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我从量子力学经典实验中学到了什么?

我从量子力学经典实验中学到了什么?

作者: 远方_先生 | 来源:发表于2016-03-10 17:24 被阅读547次
    仰观宇宙之大,我们要做的是给时光以生命,而不是给生命以时光。

    不可否认人类社会从诞生之日起发展速度惊人,每一天都有更多的理论被发现、猜测和证实,人类也在一步步探知着所谓宇宙的真理,无数位前人大家们都为此付出了太多的心血,如今站在这么多“巨人”肩膀上看茫茫宇宙,好像依然差得很远,看不到尽头。

    下面先介绍一个名词——薛定谔的猫!对于没有接触过量子力学的人来说,可能根本不懂甚至都没有听说过这个不知所云的名词到底是个什么意思。

    “薛定谔的猫”来自奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫既是死的又是活的著名思想实验。具体的实验过程是这样的:把一只猫放进一个不透明的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。如果没有衰变,那就没有毒气,猫也就不会死。那到底猫是死是活,在打开盒子之前我们并不知道,按照量子力学的描述,有人说,这只猫处于既死又活的叠加状态。只有当我们打开盒子的那一刻,猫从既死又活的叠加态中变成要么死要么活的状态,就好像是我们打开盒子的这个动作决定了最后的结果,但从事实逻辑上看,显然猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。

    看似简单的实验,背后隐含的问题却不简单。有人说,盒子里有两只猫,两只猫都是真实的。有一只活猫,有一只死猫,但它们位于不同的世界中。当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。唯一的区别在于其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着。也有人说,猫会在盒子被打开以前早就处在一个确切的状态。爱因斯坦曾经说过上帝是不会掷骰子的,所以他不相信盒子里的猫是处于叠加态的,他认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。他花了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否在起作用,但他没有完成这个计划就去世了。

    作为一名理工科学生,我很惭愧,读了这么多年书,到了研究生阶段我才知道“薛定谔的猫”这样神奇有趣的科学实验。跟着它一起滞后的还有很多我对这个世界的认知。

    另外,这个实验也引发了更多的思考。自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。再如思维过程中的"顿悟",会不会与前述之"一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来"有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。

    由于知识眼界有限,有关量子力学介绍到这里,说了这么多,我并不是要鼓励别人学习量子力学。我想说的是和量子力学好像有着千丝万缕联系的自我意识的问题。

    我开始对这个问题感兴趣要从《三体》说起,我们都知道,《三体》获得了雨果奖,复旦大学教授评价刘慈欣说,他单枪匹马把中国科幻拉到世界级水平。在刘慈欣的三体世界里,包含了太多宇宙学、物理学、天文学、社会学、哲学等等方面的知识,但是对于他自己而言,竟是一个不懂物理学、天文学和宇宙学的人。当然这里所说的不懂是和真正在这方面做研究的专家相比。尽管在他的作品里,会有很多不正确的理论和说法,作为一名科幻作家,能靠一己之力把浩瀚的宇宙写得如此奇妙,真的惊为天人。

    恰巧有一天,在图书馆偶然间看到李淼教授写的《三体中的物理学》这本书,借来翻看了一下。虽然我不是物理学专业,书中讲的很多理论我也只是一知半解。但仍然被深深震撼。我惊讶于原来整个宇宙有那么多的和谐统一,惊讶于在宇宙面前人类所创造的文明和历史是如此地渺小和苍白,甚至惊讶于自己竟然开始想象这个世界是不是真的有万能的上帝。而量子力学的产生和发展也只是这个漫长探索过程中的一个小小的成果,准确地说,不是最终正确的理论。

    以前,总会愿意相信所有历史的经历过往都像是种下的因,而结下的果一定在将来的某一天出现。也就是说,正因为过去一次次地选择和付出,才有了现在所拥有的一切。从逻辑上说,好像没有什么不对。正对应了我们常说的付出和回报的关系,也有人总在说,一切都是最好的安排,冥冥之中自有天意。

    不过,我们的这些认知好像都建立在自我感知层面。在科学上,在物理研究中,在薛定谔之猫的实验里,并不太赞同历史决定论。他们主张自由意志,认为某时空点上将要发生的事件与过去无关,不是过去所有事件的函数。话句话说,一个人的能不能取得成功跟他过去做了多少选择无关。当然,人的自由意志和随机又不同,自由意志决定的事情是带有理性的。

    如果说,我们愿意承认一个个的粒子运动是自由的,那个体人也是由一个个微观粒子所组成,包括我们的神经网络,自然而然,是否我们也要承认说人也是自由意志的。反过来想想似乎也说得通,如果把整个的人生经历分成无数个小段,每一小段的结果都是由对应的选择决定的,而做出选择的那个当下,我们应该都是自由的,理性的。

    关于是否有自由意志的问题就目前的科学研究来说,还不能证明。一旦涉及到思想和逻辑层面的问题,好像那些公式定理显得很难讲通。所以,关于自我意识问题,有人反对,有支持。

    张泉灵在辞职央视的长微博里写了这样一段话,一群金鱼被养在圆形玻璃鱼缸里,他们看到的世界和我们所处的世界,哪个更真实?在金鱼的世界里,由于光在进入水时发生了折射,在我们看来做直线运动的一个不受外力影响的物体,在金鱼的眼中就是沿着曲线运动的。而如果金鱼足够聪明,那么,金鱼也可以在他们的世界里总结出一套物理学规律。虽然,这样的规律对于金鱼缸外的我们来说,根本就是胡说。但是,问题来了,我们怎么知道,我们不在一个更大的我们没有观察到的圆形金鱼缸里呢?

    霍金也曾经说过,“宇宙中有一千亿个星系,每个都包含数以亿计的恒星,因此地球不可能是唯一有生命的星球。”

    也许我们就像这金鱼一样,只是在一个更大的鱼缸里生活着,用我们所能用的生命视角去看待周围这个可以被看到的世界,外面更大的世界有什么,不知道。

    用李教授的话来总结,智慧在宇宙中的位置确实是我们想理解的终极问题之一,也许,这个问题永远不会有答案,但追问的过程从人类的角度来说是一种自足的过程。人类的文学、艺术、宗教、哲学和科学,无一不是建立在智慧对这个宇宙的好奇基础之上,我们的文明也许不会无限地持续下去,但它在宇宙史上出现过,并且有了对宇宙的理解,对它自身的理解,对每个个体苦难和幸福的体认,这也许就是这个文明以及其中个体的全部意义。

    回到自我意识的问题上,不管是决定论,还是自由意志,有一点,把握好现在,发挥主观能动性总是对的。应该相信,每个人都可以改变他的命运,或者索性我们可以不信destiny。

    仰观宇宙之大,我们要做的是给时光以生命,而不是给生命以时光。

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