读书随笔:量子物理如何改变世界(下)

文摘   2024-09-18 07:17   北京  

那本质是什么呢?佛学说,任何事物都是相互关联和依存的关系,并没有什么本体。比如树,并没有一个本质是树的东西在那里,树不过是阳光、水分、矿物质、有机物按照特定秩序组合起来的一个关联物。

而且,这种关联可以一直细分下去,一直到最后,你也不会发现有一个本质叫树的东西在那里。

有的只有关联。我们所感知到的事物的属性,也都是空,都是事物与我们发生的关联。

这就是空,sunyata的本意。

第二个观点,属性和特性都是相对的,不是绝对的。量子力学认为,不仅事物本身就是关联,而且通过关系呈现出来的属性和特性,也随着呈现对象和方式的不同而变化,没有绝对的属性。

对于箱子外面的人而言,箱子里的猫可以是活着和死了两种“叠加”状态;对于箱子里的猫而言,只有一种现实的状态。这两种情况都是现实,对人是现实,对猫也是现实,可以同时存在而不矛盾

以接近光速飞行的飞船中的人,认为一秒就是一秒,他的时间还在照常流逝;在飞船外的人看来,飞船和人以及他的时间都已经停滞不动。对于他们而言,这都是现实,参照系不同

因为与事物发生关系的对象不同,那么事物展现的属性也就不同。

再举例,速度就是典型的互动关系特性,车在地面上的速度,既有对行人的速度,也有对静止的交通灯的速度,还有对另外的车的速度,还有相对太阳的速度……。除非你定义好,是根据什么参照系,相对于什么东西的速度,才能真正定义这个特性。

否则,特性就无从说起。

所以,这个世界不仅没有坚实的物质,甚至连属性和特性也不是绝对的,都是在互动关系中才具体呈现出来的。

世界的本质,是由互动关系、关系造成的事件和非连续运动构成的,不具有永恒性和不变性。

创立波动力学来解释电子诡异行为的薛定谔,本来是不认同世界的非连续性本质的,到后来他最终承认了自己之前的错误:

组成世界的粒子不是永恒不变的,而是转瞬即逝的事件。这些事件有时会形成连续的链条,让我们以为它们是永恒不变的,其实它们中的每一个都仅存在于个别的情境中,只出现于极短的时间中

再联系下佛陀说的,如露亦如电,应作如是观

然后是关于量子力学这种类佛教哲学视角的一些奇怪但又确证存在的现象:

一是量子纠缠。这是此前最让人不解的谜题和现象——一个粒子分裂成两个新粒子,出于动量守恒需要,新粒子一个向左旋的话,另一个就会向右旋。

人们发现,不论这两个新粒子物理距离有多远,总是会这样。两个有过关联的粒子也是这样,比如两个光子,一个是红色,那么另一个也会是红色,不论这两个光子相隔多远。

当两个粒子相隔千山万水,当你观测到一个粒子向左旋,那么远在天边的孪生兄弟粒子就会是向右旋。

问题就在于,当我们观测到一个粒子向左旋的时候,远在天边,甚至是几光年之外的另一个粒子是怎么确定要向右旋的?

有两种解释,首先是第一种最容易想到的,那就是两个粒子在分开的一刹那就已经决定了所有的特性,向右旋向左旋已经确定了。这一假设,后来被物理学家约翰·贝尔以贝尔不等式证明,在微观世界不可能。

因为,如果一开始就确定了一切,那么就会与后续观测行为对结果的干预这种现象发生矛盾——还记得吗,光的双缝干涉实验就是典型的例证,当你不去观测双缝时,光通过双缝就会在投屏上产生明暗条纹,体现出波的性质;当你在双缝上设置观测点时,光就会在投屏上变成一个点,体现出粒子性质。

