我們在「意識問題」那裡頭暈眼花地轉了一圈回來之後,究竟得到了什麼收穫呢?我們弄清楚貓的量子態在何時產生坍縮了嗎?我們弄清意識究竟是如何作用於波函數了嗎?似乎都沒有,反倒是疑問更多了:如果說意識只不過是大腦複雜性的一種表現,那麼這個精巧結構是如何具體作用到波函數上的呢?我們是不是已經可以假設,一台足夠複雜的電腦也具有坍縮波函數的能力了呢?反而讓我們感到困惑的是,似乎這是一條走不通的死路。電子的波函數是自然界在一個最基本層次上的物理規律,而正如我們已經討論過的那樣,「意識」

 

所遵循的規則,是一個大量原子的組合才可能體現出來的整體效果,它很可能處在一個很高的層次上面。就像你不能用處理單詞和句子的語法規則去處理小說情節一樣,用波函數和意識去互相聯繫,看起來似乎是一種層面的錯亂,好比有人試圖用牛頓定律去闡述經濟學規則一樣。

 

如果說「意識」使得一切從量子疊加態中脫離,成為真正的現實的話,那麼我們不禁要問一個自然的問題:當智慧生物尚未演化出來,這個宇宙中還沒有「意識」的時候,它的狀態是怎樣的呢?難道說,第一個有意識的生物的出現才使得從創生起至那一剎那的宇宙歷史在一瞬間成為現實?難道說「智慧」的參予可以在那一刻改變過去,而這個「過去」甚至包含了它自身的演化歷史?

 

1979年是愛因斯坦誕辰100周年,在他生前工作的普林斯頓召開了一次紀念他的討論會。在會上,愛因斯坦的同事,也是玻爾的密切合作者之一約翰‧惠勒(John Wheeler)提出了一個相當令人吃驚的構想,也就是所謂的「延遲實驗」(delayed choice experiment)。在前面的章節裡,我們已經對電子的雙縫干涉非常熟悉了,根據哥本哈根解釋,當我們不去探究電子到底通過了哪條縫,它就同時通過雙縫而產生干涉,反之,它就確實地通過一條縫而順便消滅干涉圖紋。惠勒通過一個戲劇化的思維實驗指出,我們可以「延遲」電子的這一決定,使得它在已經實際通過了雙縫螢幕之後,再來選擇究竟是通過了一條縫還是兩條!

 

這個實驗的基本思路是,用塗著半鍍銀的反射鏡來代替雙縫。一個光子有一半可能通過反射鏡,一半可能被反射,這是一個量子隨機過程,跟它選擇雙縫還是單縫本質上是一樣的。把反射鏡和光子入射途徑擺成45度角,那麼它一半可能直飛,另一半可能被反射成90度角。但是,我們可以通過另外的全反射鏡,把這兩條分開的岔路再交匯到一起。在終點觀察光子飛來的方向,我們可以確定它究竟是沿著哪一條道路飛來的。

 

但是,我們也可以在終點處再插入一塊呈45度角的半鍍銀反射鏡,這又會造成光子的自我干涉。如果我們仔細安排位相,我們完全可以使得在一個方向上的光子呈反相而相互抵消,而在一個確定的方向輸出。這樣的話我們每次都得到一個確定的結果(就像每次都得到一個特定的干涉條紋一樣),根據量子派的說法,此時光子必定同時沿著兩條途徑而來!

 

總而言之,如果我們不在終點處插入半反射鏡,光子就沿著某一條道路而來,反之它就同時經過兩條道路。現在的問題是,是不是要在終點處插入反射鏡,這可以在光子實際通過了第一塊反射鏡,已經快要到達終點時才決定。我們可以在事情發生後再來決定它應該怎樣發生!如果說我們是這齣好戲的導演的話,那麼我們的光子在其中究竟扮演了什麼角色,這可以等電影拍完以後再由我們決定!

