第十章 量子论四 何去何从

1.第六根手指

2.恐惧与挣扎

3.平行宇宙

4.退相干

5.第三者

6.前途漫漫

7.后记

第十一章 量子论四 何去何从

1 第六根手指

“最终,我们必须能将这一切解释给玛格丽特听。”玻尔在话剧《哥本哈根》中如是说。很显然,玻尔的梦想要落空。因为,薛定谔之猫带来的每一个问题,都是挑战人类智慧承受极限的重磅礌石,把物理江湖的顶尖高手都砸得晕头转向,何况是玛格丽特?!

物理学的辉光,对开启人类智慧的作用,怎么说也不为过。遥想物理当年,拿破仑翻完拉普拉斯的整本《天体力学》后,纳闷地问小拉:“你说你的大作里包括了宇宙所有的东西,但是,上帝在哪儿?”小拉爆屌地答道:“陛下,我不需要这个假设。”这个无比拉风的回答,不仅是物理学家的荣光,更是人类智慧上升到一个巅峰的骄傲宣言!

是的,我们不再向龙王求雨,不再恐惧彗星出现,不再害怕天狗吃月,不再沉迷无法证伪的花言巧语,不再相信某颗恒星代表某人的命运……这一切,得益于物理学及其带来的科学方法!

我们经历了多少蒙昧与挣扎,走过了多少思考与恐惧,才把神从自然规律中请出去,创造了一个规则简洁、因果明晰、运转有序的美丽世界,一切尽在优雅的物理定律掌控之中。

更重要的是,这个世界是客观的、实在的,它不以任何人的意志为转移,也不因任何人的行为而存在。

而眼下,量子论,准确地说是量子论的哥本哈根解释,却把“观测、意识、非客观、非实在”这些主观恶魔引入了自然。这也太不自然了!难怪爱因斯坦生气。估计牛爷和麦爷听说这事儿,也免不了吹胡子瞪眼。

为了搞定这些让人吐血的问题,物理学家们不得不寻找理想的理论——它既能解释量子世界的诡异行为,又能让大家心里舒坦些。于是,各种稀奇古怪的理论如雨后春笋,呼喇喇扑哧哧钻出地面,迫不及待地脱袍举竿,甩枝摇叶,一时间热闹非凡。

一马当先的,当然是听起来最舒坦的“隐变量理论”。因为这个理论的种子,早在世纪论战之初就种下了。还记得徳布罗意在1927年第五届索尔维会议上的发言不?他提出了“导波理论”:电子是一种既是粒又是波的存在,就像浪里浮萍,浮萍要去哪,浪说了算。那个“浮萍”,就是粒子。这个“浪”,就是“导波”,也就是控制粒子运动的“变量”。但是目前,我们搞不清楚导波丞相究竟是怎么做到挟天子以令诸侯的,这让粒子陛下的运动看起来像是一种“有规律的随机行为”,所以,这个看不清的变量就叫“隐变量”。因此,“隐变量理论”是在说:粒子运动“本来”不是随机的,只是我们还没搞清楚那个隐藏的变量究竟是怎么回事儿。

是的,一切的根源,就在于那梦幻般的波函数,什么叠加态、什么坍缩,什么与观测者相互作用,都是因为我们搞不清其中的具体机制,只能描述它的行为概率,所以,才捅出那么多幺蛾子。搞定隐变量,就搞定了物理,就可以让脚下不再绵软,让头顶不再虚幻,让内心不再飘摆,让世界充满爱。

然而,当梦想照进现实,我们才知道,现实并不爱梦想。徳布罗意的这颗隐变量种子刚撒到地里,就被泡利伙同玻恩和海森堡冲上去一通狂踩,深埋在地下不能呼吸、不见天日。当薛定谔之猫飞沙走石,搅得周天寒彻时,物理学家们自然而然地想到这颗希望的种子,准备松松土,浇浇水,让它生根发芽,成为量子大厦的栋梁。还没等动手呢,一座山突然砸下来,山上还贴了一条封咒,上书:唵嘛呢叭咪吽。

这位佛祖,就是鼎鼎大名的约翰·冯·诺依曼(John Von Neumann)。

冯诺依曼是匈牙利裔美国人,神级天才,在多个领域都是大腕,20世纪最伟大的全才之一,他是物理学家、发明家,他搞经济学,是博弈论之父;搞数学,成为20世纪最杰出的数学家之一;发展计算机,成为现代电子计算机之父。虽然天妒英才,只给了他54年生命,但他的传奇,从童年时代就上演了,他滥情学问,见一个爱一个,爱一个就搞定一个,读过的书过目不忘,多年以后仍能准确复述。据说,他6岁就能心算8位数乘法,还可以用古希腊语和老爸闲聊,一生熟悉7门外语,不到18岁就和老师合作发表了第一篇数学论文,不到23岁成为布达佩斯大学数学博士。28岁时,与爱因斯坦一起,成为普林斯顿大学的首批终身教授,一生载誉无数。他的贡献太多,清单拉出来太长,所以我们只好免单了。

在高手云集的量子论领域,冯诺依曼照样战功卓著,抢了一席之地。1932年,冯诺依曼写了一本书:《量子力学的数学基础》,给了量子力学一个严格的、统一的数学体系,这本书成为量子物理的圣经。不过,在这里,它的历史地位不是重点,重点是,书中有一个有趣的探讨:是否可能通过引入隐变量,把量子力学变成一个确定性的理论?小冯的答案是:否。他知道,空口无凭,于是顺手甩出一个数学证明,抹煞了隐变量理论逆袭成功的希望。

小冯也承认,量子力学在数学上与实验符合得很好,但它只是最好的经验总结,而不算已经被证明了的理论。尽管如此,也没有谁怀疑冯大师给出的那个数学证明。人们一看,这个证据是冯诺依曼给的,就全盘接受——当代最伟大的数学家之一嘛!

然而,还真有不信邪的——又是两个年轻人:一个叫玻姆,另一个叫贝尔。爱因斯坦的追随者。

戴维·约瑟夫·玻姆(David Joseph Bohm),1917年12月生于美国宾夕法尼亚。犹太血统。企业家父亲想让玻姆继承父业,搞好家具生意,但玻姆迷恋自然规律,好学不怠。1939年,玻姆取得宾夕法尼亚大学科学学士学位,又到加利福尼亚大学的伯克利分校,成为奥本海默(Julius Robert Oppenheimer曼哈顿工程的主要领导者之一)的博士生。1947年,玻姆到普林斯顿大学任助理教授。

玻姆早就迷上了相对论和量子论,而来到普林斯顿大学,相对论的缔造者和量子论的奠基人爱因斯坦就成了他的同事。玻姆对哥本哈根解释也不感冒,尤其是对EPR实验的解释。他相信,一定是某个隐秘的机制没搞清楚。在研究中,他把EPR实验升级成了简洁明快的自旋版。玻姆把自己的想法跟老爱聊了聊,老爱鼓励这个年轻人,多多研究哥本哈根解释。

玻姆要搞清楚的那个隐秘机制,也就是所谓的隐变量。玻姆也知道,小冯大师早就给隐变量判了死刑。但是,跟老爱聊过之后,玻姆感到很振奋,决定完成这个不可能的任务:复活隐变量理论。他做到了。

实际上,隐变量这东西并不稀奇,还记得布朗运动吧?花粉微粒的运动,就是由看不见的液体分子撞击导致的,它们来回折腾,冲撞花粉微粒,让微粒看起来莫名其妙地运动。如果我们得到液体分子运动的翔实数据,就能算出花粉的运动路线。但是在布朗时代,人类不知道有液体分子这码事儿,那么,液体分子就是“隐变量”。后来老爱用统计方法,搞定了布朗运动,这个统计方法,就相当于量子论的数学公式。它很好用,但没有完整描述每个微粒的精确运动,只是描述了它们的运动概率。

另一个类似的例子是,波义耳发现了气体定律:温度一定时,气体体积与压力成反比。虽然公式很好用,但他不知道为什么会这样。后来,麦克斯韦发现,气体压力是分子运动、撞击容器壁引起的。对波义耳来说,分子运动就是隐变量,他的“体积与压力反比”公式,就相当于量子力学的数学公式。它与实验相符,但所描述的不是事实的全部。

这样的例子还有很多,比方说,牛顿发现了万有引力,然而,引力是什么,他不知道,但这并不代表引力是无源之水,那么,引力子、时空弯曲对牛顿来说,就是隐变量,他给出的万有引力公式,就相当于量子力学的数学公式,而牛顿力学解释,就相当于哥本哈根解释。再比如:希格斯粒子曾经是质量的隐变量,原子能量层级曾经是光谱的隐变量,维护无效的监督制约机制现在是官员贪腐的隐变量,老婆的情人常常是受冷落丈夫的隐变量等等。

玻姆为量子力学量身打造的隐变量理论,实际上是徳布罗意导波理论的升级版。在这个升级版中,粒子陛下还是那个粒子陛下,然而,导波丞相却已变身为“量子势”丞相。量子势继承了波动的性质,按照薛定谔方程演化,却有着波族望尘莫及的手段,波的影响力随着传播范围的扩大,强度逐渐衰减,而量子势完全不用考虑强度问题,因为它可以弥漫到整个宇宙,而毫无衰象,其势力范围令人匪夷所思。但是我们都不用担心被浩瀚的量子势挟持,因为量子势虽然霸道,却并不滥情,所以每个量子势丞相只掌控自己的那个粒子陛下。宇宙中的任何时空角落发生了什么,量子势丞相都会实时掌握消息,并即时作出反应,控制粒子陛下的行动。

一个经典粒子发出一个神通广大的量子势,并受控于它。在这个基本原理的指导下,玻姆玩儿起了他的拿手好戏——数学,巧妙、精密地建立了隐变量理论系统,试驾了下,运转自如。1952年,玻姆的新版量子力学——隐变量理论悍然矗立在原版量子力学面前,耍了一套量子神功,用实力宣示:“你能做到的一切,俺全能做到;哥本哈根派能解释的,俺全能解释!俺们的口号是:一切为了取代原版,为了取代一切原版,为了取代原版一切!”

原版一看,不得了,你这是要跟老衲死磕啊!仔细一看,可不是!隐变量的这套量子神功招法精到,内力雄浑,不管从哪方面看,都毫不逊于原版!就说高难度动作单粒子过双缝吧,用量子势来对付,就显得游刃有余:当粒子殿下浑浑噩噩地朝双缝溜达时,量子势丞相已然探明前方有两条缝,以及缝宽缝间距等情报,于是启动干涉模式。而当有人搞破坏,堵上其中一条缝时,量子势丞相也会立即得知,并随时调整粒子陛下的行程,启动衍射模式。至于让大家纠结的EPR实验,就更好解释了,两个粒子的量子势即时联络,随时调整配合,不存在什么诡异的“完全随机+高度协作”矛盾共同体!

另一位不信邪的年轻人贝尔看了玻姆的隐变量理论,欣慰地写道:“我看到不可能的任务完成了。”

约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell),1928年7月生于北爱尔兰的一个工人家庭,由于父亲的工作时有时无,所以家境窘迫。苦孩子贝尔从小就定了个不切实际的目标——当个科学家。为了实现他的理想,全家都喊他“教授”,但是光喊外号是不解决问题的,于是家人又做了第二件事:举全家之力供他上中学。这让他的一个姐姐和两个弟弟没了上中学的机会。贝尔没让家族失望,他中学毕业后,靠自己打工和奖学金完成了皇后大学的学业,捧回了实验物理、数学物理两个学位。

量子论的深邃、神秘、不羁和瑰丽,都让贝尔痴迷。然而,量子论的哥本哈根解释,贝尔一点也不喜欢,这就像给心中的女神穿了一件僧衣,怎么看怎么别扭。贝尔相信,世界是实在的、客观的、确定的,而不会是“你去观测它,它才根据你的观测方式,随机甩给你个结果”那样不着调、不踏实。贝尔憧憬爱因斯坦理想中的世界。所以,他也考虑过隐变量的问题。然而,他悲哀地读了玻恩写的一本书,在这本书里,玻恩提到,隐变量已经被小冯大师判了死刑。冯诺依曼的书是德文的,贝尔不懂德文,所以没法看原著。不过,冯诺依曼何许人也?!那不是人,是神!何况是数学控玻恩在书里介绍的,谁还会怀疑那个数学证明呢?于是,贝尔断了隐变量的念头。

所以,当他看见玻姆的隐变量理论时,一种他乡遇故知的感觉油然而生。不可能的任务完成了,这说明什么?说明这个任务不是不可能的!恰好,1955年,冯诺依曼著作的英文版出版了,于是,贝尔用狐疑的目光重新审视小冯大师的那个证明。真是不看不知道,一看吓一跳。

我们知道,所谓概率波,就是所有可能的叠加,换言之,这些概率分布是可以叠加的。那么,你多次观测波函数坍缩的结果,把每次观测的结果叠加起来,计算一下,就可以得到波函数坍缩后的平均值,或者叫期望值。举个例子:

大家都知道,扔硬币得到正、反面的概率各占50%,扔1枚得到正面的概率是0.5。那么,我们一次扔3枚,可能得到几个正面呢?有4种可能:0、1、2、3,平均起来是(0+1+2+3)/4=1.5个。这个平均数,就是扔币总数的50%,也是扔硬币单面出现的概率。那么,我们2次共扔6币,得到正面的期望值就可以这样算:1.5+1.5=3个。以此类推,扔100次(300枚),得到正面的期望值就是150个。

现在,咱俩就来玩儿这个无聊的游戏:扔硬币。规则是,每一轮,我扔1次,每次扔3枚;你扔3次,每次扔1枚。你我每轮都是扔3枚硬币,每轮得到正面的可能都包括了0、1、2、3,很公平。

好,游戏开始,每扔一轮,就自己观测自己扔出了多少正面,并记录下来,强调一下,这些结果当然是完全随机的。咱俩分别把自己记下的结果叠加起来,算一下,就会发现,扔的轮次越多,正面个数就越接近扔币总数的50%,也就是越接近期望值。这是什么意思呢?就是说,我1次扔3枚,你3次各扔1枚,得到正面的概率是一样的,换句话说,我1次扔3枚所得正面的期望值,等于你3次各扔1枚所得正面的期望值。所以说,完全随机的结果的平均值可以叠加。那么,你我扔币的统计结果,就有线性叠加关系:

(A+B+C,ψ)=(A,ψ)+(B,ψ)+(C,ψ)

左面,是我1次扔3枚所得正面的期望值;右面,是你3次各扔1枚所得正面的期望值。

A、B、C,就是对各硬币的一次观测,也就是观测A、观测B、观测C;那个ψ,咱俩都认识,它是0、1、2、3这4种可能的叠加,我们扔币后观测的结果,就相当于波函数坍缩的一个随机结果。

这个式子换成具体的期望值,看起来就清楚了:1.5=0.5+0.5+0.5。

OK,冯诺依曼给出的数学证明,一共5个假设,其中,第5个假设给出的数学形式大致是这样的:

(A+B+C,ψ,Y)=(A,ψ,Y)+(B,ψ,Y)+(C,ψ,Y)

那个Y,就是传说中的隐变量。咱俩刚才玩扔币游戏,是没有隐变量的。现在,冯诺依曼考虑了隐变量。

这个式子在说:即使有了隐变量,这个系统依然是可以叠加的!

贝尔惊奇地发现,这个假设摊上大事儿了,问题就出在Y身上:隐变量Y的结果是确定值,ψ是概率的,你观测它,会得到一个随机结果。这些随机结果,按照波函数的概率分布,而波函数,是所有可能的叠加,其中自然包括了Y的可能分布。也就是说,ψ和Y不是并列关系。更重要的是,Y导致的是确定值。确定值是不能线性叠加的。

还是刚才那个游戏,我1次扔3枚,得到一个确定的正面数:3个。你3次各扔1枚,得到3个确定的正面数:0、0、1。很显然,3≠0+0+1。再扔一轮,我得到1个确定值1,你得到3个确定值:1、1、0。1≠1+1+0……按照概率,如果一轮一轮累加下去,等式两面的值会越来越接近,问题也不大。但是,冯诺依曼上面给的式子在说,你我每轮扔币得到的确定值必须相等!这可玩儿砸了!

贝尔简直不敢相信自己的眼睛,但他不得不相信自己的眼睛,白纸黑字,毋庸置疑啊!这个错误好像很幼稚,但的确是数学大师冯诺依曼犯下的!

冯诺依曼狂拽炫酷的天才曾经惊呆无数牛人,不说学识,单说他闪电般的思维,就可以用恐怖来形容。他的周围常常是诺奖获得者之类的牛人,但冯诺依曼仍然可以鹤立鸡群。一次,美国物理学家塞格雷(Emilio Gino Segrè诺贝尔物理学奖获得者)和另一位诺奖获得者为一个积分奋力拼搏,却毫无结果。一筹莫展之际,他俩发现冯诺依曼在走廊飘过,于是拖来办公室请教,那个难题就写在黑板上,冯诺依曼来到门口,瞟了一眼黑板,立即给出了答案,然后飘走了,留下俩目瞪口呆的诺奖获得者,他们被另一个问题难住了:俺们俩奋战了一小天都没解决的问题,冯诺依曼是用什么办法在3秒之内解决的?冯天才类似的故事一抓一大把,就不多说了。总之,大家都怀疑他不是地球人,所以叫他外星人。然后,圈子里出了个“冯诺依曼公式”:

(A)冯诺依曼可以证明任何事。

(B)冯诺依曼所证明的任何事都是正确的。

然而,他的第五假设证明这个公式是错误的。上部说过,2300多年前,欧老就被他的第五公设折磨得寝食难安,而如今,冯天才干脆直接栽在他的第五假设上。真是造化弄人啊!

事实又一次有力地证明,小沟翻船莫骂娘,高手失足更坑爹!慑于冯诺依曼的威名,30年来,从来没人怀疑这套数学证明会有错误,尤其是不敢想象竟会有如此低级的错误。所以后来大家怀疑,这套证明根本就没人仔细看过,估计是大家只关心冯诺依曼的结论,反正这套证明已经告诉我们隐变量不靠谱就OK了,相信他,没错的,管他怎么证明的?!发现这个错误后,贝尔说,这个证明不仅是错误的,更是愚蠢的!

对不起,佛祖,你的封咒写错字了!孙猴子已经上天了!

宣判无效,隐变量是合法公民。世界还是那个世界,熟悉、亲切、踏实、温暖,爱因斯坦的梦想要实现了!好像有两个字要跳出来了:完美!

不过,等等,经验表明,每当我们以为问题已经完美解决时,就要出大事!果然,有人在反对,并且很大声。谁啊?

爱因斯坦。为什么呢?玻姆是在支持老爱,老爱为什么要反对?

很简单,作为一个孤独的探路人,爱因斯坦始终是在寻求真相本身,而不是在寻求支持者。表面上看,玻姆的隐变量理论可以替代哥本哈根解释,光复实在和决定的美好世界,但是,他付出的代价和使用的手段,都是爱因斯坦不能忍受的。

首先,玻姆扔掉了经典世界的一项重要属性:局域性,或者叫定域性——前面说过,这是指在一定时间内,事物的影响范围都是有限的,而不是无限的。因果关系也是一样。而玻姆的量子势完全不拿局域性当回事儿,不论远隔天涯海角,还是宇宙洪荒,量子势都能随时把消息传给粒子,并即时左右粒子的行动,视相对论的禁令为无物。想想看,浩瀚宇宙中有多少个粒子啊!每个粒子的量子势都能即时刺探和通报宇宙任何一个角落的消息,所有粒子都知道所有粒子的隐私,整个宇宙通透无比,多大的屏障也不是屏障,多远的距离也不是距离,这是一个多么恐怖和荒谬的世界啊!

其次,这款理论虽然马力强悍,转向平稳,钣金厚道,操控性强,但是,多了一样东西,而这个多余的东西,正是隐变量本身!这就好比你改装了一辆赛车,这次改装以加了一个备用油箱为标志,它可以让车跑得更远,但是,你忘了,这是F1赛车,油够跑一圈就OK了,并且,备用油箱的增重,减慢了速度!所以,那个标志性的改装就成了多余的第六根手指!隐变量理论说,量子行为之所以在我们看来是概率的,那是因为隐变量的扰动在捣乱,让我们观测不到粒子们的确定行为。我们观测不到,不代表它不存在。现在,隐变量拿出量子势,来解释这些扰动,但也只是停留在“解释”上,至于那个“确定的行为”,它还是没描述出来。也就是说,你弄了个九转十八弯,得出的结果跟原版量子力学一样,依然是概率的!只不过是把哥本哈根解释踢下马,又把隐变量解释扶上马。如果仅仅是一个上马、一个下马,倒也没问题,优胜劣汰嘛!问题是,同样的结果,原版数学形式体态玲珑、线条明晰、健康优雅,美得自然而又科学。而用了隐变量解释,没改变概率的结果不说,还把整个数学的体态搞得臃肿不堪,仔细一看,那坨多余的肉正是隐变量!大家都是玩儿奥卡姆剃刀长大的,你搞这么累赘不是找削么?

最后,老爱客气地回帖点评:此理论价值不大。

2 恐惧与挣扎

物理学被冲击到一个陌生的险境,进退不能,危机四伏,看哪儿都头大。

不过,有的科学家却没啥烦恼。因为,他们认为,根本不存在任何问题,什么这解释、那解释,统统都是庸人自扰。这些实用主义、工具主义的科学家认为,对于世界,我们只需会“算”,无需去“懂”。世界是什么样?世界为什么是这样?那是哲学的事,科学只要有实验、观测、方程、计算就OK了,对于量子力学,我们只需留下它的数学体系,让什么哥本哈根解释、隐变量解释等N多解释统统见鬼去吧!康奈尔大学的物理学家大卫·默明(David Mermin)的这句话相当到位:“闭上嘴,计算它!”。史称“闭嘴计算解释”,也就是传说中的“不解释”。

然而,留下技术,扔掉认识,很多物理学家无法接受。因为,多数物理学家的初衷,是做一个世界真相的探险家,而不是当一个制造工具的高级技术员——虽然实用性是科学的主要属性之一。

是的,没有了对世界的精确计算,物理学将失去99%的生命力,而离开了对世界的深刻认识,物理学也就失去了99%的吸引力。好吧,我们需要解释!

