意识波粒二象的详细论证(5)

波性意识的必然存在

假如意识导致波函数坍缩，使得量子叠加态坍缩为经典本征态，那么意识需要满足以下几个条件方能成立：

第一：意识必须要具有处于抽象空间的抽象存在方式

1.波函数处于抽象数学空间

如果是意识导致波函数坍缩，导致被波函数描述的量子叠加态（众多本征态的叠加）随机坍缩为其中的某个经典本征态，那么很显然的是，意识首先得接触量子叠加态，和它产生相互作用。根据量子力学，波函数所描述的量子叠加态并非处于经典的三维物理空间，而是处于一个抽象的多维数学空间，那么这意味着意识也必定要在这个抽象数学空间有自己的抽象存在方式，如此才能和抽象的量子叠加态发生相互作用。我们也可以把这个高维的容纳量子叠加态的抽象数学空间称为量子空间，而容纳经典本征态的三维物理空间则称为经典空间。

以上是意识波粒二象论证当中一个关键核心，它看起来很简单，而且逻辑也相当清楚，但是要做出这个关键性的突破却绝非易事，因为它需要放弃旧有的实在观和时空观，在哲学上作出新的突破。也正是由于爱因斯坦、薛定谔和玻尔等量子力学的早期创建者们在哲学认识上的陈旧，导致他们犯下了一些严重认识错误，产生了很多争论，也使得量子力学至今面临很多疑难。要解决量子力学疑难，无疑的必须要有新的的哲学观念。

薛定谔波动方程

当电子在不被观察测量的情况下，是在一个无穷维的数学抽象空间按照以上的薛定谔波动方程弥散演化，这个数学空间被称为希尔伯特空间，它是三维欧几里得几何空间向无穷维的推广，公式中的h是普朗克常数，而Ψ（读作psai）就是最为神秘的波函数，它的物理意义连薛定谔自己都茫然，至今物理学对此也是争议不休。薛定谔波动方程就像牛顿第二定律一样，只要给出波函数Ψ（x，0）适当的初始条件，就能计算出以后任意时刻的波函数Ψ（x，t）的值，物理系统的状态完全由波函数所确定。薛定谔波动方程是量子力学里面最核心的方程，保罗狄拉克形容这个方程包含了所有的化学和大部分的物理学，它是量子力学也可以说是整个物理学的王冠。

薛定谔在自己的论文里特别的写到：“我一再地提醒大家注意，波函数是不能够也不应该直接以三维空间里的术语来解释。尽管单电子问题在这里似乎很容易迷惑我们——因为总体来讲波函数是一个存在于位形空间的函数，而不是一个真实空间里的函数^[1]。”国内著名的北大物理学教授曾谨言也在自己编写的量子力学教材中说：“多粒子体系波函数的物理意义进一步表明：物质粒子的波动性并不是在三维空间中某种实在的物理量的波动现象，而一般说来是多维位形空间(configuration space)中的概率波。^[2]。”

2.量子力学否认客观实在性吗？

波函数以及对应的量子叠加态是量子力学里面最让人迷惑的概念，因为它不是任何我们日常经验当中所观察到的水波等实体性的物理波，它没有确定的物理量，甚至根本就没有出现在真实的三维物理空间上。根据波恩的概率解释，波函数并非三维空间的物理波，而是一种在抽象空间弥散演化的概率波，我们仅仅能根据薛定谔方程计算出粒子在空间某微小区域内出现的概率密度。

^[3]

如果没有被测量，类似电子这样的微观物体根本就不在真实的三维空间上，而宏观物体是微观物体组成的，既然微观粒子没有我们通常认为的三维物理空间上的客观实在性，那么任何由微小物体组成的宏观物体同样也不应该有三维物理空间上的客观实在性。