 

雖然聽上去古怪,但這卻是哥本哈根派的一個正統推論!惠勒後來引玻爾的話說,「任何一種基本量子現象只在其被記錄之後才是一種現象」,我們是在光子上路之前還是途中來做出決定,這在量子實驗中是沒有區別的。歷史不是確定和實在的--除非它已經被記錄下來。更精確地說,光子在通過第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間「到底」在哪裡,是個什麼,是一個無意義的問題,我們沒有權利去談論它,它不是一個「客觀真實」!惠勒用那幅著名的「龍圖」來說明這一點,龍的頭和尾巴(輸入輸出)都是確定的清晰的,但它的身體(路徑)卻是一團迷霧,沒有人可以說清。

 

在惠勒的構想提出5年後,馬里蘭大學的卡洛爾‧阿雷(Carroll O Alley)和其同事當真做了一個延遲實驗,其結果真的證明,我們何時選擇光子的「模式」,這對於實驗結果是無影響的(和玻爾預言的一樣,和愛因斯坦的相反!),與此同時慕尼克大學的一個小組也作出了類似的結果。

 

這樣稀奇古怪的事情說明了什麼呢?

 

這說明,宇宙的歷史,可以在它實際發生後才被決定究竟是怎樣發生的!在薛定諤的貓實驗裡,如果我們也能設計某種延遲實驗,我們就能在實驗結束後再來決定貓是死是活!比如說,原子在1點鐘要麼衰變毒死貓,要麼就斷開裝置使貓存活。但如果有某個延遲裝置能夠讓我們在2點鐘來「延遲決定」原子衰變與否,我們就可以在2點鐘這個「未來」去實際決定貓在1點鐘的死活!

 

這樣一來,宇宙本身由一個有意識的觀測者創造出來也不是什麼不可能的事情。雖然宇宙的行為在道理上講已經演化了幾百億年,但某種「延遲」使得它直到被一個高級生物所觀察才成為確定。我們的觀測行為本身參予了宇宙的創造過程!這就是所謂的「參予性宇宙」模型(The Prticipatory Universe)。宇宙本身沒有一個確定的答案,而其中的生物參予了這個謎題答案的構建本身!

 

這實際上是某種增強版的「人擇原理」(anthropic principle)。人擇原理是說,我們存在這個事實本身,決定了宇宙的某些性質為什麼是這樣的而不是那樣的。也就是說,我們討論所有問題的前提是:事實上已經存在了一些像我們這樣的智慧生物來討論這些問題。我們回憶一下笛卡兒的「第一原理」:不管我懷疑什麼也好,有一點我是不能懷疑的,那就是「我在懷疑」本身。「我思故我在」!類似的原則也適用於人擇原理:不管這個宇宙有什麼樣的性質也好,它必須要使得智慧生物可能存在於其中,不然就沒有人來問「宇宙為什麼是這樣的?」這個問題了。隨便什麼問題也好,你首先得保證有一個「人」來問問題,不然就沒有意義了。

 

舉個例子,目前宇宙似乎是在以一個「恰到好處」的速度在膨脹。只要它膨脹得稍稍快一點,當初的物質就會四散飛開,而無法凝聚成星系和行星。反過來,如果稍微慢一點點,引力就會把所有的物質都吸到一起,變成一團具有驚人的密度和溫度的大雜燴。而我們正好處在一個「臨界速度」上,這才使得宇宙中的各種複雜結構和生命的誕生成為可能。這個速度要準確到什麼程度呢?大約是10^55分之一,這是什麼概念?你從宇宙的一端瞄準並打中在另一端的一隻蒼蠅(相隔300億光年),所需準確性也不過10^30分之一。類似的驚人準確的宇宙常數,我們還可以舉出幾十個。

 

我們問:為什麼宇宙以這樣一個速度膨脹?人擇原理的回答是:宇宙必須以這樣一個速度膨脹,不然就沒有「你」來問這個問題了。因為只有以這樣一個速度膨脹,生命和智慧才可能誕生,從而使問題的提出成為可能!顯然不會有人問:「為什麼宇宙以1米/秒的速度膨脹?」因為以這個速度膨脹的宇宙是一團火球,不會有人在那裡存在。

 

參予性宇宙是增強的人擇原理,它不僅表明我們的存在影響了宇宙的性質,更甚,我們的存在創造了宇宙和它的歷史本身!可以想像這樣一種情形:各種宇宙常數首先是一個不確定的疊加,只有被觀測者觀察後才變成確定。但這樣一來它們又必須保持在某些精確的範圍內,以便創造一個好的環境,令觀測者有可能在宇宙中存在並觀察它們!這似乎是一個邏輯迴圈:我們選擇了宇宙,宇宙又創造了我們。這件怪事叫做「自指」或者「自啟動」(self-exciting),意識的存在反過來又創造了它自身的過去!