一套倾倒众生的数学体系,配着一套雷倒众生的哲学解释,这款怪异混搭,让量子力学成为物理江湖的风暴眼,看似纯净无辜,却聚焦了四海涌动的思潮,所到之处,地覆天翻。是的,物理江湖从未如此动荡。乱世无宝,很多珍如生命的东西,就像生命一样被弃如敝履。

为了回归经典,玻姆扔了不少东西,包括经典本身。看来,经典不那么容易回归。然而,跟着哥本哈根解释走,似乎也只是无奈之举,没有多少人心甘情愿。因为,哥派指的路,更是让人心惊肉跳。

我们回到薛定谔猫对哥派解释的拷问:

猫真的既死了又活着吗?这是关于叠加态、坍缩、概率的问题,为了搞定它,玻姆壮士断臂,不惜抛弃定域性,却只能作出“解释”,而没能改变叠加态、坍缩和概率的数学结果。

观测仪器和观测对象的关系问题。玻尔给的“盲人拐杖”解释,让人嗅到一股浓烈的哲学应付味道,听起来满是道理,却毫无用处。玻尔谈物理必先谈观测,但始终没清晰地定义什么是一次“观测”,如果说,眼睛看是观测,那么,用手摸、用耳朵听,用鼻子闻、用舌头舔、用照相机拍算不算观测?如果科学家“看”是观测,那么,警察看、十二岁女孩看、一岁半男童看、摄像头看、猫看算不算观测?这些问题,玻尔不会给你一个明确的答案。

冯诺依曼提供了一个解决方案,他指出,仪器本身也是粒子的组合,所以,仪器也有波函数。这个说法,我们并不陌生,这其实就是“月亮姐姐在哪儿”的问题,人造的仪器也和纯天然的月亮姐姐一样,都由不确定的粒子组成,你不观测它,它就处于朦胧的叠加态。所谓月朦胧鸟朦胧,只不过是观测问题。就像薛猫一样,盖革计数器观测原子射没射中子,原子处于射与未射的叠加态,计数器就处于收到与没收到中子的叠加态。那么,锤子砸\没砸,药瓶碎\没碎、猫死\没死……都处于叠加态。同理,你用别的仪器去观测盒子里发生的某件事,这个仪器也会处于叠加态。

与玻尔不同的是,冯诺依曼不只是解释,他还买一赠一,提供了数学模型。冯大师的数学模型动用了他命名的“希尔伯特空间”。在冯版量子力学中,一个物理系统可以表示为一个复希尔伯特空间。模型显示,所谓波函数,是复希尔伯特空间的一个向量,所谓坍缩,就是这个向量在某个方向的投影。盖革计数器“观测”原子,原子的波函数倒是坍缩了,但计数器自己却癫狂了——叠加态转移到计数器身上了——它处于收到与未收到的叠加状态,坐等下家来观测;如果来了一台仪表去“观测”计数器,仪表就杯具了,叠加态转移到仪表身上了;而用摄像机去观测仪表,好吧你已经知道了——仪表的波函数坍缩了,确定了,叠加态又转移到摄像机身上了……不管你加多少仪器,最后那台,总是处于叠加态,整个系统还是处于不确定状态!这个疯狂的机制叫做“无限复归”。粒子就像大话西游里的紫霞/青霞仙子,二人叠加在同一个肉身上。而观测就是移魂大法。想让青紫叠加态坍缩成一个,就得有下家多接一个灵魂,变成叠加态。那么,谁来终结这个狗血的叠加态呢?大话西游里真的用了一只狗,它的肉身分担了一个人的灵魂,这才解决了整个系统总有一个叠加态的尴尬。不过,这个办法本身也很尴尬:狗身上是不是叠加了两个灵魂呢?香香+狗叠加态?如果“意识”算是灵魂的话,按照哥派对薛猫的解释,猫既然处于生/死叠加态,就说明,它的观测没有让波函数坍缩,也就是说它没有意识。因此,狗也一样,应该是没有意识的,所以,这个神话中的“意识叠加态”也就终结了。

那么,在量子世界,谁能终结整个系统的不确定状态呢?这就是 “猫可以是观测者吗?”的问题。是我们——只有人可以终结叠加态。实验表明,我们观测时,波函数的确坍缩了。可见,在波函数面前,比的不是眼力,而是理解力!在观测这个问题上,人与阿猫阿狗的区别,竟然在于:人有“意识”!

难道,世上本没有粒子,只有散漫的波函数被意识到了,才有了粒子,也便有了一个“实在的”世界?!或者说,一个庞大的复希尔伯特空间弥漫着无数向量,无怨无悔地苦等意识之光的照耀,好屁颠屁颠地去投个影?!这简直就是胡说八道!然而,让人胸闷的是,到目前为止,所有观测结果都证明这不是胡说八道,至少没有一例实验证明这是错的。可是,凭什么只有意识才会让波函数坍缩?波函数又是怎么知道它自己 “被意识”到的?意识究竟是什么东西?意识究竟是不是东西?!

意识,是人的头脑对于客观物质世界的反映,是感觉、思维等各种心理过程的总和,也是人类知道自我、了解世界的核心。

意识,人类大脑的一切活动及结果,即作为具有自觉性的思维。

意识,是知觉、感觉或觉察的状态。

还有很多种,一般来说,能肯定地告诉你什么是意识的,都是各有侧重的哲学定义。虽然我们不能冒昧地说,这些哲学定义是片面的,但是,在这里,我们要的,就是一个严格的、完整的、精确的、被普遍接受的科学定义。

对不起,让大家失望了,关于意识,目前,憨直、厚道、一根筋的科学还没给出一个确切的定义。可以说,关于意识的探讨,还在模糊和混乱之中。这样也好,我们可以乘乱探讨一番,而不必担心“错”得太离谱。

还是从薛定谔猫开始。根据测不准原理,观测必然产生骚扰,比如光子撞原子什么的。那么,薛猫盒子里的瓶碎了,它的声音传出来,是不是一次观测?我们没有对盒子里的任何东西产生骚扰,因为即使我们不在那儿,声音该传出还传出,是吧?所以,这应该不算一次观测。

但是,根据冯氏数学模型,这就是一次观测。空气振动传到人耳朵里,这时候,空气分子就成了观测手段的一部分,它们用振动向人传递了信息,让人“意识”到猫应该是死了。

然而,在声音传出之前,我们是不是可以“确定”猫还活着呢?没有声音时,猫还是死/活叠加的吗?

哈,晕了吧?其实,上述都是不该问的问题。要知道,薛猫的盒子是不允许这些问题出现的。因为,盒子的作用,是让你 “不能观测”,而不仅仅是让你 “眼睛看不见”,所以隐含了隔音、防震等功能,让你不能通过任何手段去观测。

既然都是不该问的问题,为什么还要一本正经地来探讨呢?因为,所有这些,都直指一个让人头疼的问题:即使没有什么光子观测扰动,这也是一次观测——只要信息泄露给了人,让人“意识到”了,波函数就会坍缩!

那么,如果在盒子里安一个麦克风,连接到盒外的音箱,实验相关人员统统撤离后,一个人打酱油路过,他听到了音箱传出药瓶破碎的声音,却不知道这是什么声音,也就是说,他没“意识到”这声音关系到一只猫的生死,那么,这算不算一次观测?这时节,猫是死了还是处于死/活叠加态呢?

猫应该是死了。因为,这个实验有个狗血的假设:声音被音箱传出。这说明瓶子已经碎了。另外,接了麦克风和音箱,盒子就是透明的了,跟不设置盒子区别不大。

然而,打酱油的问题依然存在:盒子的作用,是为了不让人观测,如果没有盒子,把“敲碎药瓶”改成“引爆炸药”,把猫拴在炸药旁边,撤离所有实验者。那么,路人经过,听到爆炸声,却为了酱油大业绝尘而去,根本没去观测究竟发生了什么,这时,猫是死是活?

什么?你说猫死定了?你怎么能“确定”路人听到的一定是猫旁的炸药爆炸声?你又怎么确定爆炸现场的死亡率一定是100%?所有这些问题,都可以参照有关“月亮姐姐在哪儿”的探讨。

哈哈,这其实是一次小小的意识体操。为什么要搞这次头脑热身?因为,前面来了一个很容易让人崩溃的朋友。

维格纳的朋友。

前面介绍过,狄拉克娶了维格纳的妹妹。但维可不是靠当狄的大舅哥出名的。在美国,他在几所著名大学及许多科研机构任职,著作颇丰。由于“在原子核和基本粒子理论方面的贡献,尤其是对称性原理的发现和应用”而获诺奖。维格纳认为,既然外部世界可以影响意识,意识为什么不可以影响外部世界呢?当然“可以”。这是牛爷早在三百年前就制定的第三定律——作用与反作用啊!

根据这个古老的原理,维格纳升级了薛定谔猫:他让一个朋友戴着防毒面具在盒子里与猫共舞,而维格纳本人则躲这个盒子远远的(损友啊!),一副不忍直视那个凶残盒子的样子(节操啊!)。那么,对维格纳来说,他观测不到盒子,盒子里的一切对他来说,是不是处于(活猫+高兴的朋友)/(死猫+悲伤的朋友)叠加态呢?

维格纳给出的答案是:不。可以肯定,朋友出来后,一定会告诉维格纳一个确定的答案,而不是一个“叠加”的答案。因此,可以确定,当一个系统中包含了意识时,叠加态就消失了!

又是意识!并且这回更明朗了,意识,正是叠加态终结者!

于是,我们不得不面对前面提到的那个让人头疼的问题:意识究竟是什么东西?意识究竟是不是东西?!

既然维格纳把牛爷第三定律搬出来了,我们也只能先设定“意识”是东西,是物质行为。因为,能与物质产生作用与反作用的,只能是物质。除非你能用严谨的、可重复的科学实验证实某些玄玄乎乎的“神迹”。

当然,意识本身不是电子啊、介子啊、夸克啊之类的具体物质。然而,意识的存在,却离不开物质。

正如信息,信息本身绝不是物质,但它却绝对需要靠物质来承载和表达。没有了物质,也就不存在什么信息。比方说“同意”,是一个信息,但你能说它是某种物质吗?“同意”是房子?是泪水?是人头?是文字?是眼神?都不是,然而,这些东西统统可以用来承载和表达“同意”这个信息。你对女孩说:“嫁给我吧。”女孩可以有无数种反应:

普通版:嗯。

文艺版:妙目噙泪。

现实版:有房吗?

浪漫版:上天的安排?

女汉版:艾玛,你咋才说呢!

猫鼠版:死鬼,太突然了。

……

所有这些千奇百怪的反应,都是在向你传达同一个信息:同意。不管用哪种,都会让你幸福得像花一样。

那么,这些表达方式都是“同意”的意思吗?当然不是,如果换一个场合,意义就完全不同了,比如,你面对的是一个医生,问:“我真的没救了吗?”上面的每一个回答就都很恐怖,不管哪一个,都会让你毛骨悚然。

你把这几句话单独写出来,贴在电线杆小广告旁,或者录音,在人民大食堂播放,不会有人知道这些话代表什么意思。如果放在老鼠洞里,或者放在火星上,这些文字就毫无意义。这说明什么呢?说明离开交流和理解,物质无论怎么折腾,也不能成为信息。反之,只要可以用来理解和交流,怎么样都可以是信息。不信?你在山路上看到一块很随便的石头,或者一根很普通的断树枝,这是信息吗?当然不是。因为你完全不能理解某块石头为什么躺在那儿,你也完全不关心某根树枝为什么会死在这儿。然而,如果这石头、断树枝是驴友用来做标记的,那么,对驴友而言,它就是生死攸关的信息!

我们的所谓“意识”,其实就是大脑在接收、存储、处理和产生信息。那么,大脑是怎么工作的?虽然这个问题的难度丝毫不亚于“宇宙是如何运行的”,但是,一个很基础的答案却很靠谱:大脑是靠神经元、神经网络之间传递、重组某种物质来工作的。这些物质,有蛋白质、电信号、激素等等,不管是什么,归根结底,都是原子、电子等粒子的运动、排布,以及它们间的相互作用——我们在这里称之为“物质行为”。正是这些物质行为,承载和创造了我们的“意识”。

或许,就是这类物质行为,跟波函数相互作用,让它坍缩了?

这话,乍听起来,很有道理,然而,稍微一分析,就很难站住脚了。因为阿猫阿狗们的大脑也是这样工作的,为什么它们大脑的“物质行为”就不能让波函数坍缩呢?

这位说了,因为阿猫阿狗的头脑太简单,那些物质行为不足以让波函数坍缩。当真如此吗?其实,阿猫阿狗们的大脑也有神经元、神经网络这些高端大气上档次的配置,大致结构跟人脑差不多,大脑工作原理一样,也是靠传递、重组蛋白质、电信号、激素之类的物质来实现的,构成大脑的基本物质更是别无二致。那么,凭什么它们的观测就不能让波函数坍缩?难道,是因为人脑大,物质行为的作用力也就比其他动物大?可是论体积,蓝鲸大脑是人脑的5倍,大象大脑是人脑的4倍,差远了!这位童鞋说了,那可能是因为“人脑与体重的比值”最大吧?这就更不靠谱了,难道波函数先要测算一下观测者的脑化指数,再决定是不是要坍缩?!

从物质的角度看,人脑也好,动物大脑也好,成分都差不多:近80%的水、10%的脂肪、8%的蛋白质,还有些矿物质什么的。更基本地说,就是碳、氢、氧、氮、硫、磷、铁、锌、铜、硼、锰、碘、钼等等各种原子。要是硬找人脑与动物大脑的区别,还真有:人脑的“带状前回”中,有一种“巨型纺锤神经元”。这种神经元,成分没什么特别,功能上,目前也看不出它有什么特殊,只知道它比其他神经元胖很多,而且很奇葩,只有在人脑和类人猿脑中才找得到。并且,数量不一样,人的比较多。相同单位的“带状前回”截面上,比较一下胖神经元数量,大致关系是:人90个,倭黑猩猩70个,黑猩猩40个,大猩猩20个。当然,“90” 这个指数,是成年人的标准。我们的婴儿出生时,没那么多胖神经元,长到4岁时,才达到标准。

难道,是这种巨型纺锤神经元的活动造成了波函数坍缩?这也很难站住脚。首先,一个最现实的问题就很难回答:波函数怎么会识别什么巨型纺锤神经元呢?难道就因为它是神经元帝国唯一的胖子?“除了它我们谁都不认”?!其次,如果他们真的只认它,那么,要不要辜负猩猩们的观测呢?要知道,猩猩们的神经元里也有胖子啊!如果猩猩们观测不坍缩,那么,不足4岁的人类娃娃去观测,会不会坍缩?!值得期待的是,两三岁的娃儿已经会说话了,能描述他们所见的简单现象,如果实验设计合理,娃儿们就可以告诉我们,他们看到了什么,这就是说,即使娃儿们的神经元胖子的密度只比得上猩猩,照样能造成波函数坍缩,因为他们能意识到自己看到了什么。

然而,即使胖子是闹饥荒的原因,也不能断定胖神经元是搞坍波函数的原因。所以,从大脑物质结构来分析波函数坍缩机制,极有可能是死路一条。

但是,如果不考虑物质运动,单从“有没有意识”这个角度去判断波函数该不该坍缩,恐怕路更难走。

根据咱俩的能力,我们只能把“什么是意识”这种不可能出结果的问题放到一边,先假设我们人类拥有一种叫做意识的东西,它以记忆的信息形式存储在大脑里。那么,这种信息,就可以看做电脑磁盘中的数据,是分子、原子的某种排列方式。我们前面讨论过,分子、原子是物质,但它们的排列方式不是物质,而是信息。

我们的大脑产生记忆,实际上是一种叫做“克列伯蛋白”的东西进入神经细胞核内,让基因产生某种特定物质,就算是完成了信息的“写入”。工作原理跟“数据写入磁盘”差不多,都是重组原子、分子的阵列。既然如此,就存在这样一种可能:拷贝大脑信息。其实,关于这方面的研究,科学家们早就有了设想,甚至有人已经设想通过储存记忆来实现“长生不老”。

好吧,问题又出现了:如果把尹志平的记忆拷贝到小龙女大脑里,他会不会自恋得发疯?此时他去观测杨过,是该爱他、怕他还是恨他?或者,把科学家的记忆拷贝到电脑里,用这台电脑去观测薛猫,盒子里的情形是叠加的还是坍缩的?如果因为电脑拷贝了人脑的数据,而具有了意识,便可以让波函数无条件坍缩,那么,就说明电脑磁盘中的物质经过适当的排列组合,也可以催生高端大气上档次的意识——从1997年超级计算机“深蓝”战胜人类国际象棋冠军卡斯帕罗夫那天起,我们就不敢怀疑这种可能性。问题是,这种排列组合,需要复杂、精巧到什么程度才可以产生意识?或者说,机器也好、生命也好,处理信息的能力达到什么程度才算有了意识?讨厌的“谷堆悖论”又来了:1粒、10粒、200粒谷子都不算一堆,那么究竟从多少粒谷子开始,才算是一堆?

OK,咱俩必须承认,作为非专业人士,讨论这些连专业人士都没解决的“意识”问题,只会让我们的意识越来越模糊。所以,我们还是回到实验的坚实土地上OK?OK。

首先是思想实验。莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)假设:一台超大机器,靠复杂精巧的物质结构造就了意识,那么,我们走进机器去旅游观光,只能看见零件运转,根本没有任何东西可以解释思想、知觉之类的东西,所以用物质来讨论精神是不靠谱的。但是大卫·科尔(David Cole)反驳道:你把一滴水放大,直到水分子像拳头那样大,我们进去参观,也看不到任何湿的东西,但你能否认这滴水是湿的吗?

1950年,英国著名数学家、逻辑学家、密码学家,计算机科学之父、人工智能之父艾伦·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing)提出一个“冒充游戏”,让一个人提问,一台计算机和一个人藏在幕后回答。提问者想尽办法,通过各种提问,试图分辨出谁是计算机。如果不管怎么问,也分不清谁是机器,那么,就证明这个机器有了智慧,也就是我们要的意识。这个实验叫做“图灵检验”。计算机技术的飞速发展,让人相信,人机难辨指日可待,甚至有个关于“2029年是否有计算机通过图灵检验”的专门赌局。

然而,美国哲学大师约翰·塞尔(John Searle)却兜头泼了一盆凉水:就算你分不出谁是计算机,也不能说计算机就有了意识。1980年,塞尔提出“中文屋”思想实验:一个懂英文的中文盲被锁在屋子里。屋里只有一本工具书,英文的,叫做《收到中文字条攻略》。第一天,从门缝里塞进一张中文字条。于是中文盲按照工具书介绍的规则,在纸条上找到特定的字符。第二天,又收到一张中文字条。中文盲按照工具书的进一步指示,把两张字条结合起来,进行关联加工,并且按照规则,挑出一些字,抄到一张空纸上,从门缝塞出去。从始至终,中文盲仍然一个中文也不认识,他只是很熟练地应用了规则。他不知道的是,第一张字条写的是一个故事,第二张字条写的是基于这个故事的问题,而他抄写的字条,就是这个问题的答案。塞尔说,这个中文屋的机制,就是一个复杂而巧妙的算法,这个算法完美到可以模拟一个懂中文的人。然而,不管屋子里传出来的答案有多完美,即使跟真懂中文的人不相上下,也不能说明“中文屋”懂中文了。结论:再高明的算法也只是算法,它不是意识。

“中文屋”悖论争议不断,具有代表性的反对意见,叫做“系统观念”:中文屋是一整个系统,比方说,屋子是机箱,门是输入输出设备,工具书是存着应用程序的硬盘,人是CPU,纸条是输入输出介质。这个系统是“认识”中文的。你不能因为那个CPU不识中文,就断定这整个系统不识中文。正如人的大脑,也是一整个系统,大脑的某个部位没有意识,但你不能因此就说,这个系统不存在意识。意识是整个系统工作的结果。中文屋也一样,整个系统的工作过程,让这个系统“认识”了中文。

塞尔说,好吧,就算这个系统认识中文。那么,让我们把这个系统浓缩一下:先破门而入,强行揪出那个中文盲,烧掉工具书,推平房子,把地卖给开发商。斯时,就只剩下这个立于天地间的人,好在他已经把工具书倒背如流——也就是说,没有了屋子和书,他仍然可以重复整个中文屋系统的工作!是的,现在,这个人就是整个系统!问题是,他认识中文吗?

所以,再高明的算法也只是算法,它不是意识!

哗!让咱俩长舒一口气,因为用我们的意识进行思想实验来讨论意识,实在是一种折磨!那么,在实验室里,用真正的实验来研究意识,会不会轻松些呢?

1980年,美国加州大学旧金山分校神经学科学家本杰明·利伯特(Benjamin Libet)搞了个自由意志实验。实验很简单,让被测试者抬手臂,测量3个时间点:1、决定行动(人意识到自己要抬手臂)时间; 2、大脑准备电位发生时间;3、实际行动(抬手臂)时间。猜猜看,哪一步最先发生?

按照“我的身体我做主”的原则,当然是人的自由意识先决定抬手臂,然后把指令下达给大脑中的“手臂管理员”,由它去操纵手臂抬起来。

然而,结果却出乎所有人意料之外:竟然是大脑先计划抬手臂,然后意识才“决定”抬手臂。注意:大脑计划抬手臂,这是我们意识不到的!大脑计划做出0.3秒之后,意识才决定抬手臂,决定0.2秒后,手臂执行命令。也就是说,我们以为自己的意志可以决定身体行为,殊不知,所谓“自由意识”,只是在执行大脑0.3秒前制定的计划而已!难道,是我们无法察觉的神经活动在起主导作用,而自由意志是个假象?!

