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南方科技大學創校校長演講
作者:管理員    發布于:2019-02-18 14:52:29    文字:【】【】【

這個世界其實是你想象出來的——恐怖的量子力學正徹底顛覆人類的

  物理世界觀  

 

 

    朱清時,中國科學技術大學前校長、中國科學院院士、國務院學位委員會委員、第三世界科學院院士、中國綠色化學的主要倡導者和組織者、南方科技大學創校校長、1994年獲海外華人物理學會亞洲成就獎和湯普遜紀念獎。    

    量子力學的詭異現象 量子力學也是自然科學史上被實驗證明最精確的一個理論,但是量子的觀念,沒有人能夠理解。我說的沒有人能夠理解,絕不是指像我們這個層次的人,而是說連量子力學的創始人都不能理解.那么量子力學最不好懂的是些什么問題呢?我先把量子力學中人們最不好懂的東西介紹給大家,而最不好懂的東西最后恰好是證明了:意識不能被排除在客觀世界之外。一定要把意識加進去你才能夠認識搞懂它。    

態疊加與坍縮  量子力學的第一個詭異現象叫做態疊加原理和坍縮。    為了解釋量子力學觀念,我先說說普通人的日常經驗。一般人認為客觀物體一定要有一個確定的空間位置,這種存在,是不以人的意志為轉移的、是客觀的。比如說,我的女兒現在在客廳里面,或者說我的女兒現在不在客廳里面,兩者必居其一。    【女兒可以既在又不在客廳里嗎?】    但在量子力學里就不一樣了。量子力學就像說你的女兒既在客廳又不在客廳,你要去看這個女兒在不在,你就實施了觀察的動作。你一觀察,這個女兒的存在狀態就坍縮了,她就從原來的,在客廳又不在客廳的疊加狀態,一下子變成在客廳或者不在客廳的唯一的狀態了。    所以量子力學怪就怪在這兒:你不觀察它,它就處于疊加態,也就是一個電子既在A點又不在A點。你一觀察,它這種疊加狀態就崩潰了,它就真的只在A點或者真的只在B點了,只出現一個。    那有人就會說了:這是詭辯,你怎么知道電子不觀察它的時候,它既在A點又不在A點呢?    好,這就是量子力學發展過程中,很多實驗確證的事情,其中一個最著名最重要的實驗,就是干涉實驗證實。     【電子同時在兩處】    電子在沒有觀測的時候,沒有確定的狀態。所以這件事是量子力學最詭異的事情。懂了這個,就懂了量子力學最詭異的東西,而且隨后我們就能來證明:量子力學離不開意識,意識是量子力學的基礎。    - 2 -  單體的疊加態:薛定諤的貓  剛才說的是量子力學第一個詭異之點,現在我們來看看這個詭異之點往下推論,能夠推出什么結果。最后結果會使大家認識到,意識是量子力學的基礎,物質世界和意識不可分開。  這個實驗是量子力學的創始人薛定諤提出的,被稱為“薛定諤的貓”。    【既死又活的疊加態貓】    現在我來說薛定諤的實驗是什么:把一只貓放進一個封閉的盒子里,然后把這個盒子接到一個裝置上,這個裝置包含一個原子核和一個毒氣設施。原子核有百分之五十的可能性發生衰變,衰變的時候就會發射出一個粒子來,這個粒子一發出來就會觸發毒氣設施,毒氣一觸發就會殺死這只貓,就是說貓也處于這種既死又活的迭加狀態。這是他想象中的一個實驗。    這個問題一提出來,物理學家一個個都驚呆了,原來以為只有微觀世界才有這種態疊加,就是狀態不確定,既處于這個狀態,又不處于這個狀態。現在宏觀世界也一樣了,貓不就是這樣嗎?有一只既死又活的貓。    這與我們的經驗嚴重違背。這個實驗實際上就是“女兒在客廳里,女兒不在客廳里”變了個樣子說出來。這個貓是死了還是活著?