观测是可以改变结果的。所以,两个粒子不可能分开的一刹那就确定了所有的性质。

其次是第二种假设,两个粒子之间可以有一种超越光速的粒子可以传递信息,在一个粒子被观测到向左旋时,这个信息就瞬间被传递到另一个粒子那里,让它向右旋。

可是光速是宇宙的极限速度了。

量子纠缠这个现象已经被无数次实验证明确实存在,可其中的机制到底怎样,并不清楚。

也就是说,我们身体中每一个原子都与宇宙里遥远过去的大量原子,在以我们不知道的方式发生着互动,每个人其实都与周围的事物乃至整个宇宙,紧密地联系在一起

作者对此的解释倒是简单。

量子纠缠并不是一种诡异的现象,因为两个粒子之间的互动,其实并不仅限于两个粒子之间,而是相对于第三方观测者的互动。

也就是说,纠缠的,不是粒子,而是第三方。互动关系,并不是两个人的游戏,而是三个人

所以,你要确认两个粒子之间有这种纠缠关系,那么就必须去观测,并且交换信息,只要交换了信息,那么粒子之间的互动关系就可以得到确证。

传递信息的过程,本身就是对纠缠关系的确证。在交换信息之前,粒子的状态都和那只猫一样,对于观测者而言,处于一种既是又不是的叠加状态。交换信息之后,状态就确证了。

这样,量子力学又引申出了另一种形式——事物之间或者系统之间传递信息的过程。

从信息的角度来看量子力学,可以简化为两条公理:

其一是,信息是有限的,你能获得的信息总是有限的。这实际上就是海森堡的测不准原理,即前面提到过的,对于一个电子,你不可能同时测准它的位置和动量。

其二是,信息是无法穷尽的,只要互动,总会有新的信息出现。这就是之前我们提到的海森堡最重要的那个公式,xp-px=ih bar,即不可交换性,只要交换变量,就会产生不同的结果。

值得注意的是,所有看起来诡异的这一切,只是在微观粒子世界中。在宏观世界中,这些叠加、纠缠、干涉、离散、波函数,在海量粒子的相互作用之下,被化简成了我们日常生活经验中连续、确定的变量,成了经典物理学的对象。

这并不矛盾,就好比你从月球上观察地球上波涛汹涌的海洋,看起来就像蓝色的玻璃珠表面一样平静无暇。

在书的最后一部分,作者又回到了一开始的哲学探讨。居然也提到了敝号在随笔《印度佛教史》中大幅阐述过的龙树菩萨的中论。

也真是够狠,第一个把佛陀的sunyata解释为没有完全独立事物的,就是龙树。一切都是关联,并没有什么实体。

所谓中论,其实就是两头都彻底地否定,一定要忘掉独立自主的实体这个人类思维上的偏好。

这种否定,并非彻底否认世界现实性的虚无主义,相反,它反而释放了更多的可能性,让我们可以从很多偏见中解脱出来,既可以去探究世界的总体特征,也能承认世界的普遍联系和偶然性。

这种思想,可以避免我们追求一个绝对存在,敬奉绝对的真理,始终保持思想上的开放性。

好奇心,与质疑、反对、变革是紧密联系在一起的,要像今天一些正能量只要好奇心,而又不允许质疑和反对,这样想要培养创造型人才,推进科学发现和科技创造,那才是真不可能完成的任务。

把世界从形而上学的物质概念,转变为事件关系网,转变为关联,还有一个非常突出的优势——更好地理解意义的由来。

世界的意义,生命的意义,貌似是完全脱离物质世界的精神产物。如果你非要把世界理解为简单的物质构成的,那要理解意义何以存在,还就真要加上“精神”这么一个概念实体。

可当我们能从量子力学视角的关联才是本质出发,就会发现理解意义要简单很多——生命的意义是什么?