库马尔在自己的书中写到：“尼尔斯玻尔不久后就论证，在做出观察或测量之前，像电子这样存在于微观物理学中的物体，并不存在于任何地方，在两次测量之间，除了存在于波函数的抽象可能性之中，它并不存在于其他地方，只有在进行观察或者测量，当一个可能的状态成为实际状态时，波函数消失，所有其他可能性的概率变为零^[4]。”他又说：“在没有观察的情况下，玻尔认为，客观现实性并不存在。依据哥本哈根解释，一个微观物理的物体没有本征性质。在电子进行观察或测量确定他的位置之前，电子根本不存在任何位置。在它被测量之前没有速度或其他物理属性。在测量前问电子的位置在哪和速度多大是没有意义的。量子力学不承认有独立于测量的物理现实存在，只有在测量行动中电子才成为真实的，没有观察到的电子不存在。”

需要注意的是，“没有观察到的电子并不存在”并非是一个严谨的表述，类似含糊其实也是错误的描述也被其他科学家所重复，比如量子化学家H·Primas总结量子力学的哥本哈根解释时提到：“只有测量结果可以被认为是真实的，纯量子态是客观的但不是真实的^[5] 。”甚至连玻尔本人也有类似的认识，按照玻尔本人提倡的极端说法，凡是不能测量的现象就没有客观的存在：“不存在量子世界，只存在一个抽象的量子物理描述。以为物理学的任务是发现自然是如何的，那是错误的。物理学关心的是我们能够对自然说些什么^[6]。”创建量子力学的另外一位重要物理学家，不确定原理的提出者沃纳·海森堡也说：“希望有新的实验能使我们返回到时间和空间上客观的事件，大概就像希望在没有探测过的南极区域找到世界的尽头一样，完全是梦想^[7]。”也正是由于玻尔等人的哥本哈根解释对客观现实性的否定，引起了爱因斯坦对量子力学的严重不满，同玻尔展开了长达几十年的辩论。1950年，爱因斯坦写道：“量子力学的核心，更多的不是因果论问题，而是现实性问题。”他在1952年祝贺路易斯·德布罗意60岁生日的文章中谈到：“像物理体系的实在状态这样的事是存在的，它不依赖于观察或测量而客观地存在，并且原则上是可以用物理的表述方法来描述。当然究竟应当采用什么合适的表述方法和基本概念呢？在我看来，现在还不知道^[8]。”库马尔总结道:“爱因斯坦无法接受的是玻尔的观点中缺少了独立的客观现实，而不是概率的存在（上帝掷骰子）。因为他认为，量子力学不能像玻尔所宣称的那样成为自然界的基本理论^[9]。”

在这场争论当中，爱因斯坦和玻尔都犯下了各自的错误，爱因斯坦坚持的强客观实在，即在不被测量的情况下，物体仍然有确定的物理量和空间位置，这已经被证明和量子力学的方程以及实验结果有冲突，但是玻尔否定量子世界的客观真实性也同样是不成立的，如果波函数或者量子态不是真实的，只是一种数学工具，那么它又怎么可能产生出真实的物理实在呢？要知道三维空间中真实的物理实在是单一的确定的经典本征态而构成，而经典本征态则是量子叠加态的坍缩，它是来源于量子态的。如果我们否认波函数和量子态的实在性，那么我们就不应该承认任何物理实在，实在不可能来源于非实在。尽管极端的反实在论在哲学上有少数哲学家支持，但是它和以实在论为基础的科学是严重冲突的。就如爱因斯坦所说：“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界，是一切自然科学的基础。”^[10]

也有一些物理学家坚持波函数和量子态的实在性，概率波解释的提出者波恩在1949年的论文中写到：“概率波，甚至是3n维空间中的概率波（n表示粒子的个数），应当看作真实的东西，当然不只是作为数学计算的工具^[11]”，张永德教授也详细论证道：

