色的点描绘了色彩明丽、和谐的世界,仿佛透露了世界的本质。

空间邻近的关联把这些空间微粒联结成网,称之为“自旋网络”。这些网络进而会通过不连续的跳跃彼此转化,成为在理论中被描述为“自旋泡沫”的结构。这些跳跃的出现绘制出的图画,在大尺度上好像是时空的平滑结构,在小尺度上则是不连续的量子时空,一大群疯狂的量子出现又消失。在这种理论中,时间和空间不再是容器或者世界的一般形式,它们只是量子动力的近似,其中既不包含时间,也不包含空间,只有事件与其关联。

在哥白尼之前人们认为是太阳在旋转,后来知道了原来旋转的是自己。16 世纪哥白尼、开普勒、伽利略等早期科学家,在数学、天文学、物理学领域的探索,演化出更加依赖分析推理、以数学规律而不是以精神原则为基础的自然世界观。后来笛卡尔坚信科学的绝对确定性,他把宇宙看成是一个巨大的钟表。

到了 17 世纪,牛顿进一步拓展了笛卡尔的理论,把宇宙描绘成一个庞大、精密的机械时钟。就是大多数人三百多年以来,不知不觉所信奉的机械范式的世界观。牛顿机械论世界观的一个核心原则是决定论,即根据过去和现在可以预测未来。就像那只拉普拉斯妖,驱使人们运用因果律去寻求确定性,对于不能运用数学等演绎逻辑的领域也去用这把锤子,手里有锤子看什么都是钉子,不管它是不是钉子。人们也因此会产生焦虑,觉得本来手里的股票应该和自己的研判一样上涨一倍。如果没有和自己的预测一致的话,必定会产生对自己和世界的怀疑和不解甚至焦虑,这是世界观的错配,只是有些人还未认识到。

20 世纪量子力学取得的重大发现,已经经过科学家和哲学家的论证,然而还没有在人们的日常生活中得到更广泛的应用,还没有形成普遍的世界观。

我们再回到量子力学的第二个重大发现——不确定性。记得我刚上初中的时候,每天上学的路上会经过一个大大的路边广告牌,上面画着实现“四个现代化”的美丽图景,其中代表科学的标志是一个原子结构模型——几个电子按照一定的轨道围绕原子核旋转运动,和行星围绕太阳运动类似。改革开放初期,这个原子模型图在课本、杂志里随处可见,它代表着人们热切盼望实现科学现代化的期待,这个原子结构观念已经深入人心。可是在 1913 年,量子力学哥本哈根学派的创始人玻尔,提出了不同的原子结构图景。玻尔模型在行星模型的基础上提出了核外电子是分层排布的,电子在同层内运动是不辐射能量的;不同层面上的电子具有不同的能量;只有当电子从一个层面跳跃到另一个层面时,才会辐射或吸收能量,比如会发光,这就是电子跃迁。几年后海森堡和薛定谔在此基础上又提出了电子云模型。

电子跃迁到底是什么意思呢?它的本质含义是什么呢?这个问题在 1927 年由 25 岁的德国人海森堡破解了,那时候他是玻尔的学生。有一天晚上,海森堡在公园里散步途中突然找到了灵感,公园里稀疏的路灯的光圈被大片的黑暗分隔开。他突然看见有个人经过,实际上他并没有看见那人走过,只是看到那人在灯光下出现,之后消失在黑暗中,然后又在另一盏路灯下出现,就这样从一个光圈到另一个光圈,最终彻底消失在夜色中。海森堡突然想到,这就类似于电子的跃迁。他马上跑回家去进行计算,得出了奇怪的结果:不可能同时精确确定一个基本粒子的位置和动量。在对粒子进行描述时,并不能描述粒子在任意时刻的位置,而只能描述它在某些瞬间的位置——粒子与其他物质相互作用的那些瞬间。这就是海森堡提出的不确定性原理——知道了粒子的位置就测不准它的动量,反之亦然。类比一下股票,当你知道它的所有权时(自己已经买入),你就测不准它的价值(不知道它到底值多少钱),直到你卖掉的时候,你知道了它的确切价值,但你不知道它的所有权了。