我们以为行为是由意识发起。可事实是,大脑的所有工作,都是神经元们闹腾的结果,意识也是这样来的。所以,先有大脑活动,再有意识,也算情理中事。我们所说的“我”,其实主要是指自己的自由意识。意识与肉体一起,构成一个完整的人。这个整体,当然是由“我”——自由意识主导。我们从未怀疑这一点。然而,这个实验残忍地揭开了真相:神经元们才是老板,它们开完董事会,做出决策后,才把“我”这个CEO叫到会议室,公布规划,由“我”领导肢体员工去执行!而“我”这个高级打工仔,还一直以为自己是老板!

嘛?你怀疑利伯特实验不靠谱?嗯,有道理,整个科学界都在怀疑。所以,大家纷纷实而验之。结果,还是那个结果。2008年,德国普朗克学会神经学科学家海恩斯(John Heinze)升级了利伯特实验,让受测试者选择用左手或右手按钮,研究人员监测其大脑活动。结果显示,大脑扫描器可以提前7秒预测其行为!7秒!意识“选择用哪只手去按钮”的决定,早在7秒前就由大脑的神经元活动计划好了!所以,在这个实验里,研究人员比被测试者更早知道他要用哪只手去按钮!够恐怖吧?!

那么,我们的所谓“自由意识” ,当真就是彻头彻尾的傀儡?利伯特给了我们一丝安慰:在行动实际发生前,我们的意识有0.2秒的时间可以否决大脑无意识的计划。这个观点让我们稍稍舒服了一些。然而,又有实验显示,似乎连否决也是由无意识率先发起的!

佛祖啊!

波函数只有被意识到才肯坍缩成实在的粒子,而我们引以为豪的意识却不由“自主”,那个“我”是大脑生化作用的副产品!这套倒霉机制的设计,PS痕迹太重,以至于让人不由自主地想起《黑客帝国》——电影里的“现实”是,人被机器禁锢起来当生物电池,人所感觉的一切,其实是矩阵制造的幻象。这绝不是我们的想象力过于丰富,实在是哥本哈根解释的世界太疯狂。

如果世界的“实在性”真的是靠意识这个打工仔来实现的(观测前不存在物理量),那么,这个世界的形成,就和诺兰电影《盗梦空间》里的造梦机制差不多了。电影中,可以通过梦境,去有意识地创造一个虚拟世界。这已经够疯狂了。而我们的“现实”世界,竟然要靠意识去创造一个“梦境”(你不观测它就弥散在空中,不在了),而且是头脑清醒的白日梦?!

1981年,美国著名哲学家普特南(Hilary Whitehall Putnam)提出“缸中之脑”思想实验。这其实是庄周梦蝶、笛卡尔恶魔、柏拉图洞喻说的现代升级版。

关键词句:你如何确定自己不是一颗“缸中之脑”?

技术背景:世界脑神经学鼻祖彭菲尔德(Wilder Graves Penfield)用电流刺激大脑的不同部位,大脑的主人感到的不是头疼,而是嗅到某气味、听到某声音、看到某颜色……实际上,实验室里并不存在这些气味、声音或颜色。那些所谓感觉,全部来自电流对大脑的刺激。这就是说,在理论上,可以用足够精密的设备,让大脑“感受”到任何东西——要知道,人脑延伸出的脑神经只有12对,脊神经也只有31对,我们与外界的全部沟通,都靠它们来输入输出——也就是说,直接与神经相连的线路并没有想象的那么复杂。

普特南说,假如有个疯狂的科学家,或者邪恶机器人什么的,把“你”的大脑放在一口缸中,靠营养液供养存活,然后用设备刺激你的大脑,你所知所觉的一切,都来自这台设备无微不至的精密刺激。你的“意识”可以与设备互动,使你“经历”的场景无比细腻、无比真实、无比鲜活:秋月寒清,邻里温馨,木纹繁复,美酒香醇,诗文曼妙,美目勾魂……但这一切都不是“真实”的。那么,你能如何确定自己不是一颗缸中之脑?

既然已经来到这个恐怖境地,那就让我们再大胆地往前走一步:你如何确定“你以为的这个世界”不是5秒钟前才被“创造”出来的?你所有的记忆,以及你现在的一切知觉,都是5秒前,由那台勤劳善良的设备拷贝给你的。“实际”上,你的世界才刚刚启动5秒钟,而你却以为这个所谓的宇宙已经运行了137亿年!

是的,我们谁也无法确定。然而,笛卡尔说,即使我所知的一切都是恶魔制造的幻象,也不能否认“我的存在”。因为,“我”在怀疑,而“怀疑”是需要一个“思考者”的,所以,至少可以确定,“我”是存在的!这就是传说中的“我思故我在”。笛卡尔认识论哲学的起点。他以此推出真实世界的存在。

笛卡尔是个“心物二元论”者,认为世界存在意识和物质两种实体。这个认识的对错不论,我们单说“意识”。

是的,即使“我”是缸中之脑,“我以为的世界”只开始了5秒,也不能否认“我”的存在。而只要我“存在”,就该有个存在之“处”。也就是说,最终,存在一个“真实”的外部世界。

是的,你那颗悬于“虚无”的心,可以踏实一小会儿了。我们在意识迷宫中已经陷得太深(画外音:好好说话!),咳咳,好吧我承认,咱俩已经跑题了。哲学探讨很难不跑题。

实际上,即使扔开意识,也并不好过。

为了跟哥本哈根解释较真儿,把双缝实验带来的问题搞清楚,老爱扔出个“分光实验”。你不是说,粒子在观测之前,不存在物理量么?它只是叠加了无数可能的波函数,因此,它可以玩儿单粒子过双缝的把戏,实现自我干涉。那好,我们把迈克尔逊干涉仪借来改装一下,看看粒子究竟是怎么走的!

看过本书上部的你,对测量以太漂移的MM实验的装备,应该很熟悉了。我们把主要装备的位置和角度稍稍变一下,Look,多么温馨的画面:

爱因斯坦分光实验1

照旧,小亮负责发射光子;阴阳镜是半透镜,与入射光路线成45度角,光子射到阴阳镜上,被反射、透射的概率各占50%;风月宝鉴和魔镜是全反射镜,镜面朝向阴阳镜,并与之平行。

好,实验开始:小亮发出光子,光子溜达到阴阳镜上,是被反射、走风月路线,还是被透射、走魔镜路线?这是个问题。阴阳镜随机给了它一个答案。那么,我们怎么知道它走哪条路呢?当然是让小小在魔镜路线上观测、圆圆在风月路线上观测,哪条线上发现光子,光子走的就是哪条线——正确得像废话一样!

按照经典解释,在你观测之前,光子就已经在那儿了。光子射出后,不管它走哪条线,我们都可以确定,在观测到它之前的某个时刻,它必然在某条线的某个位置上。

当然,不管是哪种解释,在确定光子走哪条线的办法上,意见是统一的:小小看见,魔镜路线;圆圆看见,风月路线。

OK,现在我们叫来阴阳镜弟弟,派到两条路线出射的交汇处,角度跟其他三块镜子平行:

爱因斯坦分光实验2

光到了阴阳镜弟弟这里,照样会被透射或反射,于是,如果光同时从两条线来,就会被掺合到一起了——就是说,小小和圆圆的位置,都可以同时看见从两条路来的光了。这样可以造成干涉。OK,现在咱俩精心调整阴阳镜弟弟的位置,让圆圆处的光相位相反、能量相抵而消失,同时让小小处的光相位相同、能量叠加而增强——这其实就相当于双缝实验中的明暗条纹。设置完毕。注意:风月、魔镜两条路线相当于双缝。

按照这个设置,如果光同时走了两条路,那么就会发生干涉,小小总能收到(叠加),而圆圆总是收不到(相抵);如果光只走了一条路,那么,就不会发生干涉,小小、圆圆收到光的概率各占50%。

现在,小亮只发射一个光子,会怎么样呢?按照哥派解释,光子同时经过了两条路线,那么,我们就总是能得到同一个确定的结果:光子100%被小小收到。

爱因斯坦说,嗯,光子同时经过了两条路线?好吧。那么,为什么阴阳镜弟弟没来时,光子就只走一条路线?同样是一个光子,怎么可能既只走一条路,又非要同时走两条路?!而决定因素居然是:快到终点时有没有阴阳镜弟弟?!

玻尔给出的解释是,就算你只在实验过程的结尾动手脚,也会改变整个实验过程。所以这不是一个实验,而是两个不同的实验,你不可能同时做这两个实验,所以光子既走一条路、又同时走两条路的矛盾不会出现。这个解释,听起来让人很不服气,但也无从反驳。

然而,有人同样使用哥本哈根解释,却给出了完全不同的解读。

约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler),美国著名的物理学家、物理学思想家、物理学教育家。他跟玻尔合作揭示了核裂变机制,参加过曼哈顿工程,参与过氢弹设计,当过爱因斯坦的同事,带过50多个博士生,其中多人成为美国宇宙学、天体理论物理的一线人物,费曼是他的学生。“黑洞”由他命名。

惠勒说,这不是两个实验,而是一个实验。说完,顺手把这个实验升了级,让阴阳镜弟弟来去自如——可随时插入和拔出。那么,阴阳镜弟弟什么时候出现才合适呢?这正是问题的关键。我们可以让光子经过了风月宝鉴或者魔镜之后,快到达阴阳镜弟弟的地盘时,再作决定!

如果阴阳镜弟弟不出现,则光子只走一条路,小小和圆圆各有50%的概率收到光子;如果阴阳镜弟弟出现,则光子走两条路,小小收到光子,圆圆收不到。

什么意思?意思很明确,只是我们不愿面对而已:我们可以在事件发生之后,再决定它怎样发生!先给你定个罪,再决定你是怎样犯罪的!

没有阴阳镜弟弟时,光子通过了风月宝鉴或者魔镜,走到终点时,一看,阴阳镜弟弟突然出现,你个死鬼要来不早说,你在这儿,就必须干涉啊!可我只走了一条线,干涉个毛啊?怎么办?篡改历史吧,唵嘛呢叭咪吽,我走的是两条线!

于是,干涉了。我们延迟决定了光子之前的行为!这就是传说中的“延迟选择实验”。 1979年,惠勒在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰100周年的专题讨论会上,提出了这个著名的思想实验。

太荒唐了吧?比意识还荒唐吧?!

不荒唐。这才是正儿八经的哥本哈根诠释。在我们观测之前,不存在什么物理量,也就是说,光子不在任何一条路线上,它没有位置,也没有动量之类的其他任何物理量,它不是一个真实的存在,所以,也就谈不上什么“历史”,因为它还没有发生,它只是无数可能的叠加。只有我们观测了,光子才成为光子,历史也就随之有了配套的剧本。有阴阳镜弟弟,就观测到干涉的结果,配套的历史是走两条路;没有阴阳镜弟弟,就得到没有干涉的结果,配套的历史是走一条路。很雷,但是很合理,是吧?

事情还远远没完。根据延迟实验,惠勒把哥派理论向前推进了一步:没有一个量子现象是一个现象——直到它被记录为止;不存在一个现成的“过去”,除非它被“现在”所记录。哥派原来怎么说的?在观测之前,不存在任何物理量。

两个说法,其实没什么本质区别,只不过惠勒的说法更具体。玻尔对“观测”的解释,实际上正如惠勒说的那样:你不观测,就没有位置、动量、质量、时间等物理量——也就是连“客观存在”都没有,还哪儿来什么“历史”?

没有什么比“存在”与“历史”的关系更好理解的了:一只足球进了希尔顿的球门,于是镜头回放,追溯它的历史,发现这球是马拉多纳用手拨进来的。这就是球进门之前的历史——上帝之手。这个历史的根本前提是:球存在。如果这只球根本不存在,它自然也就没有什么“历史”。怎样让它“存在”呢?哥派给的答案是:观测。你一观测,就有了物理量。有物理量就是存在。

然而,根据不确定性原理,你观测到什么物理量,比方说动量大小、位置如何、路径怎样……这些都是由观测手段决定的。你选择的观测手段,决定了观测对象“现在”的物理量,也就决定了它的历史。也就是说,我们现在的观测,可以创造历史!无需穿越,只需选择观测手段,我们就可以左右历史!

这个结果,不会因为你把头埋进沙堆就会消失。问题是,这个推论靠谱吗?我们只能说,从目前的实验结果来看,它很可能是最靠谱的。请注意,“最靠谱”前面必须搭上“很可能”。因为,以后还有别的理论,同样可以解释这些现象。这些以后再聊。现在的第一要务,就是把实验做了。惠勒提出疯狂的延迟选择思想实验,让人一本正经随时受不了,大家争着争着,忽然发现,这个思想实验完全可以搬进实验室!

仅仅是5年后,延迟选择实验就被马里兰大学的卡洛尔·阿雷(Carroll Alley)和同事实现了,结果竟然和惠勒说的疯话一模一样!不服?慕尼黑大学也做了这个的实验,证明了惠勒说的不是疯话!

观测前,光子作为一个悲哀的波函数,弥漫在空中。我们的观测让波函数瞬间坍缩了,于是它有了物理量,观测方式顺便决定了相应的历史。好吧惠勒,这个实验可以接受。不管有多疯狂,观测也是老大。

然而,惠勒决定,将疯狂进行到底。把因果律谋杀在实验室里,不够壮烈,不够火爆。于是,他雄心勃勃的目光瞄向了宇宙深处。1979年,瓦尔希(Walsh)等人发现了一对相距5.7角秒的类星体0957±561A,B。离我们人类有上亿光年远。它俩的亮度、光谱什么的都差不多。后来才知道,这是同一个类星体,它的万道光芒,各走各路,有两道碰巧被引力透镜弯到了同一个地球,于是我们看到它的两个像。惠勒提出,用望远镜、光导纤维等工具,把两条路上的光子引诱到延迟实验装置,可以完成星际延迟选择实验!

星际延迟选择?听起来好难!其实,只是多了两个望远镜和光导纤维而已,所以,这个实验基本没什么难度。然而,实验结果却让人咋舌:阴阳镜弟弟出现与否,可以瞬间决定星际光子的旅行路线。要知道,它们上亿年前就已经出发了呀!因果的时间顺序惨遭蹂躏,事件的定域性倍受摧残。

“整体论”从单纯的空间拓展到了时空。这样说有点敷衍,因为,有些大眼睛同学意识不到,这句话的意思其实是:观测之前,光子的波函数在它所掠过的漫漫时空长河中,始终都是一个整体!这……这这……你以为毁的只是因果律、定域性吗?还有三观和经典物理破碎的心!引力透镜本身证明了定域的广义相对论是对的;而利用引力透镜搞出的延迟实验证明:宇宙不是定域的!

佛主啊,你在搞什么?

相对论告诉我们,这个现实世界是有多奇怪。而量子论说,真正奇怪的是,根本不存在什么现实世界!相对论没法解释量子行为,而量子论根本没空解释相对论,因为它自己也解释不了量子行为!

玻尔强力催生了哥本哈根解释,但他念了那几句咒之后,就再也不肯往前走了。一观测,便坍缩。为什么?不可说……这个鸟解释,让很多人不满意,而这个鸵鸟态度,让更多人不满意。

延迟实验把残酷的现实摆在我们面前,犹嫌不过瘾,他兴奋地解读道:

观测之前,没有什么客观现实,只有无数可能的叠加。只有观测了,波函数才能被坍缩成客观现实。好吧,这个说过了。那么,谁来观测才算数呢?实验表明,仪器不行,而我们行。嗯,这个也说过了。——于是,冯诺依曼、维格纳、惠勒等人给出一个惊人的判断:意识,可以让波函数坍缩成真。这个,前面也说过,不足为奇。

然而,惠勒的解读还没完:所以,在没有意识出现之前,没有什么宇宙,只有波函数。当意识第一次出现时,它才坍缩成现实世界。既然有了眼前这个世界,那么,就需要有这个世界的来历,是的,你猜对了,坍缩的不仅是眼前、现在,还有历史——你的观测决定了历史!是有意识的观测创造了宇宙!

这简直就是彻头彻尾的疯言疯语!本来,让意识掺合到物理中来,就已经激起了民愤,引起了科学家们的强烈不满。看在量子行事风格一贯诡异的份上,大家权当意识神马的是一剂调味品,学玻尔睁一只眼闭一只眼也就过去了。现在,你弄个劳什子延迟实验,搞得因果律、定域性很难看也就罢了,还把意识提升到上帝的高度——创造宇宙,这不是作死的节奏么?

3 平行宇宙

咱俩去吃饭店,你只注意菜好吃就行了,你不能细琢磨擦桌子那块抹布是不是也擦碗,洗碗那桶水是不是也洗菜,剩菜那滩油是不是还回锅……否则你没得吃。哥本哈根诠释就是玻尔掌柜开的量子江湖饭店,你知道好用就是了,你不能细琢磨谁有资格做观测者,波函数究竟是怎么坍缩的,月亮姐姐到底在哪儿……否则就会像冯诺依曼、维格纳和惠勒那群冒失鬼一样,顺藤摸出一些匪夷所思的歪瓜,让大家在意识迷宫的歧途迷雾中恐惧,在因果纠结的荆棘藤蔓中挣扎。这样看来,玻尔的鸵鸟政策,倒成了最明智的选择。

然而,马蜂窝已经捅了,就算你把眼一闭,爱咋咋地,蜂儿也不会离你而去。所以,解决问题,才是正题。那么,我们要解决的,是哪个问题?换句话说,从哪儿下手?其实,那些乱七八糟的问题,都是一条藤上的瓜,这条藤就是波函数坍缩。波函数的概率分布,这是叠加问题;波函数是怎么坍缩的,这是机制问题;坍缩的物理量,这是观测手段问题;谁能让波函数坍缩,这是观测者资格和意识问题……所以,搞定了坍缩,也就搞定了世界!

不过,这件事是说来不易,做起更难。你只要回忆一下,建立量子论、又被坍缩折磨的都是哪些牛人,就不难得出结论:搞定坍缩,基本上是一件不可能的任务,蚍蜉撼树的事谁肯干?然而,还真有人挑战这个不可能。

休·艾弗雷特Ⅲ(Hugh EverettⅢ)。为什么他的名字后面有个“三”呢?因为他老爸、老爸的老爸都叫“休·艾弗雷特”,所以,那个“Ⅲ”其实是“三世”的意思。艾三1930年出生在美国。他从小善学好问,是爱因斯坦的粉丝,12岁时就给老爱写信问宇宙之类的问题,老爱还认真地回了信。1953年,艾三在美国天主教大学化学工程系毕业后,入读普林斯顿大学数学系,随后转投物理,指导教授是惠勒。钻研了冯诺伊曼和玻尔的量子力学之后,一股使命感在艾三心中油然而生:坍缩问题是关系到宇宙真理生死存亡的问题,必须立即马上抓紧解决掉!

波函数怎样坍缩、为谁坍缩、凭啥坍缩……解决这些狗血问题,定是超乎想象地麻烦。然而,艾弗雷特给出了一个超乎想象的简单方案:波函数没有坍缩!

这就好比宇宙群众惊呼:“CPI涨太快受不了了!”而宇宙将军的回答是:“没有CPI。”很显然,这是在描述幻想,而不是在陈述事实。大家各取所需、没有CPI固然爽到飞,但问题是,你说没有就没有么?

艾三说,还真没有。Look:一枚电子遛到双缝前,接下来的路怎么走?我们的纠结是,你不观测,它就走双缝,你一观测,它就随机选一条确定的路线走单缝——我们说这是波函数坍缩了。但是,这个蛋疼的坍缩其实是个误会,波函数没坍缩,它依然是各种可能的叠加,只不过,在咱俩的世界,你去观测,只能观测到其中的一种可能,至于其他可能,实际上也都发生了——在其他世界。大千世界,无限可能,每一种可能对应一个世界!

小伙伴们,不要一副雷劈相,好歹我们也是让“意识”炼过的铜头铁臂,还有啥过不去的火焰山?怎么也得问问那么多世界是咋来的吧?

1957年,艾弗雷特把这个想法写成了一篇论文,详解了多世界的来历:你用仪器去观测电子时,电子、仪器、你就发生了关联,观测对象、仪器、观测者成为一个系统,根据薛定谔方程,电子把它的不确定性传给了整个系统,这样,整个系统也就进入了叠加态!观测对象有多少种可能,系统就有多少个叠加分支。在每一个分支中,都有一个确定的电子、一套测到确定值的仪器、一个看到确定值的你。每一个分支都是独立的。然而,世界上,有什么东西称得上真正独立呢?只有世界本身。所以,每一个分支都对应一个不同的世界。你在双缝前观测电子,看到它在我们的世界走了左缝;而在另一个世界里,另一个你看到它走了右缝。也就是说,世界也是叠加的!我们的世界,只不过是这无数叠加世界中的一个。

是量子过程的不确定,造成了世界的叠加!

艾弗雷特管这个过程叫“分裂”。惠勒看了,感觉用词不当,容易造成误会。于是在论文空白处写了句:“分裂?最好换个词。”显然,这个批注很没创意,远远比不上费马同志的那个批注吸引眼球,所以大家都没注意。于是,很多同志认为,观测对象的量子过程一发生,世界就分裂。具体分裂成多少个,那要看观测对象的波函数叠加了多少种可能!分裂开来的世界相互独立,几乎一模一样,除了观测对象的值。打开薛猫盒子,你在这个世界观测到活猫,另一个世界的你就观测到死猫!这样一来,大家就不用为波函数坍缩各种揪心了。

可是,可是,这个代价太大了!物理学家们煲一碗量子汤,哥派大厨倒进去整袋盐,很难下咽,而艾三大厨的高招是,把整个西湖的水倒进锅里,这下不咸了!

如果这是一首歌,我们可以管它叫狂想曲,然而,这是篇正儿八经的物理论文!它不叫狂想曲,而叫“多世界解释”。解释中的世界彼此独立,是谓“平行宇宙”。为了消灭坍缩,这个理论付出的代价让人心里堵得慌,闻者无不想一脚踩死,再用力拧蹭几下。然而,这个疯狂的创意,在逻辑上竟然没什么毛病!你没处下脚。苍天呐!