应当再次强调，即便粒子的同一状态，在不同种类测量下，因展开式不同，坍缩的本征函数族不同，将给人以不同的面貌。由于测得的数据是在测量坍缩中“临时”产生的，加上波函数本身不能直接观测，可能会使人误认为，被测态（或波函数）只是一种“想像之物”、“数学工具”、“不具有任何信息”等。事实上，正是因为源于同一个被测态（或波函数），各种展开式（决定各类测量的概率分布）彼此相等，而各种实验中“临时”产生的各类测量数据间存在着关联和逻辑自洽性。因此，作为全部实验结果同一根源的量子态或波函数应当具有客观的真实性^[12]。

3.波函数是抽象数学实在

实际上粒子在没有被观察时，只是并非我们以为的那种三维空间内的有确定物理量的客观物理实在，而是一种客观的抽象实在。关于波函数的实在性，彭罗斯曾经这样说：“对一个量子系统，如果我们相信其中有些东西是一种实际的存在的话，那么我认为只能是描述量子实在的波函数，如果不存在量子实在，那也就不存在任何层面上的实在了。在我看来，全盘否认这种实在毫无意义”^[13]。但是如果量子态或波函数是一种客观真实，以及量子态所属的多维希尔伯特空间也是客观真实，那么我们面临一个难题，希尔伯特空间以及该空间上的态矢量（波函数）只是数学家在意识当中构建出的，怎么可能是真实呢？在此，我们需要拓展我们的实在观念，实在并不是仅仅包含了我们经验感知的物理实在，也包含了先验的抽象数学实在，数学不仅仅是一种描述，更是一种实在；数学不仅仅是一种发明，更是一种发现。就像数学家哈代所说：“我认为数学实在存在于我们之外，我们的作用是去发现它或观察它，那些被夸张地描述成我们的创造物的定理，仅仅是我们观察的记录^[14]。”并且数学实在是一种更根本的实在，我们观察感知的物理实在其实是它的投影。从毕达哥拉斯到柏拉图以及当代的哥德尔和彭罗斯等哲学家、数学家以及物理学家所坚持的数学实在论是非常深的洞见。所以没有确定物理量的波函数和量子态这种抽象实在是一种并不等同于物理实在的抽象数学实在，希尔伯特空间上的算符和状态矢量本身就是一种实在，整体性的波函数更是一种实在，而并非仅仅是一种数学描述。

根据量子力学，电子是存在的吗？斯坦福大学物理学教授，欧洲粒子物理学奖获得者赵午先生围绕这个问题给出了更精准的回答：

一个电子确实是存在的，但只是作为抽象空间中的一个算符而存在。我们称之为电子的这个对象只是算符投影到人类能够观察到的非常有限的特殊时空中的映像。换言之，在我们的内心里，您和我心目中的电子，只有当我们观察它时，它才在那里。当我们不观察它时，它是一个抽象空间中的一个抽象算符。“抽象”这个词只对有限的人类才是有意义的。我们人类不应该自称，我们所看到的，才是“实在”的。这可能是人类的一种傲慢自大的观点，我们应该尽可能地避免这种观点。真实的东西好像是在一个抽象空间当中。一个电子确实存在于这个抽象空间中，它有无数种方式来表现自身^[15]。

彭罗斯说：“数学形式的存在方式与物理世界中各种对象（如桌椅）的存在方式不同。它们没有空间位置，也不在时间中。客观存在的数学客体必须被当作与时间无关的对象^[16]。”以往的数学实在论面临一个极大的认识论难题，即如果数学对象是一种先验的实在，而这种实在肯定处于物理时空之外，可是物理时空之内的我们如何去认识必定是物理时空之外的抽象数学对象呢？这个问题由于我的意识波粒二象思想的提出，从而被轻松解决。物理时空之内的自我其实只是我们所感知的到的经验自我，它绝非自我的全部，在物理时空之外还有先验自我，也就是我所说的先验的波性意识，它确实处于四维物理时空之外，但属于无穷维数学时空之内，它可以不借助于经验而直觉性的获得对数学时空之内的数学对象和数学真理的认知，它和数学实在本身其实是一体性的，故而能够产生对数学实在的先验性的直觉认知。波性意识自身内含的无穷性特征以及可以整体性的直观具有无穷特征的波函数，这就可以解释对无穷的数学直觉是如何产生的，而这是经验主义根本不可能解释的，因为经验里不可能有无穷的存在。