不久后,英国人狄拉克在玻尔和海森堡的基础上,把量子力学从杂乱无章的灵感和不完整的计算、构想,变成了一个完美、简洁、优雅的体系。玻尔评价他说:“在所有物理学家中,狄拉克有着最纯洁的灵魂。”我看到狄拉克的照片,他的眼神极其清澈,他的物理学理论一如他的眼神,有如诗歌般的纯洁透彻。海森堡微笑的照片也很有个性,但透露着一丝神秘、狡黠的神情,若干年后他和希特勒关于制造原子弹的游戏至今仍是个谜。

狄拉克把“概率”带入了世界演化的核心。他认为在与另一个物体相互作用的过程中,物体突然出现时其速度、能量、动量等物理量不能取任意值。他提出了计算物理量取值的方法,后来把一个变量可以取值的集合称为这个变量的“谱”,就是说有许多其他的数值不在取值范围内。这告诉我们在下一次互相作用中,谱可以取哪些值,但只能以概率的形式。这大概就是我们平时常说的“靠谱”,实际是说这个人说的话在正确的取值范围内,不是胡说八道的。

量子力学发现概率在原子层面起作用,即使我们拥有初始数据的充分信息,也只能计算出事件的概率。在微观尺度上决定论消失了,电子不是由大自然决定向左还是向右运动,它是随机的。也就是在取值谱内可以取任何值,这是大自然的本质。在牛顿时代则认为既然有充分的初始数据,就能够完全计算出精确的数值,未来可以预测,这就是决定论。

我们宏观世界表面上的许多决定论,只是由于微观世界的随机性基本上会相互抵消,只余微小的涨落,我们在日常生活中根本无法察觉到。我常去韩国釜山海边散步,经常在一块礁石前面驻足。因为在一千多年前住在这里的新罗时期的大学者崔致远先生(他曾经在唐代留学中国并中进士,还做过唐朝的官,他当时写的《讨黄巢檄文》名满天下),曾在上面题写了“海云台”三个字,仿佛一千年来石头是静止的。假如我们能看到这块石头的原子,就会察觉到它们在不停地四处传播,永不停息地振动,因为在最小的尺度上一切都在不停地振动。量子力学告诉我们,我们观察的世界越细微就越不稳定,在微观层面世界是一群转瞬即逝的事件。未来并非完全由过去决定,我们所见到的严格规律性最终来自统计学意义。

量子力学第三个重大发现——关联性。从前面的内容我们会感觉到,经典物理与量子物理匪夷所思的区别。量子世界观告诉人们,事物是在相互作用中才存在的,如果没有互相作用,事物就不存在。王阳明《传习录》中有一段话:“先生游南镇,一友指岩中花树问曰:‘天下无心外之物。如此花树,在深山中自开自落,于我心亦何相关?’先生曰:‘你未看此花时,此花与汝心同归于寂。你来看此花时,则此花颜色一时明白起来。便知此花不在你心外。’”可以理解为,你没看到此花时,你就没有与花产生关联、互相作用,花就没有应机显现。当你看到花时,你与花产生了互相作用和关联,花因此而显现,你感到赏心悦目是花存在的意义。

佛语“缘起性空”与量子力学有相通之处。物质实在成了关联,事物只存在于物理系统的关联之中。并不是事物进入关联,而是关联是事物的基础。世界不是事物的世界,它是事件的世界。事物通过基本事件的发生而建立,海边的礁石在一定时间内保持其结构的量子振动,就像打在礁石上美丽的浪花,再次融入大海前会暂时维持其形态一样。浪花和礁石一样都是流动的事件,都是过程,只是它们拥有各自不同的节奏和时间。

系统的全部事件都相对于另一个系统而出现。过程就是从一次互相作用到另一次互相作用的历程,物体的属性只有在互相作用的瞬间才以分立的方式呈现。也就是只在这些过程的边缘,只在与其他物体发生关联时才出现。无法对其做出完整确定的预测,只能进行概率性的预测。比如货币的真实要素永远无法看到,也是通过相互作用来追踪其价值,无论是黄金白银、纸币还是现在的电子账户,只有它在支付的时候才显现其价值。钱在保险柜里、在钱包中、在银行账号中,好似叠加态的波一样,买什么都可以,一旦在花出去时,就坍缩为粒子态,去买了确定的一样东西。股票和钱一样,你不去操作时,它就在市场里波动。你不看它,它就是叠加态。你去看它就是你和它发生了作用,它体现出具体的价格;你去买卖它,它就坍缩为成交价格。 JTvIFiC/1//JaUV9KSlJaSc6DVNONpHDapuPwAVLQvT/jPhfcOLaq8w/66t3jjTm

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