十五、如何持续——量子之谜的解释
大多数解释都缺省地接受了量子力学最终遇到有意识地观察这一问题。然而,它们通常开始前就推定,物理学家应当处理的是一个独立于人类观察者的物理世界。
当今具有争议的十一大解释
哥本哈根解释
我们永远也不可能“直接”看到微观世界,因此我们可以不理会它的怪异性质,从而忽略掉物理学遭遇意识的问题。
极端哥本哈根解释
这种观点认为,根本没有原子。
退相干和退相干历史解释
若干年前,物理学家用“坍缩”一词来描述一个叠加态波函数变成一个观察到的物理实在的观察过程。而今天,物理学家可能用的不是“坍缩”而是“退相关”。
那些波函数和光子的波函数形成纠缠的原子不可能参与干涉形成图样。这些原子地相位是杂乱的,或叫“退相干的”。
退相干概念的延伸——“退相干历史”——大胆地将量子理论应用于整个宇宙的开始到结束。
多世界解释
在多世界解释下,你是宇宙波函数的一部分。考虑我们的盒子对,看一个盒子,你便与原子的叠加态纠缠在一起了。你进入了一种既看见原子叠加态也看到另一个盒子为空的一种叠加态。
相互作用解释
这种挑战就是未来能够影响过去。这当然也就改变了我们看待所发生事情的行为。
玻姆解释
他用简单的数学直接推导出作用于粒子的“量子力”,使他们继续服从薛定谔方程。这种量子力一般称为“量子势”。
玻姆的量子势相当于玻尔的“影响”,即爱因斯坦所称的“幽灵作用”的那种东西。
玻姆原子不仅进入其中某一个盒子,而且“知道”另一个盒子的位置。通过量子势,宏观盒子对一直处于与世界所有其他东西即时交流的状态,因而与先前释放该原子的宏观仪器有交流,因此与入射原子有交流。
伊萨卡解释
古典概率是主观的,是对人的知道程度的衡量。而量子概率是客观的,对每个人都是一样的。对于一对盒子里的原子,量子概率不是度量对事物知晓程度的不确定性,而是对任何人观察到的结果的可能性的度量。
关联是一种物理实在,而被关联的对象本身并不是。未观测的娈态光子没有特定的偏振方向,但它们具有相同的偏振。只有它们的偏振的关联是一种物理实在,偏振本身并不是。
伊萨卡解释避开了物理学与意识的遭遇问题,它将量子之谜限定为客观概率的问题。这种对量子之谜的温和解释只是承认它是个迷。
量子信息解释
它认为波函数只代表在物理系统上可能测得的信息。在这里,波函数不被认为等同于实际的物理系统。
量子信息的解释通过将量子态限定在仅为可能观测的知识上回避了遇到的意识问题。
量子逻辑解释
它否认反事实的确定性。(即那些没有成为事实地方案的可能性)量子逻辑是通过修改逻辑规则以适应量子理论来“解决”量子之谜的。
这样,我们基本上就成了完全确定的世界里的一个机器人。
GRW解释
彭罗斯和斯塔普解释
与意识的遭遇直接产生于量子理论中立的实验演示。因此,单纯的理论解释不可能避开与意识问题的遭遇。但是,每一个解释都允许物理学避免处理意识问题。
十六、意识之谜
我们关注的是与观察者在实验中自由选择有关的“意识”问题,即物理学所遇到的意识问题。
如果将机器人或盖革计数器与世界的其他部分隔离开来,而且它们由量子理论所支配,那么它就变得只与总叠加态的一部分相纠缠,就像薛定谔的猫一样。在这个意义上说,这不是观察。
仅仅认为人做出的某种选择是受控于其大脑的电化学反应机制并不能排除量子之谜。为了回避量子之谜,我们需要对与自由意志的关系的否决有更为严厉的形式。这种否定必须包括对反事实定义的否定,也包括对一个“阴谋”世界的假设。
你怎么才能证明自由意志的存在呢?或许存在的只是我们对自由意志的感觉和别人对自由意志的宣称。
我们相信存在自由意志,是因为我么办在各种可能性之间进行选择时能意识到这种行为。如果是自由意志只是一种幻觉,如果我们都只是由神经化学系统(这个系统还带有些微热随机涨落)控制的复杂机器人,那么我们的意识是不是也是一种假象呢?