 

請各位讀者確信,我寫到這裡已經和你們一樣頭大如鬥,嗡嗡作響不已。這個理論的古怪差不多已經超出了我們可以承受的心理極限,我們在「意識」這裡已經筋疲力盡,無力繼續前進了。對此感到不可接受的也絕不僅僅是我們這些門外漢,當時已經大大有名的約翰‧貝爾(John Bell,我們很快就要講到他)就嘟囔道:「難道億萬年來,宇宙波函數一直在等一個單細胞生物的出現,然後才坍縮?還是它還得多等一會兒,直到出現了一個有資格的,有博士學位的觀測者?」要是愛因斯坦在天有靈,看到有人在他的誕辰紀念上發表這樣古怪的,違反因果律的模型,不知作何感想?

 

就算從哥本哈根解釋本身而言,「意識」似乎也走得太遠了。大多數「主流」的物理學家仍然小心謹慎地對待這一問題,持有一種更為「正統」的哥本哈根觀點。然而所謂「正統觀念」其實是一種鴕鳥政策,它實際上就是把這個問題拋在一邊,簡單地假設波函數一觀測就坍縮,而對它如何坍縮,何時坍縮,為什麼會坍縮不聞不問。量子論只要在實際中管用就行了,我們更為關心的是一些實際問題,而不是這種玄之又玄的闡述!

 

但是,無論如何,當新物理學觸及到這樣一個困擾了人類千百年的本體問題核心後,這無疑也激起了許多物理學家們的熱情和好奇心。的確有科學家沿著維格納的方向繼續探索,並論證意識在量子論解釋中所扮演的地位。這裡面的代表人物是伯克利勞倫斯國家物理實驗室的美國物理學家亨利‧斯塔普(Henry Stapp),他自1993年出版了著作”精神,物質和量子力學”(Mind,Matter,and Quantum Mechanics)之後,便一直與別的物理學家為此辯論至今(大家如果有興趣,可以去他的網頁http://www-physics.lbl.gov/~stapp/stappfiles.html看看他的文章)。這種說法也獲得了某些人的支持,去年,也就是2003年,還有人(阿姆斯特丹大學的Dick J.Bierman)宣稱用實驗證明了人類意識「的確」使波函數坍縮。不過這一派的支持者也始終無法就「意識」建立起有說服力的模型來,對於他們的宣稱,我們在心懷懼意的情況下最好還是採取略為審慎的保守態度,看看將來的發展如何再說。

 

我們沿著哥本哈根派開拓的道路走來,但或許是走得過頭了,誤入歧途,結果發現在盡頭藏著一隻叫做「意識」的怪獸讓我們驚恐不已。這已經不是玻爾和哥本哈根派的本意,我們還是退回到大多數人站著的地方,看看還有沒有別的道路可以前進。嗯,我們發現的確還有幾條小路通向未知的盡頭,讓我們試著換幾條道路走走,看看它是不是會把我們引向光明的康莊大道。不過讓我們先在原來的那條路上做好記號,醒目地寫下「意識怪獸」的字樣並打上驚嘆號以警醒後人。好,現在我們出發去另一條道路探險,這條小道看上去籠罩在一片濃霧繚繞中,並且好像在遠處分裂成無限條岔路。我似乎已經有不太美妙的預感,不過還是讓我們擦擦汗,壯著膽子前去看看吧。

 

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飯後閒話:海森堡和德國原子彈計畫(七)

 

海森堡不久便從報上得知了炸彈的實際重量:200千克,核心爆炸物只有幾千克。他顯得煩躁不已,對自己的估計錯在何處感到非常納悶。他對哈特克說:「他們是怎麼做到的?如果我們這些曾經幹過同樣工作的教授們連他們(理論上)是怎麼做到的都搞不懂,我感到很丟臉。」德國人討論了多種可能性,但一直到14號,事情才起了決定性的轉變。

 

到了8月14號,海森堡終於意識到了正確的計算方法(也不是全部的),他在別的科學家面前進行了一次講授,並且大體上得到了相對正確的結果。他的結論是6.2釐米半徑--16千克!而在他授課時,別的科學家對此表現出一無所知,他們的提問往往幼稚可笑。德國人為他們的驕傲自大付出了最終的代價。

