读书随笔:量子物理如何改变世界(中)

文摘   2024-09-16 08:30   湖南  

作者总结起来,认为,海森堡的矩阵力学,或者说,整个量子力学,对物理学的核心贡献,其实就是一个简单至极的公式——敝号随笔过的《无言的宇宙》中那么多要命的公式,却没有提及:

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在这个公式里,x是指电子的位置值,p是电子的速度与质量的乘积——动量,也就是说,电子的位置和动量不满足代数乘法交换律,交换一下相乘的位置是有差异的,差值就是i就是虚数,-1的平方根,乘以普朗克常量

之所以xp不满足乘法交换律,原因是xp其实是两个矩阵,稍微回忆一下矩阵乘法就知道,没有交换律这一说。

量子力学用于解释所有量子现象,从电子自旋,到电子跃迁,一直到原子弹爆炸,其实就是用了经典物理学理论,再加上这个公式。

除去其中包含的矩阵力学,还有一个著名的不可能定理——你不可能同时知道一个电子的位置和动量,而只能测知其中之一,知道了位置,就不明确动量,知道了动量,你就无法确定其位置。

其中的原因,敝号已经在随笔《量子世界》、《宇宙大爆炸之前》、《莱布尼茨、牛顿发明时间》、《大图景》、《相对论:相对论与现代物理学》中均有详述。

自上世纪20年代中期量子力学诞生之后,一直持续到上世纪70年代,差不多半个世纪里,科学界围绕量子力学的诸多推导、预测和发现展开了激烈的论争,新的思想和观点不断产生,碰撞,蔚为壮观。

作者认为,这半个世纪物理学围绕量子力学的论争,恰好说明了人类思想的演进特征——自由生发,平等交流,激烈辩论,付诸实践

由此产生了解释量子力学的四个著名模型或者说理论。

其一是多重宇宙,或者用时髦的话术,就是平行宇宙。这是用于进一步解释波动力学方程中的波函数ψ的。多重宇宙模型把ψ视为实体,视为是存在的。

之前玻恩指出ψ就是概率,多重宇宙则把这个概率现实化,也就是说,每到有可能性存在的地方,我们的世界就分叉,每种可能性都生成一个新的宇宙,每个宇宙都平行进行

那个薛定谔的猫的例子,就是只要我们打开箱子,那么世界就一分为二,一个世界是我们打开箱子看到了一只死猫,一个世界是我们打开箱子看到了一只活着的猫,它们各自行进。

这样叠加下去,可以有无数个平行的宇宙存在,我们有无数个自己的副本在另外的宇宙。

像极了佛说的亿万三千大千世界。

其二是隐变量。这个模型贴近经典物理学,即把ψ仍然视为可能性,而且是虚拟存在的可能性,真正的世界只有一个。

继续用薛定谔的猫的例子,就是打开看到猫活着,那么确定的世界就是这一个,而那个死了猫的世界,仍然保持其ψ概率可能性存在,而且这个ψ概率波依然可以对确定世界产生影响——波的干涉。

值得一提的是,提出隐变量概念的,是一个坚定的共产党员学者戴维·博姆,他恰好在上世纪五十年代麦卡锡政策时期,与奥本海默一样受到迫害,到了南美生活。不过,他在物理学上的贡献,丝毫未受到政治的影响。

所谓隐变量,就是指这个并不能实现的可能性ψ,因为我们只知道它可能存在,但观测不到

其三就是著名的物理塌缩。这相当于也是对上面两者的折衷——一开始各种可能性都存在,猫是两种状态的叠加,包括我们也是,一旦我们行动打开箱子,我们的ψ与猫的ψ就相互干涉,各种可能性就塌缩为一点,塌缩为一个现实的状态。

这个塌缩概念,对应了另一个著名的量子力学概念——退相干,各种可能性波相互干涉,导致可能性缩减为一个点。

其四是量子比特主义。这个想法更有意思,也更具哲学意味。

这种理论认为,没有必要较真波函数ψ到底是什么,它只不过是一个数学工具。真实世界中的事件以概率发生,ψ就是我们用以计算概率的工具,它只是我们对事件的认知方式——认识论。

物理学并不是描述世界本身是怎样的,它只能描述我们所认知到的世界,描述我们所能拥有的关于世界的信息

之所以对同一个事件有不同看法,关键在于获得信息的不同。当我们进行观测的时候,获得信息就会增加,让我们观测到事件。——联想一下敝号2022年随笔詹姆斯·格雷克的名著《信息简史》。

量子比特主义更接近康德的理性观,即不去探知在我们可知、可观测范围之外的真实世界,那属于实践理性——信仰和心灵的范畴

接下来就是本书的核心观点,篇幅虽短,却着实发人深省,更激发人的联想。

在量子力学视角下,事物的本质,或者说世界的本质是什么?