既死又活是同時存在的,量子力學認為兩者同時存在。    那么怎么可能既死又活同時存在呢?人不能想象這種狀態,于是大家就把這個實驗進一步討論下去。     【從不確定到確定可避免意識參與嗎?】    1963年獲得諾貝爾物理學獎的維格納想了一個新的辦法,他說:我讓個朋友戴著防毒面具也和貓一起呆在那個盒子里面去,我躲在門外,對我來說,這貓是死是活我不知道,貓是既死又活。事后我問在毒氣室里戴防毒面具的朋友,貓是死是活?朋友肯定會回答,貓要么是死要么是活,不會說是半死不活的。    他這個說法一出來大家就發現,問題在哪兒呢?一個人和貓一起呆在盒子里,人有意識,意識一旦包含到量子力學的系統中去,它的波函數就坍縮了,貓就變成要么是死,要么是活了。也就是說貓是死是活,只要一有人的意識參與,就變成要么是死,要么是活了,就不再是模糊狀態了。    維格納總結道,當朋友的意識被包含在整個系統中的時候,疊加態就不適用了。即使他本人在門外,箱子里的波函數還是因為朋友的觀測而不斷地被觸動,因此只有活貓或者死貓兩個純態的可能。        維格納認為,意識可以作用于外部世界,使波函數坍縮是不足為奇的。確實只能這樣認為。因為外部世界的變化可以引起我們意識的改變。    大家想過沒有,牛頓第三定律說作用力與反作用力是相等的。我們的意識能夠受外部世界的影響而改變,大家都覺得沒有問題,對吧?人的意識就是受外界客觀世界的影響改變了,隨時都在變化。那為什么客觀世界就能改變意識,意識就不能改變客觀世界呢?    他就說意識是能夠改變客觀世界的,意識改變客觀世界就是通過波函數坍縮,就是使不確定狀態變成確定的狀態,這樣來影響的。    所以波函數,也就是量子力學的狀態,從不確定到確定必須要有意識的參與,這就是爭論到最后大家的結論。     【測量的核心是人的意識】    自然科學總是自詡為最客觀、最不能容忍主觀意識的,現在量子力學發展到這個地步,居然發現人類的主觀意識是客觀物質世界的基礎了。    因為量子力學是我們客觀物質世界最基礎的理論。剛才說過了,二十世紀人類技術進展都跟量子力學有關,而且量子力學經過了最精確的實驗驗證。    量子力學的基礎就是:從不確定的狀態變成確定的狀態,一定要有意識參與。這是物理學的一個重大成就。    到這一步,我們對量子力學的詭異已經有所了解了,詭異的基礎實際上是:意識和物質世界不可分開,意識促成了物質世界從不確定到確定的轉移。    這點很像在佛學中,一個念頭一下子使物質世界產生出來了,這樣的概念。物質世界產生出來實際上是從不確定一下子變成確定的,這兩者很類似。    剛才講了量子力學兩個詭異之點,詭異之點到最后就達到了物質世界離不開意識,意識是物質世界的基礎,意識才使物質世界從不確定到確定,發生這樣的坍縮,也就是變化。    - 3 -  多體的疊加態:量子糾纏  現在再來講量子力學第三個詭異之點,這個和前面講的狀態有關,是它們的直接結論,叫做量子糾纏。    量子糾纏與“薛定諤的貓”是類似的,只不過“薛定諤的貓”講的是同一個東西處于不同的狀態的疊加,量子糾纏講的是如果有兩個以上的東西它們都處于不同的狀態的疊加,它們彼此之間一定有明確的關系。這就是量子糾纏。     【糾纏態的手套】    比方,我們從北京買了一雙手套,把手套中的一只寄到香港,另一只寄到華盛頓,那么寄到香港的是左手戴的還是右手戴的?    誰都不知道,如果香港的人收到了打開一看,是左手的,那華盛頓的人不用看就知道收到的是右手的,因為手套是左右配對的,這是個規則。一旦寄出去了,寄的過程中不確定,但是一個人只要觀測了他收到的手套是左手的還是右手的,另一個人不用觀測就知道了。