4.数学空间和物理空间的二象性

量子力学是对爱因斯坦坚持的强客观实在的否定，而绝非对客观实在的彻底否定。爱因斯坦坚持的强客观实在是指存在一个独立于自我主体之外的经典物质世界。物体不被观察时，依然有确定的物理量，真实客观的存在于局域的三维空间之上；杯子即便不被观察，依然以我们所观察的形态而客观的存在于桌子上；月亮即便不被观察，依然以我们所观察的形态高悬于天空。这是我们几乎所有人的经验常识，也是经典物理的基本观念，这里的客观实在是一种经典实在并且处于真实的三维物理空间之上。然而量子物理却对我们基于经验常识所建立起的经典实在观提出了有力的质疑，但是绝没有彻底否定客观实在，因为在量子物理里，波函数以及量子态都毫无疑问是客观真实的。波函数其实是一种弱客观实在，这种实在并没有出现在三维物理空间上，没有确定的物理量，这意味着我们要对我们根据观察经验而在头脑中构建出的强客观实在进行彻底的革新。世界并不是经典物理所描述和我们的经验常识所认为的那样，存在一个和观察者无关的真实客观的三维物理世界。我们既不能认为月亮是以我们观察的样子客观的存在于天空之上，也同样不能彻底否认月亮的客观实在性，这二者都无法严格的逻辑证明，强客观实在和无客观实在都是极端，一个以数学实在和数学空间为基础的弱客观实在才是更加合理的。数学空间和数学实在表面似乎只是数学家的想象之物，而物理空间和物理实在才是能够被观察到的实在，然而经过严格的理性审视，我们应该面对这样的事实：“眼见未必是实，想象未必是幻。”

戴维·艾伯特(David Albert)教授也有一段很精彩的描述：

波函数到底是什么?对于这个问题，从事物理学基础研究的科学家正讨论得热火朝天。波函数是实实在在的物体，还是类似于运动规律、粒子内存性质，或者空间各点关系的某种东西?又或者它只是我们目前掌握的有关粒子的信息?或者其他什么东西?只有在一个令人难以置信的高维空间，也就是所谓的位形空间(configurationspace)中，量子力学波函数才能用数学方法加以描述。如果像一些人主张的那样，波函数必须被当成是一种存在，我们就必须严肃认真地考虑这样一个想法：这个世界的历史并不是在我们日常生活所熟知的三维空间或者狭义相对论的四维时空中演绎的，而是在这个巨大又陌生的位形空间中铺排展开的——三维空间只是从位形空间中不知何故涌现出来的假象。我们在三维空间获得的定域性直觉．也必须被理解为是同时涌现出来的某种假象。量子物理学的非定域性或许给我们打开了一扇窗口，让我们得以窥探更深层次的“真实”。^[17]

戴维·艾伯特教授说三维物理空间是不知何故涌现出来的假象，我认为导致三维空间涌现出来的真正原因正是波性意识的不间断观察而导致波函数的多次坍缩进而聚合而成，它并非完全真实的，因为无限广延的经典三维空间实际是意识根据波函数坍缩后产生出的经验性认识而假定出来的，故并非完全客观的，但它也绝非完全虚假的，因为它其实是无穷维的抽象数学空间的三维化投影，反映了数学空间的部分内在结构特征。据此我们也可以逻辑推断出，并非很多粒子或者宏观物体共同性的客观存在于经典三维空间中，而是每个经典粒子都是高维实在（波函数）在意识作用下产生出的投影，它们有自己各自的三维属性（相当于三维坐标信息），不同粒子的三维信息被意识读取并整合以后（先验自我的智性统觉），产生出了物质客体共同存在于经典三维空间中的错觉。被观察的客体如此，观察主体其实也是，不同的观察主体共同的存在于三维空间当中也是错觉，它同样也是意识假定出来的。