对于我们大多数人来说,成为完全确定的世界里的“机器人”实在是不甘心。然而,如果我们既接受自由意志又接受无可争议的量子实验,那么我们必然会遇到量子之谜以及作为其解释的量子理论。
权威期刊《物理评论快报》就发表了一篇关于自由意志的精确计算的文章:自由意志弱到什么程度我们便可在自由操作的实验者进行孪态光子实验时放弃它与解释观察结果之间的相关性。答案是14%。这对于人的因素意味着什么目前尚不清楚。
行为主义成为主流观点。人们被当作接收到的刺激作为输入、做出相应反应作为输出的“黑匣子”来研究。
这个硬问题就是解释生物的大脑如何产生人所经验的主观内心世界的。
他们声称,到那时,意识问题将完全得到解释,因为除了与神经活动的联系之外,我们称之为“意识”的经验就再也没有其他东西可予以解释的了。
弗朗西斯•克里克看来,我们的主观经验,我们的意识,不过就是这种神经元的活动而已。至少在原则上,它应该完全能够由更简单的实体——意识的神经关联——来描述。
查默斯坚持认为,往好里说,这样的理论也只是告诉我们意识所可能发挥的物理作用,但这些物理理论并不能告诉我们意识是如何产生的。
查默斯拒绝任何可能的意识的还原性解释,他提出意识理论应当将经验当作像质量、电荷和时空那样的主要客体。
我们每个人都知道,我们是有意识的。也许相信其他人也都有意识的唯一依据,是他们或多或少看上去和行为上都像我们一样。
我们有很先进的逻辑“证据”证明强人工智能原则上是可能的。但也有其他“证据”证明它是不可能的。
十七、意识之谜遭遇量子之谜
量子之谜实验演示向我们展现了客观的、“外在的”物理世界的谜团;自觉意识则向我们展示出主观的、“此地的”精神世界之谜。量子力学则似乎将二者联系在一起。
这种所谓的“冯•诺依曼链”可以无限持续下去。但是,我们知道,处在冯•诺依曼链终点的观察者总是能看到一个具体的结果。
了解闪光灯闪光的意义的观察者会有意识地观察猫是否已经死了。然而,如果这位观察者对其意义一点都不了解,或者没有意识到,那又该如何呢?
意识和还原论
机器人论证
什么东西可能有资格作为意识直接作用于实体的客观证据呢?双缝实验似乎有这个资格。但它有一个缺点,就是这个证据是间接证据而不是直接证据。就是说,这个事实是用来建立第二个事实的。
虽然量子实验必然涉及干涉,因此再好也属于旁证,但这是我们关于意识的唯一的客观的证据。
在量子理论中没有任何东西必然造成这种情形,而是我们人类自身的特殊构造使然。它们可能不会有测量问题,也没有量子之谜。
事实上,我们可以看到两种测量问题,两个谜团。我们专注于观察者创建的实在。(爱因斯坦相信月球是真的在那儿,即使没有人看它。)另一个谜团是大自然的随机性。(爱因斯坦用另一句俏皮话——上帝不掷骰子——来挑战这个谜团。)
在一般情况下,它会导致“和”变成“或”。这个过程客观的坍缩或“约化”波函数,就是说,对任何人都一样,甚至不需要观察者。彭罗斯把这个过程称为“客观约化”。
彭罗斯猜测,每当两个时空几何体差异太大,从而其引力效应也相差很大时,客观约化便自发发生了。叠加状态和长程量子相干性可能存在于大脑,即使它与环境是一种物理接触;这种自发的客观约化过程可以调节神经。这样一种客观约化过程或许构成“经验的显现”。如果与观察者身外的对象纠缠在一起,大脑中的客观约化过程就会坍缩被观察对象的波函数,因此每件事都与它们发生纠缠。
亨利•斯塔普则提出了另一种理论。他认为,经典物理学无法解释意识是如何能够有物理效应的,但量子力学的解释来得更自然些。
精神实在可以有意识地作用于物理的大脑来选择特定的叠加态,后者随后坍缩到一种特定情形。这种精神部分决定了身体之外的物理世界的特征。