這就是糾纏的一個例子。    大家會認為,你看沒看它沒關系,它早就確定了。但量子力學大量實驗證明,如果把同一個量子體系分開成幾個部分,在未檢測之前,你永遠不知道這些部分的準確狀態;如果你檢測出其中之一的狀態,在這瞬間其他部分立即調整自己的狀態與之相應。    這樣的量子體系的狀態叫做“糾纏態”。就好比這個手套在寄出以后,在還沒被觀測之前,它是不是確定呢?肯定不確定。只有在你確定了其中某一個的狀態,另一個的狀態立刻就變化了,也變得確定起來了。這種關聯就叫作量子糾纏。    大家也許很難理解這個糾纏,說實話,這個已經超出了我們人類的理解能力的范圍之外,你只能去試圖想他、接受他,跟我們日常生活中的客觀經驗已經不符了。     【量子隱形傳輸——瞬間傳輸的未來】    這個例子還說明糾纏的一個重要特點:糾纏一方得到的任何信息,另一方也會馬上感到,不需要信息傳遞。這一點很重要,后面要用到。    這種糾纏的例子大家還容易理解,但是對于物質世界的糾纏大家不太容易理解,原因就在于大家的觀念都認為一個事物永遠都有個確定的狀態,但是量子力學發現微觀世界的事物,在還沒被觀察之前沒有明確的狀態。    大家記住量子糾纏就是對于多個微觀物體,在被觀察之后,它們的狀態會從不確定到確定,作一個有關聯的突變。量子糾纏現在已經變成一個工具了,這個工具可以用來傳輸東西、傳輸信息。    我先來說,非量子力學的經典物理學的信息傳輸。    比如一位女士有一本書,或者任何信息,她想傳輸到一位男士手上去,這個男士在紐約,兩個人根本看不見。    經典物理學的傳輸方式是女士拿掃描儀來掃描這本書,掃描之后通過網絡系統,把信號傳到男士那去,男士再把它打印出來,這就是經典信號傳輸了。    但經典信號傳輸有個大缺點,就是不完全。因為一本書在掃描時候只能得到它的部分信息,這本書的顏色、紙張的厚度、紙張的原子分子結構那就傳不過去,傳的只是照相的圖像,這就是經典物理學的信號傳輸。    量子信號傳輸就完全不同了。量子信號的傳輸利用量子糾纏態。    如果這位女士與男士離得很遠,一個在火星上,一個在地球上,他們可以用量子糾纏來傳輸信息。如果女士在A點,她有光子A;男士在B點,他有光子B。    光子A和B處于糾纏態,對A光子施加的任何作用或給她的任何信息,B光子都馬上得到。如果把這本書的全部信息作用于A光子,那么B光子也馬上得到。    這就是量子隱形傳輸中,最后的B點得到的是和原來完全一樣的信息。    經典物理傳輸后所復制出來的,只是紙上圖像的信息,沒有復制任何“實體”本身。而量子隱形傳輸卻從“實體”得到完整的信息,從而復制出了“實體”本身,盡管只是一個小小的量子態!    這個工作現在在全世界做得最領先的是歐洲國家,然后就是中國。    中科大有個年輕教授叫潘建偉,他做這個在全世界很有名,做得很好。這個量子隱性傳輸能夠實現,就使得人類有這種可能:可以把在地球上某個東西的全部信息傳到火星上去,而且瞬間就傳播了。    現在傳播的是某個東西的全部信息,總有一天能實現把一個人的全部信息傳遞到火星上去,然后在那個地方用原子組裝出來,不就變成傳輸了一個人了嗎?這個超遠距離隱性傳輸,就類似于中國古典小說中的幻想。    (注:不是幻想,這就是中國剛發射的量子衛星原理)    我講這個,主要想讓大家理解并記住,如果兩個地方的物質處于糾纏態,從糾纏的一方的所有信息可以瞬間傳遞到糾纏的另一方去,這種傳輸沒有時間空間的限制,是瞬間傳播的。這是量子力學第三個詭異的地方。      意識是量子物理現象 意識是一種量子力學現象。為什么這么說呢?