不过,它也不是一无是处,至少,在数学上,还是相当凑合的。刚刚说了,“分裂”(splitting)是个误会。简单讲,你别把它当动词,而是当形容词理解,就差不多接近艾弗雷特的本意了。前面提到过,一个物理系统可以表示为一个复希尔伯特空间。所谓波函数,是复希尔伯特空间的一个向量,所谓坍缩,就是这个向量在某个方向的投影。现在,我们就简单聊聊这些东西大致是什么意思。

关于多维空间,以及“投影”之类的概念,咱俩在上部已经做过头脑热身,这里就不重复了。我们知道,一个二维的坐标,你在两根轴上分别随便取一个值,那么,这两个值就确定了二维空间的一个点。这两个值是什么?就是这个点在两根轴上的投影!坐标轴上的数值可以是变量,比方说动量、位置什么的,这样,它们确定的那个点就可以是运动的。反过来看,这里的变量值,就是运动的点在坐标轴上的矢量投影。2维空间的1个点有2个投影,3维空间的1个点有几个投影呢?哈,聪明的你答对了,确实是3个。因为这个点在每根轴上都有1个投影,除非,它在某个轴上的值是零。以此类推,n维空间就有n根轴,n维空间的一个点,就会有n个投影。注意:这些投影都在描述同一个点。这就是说,不管多少个变量,就n个吧,都可以用n维空间的1个点来表示。

OK,现在有两个点,A点有3个变量(投影),B点有4个变量,运动很复杂,怎么破?嘿嘿,我们可以把它们描述为7维空间的1个点!这种用数学构造出来的高维空间,就是我们描述的那个系统的“相空间”。

每一个物体都是由很多粒子构成的,你分别去描述这些粒子,实在是太难了。那么,利用相空间去描述,顿时就简单多了:上面提到,一个粒子可以用一个点来表示,很多不同的点也可以用1个点来表示。这样,我们就可以把任何宏观物体(比方说一只猫)表示成一个点。只不过构成它的粒子越多,我们增加的维度越多罢了。别看多维空间想象起来难得不得了,但用数学处理起来却十分方便。你用哈密顿方程来描述,更是好处看得见。

聊起哈密顿方程,你是不是想起了点啥?是的,曾经不共戴天的矩阵力学和波动力学,都是从哈密顿方程出发,妙手改造而来。本是同根生嘛。

OK,还是回到前面:一个物理系统可以表示为一个复希尔伯特空间。你可以把这个复希尔伯特空间看成“相空间”的升级版。刚才,我们已经把那只猫描述成了一个点,这个点可以作为希尔伯特空间的一个向量,这个向量包括了那只猫所有可能的状态,比如死、活等等。在希尔伯特空间,死呀、活呀等等这些个状态,都只不过是那个点在不同方向的投影而已。在数学上,每个投影都严格按方程随时间演化,不会莫名其妙消失。也就是说,这些投影同根相生,但不相煎,它们互不相扰,每一个投影都是一种可能,这就是我们前面无数次提到的所谓“叠加态”。

多世界投影

按照哥派解释,你一观测,观测对象就随机选个可能,确定下来——也就是只剩下一个方向的投影,其他投影从此消失了。“从此消失”什么意思?就是说这个过程不可逆,你没法根据坍缩后的结果,推导出坍缩前的叠加态是个什么样。这就是惊天地泣鬼神的所谓波函数坍缩。还记得吧?在经典物理中,你只要拿到某物(比方说彗星)在某时刻的全部资料,就能算出它从哪里来,要到哪里去,其前世今生后世,都能八卦得分毫不爽。在美丽厚道的经典故乡,所有物体的状态在时间轴上都是可逆的。坍缩过程跟经典物理正好相反。

不仅如此,坍缩,还会扯上机制、资格之类的问题,拔出这些萝卜,必然带出意识之类的烂泥。

于是,艾弗雷特说:所谓坍缩,纯属虚构。你去看看薛定谔方程,它有坍缩的触发机制吗?木有!它有坍缩的远大理想吗?木有!它有坍缩过吗?木有!就是嘛,老薛的波函数从来都在健康协调可持续发展,确定就确定,叠加就叠加,一个粒子有自己的波函数,无数粒子构成的物体(比如猫、月亮姐姐、银河系等)也都有自己的波函数。这些波函数构成了我们的世界。我们的世界可以用一个更大的波函数来表示。那么,这个世界在哪儿?

在一个巨大的复希尔伯特空间里。

它的发展,可以用一个更大的波函数来表示。这就是宇宙。我们的世界,只不过是它无数投影(无数可能)中的一个。我们知道,不同的投影,对应不同的空间维,它们都是相互垂直的,所以各投影之间,是相互孤立的、隔绝的、不发生任何物质交流的。

作为投影的一部分,我们就相当于阿细或阿扁,能观测到的,仅限于我们所在的投影。这个巨大投影中的一切,都只是无数可能中的一个,其他可能也都发生了,不过,只能在其他投影(世界)中观测到。

所以,宇宙并未分裂,更不会因为你去观测而分裂,它的“全貌”本来就是叠加了各种可能的大杂烩。或许,阿全可以一睹真容。

宇宙从诞生的那一刻起,就随着时间按波函数不断发展演化,可能性越来越多,世界分支也就越来越多,就像一棵枝条越生越多的超级大树,看似繁复庞杂,却枝桠清晰、因果分明、过程可逆——Stop!因果分明、过程可逆?!这不回到从前了吗?经典物理那沁人心脾的芬芳,已经萦绕鼻端了!这不正是我们苦苦寻觅的坚实可靠的故乡热土吗?

薛定谔建立了连续、可逆的薛定谔方程,正是要牵着量子力学荣归故里,而哥派这帮家伙,把人家的波函数搞坍缩了不说,还扔出“薛定谔方程比薛定谔本人更聪明”这种刻薄话,让老薛干了活儿还没落下好儿,那是相当的憋屈。不厚道啊!

现在,艾三的多世界理论站出来,主持公道:波函数还是老薛的波函数,它从未坍缩。你观测也好,不观测也罢,它就是严格按方程演化,包括你是否观测、如何观测,随你怎么选,任你看到啥,都在波函数的手掌心里了。每一个世界的你,都“注定”只能观测到一个确定量。为啥要说“注定”呢?因为你就在那个投影里,那个投影就是你的世界,你看不到世界以外的东西。

是的,世界是决定的,不是随机的;世界是实在的,不是虚无缥缈的;世界是客观的,与意识无关!

多么幸福美好的家园啊!我们再见到牛爷、麦爷,就不用担心他们吹胡子瞪眼了!这是多大的成功啊同志们!

然而,艾弗雷特没有享受到成功的眩晕感。因为物理界的反应是:没有反应。

玻尔的态度很有代表性。他看了这篇论文后,连反对的意见都没有,完全无视。就像一粒沙,飘进了撒哈拉。可怜的艾三不知道,玻尔不只是对多世界解释不感冒,他抱定了哥本哈根解释,所以,对其他任何新解释都不感兴趣。

值得一提的是,惠勒老师表示,艾三同学的多世界解释是个不错的想法,虽然这个解释把他热衷的意识说一脚踢开,但他还是积极修改和推荐了这篇博士论文。

然而,孤掌难鸣,惠勒的热情之火,也燃烧不了整个沙漠。反而是无边的冷漠,窒息了艾三同学的希望之火。他恋恋不舍地改了行,去做了几份很有前途的职业,也干出了名堂。比方说在国防部进行军事研究时,改良了拉格朗日乘数法,发明了一套很拽的“艾弗雷特算法”,解决了工作难题;在五角大楼搞过最高机密武器系统评估;与人合作,创建了Lambda公司,赚到了不少钱。一度成为世俗的成功人士。

然而,艾弗雷特就是高兴不起来。他游戏人生,嗜烟酗酒,对老婆孩子不好。晚年搞得差点破产时,还在编程计算各种贷款。最后一次醉酒,心脏病把他带去了另一个世界。那时是1982年。他的骨灰被老婆丢进了垃圾堆。别误会,不是艾夫人绝情,这是艾三自己的主意。

别看艾弗雷特一家亲情淡漠,却在一点上惊人地一致:举家相信平行宇宙。女儿丽兹患精神分裂症,嫁给了一条毒虫,夫唱妇随,酗酒嗑药,丽兹1996年自杀,遗书约家人“在另一个世界再相见”。儿子马克·奥利弗·艾弗雷特是摇滚乐队Eels的组建者和主唱。直到父亲的尸体被医护员拉走那一刻,马克才忽然发现,记忆中,没有碰触过父亲,甚至对父亲生前的印象也很模糊。他说,父亲“活在自己的平行世界”。

4 退相干

多世界解释简称MWI,是Many Worlds Interpretation 的缩写。这三个字母拼成了过山车轨道,像极了它的命运,也折射了艾弗雷特传奇的一生。

MWI一出世,就不招人待见,姥姥不疼舅舅不爱,差点葬身历史的垃圾堆。这也难怪,虽然它带来了经典故土的诱惑,但冷静到冷酷的物理学家们可没那么好忽悠。没错,你在数学上没啥毛病,但在物理上,我们接受无能。就算我们无视悬在头顶的奥卡姆剃刀,承认有N多观测不到的世外世界,也无法弥补你MWI的先天不足。

比方说,你打着决定论的旗号,干着概率论的勾当。说电子是“确定地”走了左右两条缝——在两个世界,但还是没法预测哪个我到左世界,哪个我到右世界,我们观测到左或右的概率依然是50%!这个结果,和哥本哈根解释下的量子论有区别吗?

好吧,再退一步,就算上面的问题不是问题。那么,既然粒子确定地走了双缝,那为什么我们观测时,它就不干涉,不观测,它就干涉?要知道,这两条路分属两个世界啊!它是怎么做到干涉的?难道,我们不观测时,它就能探测到另一个世界中自己的信息,两厢叠加,从而发生干涉?!既然如此,我们为何观测不到由粒子组成的猫死活叠加?这是不是个大BUG?

呃……这看上去的确是个大BUG。在科学论坛,任谁背上这么大一BUG,都死定了。于是果然,MWI和艾三的心一起沉入了海底。

然而,咸鱼也有翻身时。一转眼十几年过去了,到了20世纪70年代,挖坟者骤然降临。布莱斯·德威特(Bryce S. DeWitt),德州大学物理学家。他刚看到MWI时,也是难以置信。然而,艾三的一句话打动了他:MWI的内涵比抽象的哲学推理重要得多。最终,德威特成了MWI的粉丝,从1970年起,他就以一种布道的使命感,著文游说,极力宣扬多世界解释。

1973年,德威特伙同弟子格雷厄姆(Neill Graham),编辑出版了《量子力学的多世界诠释》,MWI随风潜入夜。1976年12月,著名科幻杂志《模拟》上发表了一篇名为《量子物理学与现实》的文章,文章中的多世界理论迷住了不少年轻读者。

征服了少年的心,你就征服了世界。多世界理论火了。艾弗雷特红了。尤其是在德州大学。因为WMI的两个金牌推销员惠勒、德威特都在这儿。1977年,他们组织了一次会议,艾三应邀演讲MWI,受到前所未有的礼遇。考虑到艾三烟瘾很重,官方特许他在四个小时的演讲中吸烟。此乃该礼堂的唯一例外。这场演讲,是艾三最后一次“公开露面”,也是他以著名科学家的身份唯一的一次露面。这次牛哄哄的叼烟演讲后,艾三曾雄心勃勃计划复出,重返物理界,但没来得及实施,就去了另一个世界。

然而,对艾三来说,这趟演讲最重要的不是得到什么礼遇,而是和师弟的一次讨论。大卫·德义奇(David Deutsch),英国人,惠勒的学生。会后,德义奇找艾三聊了一通,从此成为MWI的王牌推销员,正是他消除了“分裂”的歧义,揭示了MWI的概率规则是如何自然生成的。虽然没改变概率的结果,但减轻了大家思想上的排异反应。

几乎是在MWI悄然还魂的同时,也就是德威特开始为MWI刷公益广告那年,一种新理论的兴起,为MWI的逆袭做好了准备。十几年后,它推波助澜,提供军火,让MWI成为对峙哥派解释的主力。它就是传说中的“退相干”理论。

1970年,德国物理学家迪特·泽赫(Dieter Zeh)证明,薛定谔方程自身具有一种“审查”机制。这一效应被称为“退相干”。此后,美国物理学家沃奇克·祖瑞克(Wojciech Zurek)等倾情加盟,七手八脚地把这个理论发扬光大。这个退相干,搞定了MWI的那个大BUG。

退相干理论怎么回事?我们简单讲。讲起来很麻烦,前面说过,每一个向量可以对应一个空间维。这些向量呢,不都是正交的。所谓“正交”,你可以简单理解成“向量之间的夹角相互垂直”。

在低维状态下,两个空间维完全垂直的可能性不大。不信,你随便凌空扔两根筷子,录影中随机定格看看,让它俩相交并完全垂直,是不是比中那啥彩还难?

OK,由于单个粒子的相空间维度不高,所以,它所在的两个世界一般都不是正交的,既然两根轴不相互垂直,那么就会相互投影。这就是说,两个世界可以相互察觉(虽然“图像”变形)、相互关联——通俗讲,它们之间有牵连,也就是“相干”。所以,单粒子过双缝,虽然这两条路分属两个世界,但二者“相干”,就可以相互叠加、相互干涉。

这是单粒子的情况。如果是很多粒子组成的某物,会怎么样呢?

前面说过,很多粒子也可以表示为一个点,只不过它的相空间维数就急剧上升。维数越多,自由度越大,向量之间的干涉程度越小,也就是越趋向于正交。当维数达到一定量级,基本上你随便取两根轴,它俩都基本“正交”。比方说一只猫,组成它的粒子要达到10^27量级,多少?1千亿亿亿个。还没概念?你要是有这么多一元纸币,码起来体积跟地球差不多!如此庞大的粒子系统,它的相空间维数至少也是10^27的量级。维数如此之高,引无数投影都正交!世界之间的关联被抹消,所以你看不到死活叠加的猫!

粒子数增多,向量相干程度就减小,这个过程,就叫“退相干”。

好吧,你赢了。可是,为什么你不观测,粒子就走双缝,跨世界干涉;你一观测,粒子就跨不了世界了呢?

很简单,宏观的仪器,宏观的你,都是由无数粒子构成的——想想刚才那只猫咪。你一观测,就和粒子发生了关系,彼此关联成一个系统,你和仪器这些个极高维的相空间就被引入,与粒子同处一个希尔伯特空间,粒子的两个世界正交了,那两条路不再叠加、不再纠缠,相忘于江湖,劳燕分飞两不相干。所以不会干涉了!

漂亮!好一招借力打力!退相干利用量子力学原有的数学,糅合了测不准原理的思想,巧妙地引入了环境对粒子的相互作用,干净利落地搞定了MWI的大BUG。经典物理把环境的作用当成噪音和干扰,能排除的都排除,但到了量子物理,影响观测对象的这些“噪音”、“干扰”根本就剪不断、扯还乱,我们再也无法忽略、无法逃脱,它们紧密关联、纠缠,它们的爱恨情仇,决定了观测结果!

哗!多世界+退相干,简直就是绝配!意识被一脚踢飞。观测者不再霸占主宰地位。物理学家不再为坍缩劳心伤肺。薛猫不再又死又活让人羞愧。世界是实在的,万类循规,不再虚无吊诡。宇宙是决定的,因果清晰,不再孟浪邪魅!

我们屡战屡溃,踏破铁鞋,败而不馁,误闯太虚幻境,丢掉了故国山水!多少次末路穷途,汗洒泪飞。无谓?无畏!终于闯过最后一道险峰,哈,故土就在眼前,我们载誉荣归!

真他猫的完美!是不是可以点根火箭庆祝下?

“不!”奥卡姆剃刀在怒吼。“这个理论看上去很美,却拖着一个大大的累赘!”这个累赘,就是那些世外世界。不管你的理论有多性感、有多诱人,那无数个世界仅仅为了搞定波函数坍缩而存在,是不是也有点扯?代价也太大了点吧?这不是买卖,而是拐卖!何况,那无数个世界,一个也观测不到,这是在自欺,还是在欺人?无法观测的量,在物理上是没有意义的,你如何证明那些世界“真的”存在?!

嘿,你还别说,有挖坑的,就有搭桥的。还真有人提出了证明办法:一个“猛士游戏”——量子自杀。只听名字,就够恐怖。这个不人道的设计,其实是薛猫的真人cosplay暴力版。

按照哥本哈根解释,薛猫不管是死是活还是死活叠加,那猫仅有一只,别无分体;但按照多世界解释,情况就完全不一样了,因为多世界认理论认为,每一种可能都已经在不同的世界发生了,也就是说,每一种可能,都会对应一个世界。于是,薛猫盒打开,有一只活猫存在于此世界,就有另一只死猫存在于彼世界。

根据这个原理,某位猛士去代替猫,用手枪代替毒气瓶。中子射出,枪响人亡;不射,再来一遍。每次实验,猛士都会面临两种可能:死,活。我们勤劳残忍地把这个实验不断做下去,对照一下哥派和MWI双方的预测结果,就立即分得出谁是谁非了!

根据哥本哈解释,每次实验只有50%的生存可能,你知道的,50%×50%......算来算去,活下来的概率越来越小。几次实验后,这人八成就挂了。运气再好,他也活不长。

而根据MWI,每次实验,猛士都会在一个世界中死去,在另一个世界活下来。那么,不管他一直活下去的可能有多小,其概率也不为零。于是,不管他在某些世界死了多少次,也永远会有一个世界中的他还幸运而苦逼地活着!这叫“量子永生”。我们晓得,“永生”这东西,自古以来就毫不靠谱,专门骗人。然而,根据MWI,量子永生在逻辑上是没问题的。推而广之,不管你用什么办法自杀,也不管你在多少个世界中壮烈牺牲,但总有一个世界的你,因为种种令人崩溃的奇遇,让你自杀未遂——不管你有多想离开和多想不开。

严正声明:量子自杀、量子永生自古以来只是思想实验及推理的固有领地,是不可尝试的那部分,正告企图尝试者万勿铤而走险!否则,必将搬起石头砸自己的脚,置自己于万劫不复,令亲者痛,仇者快,并背上脑残罪名,受到全世界各族人民的强烈谴责、严重鄙视和死命嘲笑!

嗯,打住。说正经的,验证办法是,如果猛士同志彻底挂掉了,那么哥派解释胜出;如果猛士同志一个劲儿地做实验,而且他感觉自己一直活着(实验装置无故障),他就有理由越来越相信,MWI胜出的可能性越来越大。什么?你说这不可能?不好意思,这是可能的,证据随处可见:宇宙中的两个粒子结合在一起的概率是多少?有人估算,宇宙有10^80个粒子,宇宙尺度又这么大,两个特定的粒子结合在一起的概率无比接近0,如果要三个特定的粒子结合在一起,这个概率就加倍减小,然而,你身上的10^28个原子真真儿地构成了神奇的你,对这些粒子来说,是不是巧合到地裂天崩?然而,“你存在”这个事实告诉我们,你身上的这10^28个粒子组合成你的概率是100%!这是个奇迹吗?对不起,地球、以及地球上的每个生物,都是由N^n个粒子无比巧合地凑在一起构成的,所以,谁的存在都不算奇迹,我们人类一起在地球上思考宇宙,才是奇迹!咳咳,跑偏了——在量子自杀实验中一直活下去,概率不是零。

然而,悲催的是,即使有个真的猛士来做这个实验,我们依然无法判断胜负。因为存在一个严重的问题:我们没法跨世界观测。其一,猛士同志是否“彻底”挂掉,无法验证,即使你亲眼看见他挂掉,也无法证明他在其余所有世界都挂掉了;其二,即使你亲眼看他做了999次实验,枪都没响,也不能保证下一场实验枪依然不响;其三,就算他真的在某个世界永远不死,也没法跨世界来告诉咱俩,多世界理论是正确的。也就是说,这个量子自杀实验,以我们人类现有的能力,是无法搞到完整的观测结果的。或许,只有放阿全这种神物去观测才行。但是,如果咱俩有阿全,TA只需看一眼就知道多世界是不是靠谱,根本用不着搞什么“量子自杀”去画蛇添足!

所以,量子自杀实验带来的不是揭开谜底的曙光,而是不可证伪的绝望!科学理论最大的悲哀,不是被证伪,而是不可证伪。牛爷的理论被证伪,依然光芒万丈,高山仰止;而某些愚民理论永远都无法证伪,却只能靠自吹自擂自嗨自慰。所以,对那些多出来的世界,理当动用奥卡姆剃刀,斩立决!

不过,有一个问题却让我们举刀四顾心茫然:粒子可以同时出现在很多地方,粒子组成的我们为什么不可以?世界为什么不可以?如果你相信粒子可以做到,那就应该相信宇宙也可以做到!

所以,不管有多少人不信,也无法阻止另一部分人相信MWI。比较有名的MWI信徒有费曼、盖曼、温伯格等。我们熟悉的霍金同志也是个多世界粉丝,他认为,根据大爆炸理论,幼年的宇宙只是一个奇点,比电子小得多,它本身就是一个波函数。那么,它长大后,就成了好大一棵树——超级波函数,我们的世界是它无数分枝中的一根,实属情理中事。然而,粉归粉,不能证伪的尴尬,就像中学生错发到班主任手机里的短信告白,你心再大,也难免耿耿于怀。求求你,证伪我吧!就算找不到可证伪的可能,你找一点证明也行啊!