人们一度认为,构成物质的基础是原子,进入到亚原子世界,对极微观粒子的特征、行为进行探究之后,发现微观粒子也并非实体,形式上是一个个的能量包,实质上则是一组组的互动关系。那么,那个我们一直认为的可以坚实存在的最后的实体在哪里?

没有。

科学家们用量子力学分析、观测、实验,发现我们使用量子力学,并没有描绘出自然本来的面貌,实际上是在描绘——自然的一部分是如何呈现给另一部分的。就像太阳以恒星的形式呈现给了地球,电子以波的形式呈现给了观测它的科学家。

这种呈现,也就是任意物理对象对另一物理对象做出反应

从这个基点出发,就会发现,光子也好、电子也好、猫也好、石头也好、国家也好、体制也好,这些看起来是实体的东西,并不是我们认为的可以独立自为的存在。

相反,它们不过是持续地、一刻不停地对其它实体做出反应的一种存在,存在的不是实体,而是反应——相互作用,或者说,相互关系

设想一下,如果有这么一个物体,它不对任何其他物体进行互动,不发光、没有引力、没有斥力、碰不到、摸不着、闻不到、看不见,那它存在吗?

从前我们中学马克思主义哲学课本中嘲笑伯克莱的“存在即感知”,把这个感知从人的感官扩大到各种观测和探测手段,都无法侦知到它的存在,那么它存在吗?

那就要看你怎么定义存在了。

你定义了一个存在,但是这个存在与我们毫无关系,甚至与世界都没有关系,那么定义这个存在是干啥?

所以,对于我们而言,存在的本质,不是某个实体,坚硬的物质,而是一组关系,一张广阔的互动关系网

我们说特定的物质有特定的属性——feature或者说特征,这些特征不就是这个物质与我们互动的结果吗?天空之所以是蓝色,是因为天空光线与我们视觉互动的结果;电子的动量或者位置,是电子通过观测设备与我们互动的结果。

有没有一个属性,是无须互动就存在于某个物质中的?没有。没有与其他事物的互动,就没有属性和特征

第一个观点:没有互动关系,就没有属性和特征。量子力学视野里,世界没有坚实的物质性存在,有的只是以物质为节点的关系网。

这就是海森堡之前灵光一闪的深层含义——非要去弄清楚电子怎么在原子里运动,其实没有必要,也不可能弄清楚,只有考虑电子与外界互动关系——电子在跃迁时发出的光,强度和频率,这些“可观测量”时,才能定义电子。可观测,就是电子与外界的互动关系。

当电子在轨道上运动,不与外界发生任何互动时,那么这个电子就没有属性,也没有特征,甚至可以说,不存在

量子力学更进一步——物质的本质,就是它与其他物体互动的方式——互动关系就是本质。

到这里,可以稍稍在复习一下敝号过去七年来先后随笔的《楞伽经》、《金光明经》、《法华经》、《梵网经》、《解深密经》等佛教经典,以及《宗镜录略讲》、《为什么佛学是真的》、《佛学大纲》、《印度佛教史》等佛学研究名著,乃至《逻辑哲学导论》、《物演通论》等哲学著作,反复详述并阐释的佛学观点——空。(上述随笔均可在敝号公众号首页搜索中找到)

空在梵文中是sunyata,被翻译为汉语的“空”之后,反而造成了一定的误解。

因为汉语的“空”就是空空如也,空无一物,什么也没有的意思。

Sunyata可不是什么都没有、空无一物,它是指的“非有”,“非实在性”,“非自体”的意思——正是上述量子力学对事物的看法,没有独立存在,不与世界发生任何关系,不依存任何关系而存在的实体。

梵文毕竟与拼音文字同出一系,建议对佛学真感兴趣的看官,可以读一些佛学哲学的英文著作,解释更为通透。

妙就妙在“非有”、“非实在性”、“非自体”这个“非”上,它不仅仅是否定,同时也是肯定。

既然没有实体,没有我们普通人认为的坚实的物质,那么有的是什么?佛陀也说了,那就是关系、联系

在佛学看来,世界的图景,没有一处不是通过人的感官在人心中造成的印象——所谓眼耳鼻舌身意这些通道。印象就是印象,是浮光掠影,并不是世界本身,不是事物本体。

摸着石头硬,就认为物质一定会坚实可靠,这不过是我们感官的错觉——颠倒梦想。

为什么佛说是颠倒梦想?因为你从根上就错了,错把你对事物的感觉知觉,当成了事物本身。


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。
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