比如你面前出現了一朵花,這時有兩種可能的狀態:    一個沒有任何分別心的人,“對境無心”,看花不是花,此時他的意識處于自由的狀態,他沒看到花是不是紅的,好不好看,他看它并不是花,他根本就不動念頭。    這種境界在唐代張拙的詩中寫道“一念不生全體現,六根才動被云遮”。     【未經測試的電子&未生念頭的意識】    這個自由狀態與剛才所說量子力學的詭異現象怎么可以比較起來呢?就是電子這些東西,在你沒有測量的時候,它處處都存在,也處處不存在,一旦你測量,電子就有個固定狀態出來了。    意識也是這樣,如果你看到這朵花,一下子動念頭了,動念頭實質上就是作了測量。    你用鼻子作了測量發現是香的,你眼睛進行測量發現是紅色的而且美麗,你動意念去測量它,發現它很令人愉快。    于是這些測量的結果,也就是念頭的結果,一下子使你產生了進一步的念頭:這是一朵玫瑰花,就認出它來了。    人意識的發動的過程實際上是通過動念進行測量,然后產生念頭。這時候念頭產生出來了,實質是通過測量得出的幾個我們制造出來的概念。這時意識不再自由,它突然坍塌到一個概念“玫瑰花”上。    因此是念頭產生了“客觀”,念頭就是測量,客觀世界是一系列復雜念頭造成的。    說得更深一步,《楞嚴經》講“性覺必明,妄為明覺,本覺明妙,覺明為咎”,是什么意思呢?    整個物質世界的產生,實際上在意識形成之初,宇宙本體本來是清凈本然的,一旦動了念頭想去看它了,這念頭就是一種測量,一下子就使這個“清凈本然”變成一種確定的狀態,這樣就生成為物質世界了。《楞嚴經》最早、最清楚地把意識和測量的關系說出來了。     【佛學和自然科學最終會在山頂匯合嗎?】    有很多人習慣說佛學是迷信,我說不,佛學不是迷信,佛學研究的東西和自然科學不同,是宇宙的另一方面,就是意識。    佛學和自然科學的研究就像爬喜馬拉山一樣,一個從北坡往上爬,一個從南坡往上爬,總有一天兩者要會合的。       量子意識 這一部分介紹現在世界上的科學家研究量子意識達到什么水平了。這些材料取自于《科技日報》上一篇大文章,標題是《物理學和數學能完整描述真實嗎——世界著名物理學家論辯量子意識》,其中介紹世界上對量子意識的研究。    科學家們現在已經開始認識到了,意識是種量子力學現象。    這點可能與我前面講的這些東西有關:意識像量子力學的現象,意識的念頭像量子力學的測量。    人的意識過去一直都沒有搞清楚,包括中醫經絡學說講的“氣”,“真氣循環”。“氣”用任何實驗方法都沒有找到。很可能意識或是“真氣”這種東西,實際上是量子力學現象,用經典物理學的電學、磁學及力學方法去測量,是測量不出來的。    量子力學現象的一個主要狀態,就是剛才說的量子糾纏。    大腦中有海量電子,它們處于復雜的糾纏狀態。意識就是大腦中這些處于糾纏狀態的電子在周期性的坍縮中間產生出來的。這些電子不斷坍縮又不斷被大腦以某種方式使之重新處于糾纏態。這就是現在量子意識的一種基本觀念。    這個假說在解釋大腦的功能方面已經開始有一些地位了,形成了量子意識現象的基礎。    目前關于量子意識的理論有好幾種,這里介紹影響最大的:英國劍橋大學的教授彭羅斯(Roger Penrose)和美國一位教授哈梅羅夫(Stuart Hameroff)他倆創立的理論。    彭羅斯曾和霍金合作發現了黑洞的各種特征,是現代頂級的物理學家。他寫了一本非常著名的書叫《皇帝新腦》,不知大家看了這本書沒有,現在到書店去還找得著。    他這本書就是研究意識,他認為人的大腦有一點是現在的計算機和機器人做不到的,就是人的大腦有直覺。計算機和機器人都是邏輯運算,所以它不能產生直覺。