有一种力量,是专门为梦想照进现实而生的,那就是技术进步。进入21世纪,宇宙探测技术的发展,让我们看到了一点希望。2005年,两个美国人提出了一种可能。劳拉·梅尔西尼-霍顿(Laura Mersini-Houghton,北卡罗来纳州大学理论物理学家)、理查德·霍尔曼(Richard Holman,卡内基米隆大学教授),他俩根据广义相对论提出,如果有其他宇宙,那么,引力拖曳作用一定会对宇宙微波背景辐射(我们以后简称“宇宙地图”)造成骚扰。当然,科学预言很多,这个预言没什么特别,所以没几个人放在心上。

2009年5月,欧美合作的“普朗克巡天者”空间望远镜升空,开始了一项艰巨的任务:探测完整的宇宙地图。它做到了。花了15个多月。这个耗资5.15亿英镑的家伙搞到的图像高清无码,分辨率是那些老前辈望尘莫及的,所以,虽然它的设计寿命只有数年,却捧回了让人眼馋的众多成果,其中之一,就是拍到138.2亿年前的光,也就是说,宇宙至少有138.2亿岁。2013年,劳拉在普朗克望远镜发回的数据中,找到了她要的那个骚扰。在宇宙地图上,发现了微波背景辐射分布异常,在南部天空辐射更密集,而且存在一个用目前的物理学无法解释的“冷点”。劳拉认为,这就是她和霍尔曼预言的那个“骚扰”,是由其他宇宙的引力拖曳造成的。剑桥大学理论物理学家马尔科姆·佩里(Malcolm Perry)、天体物理学家乔治·艾夫斯塔休(George Efstathiou)等科学家表示,这个说法靠谱,那个冷点很可能就是其他宇宙存在的真实证据。

不管你信不信,不管它是不是多宇宙的证据,科学家们的共识是:这个发现,将改变我们对宇宙的看法。

然而,即使真的存在另一个宇宙,它也不一定像MWI所说的那样,是我们这个世界的另一个投影,这里看到活猫,那里就看到死猫;这里电子走左缝,那里电子就走右缝。也许,那个造成冷点的宇宙,仅仅是另外一个不相干的宇宙而已,它跟我们这个世界没有任何关系,也许那里根本不适合生物生存,甚至连恒星都不能形成…..即使如此悲观的结果,也只是停留在假设阶段。想要确认多宇宙是否存在,我们还有相当长的路要走。

5 第三者

山高路远坑深,悲欢总是泪奔。这厢横刀立马,那厢卧槽将军。路很长,不容易。走过来、走过去,没有根据地,汗也流、泪也落,心中不服气,山也多、水也多,分不清东西,人也多、嘴也多,讲不清道理……这一路走来,有两个字几乎成了我们的口头禅:疯、狂。

是的,所谓疯,就是不走寻常路;所谓狂,就是不屑寻常路。宇宙真理不能靠发明,只能去探明。发明是私人定制,而探明是开疆扩土,你会碰到啥,鬼都不知道。于是,看起来很疯狂。所谓不疯魔不成活。实际上,相对于宇宙的浩瀚深邃,人类感知能力实在是弱爆了,你不出点格,还真就找不到真相。尤其是到了我们看不见摸不着的量子领域。曾几何时,爱因斯坦被人怀疑疯了,而普朗克怀疑自己疯了,可后来,大家发现,恰恰是这些“疯子”,在引导人类走近真相。因此,在某些时候,疯、狂二字,对一些物理大神来说,简直就是“正确”的代名词!所以,玻尔的看法是,该疯疯,该狂狂,千万别客气。海森堡拿出匪夷所思的矩阵力学时,泡利的第一反应是“这简直是疯了”,而玻尔还嫌小海疯得不够,所以在这匹狂奔的小马身上抽了一鞭子。一次,泡利到哥伦比亚大学浦宾实验室,讲到小海的基本粒子非线性新理论,玻尔听了,朝桌子对面的泡利摇摇头:“这不可能是对的。因为它还不够狂妄”。而泡利则针尖对麦芒:“它够狂妄的了。”你知道,泡利在说,小海是对的。

他们说的“狂妄”,当然不是莫名其妙的轻妄自大,而是“有充分根据的违例或怪诞”。艾弗雷特的MWI,正是这种“狂妄”的产品。多宇宙理论一面世,所有人都认为艾三同志疯了,连唯恐疯得不够的玻尔都接受不了,认为这伙计疯过头了。让你使劲疯,没让你真疯啊老大!只有惠勒认为艾三疯得还不够。分裂的宇宙让人难以忍受,但缜密的逻辑令反对者无从下口!于是,1988年,美国哲学家阿尔伯特和洛厄挺身而出:既然我们受不了宇宙分裂,就让我们自己分裂了吧!他俩提出了MWI的精神变种——多精神理论。大意是,宇宙还是一个宇宙,它从未分裂,但我们,也就是观测者,都有无数个精神,或者说是意识。说白了,精神是分裂的。看上去是你,实际上是你们。每一个你,都会意识到一个确定的测量结果……不往下说了,一来你们已经明白了;二来,这个理论提出没多久,就被提出者扔进了废纸篓。

这些让人抓狂、蛋疼的理论,其实都是量子力学本身逼出来的。你有砸碎旧世界的勇气,就得有建好新世界的能力。你强拆了决定论,就得交代清楚,概率是怎么来的,波函数是怎么坍缩的,什么才算是一次观测。你搞不清,还不想把意识扯进物理,那就得承认有隐变量;你找不到隐变量,就得承认波函数没有坍缩;你说波函数没有坍缩,那就只能委屈宇宙搞分裂了……所有这些纠结,实际上都来自矩阵力学和波动力学。正是它俩,把我们从经典的热炕头勾引出来,扔到雾霾密布的荆棘丛中,还甩了句:“又想过猪的日子,又不想要猪的结局,哪捡这便宜事儿?奋斗吧骚年!”然后,就没有然后了。

那么,离开了它俩,我们是不是就无枝可依了呢?答案相当得人心:不!除了它俩,量子力学家族还有一位新成员,我们没来得及介绍。说来话长,波粒这对冤家闹了几百年,终于修成矩阵力学、波动力学,在量子阵前遭遇、冲突、会师,最后喜结良缘,双剑合璧,睥睨天下。眼见这场强强联姻要美翻天,却不料,半路杀出个第三者:路径积分。

引来这个第三者的,是另一位大神:理查德·费曼(Richard Feynman)。这位爷在前面跑过几次龙套,但现在,是他当角儿的时候了。

费曼1918年5月出生于美国。父亲麦尔维尔·阿瑟·费曼热爱科学,但疲于谋生,没有实现当一名物理学家的理想,于是,立志让孩子们圆这个梦。他做到了。儿子理查德和女儿琼都成了物理学家。

毫无疑问,费曼是个天才。他心灵手巧,少年时期就可以给人家修电器赚零花钱了。上高中后,学长们用高年级的数学难题考他,他总是三下五除二搞定,令学长们膜拜不已。他认为自己最不擅长绘画,但被一位画家朋友诱导学画后,他的很多画被多人买去收藏(署名是笔名)。

高三那年,费曼参加纽约大学数学锦标赛,一举夺魁,得分甩了第二名几条街,惊呆了裁判。

1935年,费曼进入麻省理工学院,啃了物理啃数学。从狄拉克的《量子力学原理》中,读到了大家对量子电动力学(QED)现状的各种不爽。于是,费曼决定,拿出一个大家都满意的答案。不得不说,这是一个宏伟到狂妄的目标。

但费曼只知宏伟,不觉狂妄。因为,他认为自己设计的路线很靠谱:搞定经典电动力学的发散困难,把它量子化,差不多就OK了。

1939年,费曼在《物理评论》上发表了大学毕业论文,内有一个量子力学公式,后来以他的名字命名。这已经很牛了,但离他的宏伟目标还差得很远。毕业后,他报考普林斯顿大学的数学和物理研究生,以空前的满分入学。导师是大他7岁的惠勒。这是一对好师徒。

费曼决定,继续跟发散困难死磕。这“发散困难”是何方神圣呢?在经典电动力学中,每个点电荷——就说电子吧,都要产生一个电磁场。产生场干嘛用呢?说来很无聊,既自扰(作用于场主自身),又扰民(作用于其他电子)。这个场所具有的能量,就是场主电子的“自能”。问题就出在这儿,你想精确计算它,就会得出一个吐血的结果:无穷大。这个,我们并不陌生。从来访的频率上看,无穷大同志应该是物理界的老朋友,然而,从实际效果上来看,这厮绝壁是物国人民的死敌。这就是发散困难。它的根源是,场有无穷多的自由度,你越是往精确里算,把所有的微扰项都加进去,积分的上限就越发散为无穷大。从公式里看,罪魁是高能光子,它们为无穷大的入侵做出了不可磨灭的贡献。所以,这个发散又叫“紫外发散”。

费曼发现,如果场只扰民,不庸人自扰,就可以解决无穷多自由度等问题。然而,如果电子不自扰,你就解释不了辐射阻尼。这“辐射阻尼”又是哪路神仙呢?说起来不陌生,所谓阻尼,简单讲,就是阻碍物体运动的一种作用。跟直接挖陷阱使绊子这种下三滥的招数相比,阻尼更腹黑,它利用各种相互作用,把运动能量逐渐耗尽,达到衰减运动的目的。比方说弹簧,都是开始弹得欢,然后它的动作一定会越来越小,最后彻底老实。这就是由于粒子间的各种作用,弹力转化成了热能等其他能量,被耗散干净的结果。嗯,振动系统由于某种作用,引起的振动幅度逐渐下降的特性,就叫阻尼。前面说过,电子一旦加速运动,就必须辐射能量——电磁波,如果没有补充,谱线变宽,振幅下降,系统能量很快就被耗尽,这种阻尼,就叫“辐射阻尼”。

让电子的场只扰民,不自扰,其实不光是费曼的愿望,也是洛伦兹的愿望。为了补偿加速电子的经济危机,洛老师早在世纪之初,就利用电子“推迟势”的相互作用,来大搞投资,维持系统能量GDP。所谓推迟势,简单讲,就是由于有距离,需要推迟一点时间才能相互影响的电磁作用。然而,这样搞,虽然保住了GDP,却造成了一个无法愈合的内伤:电磁质量无穷大!

费曼一筹莫展之际,惠勒出马来援:你消灭自扰的想法可以试试,但不要纠结于辐射阻尼,攘外必先安内,可以曲线救国嘛!惠勒引入了狄拉克的一个假设:电子用来自扰的作案工具,有推迟势,也有超前势。两股势力的一半用来自扰,另一半用来扰民。它们相互作用、相互牵制。虽然超前势不符合因果律,但在数学上用一用,还是无伤大雅的。这样一搞,用来自扰的半推迟和半超前两股黑恶势力火拼,这就消除了自扰,顺便踢跑了无穷大,还保留了一个有限的辐射阻尼!为麦爷操作系统添了一款超值附件!美翻了?不,这仅仅是开始。

应用半超前半推迟的相互作用,费曼发现了一个新的作用量!

“作用量”很了不起吗?需要加个叹号?是的,作用量是经典物理的一个重要基本概念,它是指一个运动系统内在的演化趋向。我们要搞清楚一个系统的变化,只需取两个“时空点”的状态,也就是初态和末态,然后求解作用量,就可以搞到这两点之间每个点的状态。那么,作用量千变万化,无限可能浩如烟海,我们怎么求是好呢?这个好办,大自然是最高效低耗、节能减排的,所以,我们只要求解作用量的极值(当然是最小值),就恰好合了自然规律,这就是前面说过的“最小作用量原理”:任何作用、任何行为,自然界总是选最简单的方法。这是经典物理的重要基石之一。牛顿运动定律用的是微分方程,而用积分方程来处理作用量,能得到相同的结果。

费曼用恰时积分表示电子的四矢位置,处理那两股势力的直接相互作用,得到这个“新作用量”。又从这个作用量出发,导出了配备这款超值附件的麦爷方程。哈,这是经典电动力学的一个新形式!

这里面涉及到哈密顿、拉格朗日等大神的一堆术语,就不细说了。我们只要没忘记前面说过的:什么“哈密顿-雅可比方程”、“拉格朗日力学”、“哈密顿力学”,它们跟“牛顿力学”是完全等价的,只是表述方式不同,就OK了。

我们知道,矩阵力学、波动力学这对冤家之所以喜结良缘、双剑合璧,就因为“本是同根生”,它们脚上的那根红线,就是哈密顿函数!隐约有个声音在说:费曼,你的路子是对的。然而,费曼现在挠心的是,怎么才能把他的“新作用量”量子化?说起来,真是“苦心人、天不负”,一位到普林斯顿访问的欧洲学者聊到:狄拉克同志的某篇论文讨论过这事儿。费曼光速去图书馆,找到这篇1932年的论文,果然,小狄一本正经地把作用量和拉格朗日函数引进了量子力学。只不过,他还没有把作用量一本正经地量子化。费曼中奖了,他把小狄的思想向前发展了一步,直接写进公式,处理作用量,华丽丽地导出了薛定谔方程!

1942年,费曼发表了他的博士论文《量子力学的最小作用原理》。费曼博士导来导去,把传统的波函数,变成了从初态到末态的概率幅。在这里,作用量被描写成概率幅,舞台搭在初态和末态的时空点之间,全程表演叠加原理。

随后,费曼参加了曼哈顿计划,和罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer 原子弹之父)、汉斯·贝特(Hans Bethe美国物理学家,1967年诺贝尔物理学奖得主)、恩利克·费米(Enrica Fermi 1938年诺贝尔物理学奖得主)、爱德华·泰勒(Edward Teller 氢弹之父)、冯诺依曼等大神共事。费曼的坦诚直率、敏锐聪慧很快就受到大神们的赏识,其中包括玻尔。维格纳更是把费曼誉为翻版狄拉克,看样子,如果维格纳有另一个妹妹未嫁,他会让她嫁给费曼。贝特把老跟自己唱反调的费曼弄到自己手下,让他当了计算组的组长。贝特没看走眼,他跟人炫耀:“费曼能做任何事情。”还请费曼到康奈尔大学共事。

费曼的工作真是顺风顺水,然而,家庭却祸不单行。1945年,爱妻阿琳去世。次年,慈父麦尔维尔去世。费曼一度低迷忧郁,他戴上面具,表现得正能量十足,不断找难题挑战自己。比方说,他看见某学生抛起一个餐盘,就去用公式描述盘子转动与摆动的关系,最后证明:当摆动角度很小时,转动速度是摆动速度的两倍。贝特兴致勃勃地听了费曼的飞盘研究,问道:这能干嘛呢?

费曼想来想去,飞盘研究的确没啥实际价值。于是决定,继续专注那个宏伟目标。在费曼的博士论文中,“路径积分”的思想已经萌芽,他要在路径复概率幅的框架内,建立一个更简单的相对论性电子理论。说白了,就是不用狄拉克方程,但是能得到狄拉克方程的全部结果。这太疯狂了!不用说,他遇到很多难题,比方说关于“自旋1/2的相对论性电子”方面的问题。

说到路径积分,其实一点也不新鲜。我们知道,自从牛爷和莱布尼兹鼓捣出了微积分,大家一有麻烦就拿出来用。这微积分也真长脸,经过各种改编、混搭,几乎是攻无不克!到了20世纪30年代,人类的野心越来越大,逮啥就想算啥。比方说,你偏不用称,却非要靠计算来搞清一块矿石的质量,你知道的,矿石这东西,密度不均,形状怪异,前重后轻,左宽右窄,算不出来就很不舒服,整晚失眠。为了不连累维格纳的妹妹,狄拉克提出了“曲线积分法”,也就是路径积分。可以把矿石的密度等变化用曲线表示,进行积分计算,它不是沿着区间取值,而是沿着特定的曲线(路径)取值,故名之。至于积分的对象,可以是弧长,也可以是坐标轴的曲线,两者殊途同归,让陈家村的铁匠改一改,就能相互转换。

各位,不好意思,这几天在外面跑,乘这个机会把电脑交给技术人员重做系统(越用越像蜗牛),今天刚回公司拿到。还有flash等很多应用程序没装。

这次装完后,准备装个一键恢复,原来用过某款(忘了名字,好像叫什么GOST,按F11恢复那个),本来是极好用的,但两年多后,就突然不能用了(到期?),各位同好有用过的,推荐一款?

灵感终于降临,费曼走出雾霾,5年的苦思冥想,换来一幅奇妙的世界图像:万类时空竞自由!粒子运动的所有可能路径——也就是世界线,漫空飞舞,叠加成妙曼的概率幅!费曼找到了量子力学的第三种表现形式——作用量量子化的路径积分法。1948年,费曼发表了题为《非相对论量子力学的时空描写》的论文。关注初态和末态,在这两个时空点之间,把粒子所有可能的路径(世界线)遍历求和,看起来很麻烦是吧?妙就妙在大部分路径可以直接相互抵消,剩下的那些路径的值,始终与波动、矩阵力学保持高度一致!也就是说,路径积分跟波动力学、矩阵力学是等价的!顺便八卦一下,费曼在解决电子自旋难题时,用到了飞盘研究。

哈,你看出来了,费曼的这个路径积分,和狄拉克的路径积分不是一回事:费曼是对每条路径的概率函数进行积分,而狄拉克是对路径上的取值进行积分。不过,这都不是事儿,因为在费曼的路径积分形式里,也离不开狄拉克的路径积分法。

说到这,顺便聊一下普朗克常数h。在普朗克看来,h跟频率紧密关联,hυ是能量子;在玻尔-索末菲体系中,h是用来维持角动量的基本单位;在矩阵力学中,h支撑着非对易关系、共轭关系;在波动力学中,h协调波粒二象……现在,路径积分中的h唱什么角色?它出现在概率幅的相位之中!相位和那个新作用量成正比。前面说过,费曼的概率幅所表示的,其实是作用量。翻译过来:h现在是作用量的量子!哈!

如此看来,费曼的路线就十分耐人寻味了:处理经典电动力学的发散困难,找到了新的作用量;从作用量出发,导出了麦爷方程的新形式。也就是说,作用量里包含经典电动力学的全部信息;把这个作用量引入量子力学,导出了薛定谔方程,采用传统的积分形式,对所有路径的概率幅求和,经典作用量被成功量子化,水到渠成地得到了量子力学的全部结果!这就是说,从古老的经典电动力学出发,可以得到冷艳高贵的量子力学!原来,我们之间不存在什么无法拉近的距离。没错,我是在爬,你是在飞,但你没道理搞什么地域攻击。因为,我们是毛毛虫和蝴蝶的关系!

经典和量子的隐秘关系就这样被挖出来了。没办法,大神就是这样善于把复杂的问题简单化。这种素质,在费曼的各项工作中,都展露无遗。他讲课幽默生动,让听者“走心”。1986年,他受命调查了挑战者号航天飞机失事原因,只用一杯水和一个橡皮环,比划一通,就让大家瞬间明白了事故原因。对付量子难题时,费曼照样能找到简单办法。他大搞路径积分的那些年,正值物理界饱受量子场论发散困难折磨之际。

啥叫量子场论?这样说吧,咱们前面说了几十万字的量子论,其实只是微观理论的一个基本框架,它八卦的是单个粒子的隐私。多粒子系统的复杂行为,就涉及到“场”的作用了。量子论以前,咱认识电磁场,当然是以麦克斯韦方程组为核心了;量子论以后,咱还是离不开麦爷方程,于是就把麦爷的电磁场量子化,这就是量子场论。量子场论也是一场浩大工程,别说讲一遍,就算拉出参与工程的各路大神名单,也是长长的一大串,咱就不说了。

单说这里的发散困难,已经不是前面提到的那个发散困难了。话说1947年,美国加州斯坦福大学的兰姆(Willis Eugene Lamb)发布了一个坏消息:经过俺精密测定,氢原子有两个能级不太对劲,它俩相差1000MHz。但狄拉克方程显示,这俩能级应该是简并的。也就是说,它们虽然是两个能级,但差别极小,可以粗略地看成一个能级。然而,测出来的1000MHz这个值虽然不大,但足以让我们再也不好意思去简并人家了。这个观测就是著名的“兰姆位移”。兰姆为此获得了1955年的诺贝尔物理学奖,和他分享这个奖的,是美国纽约哥伦比亚大学的库什(Polykarp Kusch),他精密测定了磁矩。

科学铁律:当理论不符合观测时,再伟光正的理论也得改,改不了就废!

于是,贝特等纷纷出手,但搞来搞去,总是躲不开无穷大这个不速之客!不是战士心太软,而是敌人壳太硬:量子场论除了前面提到的紫外发散困难,还有红外发散困难。前者是拜高能光子所赐,后者就是拜低能光子所赐了。不同的是,红外发散困难,不关自由度的事儿,而纯粹是数学方法问题。这些杂七杂八的毛病表明,量子场论不仅有物理问题,也有数学方法问题。不得不说,这是物理学界的眼中钉,不拔掉它,可怎么活哟!费曼当然也参加了这场战斗。

为了处理粒子系统的相互作用,比方说微扰展开问题,费曼发明了一种直观简便的方法:看图说话。用图来标记微扰展开的每一项,标上配套因子,简洁地表达了粒子散射、反应和转化等过程,看图就能写出电子自能的矩阵元,用来计算跃迁概率之类的量子问题,比方便面还方便。这就是名满天下的“费曼图”。后来费曼把它画在车上,一有路人问他为啥要在车上画费曼图,这家伙就很屌地甩一句:“因为我就是费曼!”