从生物学和化学角度来看,生命就是一些特定的结构和过程。在我们看来,好像这些结构和过程的存在,就是为了造就生命,而实际上,恰恰相反,生命是为了这些特定的结构和过程能够存续与繁荣——就像道金斯所说的“自私的基因”一样,从更广泛的关联性上来讲,究竟是人类通过广泛种植水稻来养活自己,还是水稻通过满足人类能量需求而获得了种群数量的最大化,还真难说

生命其实就是这些特定的结构和过程演化和存续的副产品。

那么意义是什么,怎么来的?仍然是关联,信息之间的关联。

在量子力学来看,信息就是元素的一些量值,这些量值只有通过关联和比对才有作用和意义。

细胞壁有特定的通道,通过比对两边葡萄糖的浓度来决定吃进还是排泄。细胞倾向于葡萄糖浓度更高的区域,这就是一种信息比对,由此发生了纤毛这样的结构,让它可以以运动的方式趋向葡萄糖浓度高的区域。

同样,作者举例说,石头落下来,我闪开了,我存活了下来。因为闪不开的人都已经被砸死了,没有存活下来。我的祖先具备了见到石头落下就闪开这个本领或者说优势。

而如果要能实现见到石头就闪开,我就必须具备一种能力,能够与石头发生关联,而发生关联的方式,就是我拥有视觉系统。

所以,特定的结构和过程,要存续和繁荣,就必须对相关过程和结构拥有信息,拥有信息就拥有关联,拥有关联,就有了意义。生命形式,是其结果之一。

这些形式发展出了能够处理概念、符号的人类大脑,使得源自物理世界和生物世界的意义,变得更加丰富而复杂。

作者最后用了脑科学中的一个发现来比喻量子力学对于人类认知的意义。

我们是怎么看到的?一般认为是外部光线通过眼球刺激视神经,产生信号到大脑,由大脑组成了我们的视觉画面。

实际上,脑科学研究表明,视觉形成的过程恰好相反,不是外部信息通过眼球进入大脑,而是反过来,大脑传输信息给眼球

真实发生的情况是,大脑基于先前的经验,期待看到某个事物,处理出来一张与它预测出来的眼睛应该看到的图像。这个图像从大脑出发,传递给眼球。

眼球实际起的作用,是把那些与大脑事先编造出来的图像不符的信号,传递给大脑,让大脑对预测图像进行修正。

这实际上是一种更节省能量和有效的信息收集方式——我只收集有差异的信息,而不是所有信息。

所以,当我们观察世界的时候,我们并不是在观察,而是在以我们已知的东西为基础,编造出一个梦幻图像,比较所实际见到的,然后无意识地进行修正

我们所见到的,不是大脑对外部世界的重现,而是我们期望看到的,并修正那些与实际不符的图景。

所以,人类对外部的感知,是一种位于内部的,与外界事物共存的梦境,我们不应将幻觉视为错误的感知,而应将我们对外部的感知称为“得到确认的大脑幻觉”

人类全部知识就是这么建立起来的,关键其实不在认同,而在发现差异,发现不符,然后修正。

很多时候,掌握了一个细节的差异,就可能推导出一副全新的图景,触及到我们认知世界的概念结构,需要我们改变最底层的观念。

量子力学就是这样一种差异,就是利用这种最细微差异,颠覆我们曾经认为坚不可摧的事实。

我远看一片森林,看到的会是一片深绿色的天鹅绒缎子。当我走近森林,会看到它是由树干、树枝和树叶构成的。此外还有苔藓、昆虫,构成十分复杂。走过的每一只瓢虫每只眼睛里都有一个细胞结构与神经元相连,每个细胞都是一座城市,每个蛋白质都是原子构成的城堡。每个原子的原子核里都有疯狂翻滚的量子风暴。而这一切还只是发生在一片森林里的小小的事实。这片森林位于一颗小的行星智商,行星围绕一颗小的恒星旋转,整个星系中有数千亿颗恒星,整个宇宙中有数万亿的星系,每个星系里都有令人眼花缭乱的事件。

在宇宙的任何一个角落里,我们都会发现深不见底的、层次丰富的现实。


书虫小记
个人阅读史,随笔记录。毛主席教诲,不动笔墨不读书。读了不少,资质鲁钝,多半读过就忘。于是只好边读边想,边想边记,读后就记。绝不停留于摘要书评,力求全景记录,夹叙夹议。完全业余爱好,非专职读书写作,还得打工糊口。
 最新文章