斯塔普用这一过程来说明人的精神有意“观察”人的大脑,因此可使大脑再给定的量子态下保持足够唱的时间。
类比
二重论:真实事件不是出自不断变化的波函数,而是由观察造成的波函数坍缩引起的。这是两种性质不同的过程。
“非物理的”影响:物理大脑之外有一颗“心灵”存在,那么它是如何与大脑沟通的?这个谜让人回想起两个量子纠缠之间的联系。
观察产生的实在:贝克莱的“观察就是被感知”是一种观察创建所有实在的先验的唯我论观点。
观察思想:如果你思考一种思想的内容(它的位置),你将不可避免地改变它(它的运动)。
并行处理:神经动作速率要比计算机电脑慢几十亿倍。然而,面对复杂问题,人类的大脑可以说是表现最优秀的计算机。科学家正试图用量子计算机来实现这一功能。
由于异常现象经常与量子力学的奥秘联系在一起,因此我们必须在此做些评论。这种联系很可能会产生误导、有时甚至是欺诈。
十八、意识和量子宇宙
马丁•里斯:宇宙之所以存在是因为我们意识到这一点。
然而,要了解黑洞和大爆炸,还需要处理小尺度的事情,这就带来了一个问题:广义相对论与量子理论不好嫁接。
量子理论坚持认为,总的“信息量“是守恒的。但如果霍金辐射像最初以为的那样是随机的热辐射,那么随着黑洞蒸发,包含在落入黑洞的物体在内的所有信息都将失去。
霍金最近认为,黑洞辐射是不随机的,辐射实际上带走了落入黑洞的物质的信息——就如同烟雾带走了烧着的日记本里的信息一样。我们不需要平行宇宙来接管黑洞的信息。
当爱因斯坦发现宇宙确实是不稳定的之后,他抛弃了宇宙学常数,称之为“我职业生涯中最大的失误”。如果他只相信他原初的、更美观的理论,他便能够在观测发现之前十年就预言出宇宙的膨胀。
事实上,宇宙的大部分物质都是由这种神秘的“暗能量”构成的。神秘的暗能量涉及在本章开篇马丁•里斯所评论的大尺度宇宙与意识之间的联系?这不是没有可能。
如果宇宙的初始条件是随机选择的,那么宇宙中出现生命的概率就只有10的120次方分之一。这种小概率估计相当于说,出现像我们这个世界这样的有生命宇宙的机会,要比在宇宙的所有原子中随意挑选一个原子就恰好挑中某个特定原子的机会还要小。
我们更容易将它看成是未知物理学中的某些事情决定了宇宙必然按现存方式开始演化。这种新物理学可能会包括引力的量子理论。它可能就是人们长期追求的“万有理论”,即那种将自然界的四种基本力统一成单一力的理论。
因此,我们必须寻求一个万有理论作为终极目标,并且如果我们发现了它,我们将对此感到满意。
人存理论
我们都是爆炸恒星的残余物。我们都是星辰。
在某种非常精确的能量下,碳核会处于不曾预料的量子态。如果引力稍大或略小那么一丁点儿,那么宇宙就不会允许存在生命。没有一种已知的物理学机制可以解释为什么这些事情会拿捏的如此恰到好处。
人存原理可以陈述为:我们的宇宙之所以能够出现生命,纯粹出于偶然。
“强人存原理”认为:宇宙就是为我们量身定做的。
我们在本章开篇的引言中就隐含了强人存原理的一个不同版本:我们创造了宇宙。
量子宇宙学家约翰•惠勒画了这么一幅画:一只眼球在看宇宙大爆炸的证据,并问道:“是不是“现在”的回头看造就了“那时”发生的事情的实在性?”
这个宇宙是否是我们可以创造的唯一一个呢?选择不同的观察,或不同的假设,宇宙是不是就不同了呢?
如果说哥白尼废黜了人类在宇宙中心的位置,那么量子理论是不是在以某种神秘的方式暗示,我们就是宇宙的中心?
普通人可以得出自己的结论。我们希望你像我们一样,去大胆地尝试。
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