有了费曼图,那个神秘的概率幅,就不那么抽象了——我们可以对费曼图进行积分,像搭积木一样把它写出来。方程中那些呆头呆脑的因子们,活色生香地在我们眼前摆起了Pose。问题变得清爽起来。

费曼对电子的质量和电荷动了点手脚,说好听点,叫技术处理,比方说,修正了函数δ、让时间空间平起平坐、搞些常数潜伏到公式里、除掉某些因子等等,如此折腾干嘛?当然是为了逼跑无穷大!这些手段,叫“重整化”。1949年,费曼就电子和光子的相互作用,给出了配套的费曼图和费曼规则。效果不错,不仅无穷大没了,计算精度还出奇的高。虽然PS痕迹太重,令人不忍直视,但数学结果却让人五体投地。英国物理学家戴森(Freeman Dyson)见状,认定此法十分了得,必定正确。于是加以研究。结果,证明了费曼理论靠谱,跟日本物理学家朝永振一郎、美国物理学家施温格(Julian Schwinger)的理论等价,这三位,用不同的方法,分别对QED进行重整化,搞定了发散困难,建立了QED新体系,分享了1965年的诺贝尔物理学奖。经过重整化的量子电动力学(QED)有如浴火重生、天神附体,计算电子磁矩之类的玩意儿,居然与观测值一直符合到小数点后11位!这种变态精度,我们在前面见过一次,就是广义相对论对脉冲双星运转的预测,与观测值符合到了小数点后14位!虽然QED少了3个数量级,但这个精度,足以在众多物理理论中傲视群雄了。实际上,也正是这个精度,让QED成为量子场论中最成熟的一个分支,成为有史以来最精确的理论之一。不管你有多不喜欢重整化,也只能在这个精度面前充满敬意——作为一个理性的人。

矩阵力学一出世,就摆明了要跟经典说拜拜。波动力学怀着一颗回归经典的赤子之心,却只能望着脚下的鸿沟悠悠长叹。种种努力付东流。大家以为,经典王国只能带着曾经的荣耀,彻底退出历史舞台。万万没想到啊!费曼竟然用了一招路径积分,让经典直接涅槃为量子力学!怎不令人狂喜泪奔?!

幸福来得太快了?当然不会!如果幸福真的来得这么快,那么,1948年以后,我们拼死拼活搞出那么多古怪理论,又是为了什么?

实际上,路径积分刚鼓捣出来时,待遇不比MWI好多少,只是它看上去没那么让人抓狂而已。玻尔先生乍见费曼图,以为是粒子轨迹,当场予以毫不留情的批评。

路径积分的出人头地,全仗犀利的计算。费曼把他的方法推广到刚刚火起来的介子理论,一战告捷:用正则哈密顿方法,艰苦奋斗几个月才能搞定的某些问题,用费曼的方法,一夜就拿下。

波动力学是量子力学的微分形式,而路径积分,就是量子力学的积分形式,两者完全等价。不过,用路径积分来表述量子力学,似乎更自然,更简洁、逻辑结构更严谨,还实现了经典力学到量子力学的完美过渡。因此,它越来越受物理界广大人民群众欢迎。简直就是功德圆满!

然而,问题依然存在。费曼规则,不是用公理化方法演绎推导而来,而是凭借天才直觉、经验、拼凑、检验等各种技术手段,硬鼓捣出来的,难免令人生疑。就像武馆天降莽汉,仗一身蛮力所向披靡,必然让挨揍的练家子各种不服。路径积分也不是一套理论系统,只是为量子论提供了一个方法。正如费曼所言,几率概念并未改变,改变的只是计算几率的方法。大家渴望回归经典,要的是那种踏实感,而不是把经典搞得跟量子一样不踏实。

抬眼望路,依然迷雾。

6 前途漫漫

转眼到了80年代,量子开山元勋纷纷老去,那串深深的脚印里,闪烁着光华,也折射着迷惘。光华背后是财富,而迷惘深处是宝藏。这一切,都让新生代物理学家心跳不已,纷纷加入挖宝大军,各种古怪理论层出不穷。

1984年,美国物理学家格里菲斯(Robert Griffiths)发表了一篇论文,乍一看,好像跟MWI和路径积分都有点关系:在两个时空点之间,轻舞飞扬的不是路径,而是历史,所有可能的历史。

历史面无表情地飘到1991年,这篇论文总算激起了点波澜——加州理工大学博士生哈特尔(James Hartle)发现这个提法很有搞头,就拖来他的老师、“夸父”盖尔曼(Murray Gell-Mann 美国物理学家,夸克之父,获1969年诺贝尔物理学奖)一起添砖加瓦,改建扩建,搞出了个“退相干历史”(DH)。DH说,没有多世界,只有多历史,那些历史退相干了,所以,咱俩只能看见一个结果。

我们知道,当物理定律被表达成公式后,时间就是展现在我们面前的一条线。大家都按照方程,乖乖地随时间线演化,就像展开的电影胶片,一切历历在目,没有什么过去、现在和未来。手握方程,我们可以逆时间推演到几亿年前,也可以顺时间推演到几亿年后,用不着穿越,就可以觅到月亮姐姐在任何时间点的芳踪。就像你可以随便欣赏胶片上的任何一格图像。

那么,根据DH,两个时空点之间,展开了无数条电影胶片,每条电影胶片的剧情都不太一样,一条胶片是一个历史。这些历史之间,会相互干涉。胶片叠加会重影,单粒子过双缝会干涉。

如果每一条胶片都朝银幕上投影,多数图像会相互抵消,丢掉很多的细节,在数学上,就像路径积分那样。嗯,我们观测到的,是“退相干”了的历史。也是被“粗粒化”了的历史。一个系统的粒子越多,它的历史越容易退相干。

前面说过,所谓退相干,在数学上,是由于粒子增加,相空间维度随之倍增,造成投影正交,世界之间的关联被抹除,互不相干,所以我们就看不到神马叠加、干涉之类的玩意儿了。历史的退相干也是这样,只不过随着粒子增加,正交的是历史,而不是世界。

那么,啥叫粗粒化呢?看看人肉LED就知道了。那一幅幅变幻莫测的图像,其实是人举着一块块色板。色板反射的光,经过我们眼睛的调和处理,就成了一幅幅完整的图像。我们看整体时,会忽略掉细节。这就叫粗粒化。我们观测任何东西,都是这样。粒子的所有可能历史都存在,只不过被粗粒化了。

人肉LED从A图变成B图,虽然构成A图的那些色板并没有消失,甚至有的色板连翻都没翻,但在B图上,你的确观测不到A图了。粗粒化的图像是不相干的。

粗粒化历史也是这样。DH用数学来描述一只猫,实际上是描述它身上的所有粒子,及其与外界互动的所有历史细节的总和,这些精细历史相互干涉,相互抵消,只留下不相干的死猫、活猫的粗略历史。于是,你去观测它,不管它是死是活,那些细节,都被粗粒化了。所以,我们看到的,只有一只“真实”的死猫或者活猫!妙,妙,妙!

“退相干历史”中,观测者不再起决定作用,也用不着隐变量了,世界和精神也不用分裂了,深受部分物理学家的喜爱!

可是,为什么是“部分”而不是全部?因为,还有一部分物理学家,从DH身上看到的是毛病:每一个粒子都处于所有可能历史的叠加状态,我们分分钟都在经历N种历史……这听起来,好像不比做分裂世界手术、吃隐变量偏方舒服多少。好吧,只要能治好量子病,不舒服我们也认了。

然而,DH治好了胃,却伤了肝。你说所有可能的历史都发生了,那么,在刚才那个人肉LED屏上,我们也可能看到菊花,或者看到英文,这在DH理论上是毫无问题的。但我们还是忍不住要问:难道在某个经历里,菊花、英文真的在那个“屏幕”上出现过,而只是我们没看到?!更可怕的是,如果DH是对的,那么,我们就不会有一个靠谱的、经典的历史了。因为历史只是无数可能的叠加,我们观测到的,不过是粗粒化的图像。这样推论起来,你现在看到恐龙化石,就不能断定恐龙曾在世上存在过,因为这些化石只是观测粗粒化的结果,它们很可能是粒子闲着没事突然组合出来的!就像色板拼成图那样。

还有很多问题,这里就不细说了,总之,反DH者认为,不管怎么看,DH也只是处理矛盾的一种技巧,而不是物理真实;它更像发明,而不是发现。一点也不比哥本哈根解释更靠谱。

哈,说句公道话,到目前为止,我们所见过的这些量子力学解释,又有哪个不像发明呢?程度不同而已!

反对DH比较强烈的团队之一,是GRW阵营。所谓GRW,是三个意大利物理学家名字的简拼:吉拉迪(G·Ghirardi)、瑞米尼(A·Rimini)、韦伯(T·Weber)。1986年,这三位提出一个模型,这个模型就叫“GRW理论”。它有一个野心勃勃的目标:揭秘波函数坍缩!

GRW认为:每个粒子的波函数都会随机、自发地变态——从朦胧的弥漫态,变成一个比较确定的定域态——也就是所谓坍缩(所以GRW又叫“自发定域理论”)。但一次坍缩要等很久。多久呢?平均大概10^15到10^16秒,差不多几亿年才坍缩一次。为什么又是“大概”又是“差不多”呢?因为这个数字,是根据观测结果的需要,倒估出来的。

坍缩一次要等这么久,还测个毛啊?!莫急,GRW还有一个机制:任何系统都会和外界发生关系,互动互扰互折腾。一个粒子坍缩了,和它发生纠缠关系的粒子会惨遭连坐,一起坍缩……就像在弹药库引爆了一颗炸弹。这样一来,坍缩就变得相当容易了:一只猫有10^27个粒子,就算一个粒子平均10^16秒才坍缩一次,这只猫身上每秒钟也会有10^11个粒子坍缩,也就是10^-11秒就有一个粒子坍缩,它们会瞬间连累其他粒子,沿着纠缠不清的关系网,连锁坍缩下去,于是,整个猫的叠加态消失了!一个系统的粒子越多,它坍缩得也就越快。

如此说来,薛猫的确经历了又死又活的叠加态,只不过这个过程太短,不超过1纳秒(10^-9秒),我们根本无法感知。所以,我们看见的,不是死猫,就是活猫!妙妙妙!

GRW用“自发随机坍缩”+“纠缠连坐”一套小机制,貌似轻松地揭开了坍缩之谜:什么让波函数坍缩?自发的;如何坍缩?随机的;为什么宏观物体是定域的?因为粒子量够大,一人结扎全家光荣…哦不…一个坍缩集体连坐;既然是随机的那为嘛一观测就坍缩?因为宏观的仪器和你被引入纠缠关系网,连累人家坍缩……是不是简洁自然?不仅如此,通过调整理论参数——包括上面提到的单粒子自发坍缩时间,这个理论和目前的实验结果相当的一致!并且,不用意识点炮,不用隐变量顶包,世界、精神、历史都用不着分裂了!这种理论,岂不花见花开人见人嗨?!

然而,事实正好相反。多数物理学家不喜欢它。因为,它虽然够简洁,但不够优雅。看上去是在帮你忙,骨子里却在逗你玩。比方说,慢性谋杀能量守恒定律,虽然造成的破坏极微小,等待的时间极漫长,乍看上去几乎就守恒了,但是,不守恒就是不守恒,不在于它有多不守恒。能量守恒定律久经考验,深受广大科学家信赖和拥戴,任何企图置之死地的行为,都是搬起石头砸自己的脚,必将受到物理界的鄙视。何况,GRW还有个关键问题没交代清楚:粒子自发坍缩因何而起?难道是因为不开心或太开心?技术问题还有N多,细说也没什么意义,因为,GRW团队对GRW也不太满意。

所以,珀尔、吉拉迪和瑞米尼组成了新三人团,于1990年鼓捣出“连续随机局域化”模型,简称CSL,宣布揪到了自发坍缩背后的黑手:引力。几乎是同时,日内瓦大学的吉森(N.Gisin)等几位物理学家也纷纷提出类似的方案,用来修正GRW。看这架势,引力是难辞其咎了。

然而,1994年,佩西瓦(Ian.Percival)也搞了个新理论:基本量子态扩散理论,简称QSD。他也宣布揪出了自发坍缩的幕后黑手:时空随机涨落。当然,遭到群众举报的黑手不止这两只。坍缩虽然很难搞,但不至于团伙作案。谁是真正的幕后黑手?线索太多,一时间纷乱如麻,让人心里草长鹰飞。

如果集齐100个理论,便可领取超值新版真相一枚,倒也值了。然而,上帝明显不喜欢这种游戏。想要真相,你只能踏踏实实去找。可找来找去,人们绝望地发现,你避开一座悬崖,就陷进一片泥潭,甩开一团迷雾,就跌入一个怪圈,你怎么也找不到一条脚底踏实、头顶明媚的康庄大道。难道,每条路都是通向死胡同的旁门外道?就没有一条妥帖通达的中庸之道?

当然有!它叫“系综解释”。所谓系综,是个统计概念。粒子们的脾气秉性虽然差不多,但个体行为却自由散漫,它们聚在一起,绝不会整齐划一,好在我们聪明,知道利用其秉性,以统计的方法,去掌握它们的总体行为趋向。这个手段很眼熟是吧?所以,下面这句,我们就不难理解:对相同性质体系的集合,使用统计手段,得到平均结果,就是系综的任务。

“系综解释”谁提出来的?支持者喜欢说是爱因斯坦。因为从第五次索尔维会议起,爱因斯坦多次提到这个观点:ψ所描述的,不是单个体系,而是多个体系,从统计力学上讲,就是“系综”。我们知道,老爱的意思是,量子力学“不完备”,它不能准确描述粒子行为,只好使用统计手段,得出概率结果,就像当初自己搞定布朗运动一样。老爱希望量子力学进一步完善,直到扔掉概率,描述单个粒子的确定行为。

然而,系综派的意思略有不同:量子力学的确是统计的,它的确搞不定单个粒子行为,那是因为,世界本来就是统计性的,根本就不存在描述单个粒子的可能!只有“系综”才有物理意义。任何窥视单个粒子的企图,都是自讨苦吃,必将被坚硬的现实撞得头破血流!

老爱的意思,大家不可能不懂,然而,系综派坚持打着老爱的大旗,似乎这样,才能让他们的现实更坚硬一些。

20世纪40年代,前苏联轰轰烈烈地开展了批判哥本哈根学派的思想运动,系综解释勇挑重担,代表辩证唯物主义,狠批了哥派“唯心主义”。科学院通讯院士布洛欣采夫提出了量子力学的系综解释,给出了量子系综的定义:从属同一宏观环境的“粒子或体系的集合”。这跟经典系综概念差不多。

系综解释说,没有什么叠加,也没有什么坍缩,更不存在什么隐变量,关键是,不存在什么“单个粒子的状态”,那没有物理意义。所以,我们不能描述个体粒子,只能统计系统的“集合”状态。而量子力学已经做到了。它是完备的。

薛定谔方程描述的是什么?哈,你们都误会了!那不可能是单个粒子的叠加态,只能是在同一环境下,无数粒子的统计平均值。它说粒子穿过了左缝,也越过了右缝,那不是指单粒子同时左右逢源,而是指很多粒子过缝时,左右机会对等:各50%!

这下圆满了,我们不用为叠加纳闷,因为没有叠加;也不用为坍缩操心,因为没有坍缩;更不用为完善量子力学费神,因为它本来就是完备的!并且它也没那么神秘了,因为它只是经典统计手段在量子领域的应用!这样一来,量子力学爽飞了:既保留了数学形式,又掩盖了哲学问题,还回归了经典故土。哈,见过共赢的,没见过赢得如此八面玲珑的!

然而,八面玲珑、两头堵、和稀泥这种事,在政治上玩玩儿还行,用到科学上,就土鳖了!这不,一根筋的物理学家刨根问底:单电子是怎么过双缝的?它老人家是怎么自我干涉的?

这些硬邦邦的问题,岂是一句“个体粒子行为没有物理意义”就能敷衍过去的?何况,你打着辩证唯物主义的旗号,却辩证地证明:自己和唯心主义是没法分辨的!比如,哥派说,不存在客观的物理量,主客观不可分。而布洛欣采夫同志说,存在客观物理量,主客观可以分。但是,布同志又承认,测量者、仪器必然与观测对象产生相互作用,量子的统计性,是微观与宏观相互作用的结果。这就是说,你去测量时,统计性才存在。也是测量,也有观测者……你的客观性都去哪儿了?这和唯心的哥派有何区别呢?如果再问一句“经典环境为啥会让微观系统产生概率结果”之类的问题,是不是就焦头烂额了?

所以,这个耍小聪明、走投机路线的系综解释,是不得民心的。群众的眼睛虽然没雪那么亮,但你掩耳盗的是钟,夜半钟声都到客船了呀大哥!

中庸之道也跑偏了,难道无路可走了吗?当然不,量子之路就像叠加态,你数不清,很多小众之路,抬脚便是。

只一件事,便坐拥这么多高端大气上档次的理论,你幸福吗?

不!我们要的理论,不在乎它特色有多鲜明、内涵有多丰富、立意有多深远、建瓴那屋有多高、翻新周期有多短,只在乎它是不是有用、好用,最关键的,它是不是真相!

那么,怎么才能辨别真伪呢?最有效的手段当然是:实验。

说起实验,也不是那么容易。因为我们要观测的,是不可捉摸的粒子。不可捉也不可摸还不算难,更难的是,多数解释的预测,都差不多啊差不多,甚至大部分数学结果一样!

数学一样的部分,就没法拿来评判谁是谁非了,只能在哲学上死缠烂打,最后当然是谁也不服谁,翻云覆雨各种看,搞不出个公母来。

即使你找到数学结果不一样的地方,差别也是细微到几乎没有。你知道的,这时,测量精度就成了大问题。比方说波函数坍缩:哥派认为,是瞬时坍缩,没有过程;而退相干系列认为,这个坍缩是有过程的;GRW同意坍缩有过程,但在数学上,这个过程用的时间长短不同。诸如此类,讲起来立场分明,但实际测量起来,数学上差别极小,以至于很难达到明确区分的精度!

所以,在测量技术没达到精度要求之前,要找,就优先找基本预言不一致的地方。比方说,哥派、退相干、GRW一致认为“有坍缩”,而系综、MWI等解释认为“没有坍缩”,这该很好宣判了吧?可事实是,照样不容易!是的,你一观测,粒子就随机甩给你一个确定的结果,但你凭什么断定,它是波函数坍缩来的,或者它不是波函数坍缩来的?波函数是抽象的,它不能直接观测!坑爹吧?

因了个此,想一决雌雄,不仅要“基本预言不一致”,还要“可以直接观测”!这样的理论预言有吗?有的。比方说“交易解释” (TIQM)。这是美国物理学家克拉玛(John Cramer)于1986年提出的。

当年,费曼利用超前势和推迟势概念,找到了新作用量,还取得了麦爷方程的支持,鼓捣出了路径积分。克拉玛却从这两股势力的博弈合作中,看到了一条新路:推迟势发出一个波“出价”,超前势回一个波“确认”,两波在时间线上一顺一逆,交互干涉,催生一款华丽丽的“驻波”。这个驻波不是虚无缥缈的,它在物理上真实存在。是波,也是粒。但绝非一个抽象的函数!只是你一观测,骚扰了驻波,它顺手甩给你一个概率的结果罢了。这个解释,非常合理,也非常物理。并且,人家还宣称,这个机制,跟哥本哈根解释不符,但跟阿弗沙尔实验相符!这是伊朗裔美籍科学家阿弗沙尔(Shahriar Afshar)2001年搞的一个光学实验。光子在这个实验里,既有粒的侠骨,又有波的柔情,让人抓狂。而根据互补原理,在同一个实验里,你要么看见粒,要么看见波,鱼和熊掌不可兼得。分歧大了去了。那么,究竟谁是谁非,是不是一目了然呢?对不起,目前还不能给你一个明确的答案,观测结果还有待进一步验证。不过,虽然结论还不是很明朗,但这一记小闷棍,也把强悍的哥派解释打了个趔趄!

你以为这样就算完了吗?当然不!因为祸怕孤独,它从不单行!这不,还有个实验,让哥派很难堪。

2006年,法国科学家阿罗什(Serge Haroche) 特制了铌质镜子,镜面相对,距离3厘米,凑成一个空腔。然后,让光子在镜子间蹦跶了100多微秒,这个运动系统,可以看成经典世界:一只猫。光子蹦跶得正欢时,让一个处于叠加态的铷原子路过,与光子暧昧纠缠。根据咱俩的经验,铷原子的叠加态该坍缩了,是吧?然而,这个实验的神奇之处在于,它可以保持一小会儿叠加!于是,整个系统就成了薛猫。更神奇的是,阿罗什还可以对它进行测量啊测量!这一测不要紧,他们发现,系统丢掉叠加态前后,有个时间差!这说明什么?说明如果真的有什么波函数坍缩,那它至少不是瞬时的,而是有过程的!至少在这一点上,哥派预言不是想象的那么靠谱。

不靠谱的预言还不止这一个。阿罗什的实验,实现了操控单个粒子,并且保持了它的量子态!翻译过来就是,现在量子态逆天了,你一观测,它不立马坍缩!美国物理学家维因兰德(David Wineland)用不太一样的办法,也达到了同样的效果。于是,他俩因为“让测量和操纵单个量子系统成为可能”,分享了2012年诺贝尔物理学奖。他们使用的手段包括超低温、电磁场捕获、激光脉冲控制等。具体细节就不说了,你懂的。

照这样说,哥派解释是不是废了?恰恰相反,它仍是无数解释中最坚挺的一个!不错,它是有些问题,但同时,它也是最准确、最简洁的解释之一!在已有的实验PK中,它的战绩仍然名列前茅,它依然是新量子派对垒经典派的前锋!比方说下面这场旷日持久的战役,就给这个招牌解释挣来不小的面子。

这场战役,就是把EPR实验从理想转为现实。当初,爱因斯坦和玻尔一致同意,小小和圆圆两个粒子亲密接触、分手后,一个左旋,一个右旋。分歧在哪儿呢?

小小和圆圆两粒子亲密接触、分手后,咱俩远隔星际,在同一个方向上分别监测,如果我测到小小是左旋,那么,你必定会测到圆圆是右旋,其相关率——也可以叫“协作度”——是100%。这一点,爱玻双方都同意。

然而,如果你我从不同方向上测量,结果就不一定了:在玻璃茶几上,反向转两个陀螺,咱俩正常俯视,小小顺时针,圆圆逆时针,特别不一致,相关。但你这个坏人钻到茶几下面仰视圆圆,而我还是在正常俯视小小,那么,咱俩会发现它俩都是顺时针!如果始终这样观测,特别一致,也属相关。但你不老实,一会俯视、一会仰视、平视、斜视,这样的观测结果,就会破坏相关性。如此观测后,我们再去统计它们的协作度,会发现,总体协作度少于100%了。这个很好理解,是吧?