 

對此事的進一步分析可以在1998年出版的”海森堡與納粹原子彈計畫”(Paul Rose)和2000年出版的”希特勒的鈾俱樂部”(Jeremy Bernstein)二書中找到非常詳盡的資料。大體上說,近幾年來已經比較少有認真的歷史學家對此事表示異議,至少在英語世界是如此。

 

關於1941年海森堡和玻爾在哥本哈根的會面,也就是”哥本哈根”一劇中所探尋的那個場景,我們也已經有了突破性的進展。關於這場會面的討論是如此之多之熱烈,以致玻爾的家屬提前10年(原定保密50年)公佈了他的一些未寄出的信件,其中談到了1941年的會面(我們知道,玻爾生前幾乎從不談起這些),為的是不讓人們再「誤解它們的內容」。這些信件於2002年2月6日在玻爾的官方網站(http://www.nbi.dk )上公佈,引起一陣熱潮,使這個網站的日點擊率從50左右猛漲至15000。

 

在這些首次被披露的信件中,我們可以看到玻爾對海森堡來訪的態度。這些信件中主要的一封是在玻爾拿到Robert Jungk的新書”比一千個太陽更明亮”之後準備寄給海森堡的,我們在前面已經說到,這本書讚揚了德國人在原子彈問題上表現出的科學道德(基於對海森堡本人的採訪!)。玻爾明確地說,他清楚地記得當年的每一句談話,他和妻子瑪格麗特都留下了強烈的印象:海森堡和魏紮克努力地試圖說服玻爾他們,德國的最終勝利不可避免,因此採取不合作態度是不明智的。玻爾說,海森堡談到原子彈計畫時,給他留下的唯一感覺就是在海森堡的領導下,德國正在按部就班地完成一切。他強調說,他保持沉默,不是海森堡後來宣稱的因為對原子彈的可行性感到震驚,而是因為德國在致力於製造原子彈!玻爾顯然對海森堡的以及Jungk的書造成的誤導感到不滿。在別的信件中,他也提到,海森堡等人對別的丹麥科學家解釋說,他們對德國的態度是不明智的,因為德國的勝利十分明顯。玻爾似乎曾經多次想和海森堡私下談一次,以澄清關於這段歷史的誤解,但最終他的信件都沒有發出,想必是思量再三,還是覺得恩恩怨怨就這樣讓它去吧。

 

這些檔可以在http://www.nbi.dk/NBA/papers/docs/cover.html 找到。

 

容易理解,為什麼多年後玻爾夫人再次看到海森堡和魏紮克時,憤怒地對旁人說:「不管別人怎麼說,那不是一次友好的訪問!」

 

這些檔也部分支援了海森堡的傳記作者Cassidy在2000年的Physics Today雜誌上的文章(這篇文章是針對”哥本哈根”一劇而寫的)。Cassidy認為海森堡當年去哥本哈根是為了說服玻爾德國佔領歐洲並不是最壞的事(至少比蘇聯佔領歐洲好),並希望玻爾運用他的影響來說服盟國的科學家不要製造原子彈。

 

當然仍然有為海森堡辯護的人,主要代表是他的一個學生Klaus Gottstein,當年一起同行的魏紮克也仍然認定,是玻爾犯了一個「可怕的記憶錯誤」。

 

不管事實怎樣也好,海森堡的真實形象也許也就是一個普通人--毫無準備地被捲入戰爭歲月裡去的普通德國人。他不是英雄,也不是惡棍,他對於納粹的不認同態度有目共睹,他或許也只是身不由己地做著一切戰爭年代無奈的事情。儘管歷史學家的意見逐漸在達成一致,但科學界的態度反而更趨於對他的同情。Rice大學的Duck和Texas大學的Sudarshan說:「再偉大的人也只有10%的時候是偉大的...重要的只是他們曾經做出過原創的,很重要,很重要的貢獻...所以海森堡在他的後半生是不是一個完人對我們來說不重要,重要的是他創立了量子力學。」

 

在科學史上,海森堡的形象也許一直還將是那個在赫爾格蘭島日出時分為物理學帶來了黎明的大男孩吧?

 

 

上帝擲骰子嗎-量子物理史話(曹天元)

 

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