波函数的连续性演化产生出无穷维的抽象数学空间，波函数的非连续坍缩产生出三维物理空间。前者是连续性的，后者是非连续性的，二者互斥又互补，这就是空间的二象性，加入时间以后，即二象性时空，它是一种革命性的新时空观念，而意识则是两种时空实现转化的关键。只有借助于这种新的二象性时空观念，才能更好的解决波粒二象涉及的诸多难题。当我们真正理解了这种二象性时空以后，我们才会认识到其实所有物质的相互作用和包括宇宙大爆炸在内的所有“客观”物理事件都是发生在抽象数学空间而绝非我们以为的三维物理空间，三维空间只是投射出事件的结果而已，就如屏幕上显示出的图像，这将给我们带来对时空和宇宙的全新理解。

当我们明确了两种空间，一种是坍缩之后的经典本征态聚合的三维物理空间（经典空间），一种是量子叠加态构成的抽象数学空间（量子空间）之后，然后根据冯诺依曼所说的只有意识才能导致波函数坍缩，导致量子叠加态坍缩为经典本征态的重要观点，我们将必然可以逻辑推断出意识一定具有处于抽象空间的抽象存在方式，才可以和抽象空间的物质量子态发生相互的耦合作用，这是意识波粒二象性论证最为关键的第一步。

下一篇:※ 意识波粒二象的详细论证(6)

参考文献：

---

1. E.Schrodinger.Collected Papers on Wave Mechanics, New York: Chelsea.1978:130. ↩

2. 曾谨言. 量子力学(卷1)(第5版)[M]. 科学出版社. 2013.p35 ↩

3. [美]格里菲斯. 量子力学概论(第2版)[M]. 机械工业出版社. 2009.p1 ↩

4. [英]库马尔. 量子理论:爱因斯坦与玻尔关于世界本质的伟大论战[M]. 重庆出版社.2012:177 ↩

5. 李宏芳.《量子实在与薛定谔猫佯谬》[M].清华大学出版社.2006:34 ↩

6. Petersen, Aage. The Philosophy of Niels Bohr. Bulletin of the Atomic Scientists.1963(7):12 ↩

7. [英]彼得·柯文尼. 时间之箭-揭开时间最大奥秘之科学旅程[M]. 湖南科学技术出版社.2007:137 ↩

8. [美]爱因斯坦. 爱因斯坦文集 第一卷[M]. 商务印书馆.2010:725 ↩

9. [英]库马尔. 量子理论:爱因斯坦与玻尔关于世界本质的伟大论战[M]. 重庆出版社. 2012:p210 ↩

10. 谢帮同. 世界物理学思想简史[M]. 1992:p293 ↩

11. [美]曹天予.《20世纪场论的概念发展》[M].上海科技教育出版社.2008:195 ↩

12. 张永德. 量子信息物理原理[M]. 科学出版社.2008:3 ↩

13. [英]罗杰·彭罗斯.《通向实在之路:宇宙法则的完全指南》[M].湖南科学技术出版社.2016 ↩

14. [英]哈代.《一个数学家的辩白》[M].大连理工大学出版社.2014 ↩

15. 成素梅. 如何理解微观粒子的实在性问题——访斯坦福大学赵午教授[J]. 哲学动态. 2009(02): 79-85. ↩

16. [英]罗杰·彭罗斯.《通向实在之路:宇宙法则的完全指南》[M].湖南科学技术出版社.2016 ↩

17. [美]戴维·Z·艾伯特. 爱因斯坦错了[J]. 环球科学. 2009.卷: 16-23. ↩