从不同角度观测,协作度低于100%。

观测粒子自旋,虽然比茶几看陀螺复杂得多,但道理一样。粒子在空中飘过,居住在三维空间的咱俩,很自然地想到,要从三个方向(不一定非要彼此垂直)去测量之。在同一个方向上,只有你左我右,或者你右我左这2种可能组合(2^1=2)。毫无疑问,相同方向上测的结果,协作度一定是100%,也就是1。然而,如果咱俩分别从x、y、z三个方向上测,就会有8种可能组合(2^3=8,不信自己列)。不同方向上测的结果,协作度一定会低于100%,因为,我在x方向上测的是右,你在y方向上测的就不一定是左是右了。但它会按照一定的概率来分布。

正儿八经统计起来,“夫唱,妇一定随”、“夫唱,妇一定不随”这两种奇葩的高协作度,就让它们相互内耗了好么?好吧,世界清静了?

不,还有“夫唱,妇不一定随”的剧情,让这个世界高潮迭起!这里,就涉及到一个极限问题:从三个方向上测,总体协作度最高是多少?

这是一个简单的统计问题(网上很容易搜到推导过程,这里就不写了),对贝尔这种数学尖子生来说,实在是小菜一碟。所以,他很快就得出一个公式:

|Pxz-Pzy|≤1+Pxy

Pxy:小小在x方向为左,同时,圆圆在y方向上也为左的相关性。那么,公式左边的Pxz、Pzy是嘛意思,就很清楚了。

别看这款公式其貌不扬,只是把x、z、y三个方向的观测结果各种倒腾,十分无聊,但它被一些物理学家誉为“20世纪科学最深刻的发现之一,宇宙中最神秘、最深刻的定理之一”,之所以没用“宇宙真理”这个土豪ID,是因为大家更喜欢那个优雅的名字:贝尔不等式。

公式如此多娇,引无数英雄竞折腰?

很遗憾,没折腰的,倒是有夭折的。1964年,贝尔把推导这条公式的论文《论EPR佯谬》发表在《物理》杂志的创刊号上,整篇论文简洁深刻,明晰优雅,堪称大手笔!然而,这篇佳作跟《物理》一起被大家神奇地忽略了,一如当初他指出冯天才数学作业错误的那篇论文。一年后,《物理》寂然倒闭。不过,也不用太伤心。5年后,这颗明珠终于还是被人捞了出来,璀璨的光芒照亮了前程。短命的《物理》因为发表了贝尔不等式而名垂千古。

公式为什么这样牛呢?因为,它就是经典世界的紧箍咒!推导这款公式,贝尔用了两个基本假设:

世界是定域的。小小和圆圆没有心灵感应,没有超光速信号。

世界是实在的。不管我们观不观测,小小和圆圆都在那儿,至于谁向左、谁向右,早在两粒子分手时就已经确定了。

在这两个经典假设的基础上,贝尔使用经典的统计手法,导出了经典世界中,两粒子协作度的极限。也就是说,如果这两个假设是真的,粒子的诡异行为都是隐变量导致的,那么,两粒子的协作度绝无可能突破贝尔不等式!

如果世界不是定域的,粒子不管相隔多远,都可以即时通信,或者世界不是实在的,它们的物理量是我们观测的那一刻才确定的,那么,两粒子的协作度会更高,就可以突破贝尔不等式。

阿斯是个纯粹的人。他1947年生于法国西南部浪漫的阿让,大学毕业后做了一件浪漫的事:去非洲喀麦隆做社会工作。其间,自修量子力学,对EPR实验搞不定这事儿耿耿于怀,于是去更浪漫的巴黎大学攻读物理博士,直奔那个纯粹的目标:搞定EPR实验。他做到了。

物理学史太过宏大,在有限的篇幅里,我们只能粗线条地了解一下物理学的大事记,所领略的,大都是理论物理学家的鸿篇巨制。其实,实验物理学家的华章巨献,读起来也是荡气回肠。接下来,我们就借这次实验,膜拜一下实验天才的华丽风姿。

想要得到靠谱的实验结果,阿斯派克特有太多难关要闯,时间关系,这里我们就观摩两关。

其一,光子对“乱点鸳鸯谱”的问题。

一说到量子物理实验,我们马上会联想到“高大上”的材料、仪器什么的,其实不尽然。比方说早期EPR实验,用紫外光照射钙原子,让电子跃迁,扔出一对纠缠的光子:一绿一紫。钙原子是哪儿来的呢?居然是把骨头、石灰石、粉笔头之类的垃圾放在烘箱里爆烤,产生含钙气体。然而,这种手法有明显缺陷:光子对产生率太小,只有百万分之一。更严重的是,光子对被发射出来后,方向完全不确定,乱七八糟,你根本就没法分出谁是谁的谁,所以搞得实验结果很可疑。

阿斯的办法是,找到一种晶体,它是神射手,可以定向发射光子。这类晶体,其实并不难找,甚至随处可见,比方说镜子,它收到光子后,多是以反射的形式把光子发射出去。如果你看过上部,那么,对波粒大战中马吕斯的魔法石——冰洲石应该记忆犹新,它可以把光劈成两种偏振,于是,我们用它看东西,都是“双眼皮”的、也是基本定向的。然而,这些光子只是偏振方向不同,而不是纠缠的光子对。

阿斯找到了他要的神射手:硼酸钡、碘酸锂。用强度足够的激光照射之(刚好那时激光技术够用了),它们会射出纠缠的光子对,而且,发射角度差不多是固定的:小小总是朝这个方向,而圆圆总是朝那个方向,这样,就大大降低了乱点鸳鸯谱的概率。

其二,光子对、仪器“传信密谋”的问题。

如果不同方向的检测器之间、光子对之间可以传递信息(比方说检测角度、偏振方向等),合谋给出一个实验结果,那么,人类就被它们给耍惨了。怎么办呢?

嗯,实验的目的,是看粒子行为是否受经典定律管制。而贝尔不等式是经典世界的禁令。所以,也应该按照“定域性”的经典认识,来避免它们之间传信。

玩儿隐变量的玻姆有个好主意:光子飞行时,不断改变检测器的方向,这样,光子直到通过检测器时,才知道检测器的方向,来不及向同伙泄密。但是,有个关键的技术问题——速度。

检测器之间的距离,相对光速来讲,简直短到可以忽略不计。假如检测器之间、光子之间以光速传递信息,那是瞬间就到,防不胜防啊!这就提出了两点要求:一是检测器变换角度应该是随机的,这样它们之间就不会有默契;二是检测器变换角度的速度够快,让它们来不及把信息传递给同伙。但是你知道,机械的东西随机起来很不容易,达到实验要求的速度就更不容易,相机的快门够快了吧?用在这个实验里就弱爆了。因为检测器要每秒变换角度几百万次以上,才可以防止光速传信。什么机械变角能达到这个速度?!打着灯笼都找不到这种东西。

但阿斯没打灯笼,就找到了一种好用便宜量又足的材料:水。

上部说过,光通过透明介质的面会被折射。如果温度、密度恒定,那么,从固定角度入射的光,也会以固定的角度折射。同时,不同密度的介质,都有个临界角,光以这个角度入射,会发生全反射,只要角度稍有改变,光就会穿过介质表面,折射出去。阿斯的方案是,快速挤压水体,形成压力波,瞬间改变水的密度,让临界角快速切换,光子就会在全反射和可透射之间切换。被反射,就到偏振器A,被透射,就到偏振器B。可是,什么东西能每秒钟几百万次地挤压水呢?如果有这种机械,还不如直接让它去给检测器变角了!是吧?

然而,阿斯又给出一个意外的答案,他的办法,虽然不是直接给检测器变角,却能让光子路线每秒钟变角2500万次——你没看错,是2500万次(后来提高到1亿次)。用的是类似扬声器振动的原理。音波振动频率比快门可快多了。不过阿斯不是让空气振动,而是让水振动,他DIY了个“电声转换器”,通电后就极速变形(也叫高频振动),挤压水体。水体的变化,让临界角快速切换,也让偏振器随之变角。虽然这种变化不是随机的,而是有规律的,但是,光子的发射是随机的,这就让它们到达偏振器时,不一定赶上哪个角度,加上变角速度快,先到偏振器的光子,根本就来不及通知同伙,串通合谋。狗不如的光子对、检测器们背叛人类天大的信任和深恩的栽培,妄图以光速通信密谋的恶毒计划,就这样可耻地破产了!

是的,无语。你能说些什么呢?丢了定域性,客观性也受到威胁,任谁心里都没底。实验之前,量子力学在数学上、应用上已经所向披靡,令人无法怀疑它的正确性。我们纠结的,在于“透过数学看世界”。大家拿出各种解释,去附会数学结果,企图认清世界的本质,或者企图维护自己心中的那个世界。同志们心里都清楚,量子力学将揭示的世界,可能会取代我们经验里的那个温馨家园,摧毁我们的三观,让我们在这个寂寥空漠的宇宙中,更感无根可系、无枝可依。你以为玻尔就希望世界不客观、不实在吗?你回头看看他对EPR的解释,那遮遮掩掩的神秘骚扰,“不是物理上的真实的超距作用”、“不违反相对论”……在玻尔的潜意识中,他分明就是爱因斯坦的同伙!他也怕失去那个踏实可信的世界!所以,这个勇敢的探索者在“对于世界我们能描述什么”的问题上停步,拒绝去追问“世界的本质是什么”。

所以,很多科学家不愿面量子论数学背后的世界。他们故作潇洒地说,好用你就用,管它是什么!

作为一个物理学家,不去想世界是什么,这就像一个不择手段爬上高位的政客,一脸真诚地宣布自己其实淡泊名利一样。就算全世界信了,他自己也不信。

现在,在“世界是否定域”的关键性质上,贝尔不等式给出了判决标准,而阿斯派克特实验依法做出了判决。我们能做的,就是什么也不说,尝试着接受这个结果,习惯新的世界。

1955年,老爱用自己的离开,终结了伟大的世纪论战。27年后,阿斯派克特实验似乎给这场论战做了个迟到的了断。

然而,尘埃并未落定。

爱因斯坦反对哥本哈根解释的核心,不是因果性,不是概率,而是“实在性”。他的宇宙,是独立于观测的,客观、真实存在的宇宙。

只有一个人读懂了这个核心。没错,他是泡利。

泡利综合分析了爱因斯坦的观点,告诉玻恩:老爱并不像大家以为的那样,认定“决定论”是基本的,他的出发点是“实在性”,而不是“确定性”,他认为电子本来就有自己的物理量,不管你测不测量。接着,泡利道破了一个让玻恩啼笑皆非的事实:你们树立了一个假想的爱因斯坦,再去把他打倒,以显示自己武功盖世。分析造成这个误会的原因,多半是“上帝不掷骰子”这句夺人眼球的广告词太深入人心了,以至于让大家以为这才是他的根本认识。

我们回头看看EPR实验,小小和圆圆怎么才能实现神迹般的亲密协作呢?有两种方式:

A.观测之前,它们不是客观存在,而是一缕概率波,没有确定的物理量,在观测的那一瞬,小小坍缩为左,而圆圆坍缩为右。

B.它们是客观存在,有物理量,同时,存在一种不受距离限制的即时互动方式,以保持高度协作。

以上两者,只要做到其一,就可以突破贝尔不等式,得到阿斯派克特实验的结果。现在,实验结果强迫我们做出选择:要么放弃实在性,要么放弃定域性。贝尔怎么看?贝尔选择放弃局域性。他崇尚爱因斯坦的世界——即使无人观测,这个世界依然是实际存在的。

1990年,62岁的贝尔突发脑溢血逝世,他不知道,那年他被提名诺奖。阿斯和另外两名实验物理学家也曾被提名2011年诺奖,但未获成功。不过,2010年,他们三位获沃尔夫物理奖。这是诺奖之外,最重要的物理学奖之一。

阿斯派克特实验毁三观的影响力,大概可以媲美迈克尔逊-莫雷实验。不过,MM实验进行到今天,经过不断改进,已经没有设计缺陷,它的结果,是定论。而阿斯实验的设计,由于某些技术尚未达到理想水平,所以并非十全十美,似乎,经典世界还存在一丝翻盘的希望。不过,多数物理学家认为,即使将来技术能力够用了,也搞不出相反的结果。

让人纠结的是,我们手里有N个解释——哥本哈根、MWI、退相干、DH、GRW、QSD、CSL、系综、交易等等各种解释,都可以描述量子行为,包括EPR实验结果。究竟谁是对的?可以肯定的是,至多只有一个是对的,或者,答案根本不在其中。上世纪70年代末,年逾古稀的狄拉克说,证明一个解释,要比建立一个方程组困难得多。这是天才的叹息。

普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克、玻恩、徳布罗意、泡利、约当、索末菲(这个名单远未结束)……他们发现了神奇的量子行为,创建了伟大的量子力学,却发现,他们的发现无法解释。量子力学拥有最强悍、最毋庸置疑的数学形式,但叠加态、波函数坍缩仍然迷雾重重。最主流的解释,在质疑中也是首当其冲:观测之前,宇宙中不存在什么物理量,它只是无数可能的叠加,那么,观测者又是如何出现的呢?宇宙的本质是什么……饱受这些困惑折磨的,是这个星球上最智慧的天才。

以玻尔为代表的部分物理学家号召:不要去想什么量子世界,因为它不存在。宇宙就是这样,对于它,我们只要描述可以描述的,就OK了。而量子力学已经做到了。问题解决了。

但另一部分物理学家可不这么看。盖尔曼说,玻尔对整整一代物理学家洗了脑,以为问题已经解决了。我们知道,伟大的玻尔有这个影响力。然而,即便如此,也不能证明玻尔给大家灌输的是错误认识。

1955年4月18日凌晨1点多,76岁的爱因斯坦用德语嘀咕了几句,就留下一头雾水的夜班护士和抓耳挠腮的史学家,找牛爷、麦爷斗地主去了。玻尔十分悲伤,他说,老爱的成就“是丰富、多产的,超过整个文明史中的任何人。”他们是人生观、价值观的知音,却不是世界观的同盟。这是玻尔最大的人生遗憾。他认为,老爱游离于量子力学主流认识之外,对老爱而言,是个人的悲剧,而对量子物理学界来说,是失去了领袖和旗手。在老爱离开的日子,玻尔思考物理问题时,首先想到的是,老爱怎么看?1962年11月17日,77岁的玻尔突发心脏病逝世。他留在书房黑板上的最后一张图保存至今——爱因斯坦光盒。

论战还没有结束。因为谜底尚未揭开。

再玄奥的谜底,也挡不住人类无法抑制的好奇。基因不灭,探索不绝!在苦苦寻求理论突破的同时,人们也在用最笨、也是最有说服力的方法——实验,去探询量子世界,以期找到灵感,去破解叠加态、坍缩、观测等量子谜题。我们不知道能否最终找到真相,但可以肯定的是,我们正在不断逼近真相。

2014年3月18日,美国哈佛大学史密森天体物理中心宣布,他们首次观测到引力波存在的证据。从微弱的宇宙微波背景资料中,他们找到了“B-模式偏振”,它只可能是原初引力波造成的。这个观测结果,是宇宙大爆炸之初留下的遗迹,不仅验证了广义相对论,还支持了暴胀理论。2013年因为希格斯粒子被发现而输掉一百美元的霍金,终于在科学赌局上打了一场翻身仗。不过,收获更大的,显然是物理学。关于宇宙大爆炸的理论模型,现在有几百个,哪个是对的?一直闹不清。这次发现,是一场大浪,会淘掉90%的相关理论砂砾,留下金矿。所以,这个发现,可能是本世纪最大的观测发现。估计获诺奖没问题。这里,值得一提的是,暴涨理论支持“多宇宙理论”。虽然还没有证据表明,这个多宇宙,就是MWI所预言的那个多宇宙。但,这也可以看做MWI的福音。

上世纪90年代末,物理学界利用两次有关量子力学的会议,分别做了问卷调查,让物理学家们为自己相信的量子论解释投票。结果如下:

1997年,在马里兰大学的会议上:哥本哈根解释13票;多宇宙8票;隐变量4票;退相干历史4票;自发定域理论1票。其余18票是以上都不信,或者不确定。

1999年,在剑桥牛顿研究所的会议上:多宇宙+多历史(无坍缩派)30票;哥本哈根解释4票;修正的量子动力学4票;隐变量2票;

不管怎么说,MWI正在被越来越多的人接受。艾弗雷特被《科学美国人》(Scientific American)誉为“20世纪最重要的科学家之一”。 MWI被称为“20世纪隐藏得最深的秘密之一”。

阿斯派克特实验显示,亲密接触后的粒子之间,确实存在不可思议的神秘关联——量子纠缠。野心勃勃的人类还没搞懂它们是怎么纠缠的,就在纠缠上玩儿出了许多花样,并琢磨利用纠缠实现某些疯狂的构想:量子通信(多远都即时,还保密)、量子计算(几分钟搞定全球计算机合作几百万年的工作)、物质传输(相当于瞬移)等等,实现任何一个,都是一场规模空前、影响空前的技术革命,都将给人类社会带来翻天覆地的巨变。不要怀疑,在科学面前,千万不要说“不可能”!

1997年,奥地利物理学家塞林格(Anton Zeilinger)团队首次成功实现了“量子态隐形传送”,也就是所谓的“瞬移”,只不过,这是利用量子纠缠,把小小的态转移到圆圆身上,而不是把小小本身转移过去。所以,有人喜欢管这玩意儿叫“量子心灵传送”。这种传送,不靠任何载体,也不携带任何能量,不违反相对论。值得一提的是,塞林格团队有个中国学生:潘建伟。次年,他们实现了纠缠态交换。量子通信技术萌芽了。接下来,就是想办法让纠缠分发和传输的距离更远。2004年,这个团队用光纤让纠缠态传输跨过多瑙河,达到600米。

潘建伟学成回国后,组织团队跟塞林格老师PK,双方都扔掉了光纤,比谁在自由空间传得更远。于是,量子通信距离的纪录不断被刷新:13公里、16公里……

2012年8月,潘建伟团队实现了百公里传输。仅仅是一个月后,塞林格团队就实现了143公里的传输。这都是在高干扰的地面实现的,同等条件下,如果把实验搬到太空,这个距离可以突破1000公里。量子通信卫星技术成为可能。

在对叠加态、坍缩的认识上,大家在竞相制备“薛定谔猫”。比什么呢?嗯,我们之所以看不到薛猫态,是因为粒子数越多,退相干越快,并且一观测就坍缩。所以,要比就比谁的尺寸大、时间长、观赏性强。1996年,实现了单个原子的猫态,用的是铍离子;2000年,利用超导量子干涉仪,使上亿个电子循环流动,实现了两个流向的叠加态,并且这个循环有人发那么粗,算是宏观系统了;2010年,美国国家标准技术研究所制备出光子的猫态;同年,美国80后物理学家奥康奈尔(Aaron Douglas O'Connell)制成全世界第一台量子机器——压电音叉,它有1013个原子,可处于振动与非振动的叠加态。鼓捣这些猫腻,虽然尺寸越来越大,但坚持的时间还不够长,多是靠超低温技术维持。如此看来,这项事业还处于修长城找砖块阶段。不过,这些成果已经足以让人振奋了。

所以,2010年,德国人得寸进尺地提出,要制备活体薛猫——叠加态的病毒。大致思路是,用“光镊技术”(聚焦激光束,形成光阱,可以操控小东西),让病毒与世隔绝,制备出活体叠加态。别以为这是做梦,该想法提出不久,美国奥斯丁大学的李统藏等人就真的使用光镊,完成了对微米级小球的操控和测量,2011年,他们又把小球温度冷却到1.5毫开尔文!那又怎么样呢?这说明,下一步,我们试着把小球冷却到基态,然后用病毒取而代之,一只活体薛猫就华丽丽地诞生了!拼了命去折腾一个病毒,是有多无聊啊?!其实不无聊,因为我们可以用它来做很多事。说一个最邪恶的:量子谋杀。我们把病毒搞成叠加态,然后用激光谋杀之……后面的事你知道了,这是“量子自杀”的改编版。这样搞法,会不会得到一个永生的病毒呢?谋杀个病毒给你兴奋成这样,一定很变态。好吧,让我们拭目以待!

在搞清观测方面,我们也是如饥似渴。2010年,几个科学家玩儿一个40微米长的压电材料,让它处于伸\缩的叠加态。然而,当他们想看看这个杰作时,叠加当场被破坏。猫可以有,但不可以看。郁闷。麻省大学的物理学家雅各布斯(Kurt Jacobs)出了个“看猫”的主意:弄一根微米级细丝,让它处于两个反向振动的叠加态,之后给它加点电荷。麦爷早说过,电荷振动会形成一个变化的电磁场。我们去探测电磁场,就可以间接了解那根细丝的振动,还是不是两个反向叠加的。这就实现了探测宏观物体叠加态,而不退相干。这个想法还需要一些时间去实现。说到观测,还有一个模糊的成果,2002年,《物理评论》有篇论文,估算出量子退相干时间,远远短于神经元动作时间。这说明什么呢?好像是在暗示:坍缩神马的,跟我们大脑的神经活动没啥关系!不过,这样的结论,也需要更多证据的支持。

虽然量子之路仍然雾霾淫荡,虽然我们对量子世界的认识,仍然赖在社会主义初级阶段,但是,量子力学的应用,已经迫不及待地深入到人类社会的每一个角落,在科学、哲学、经济、技术、生活等方方面面,都产生了巨大的影响。天上飞的、地上跑的、水里游的、家里用的、手里玩儿的……无所不在,无所不能,好吧,你是上帝。

宏观世界再大牌,它也是由微观物件构成的。而量子力学正是从微观着眼,去认识世界。因此,它的认识“更基本”。所以,量子力学的兴起,刷新了人类对整个世界的认知。搞清了量子行为,什么粒子物理、核物理、原子物理、固体物理、流体物理、热力学、化学,甚至生物学等等这些学科,都豁然开朗,突然就有了一个坚实、精准的共同基础!这还不算,它还开辟了N个新领域,让人类视界大开,功力倍增,野心暴胀……咳咳……这回,天上掉下来的不是馅饼,也不是林妹妹,而是拿着馅饼的林妹妹!

神马?具体点?好的。可是例子太多,细细列出来,也不知道又要写几本书,所以就随便说点点。比方说,开拓了凝聚态物理领域。这个领域有很多福利,其中一个,是让我们认识了电子、离子之类的玩意儿在固体材料中的行为。这为半导体的认识和应用奠定了基础,让我们可以利用它,实现电信号处理等功能,开辟了微电子学——研发信息获取、传输、储存、处理和输出的学科。乖乖,这是信息科学的基石啊!试想,如果此时此刻,无所不在的集成电路突然像青春一样小鸟一去不回来,我们失去的是什么?是全部现代生活,还有整个未来文明!值得欣慰的是,活字印刷技术又领先全球了!

再说化学。我们掌握了量子行为,原子的各种隐私也就被扒了个底朝天。那些玄玄乎乎的化学反应,一下子昭然若揭!现在,我们可以在量子论的指导下,编程设定原子属性,用电脑模拟各种化学反应,分析化合物性质,人性化界面、傻瓜式操作、纯绿色安装,附赠高清无码元素周期表一张哦!如此这般,高端大气上档次的化学,几乎搞成了可以培训上岗的工程学!化学如此,材料学更甚。这两门学问对人类发展的重要意义,就不用废话了吧?

超导、超流、激光、核能、芯片、人工智能、信息技术……这些伴生于量子力学的新名词,在几十年前,人类历史上还从未出现过,而现如今,它们让人类创造力呈几何梯级猛增,超过了此前人类漫长发展史的总和,而且未来也必将继续深刻影响人类的发展!谁能设想,当量子通信、量子计算、物质传输这些梦想照进现实的那一天,人类又将经历怎样深刻的巨变?谁又能想象,当我们踏过量子力学阶梯,一统物理学理论的那天,宇宙将有多少秘密让我们目眩心跳、魄荡魂销?又有多少新领域、新天地任我们尽情开拓、恣意驰骋?!

说起统一理论,这又是物理学心头的一块顽疮,不碰就奇痒难忍,一碰就剧痛难捱。相对论的成功已不必多说,无论从思想上、形式上、数学上、哲学上,都是那样妥帖、自然、优美、精准,不愧为人类史上最伟大的智慧结晶之一。量子力学虽然在解释上有争议,并且直到现在也没有最终完成,但它的强大功力已然征服了世界,与相对论平起平坐,分庭抗礼,各自成为物理学的两大支柱之一。并且,量子论与麦爷方程密切协作,取得了狭义相对论的支持,得到了量子场论,成为现代理论物理学的主流方法和工具。这一切看上去是那样和谐、完美。

然而,广义相对论在微观世界失效,而量子论在宏观世界铩羽,双方都稳稳地占住自己的地盘,却在对方势力范围无法涉足,它们互相尊重主权和领土完整,互不侵犯,互不干涉内政,却和平而不共处,平等而不互利,看样子,是要坚持不让步、不合作、不相容的政策100年不变!

我们的物理就是撑在这样两根不打算同舟共济的大柱上,天才们心里能舒服吗?所以,爱因斯坦迫不及待地出手,豁出去半辈子来搞统一场论,遭遇了举世瞩目的失败。后来人们发现,世界上除了老爱时代掌握的引力、电磁力以外,还有强相互作用力、弱相互作用力(以后称强力和弱力)。坑爹啊!

只用一半力,要是搞成了统一场论,你让宇宙怎么出来见人?

万物运转,归根结底都靠力。如果搞清楚这些力是怎么来的,问题是不是就不是问题了?

量子电动力学揭开了电磁力之谜:两人站在溜冰场,面对面抛接皮球,他俩的距离一定会越滑越远,这就是同性相斥;如果背对背,把球扔到对方墙壁上,再弹到对方手里,他俩距离一定会越滑越近,这就是异性相吸。粒子间的电磁力就是这么回事儿,它们互扔的皮球叫做光子。

日本物理学家汤川秀树一看,嗦嘎,强力和弱力难道不是这样吗?果然,人们发现,弱力、强力也是粒子们互扔皮球的结果!

扔“介子”是强力,力气最大,能把质子和中子捆在一起,打包成原子核。扔“中间玻色子”是弱力,力气只比引力强,能让不稳定粒子衰变。

现在,我们集齐了四种力,是不是就可以领取“统一理论”一枚了?

当然没那么简单。牛爷、老爱、麦爷只是分别描述了引力、电磁力,就已经站在人类智慧的巅峰了。统一四种力的难度,哼哼!弱力、强力还没有个理论来描述呢,就想统一?!自从盘古给上帝开天辟地以来,真主也没见过这等美事啊!是吧佛祖?

1954年,美国物理学家杨振宁(华裔)、米尔斯(Robert L.Mills)提出了“杨-米尔斯理论”,将规范理论拓展到“不可交换群”,以解释强力。N个物理学家参与了规范理论的建设,试图提供一个数学形式化的标准模型,去描述这些力。

看这几种力的路数,应该是同门同派,尤其是电磁力和弱力,更像是一个师傅教出来的!就差扔的皮球有点不一样了。美籍华裔李政道和杨振宁指出“弱相互作用下宇称不守恒”,吴健雄很快证明:两位师弟说得对呀!

这回,知道电磁力和弱力扔的皮球为啥不太一样了:只因在弱相互作用下,宇称是不守恒的,这才让同一种东西有了不同的表现。但是,不知为什么,弱力那么弱,用的皮球质量却大得出奇——比质子的质量大几十上百倍!这让高歌猛进的物理学家们心底泛起一阵淡淡的忧伤。

英国物理学家希格斯(Peter Higgs)提出了一种机制:宇宙中遍布一种场,一些基本粒子跟这个场互动,就会得到神秘礼物——质量。这个机制,就是大名鼎鼎的“希格斯机制”。

摸清了质量的来历,就好办了。美国物理学家温伯格(Steven Weinberg)、格拉肖(Sheldom Lee Glashow)、巴基斯坦物理学家萨拉姆(Abdus Salam)把希格斯机制引入他们的研究,实现了电磁力、弱力的统一,这就是“弱电统一理论”。天呐!这简直就是物理大统一的号角!

以上过程产生了N个诺奖获得者。

宇宙中一共就4种力,这么快就证明其中两种力是一回事儿,那么,实现四力统一,岂非指日可待?!

饼要一口一口吃,地要一块一块占。俄罗斯哦不,物理学家们贪婪的目光盯上了强力。

然而,这块领地已被“夸父”攻克。1964年,盖尔曼提出,所有强子(受强力控制的亚原子粒子。所谓亚原子粒子,就是结构比原子小的粒子)都是由夸克构成的,它们互扔一种叫“胶子”的皮球,把彼此粘在一起。夸克也分很多种,不同夸克不同组合,就成了质子、中子等不同的粒子。为了区分夸克,夸父盖尔曼用味道、颜色标识之,搞得这个理论味飞色舞,所以叫做“量子色动力学”。

量子色动力学出得厅堂入得厨房,斗得小三打得流氓,妥妥征服了强力的心。想一并收伏统一,似乎门儿都没有。

强攻无望,只能走亲情路线——大家都是规范场论、量子场论下的蛋,只要拉来实在亲戚“自发对称破缺的规范场”调和一下,在数学上追溯双方盘根错节的交往历史,许以适当条件,拉拢胶子,和亲结盟,共同开发夸克,再逐步同化,大统一不是没有可能。这个宏伟蓝图,就是雄心勃勃的大统一理论(GUT)。

美好的蓝图诱惑了多少物理英豪投身其中,我们不得而知,只知道大家七手八脚,搞出N个GUT变种,数量堪比量子力学五花八门的解释,每个变种都一本正经地描述了三种力,放眼望去,哪个都很统一很和谐,让人欢喜过后一筹莫展。不过,它们各自都有不同的预言,可供我们牵出去遛遛,看看谁是骡子谁是马。然而,这些预言验证起来,也是比登天还难。比方说,有的预言质子可能衰变——上部提到过,质子的寿命比宇宙还长,怎么验?再比如,有的预言存在磁单极子(只有N极或S极),到现在也没找到,可是,没找到,不代表没有,怎么验?无法验证的理论,前途都是灰暗的。

正当大家等得花都谢了、心也快碎了的惨淡季节,晴空霹雳般地传来一个好消息:2012年7月4日,欧洲核子中心(CERN)宣布发现了希格斯粒子,可信度大于99.99994% 。希粒子被称为“上帝粒子”,是标准模型的关键部分。这个发现,虽然让霍金又输了100美元赌金,但他和大家一样兴奋地意识到,这是物理学在2012年最大的进展,是标准模型的又一次胜利。诺贝尔奖有木有?!

标准模型拿到了上帝粒子这个丹书铁券,拉来了量子力学和狭义相对论两大靠山,还得到了三种力实验几乎所有结果的热烈拥护!如此勋业,是不是拽得可以到处煲“成功鸡汤”了?

还早呢!虽然它的成功看上去很纯粹,但实际上屁股还没擦干净。比方说,许多参数不能凭计算得出,而只能靠实验决定,相当于厨师做菜不是凭厨艺,只能靠品尝!还有巨额财产“弱电对称破缺”来历解释不清等等。这样搞法,分分钟要落马的节奏!所以,它现在最要紧的是恶补反侦察学,而不是狂晒成功学!

标准模型尚且如此,以它为基础的GUT能有多靠谱?何况,还搞出那么多变种,分不出哪个是A货、哪个是二货,场面这么乱,叫我如何说爱你?又何况,就算GUT成功洗白,脱胎换骨,完美地搞定三种力,那也是千里之行始于穿鞋,鞋带还没系好呢!因为,这三种力势力范围太小,只能在小尺度内起作用,尤其是强、弱二力,作用范围竟然只有10^-15米、10^-17米那么小,比原子直径(约10^-10米)小得多!到了大尺度,电磁力、强力、弱力就无能为力了,我们的老朋友引力开始接管一切,宇宙运行,星河流转,都乖乖地臣服在引力的君威之下。而GUT抢注了“大统一”的商标,版图中却不包括引力这块广袤疆域!

四力疆域图。不解释。

收归引力这事儿,GUT不是无心,而是无力。hello kitty自称Lion King,名儿起大了。hello kitty算是领教了:有引力一国傲立于此,其余三国都归晋了也只占半壁江山。牛顿、爱因斯坦只凭引力理论便可雄踞巅峰,就是明证。

割裂物理王国的鸿沟只剩最后一条,最大最深的那条。填平它,人类智慧将登上一座新的高峰。我们要用同一个理论,解释同一个世界,小至夸克,大至星系,宇宙万象,无不囊括其中。这个终极理论,叫做“万能理论”(TOE)。

在追寻TOE的路上,为了让广义相对论和量子论牵手,物理学家们可谓机关算尽。然而,二者就是水火不容,你耍方天画戟,我玩丈八蛇矛;你有三十六计,我来七十二变;你搞软硬兼施,我就软硬不吃!别说牵手,看都懒得看一眼。谁有办法?

正当大家挤在牵手论坛,闹哄哄莫衷一是之际,却有人无意间打开一道尘封的大门,幽长逼仄的暗道尽头,微光如星。

下一站,就在那里。

弦论怎样悄然降生?超弦革命带来的是什么?M理论是我们要找的TOE吗?

宇宙比我们想象的要大得多、丰富得多。人类可观测的物质,只占宇宙总物质的4%。我们的理论只能描述这4%。就这4%的理论,目前还没能统一。

宇宙如何诞生?如何运行?星空中倒底隐藏了多少不为人知的秘密?

生命从何而来,因何而生?为何至此?我们的存在,究竟仰仗于怎样伟大的设计?

只要心中仍有疑问,我们就该继续前进!

GO!

7 【后记】

——再给我挚爱的同好们

死寂。

真正的空,不是没有物质,而是没有维度——没有空间和时间。

量子涨落是一种神奇的存在。

但,更神奇的存在,是奇点。质量无穷大?密度无穷大?曲率无穷大?温度无穷大?

不。

它只是一个点。量子态的点。没观测之前,它没有物理量。一切,都不确定。是的,它,就是一切。

然而,它不可避免地爆发了。

空间维获释、激展。

时间开始了。

0秒。宇宙诞生。

10^-43秒,粒子诞生。夸克,轻子,规范粒子。温度10^38K。引力波凶猛而旖旎。

10^-36秒到10^-33~10^?32,负压力的真空能量发威,宇宙暴胀了10^78倍+。高度卷曲的时空被拉平,密度急剧下降。温度10^28K。宇宙结构显现。

10^-6秒,温度10^13K。上帝也无法阻止夸克的激情相拥。中子、质子出现。质子、反质子开始玩火拼湮没游戏。

1秒,正电子、电子开始火拼湮没。温度10^10,宇宙进入核物理能量范围。

3秒,温度10^9K。那时温度仍然很高,是太阳表面温度的16万倍。但质子、中子已感到丝丝凉意,纷纷抱团取暖。原初核开始合成。氦、氘应运而生。

宇宙仍是一片混沌。

但它不可逆转地走向无序——熵值增高。

30万年,温度3000K。混沌初开。原子核们抱足需要的电子数,达到正负平衡,变成中性原子。

电子云不安分地挟裹原子核。温度继续下降。原子们相遇时,电子云交叠合并,共同挟裹相斥的原子核,合为分子。直到情绪稳定。

从宇宙诞生之初,引力波的涟漪、量子涨落效应,便已让物质分布不均。气体尘埃在引力作用下,就近聚拢成纤维状的云,织如蛛网。

每根蛛丝中,都尘云罗布,就近聚拢成团。

云团中的尘埃就近聚拢成更多的小云团。密者更密,疏者益疏。10亿年,孕育出原星系。

在引力相互作用下,原星系开始自转,云团进一步坍缩,结成无数球状星体。恒星形成。这是星云中闪光的微粒。

星系团在宇宙蛛丝中轻舞飞扬。

一个不起眼的角落,旋转着一缕闪光的微粒。这是一座四旋臂的普通星系。它叫银河系。除去散落的气体、尘埃等物,银河系只有二千亿颗恒星。有的恒星伴有更细小的行星。

这些漂游时空的微粒相当脆弱,它们一旦相遇,必定粉身碎骨、飞散成埃。

90亿年。在银河系猎户臂内侧边缘的一个角落,一颗闪光的微粒,默默地随臂运转。它叫太阳。太阳的八颗行星忠实地相随共舞。带着更细小的微粒。这个小团队叫做太阳系。一个普通的恒星系统。

第三颗行星叫做地球。

这是一颗普通的行星。它的内部,因压力导致高温,呈液态,中心是一个固态核。外部由于热量散失,凝结成一层薄薄的固态壳,分成几块,漂浮在液态球的表面。

这粒脆弱的液滴无辜地飘荡在空中,幸运地保持体态完整。

地球虽不起眼,但它的大小、与太阳的距离、绕转轨道等,都恰好让它的表面保持一个美妙的温度段,可以维持一件稀罕物的存在——液态水。地球表面大部分被水覆盖。还包裹着一层薄薄的轻纱——大气层。

高山、河流、湖泊、海洋、阳光、云层、风霜雨雪,月色潮汐,好不热闹。

100亿年。水溶解了各种元素,奔流、混合、化合……阳光提供了足够的能量。分子们用了足够的时间。大分子越来越多。

一些分子的结构复杂起来。组成花样繁多的物质。

一个分子偶然拼出一款神奇的结构。这款设计,让它可以吸取能量,拿其他分子当原料,来复制自己。

这不是奇迹。在浩瀚的物质之海里,粒子们随机运行,无数叠加态相互侵扰、各种组合,从无限可能中,孕育出一个可能:

某个分子可以从外界获取能量、物质,并释放其中的一部分,让自己形成有序的结构,并保持这种耗散结构的存在。也就是说,它自发地把熵值保持在较低水平。

逆天了?!是的。这种低熵体叫做生命。

生命可以自我复制,数量呈指数增长。它们的结构越来越复杂,个体也越来越大,越来越有序,熵值越来越低。

它们的第一目的,是延续,好把这个游戏玩儿下去。它繁殖、进化、优胜劣汰,以维护这一目的。

渐渐地,它们可以感受环境,比如温度、光……趋利避害。

110亿年。陆地生命出现。

130亿年。动物出现水中,它可以去想去的地方。用来“想”的结构,叫神经系统。陆生植物出现。一只动物睁开眼睛。

134亿年。动物走上陆地。

138亿年。人类出现。他们抬眼望向星空。

公元前468年,墨子出生。

公元前384年,亚里士多德出生。

公元前300年,欧几里得出生。

公元1473年,哥白尼出生。

公元1563年,伽利略出生。

公元1571年,开普勒出生。

公元1642年,牛顿降世。

公元1791年,法拉第出生。

公元1831年,麦克斯韦降世。

公元1858年,普朗克出生。

公元1879年,爱因斯坦降世。

公元1885年,玻尔出生。

公元1901年,海森堡出生。

……

公元2011年。这一年的10月,地球人口达到70亿。在任何一种生命群体中,70亿分之1,都是一个完全可以忽略的数字。然而,他仍然被上述过程搞得心潮澎湃,乃至不忍独自回顾这伟大的创世历程。

和所有生物一样,他需要摄取能量,保持低熵状态。和所有人一样,他喜欢名利。大家都喜欢的东西,就要下更大的力气去角逐。而他更贪心,多了一个嗜好——自然。

此君便是区区在下。一个混迹于滚滚红尘,流连于浩浩广宇,陶醉于绵绵沉思的低熵体。

我始终坚信,自然给人类最大的恩典,是一颗会思考的大脑。

生而为人,我们凭着大脑,不仅可以支配更多资源,完成生物过程。而且,还可以思考,去认识我们身在其中的自然。这是进化附加的超值福利!

凭着大脑,人类拥有了巨大的创造力。从蒙昧走向文明,政治、经济、文化、科学……每个方面,都有一个伟大、辉煌的进步历程。

但,毋庸置疑,科学探索历程,是人类最壮丽、最恢弘的史诗。没有之一。只要考虑生命的意义,就不难得出这个结论。在这个领域,不是一个生物玩弄了另一个生物,也不是一群生物击败了另一群生物,而是人利用其它生物不具备的能力——思考,来克服视野狭小、感官低效的局限,不断拓展视界,突破智慧极限,去认识自然,认识自己。这个历程,赋予了生命更高层次的意义。

人类一思考,上帝就发笑。可是,人类不思考,就没有人类了。上帝这个观众会不会很无聊?

作为物质存在、能量转换的一种形式,生命本身没有特别的意义。除非,你在思考。

宇宙孕育了人类。人类是宇宙的一部分。我们思考宇宙,其实是宇宙在思考自己。

宇宙有138亿岁,而人类起源不过200万年,智人出现不过20多万年,长成现在这个样子不到4万年。这4万年里的多数时间,我们跟野兽并无多大区别。直到文明的开始。

人类文明史不过6000年。懂得用理性的方法去思考自然,不过2000年左右。现代科学体系创立不过400余年。近代物理学的创立只有300多年。而现在,我们认识世界所依赖的两大支柱,只建立了不到100年。并且其中一根还在建。

算起来,在宇宙史中,人类史只有短短的一瞬。而我们似乎浪费了这一瞬的绝大部分。为什么?

我们有一颗会思考的大脑,但并非天然会用。正如硬件相同的电脑,会因软件差异,而功用不同。如果没有正确的思考方法,那么,我们只能在思维上耍耍小聪明,拿诡辩术当方法论,自缚于逻辑怪圈,还以为这是大智慧。随处可见的“常有理+没办法+拎不清”就是这个道理。

其实,真正的空,不是没有维度,而是有一颗大脑,却不会思考。

是的,我们终于有了科学认识、科学方法、科学精神。

但它需要传播。当它成为人类的普遍思维模式时,我们的世界会美丽、和谐许多。

当我开始在键盘上敲下这些文字,发到网上时,我知道,这是一个小众的话题。可以理解的是,大多数人更关心的,是那些触手可及的东西。

出乎意料的是,小众话题居然聚来了这么多网友“同好”,并且从开篇起到现在的4年多时间里,有的同好一直跟了下来(甚至下部发第二遍时,老楼里的同好仍跟过来一直暖楼),始终如一地支持、鼓励、帮助、呵护,这让我受宠若惊,又倍感温暖和鼓舞。

一个人写这么长的物理学史,我不知道有多少人做过。但我知道,这是一件相当困难的事,对我这样一个业余爱好者来说。况且,生活中还有那么多烦扰。

我很庆幸,自己能坚持到现在。只因为你们,我挚爱的同好们!

是的,只因为你们。这种支持,是纯粹的,因而是高尚的。要知道,4年多的时间,有的人结了婚已经离了,有的人拜了把子已经掰了,有的桥搭起已经塌了……经济沧海桑田,政治河东河西,文化跟风趋避,而你们,我的同好,凭什么不离不弃?

谁都有工作,谁都有家庭。我们的这个世界,没人不忙。除了富二代官二代,不忙都会饿肚子。但我的同好们,能够总是想着来顶这个帖子。而这个帖子的作者,无权无势,你们根本没见过,他不可能给你们带来任何世俗向往的“好处”。 甚至在他长时间不更新时,这种支持也未曾间断,依然无怨无悔、没话找话地顶贴,用一种近乎悲壮的执著!

这一切,令我感动,令我震撼。

这本书,其实是我们大家共同的作品。这个帖子,是我们共同的精神桃园。

关于这篇文字,我想,它可以不是优美的、深邃的、高远的、犀利的,但,它必须是真诚的。

生命的意义是什么?这是一个古老的哲学命题。

我不能给出一个答案。但于我而言,生命的意义在于:

我来过,我思考过。

谢谢!

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