直覺這種現象,彭羅斯認為只能是量子系統才能夠產生。    靈魂也是量子信息嗎?    彭羅斯和哈梅羅夫認為,在人的大腦神經元里有一種細胞骨架蛋白,是由一些微管組成的,這些微管有很多聚合單元等等,微管控制細胞生長和神經細胞傳輸,每個微管里都含有很多電子,這些電子之間距離很近,所以都可以處于量子糾纏的狀態。    在坍縮的時候,也就是進行觀測的時候,起心動念開始觀測的時候,在大腦神經里,就相當于海量的糾纏態的電子坍縮一次,一旦坍縮,就產生了念頭。    如果按照他們的理論,腦細胞里存在著大量的糾纏態的電子,那就不可避免地有量子隱性傳輸存在,因為宇宙中的電子和大腦中的電子都來源于“大爆炸”,是可能糾纏在一起的,一旦糾纏,信息傳輸就能不受時間空間限制地隱性傳輸了。    按照彭羅斯和哈梅羅夫的理論,我們的大腦中真是存在海量的糾纏態電子的話,而且我們的意識是這些糾纏態電子坍縮而產生的,那么意識就不光是存在于我們的大腦神經系統細胞之中,不只是大腦神經細胞的交互,而且也形成在宇宙之中,因為宇宙中不同地方的電子可能是糾纏在一起的。    這樣一來,人的意識不僅存在于大腦之中,也存在于宇宙之中,在宇宙的哪個地方不確定。量子糾纏告訴我們,一定有個地方存在著人的意識,這是量子糾纏的結論。    如果人的意識不光存在于大腦之中,也通過糾纏而存在于宇宙某處,那么在人死亡的時候,意識就可能離開你的身體,完全進入到宇宙中。    所以他們認為有些人的瀕死體驗,實際上是大腦中的量子信息所致。    在這個時候,心臟停止跳動、血液停止流動,微管失去量子狀態,而大腦中的量子信息并沒有被破壞,它只是被干擾驅散到宇宙中去了。    如果一個人死后復生,蘇醒過來,量子信息又回到他的大腦中去,此時他會驚訝地說:“我經歷了一次瀕死的經驗。”    如果這位患者沒有死而復生,最終死亡之后量子信息將離開身體,從而可能被模糊地鑒別為靈魂。    所以,彭羅斯和哈梅羅夫就認為,如果是用量子信息的方法來解釋,說人的大腦意識真是產生于量子信息的狀態,有量子糾纏存在的話,那么人體的信息是不會消滅的,只會回到宇宙的某一處。    他們認為人體的這種信息可以模模糊糊地定義為靈魂。不是和大家說的那個靈魂一模一樣,但是它的狀態與我們過去說的靈魂非常類似。    以上的這些是彭羅斯和哈梅羅夫的理論,現在的科學家正在開始進行大量的實驗,來驗證人的大腦中是否存在量子糾纏態的電子。已經有一批實驗做出來了。     【探索量子意識,任重而道遠】    2003年到2009年之間,有個叫康特的人做了一系列實驗,他證明了人的精神也就是意識狀態,存在著量子糾纏的現象。    加州大學伯克利分校的物理學家,認為他們發現了生物系統量子相干現象的證據,相干是糾纏的一種。    他們認為綠色植物在光合作用中就是表現出了量子計算的能力,量子計算就是量子糾纏的一種運用,所以量子糾纏在大腦中是存在的。    2010年,英國牛津大學的科學家,在《物理評論快報》上發表了一篇論文,他們發現在歐洲有種鳥,叫歐洲知更鳥(European robins),這種鳥是候鳥,它們飛得很高,但是每次找路都找得很準確。    他們發現在這種鳥的眼睛中有一個基于量子糾纏態的指南針,所以它們能用量子糾纏態的指南針來感知地球磁場很微弱的變化,來指導它們的飛行。因此如果鳥的感知系統使用了量子糾纏的話,那么人的系統中自然就有可能存在量子糾纏了。    總之,關于量子意識理論的實驗仍正在進行之中,目前還很難下結論。    但是毫無疑問,物理學已經從任何事物都是“如露亦如電,應作如是觀”這個方向往佛學的境界上又靠近一步了。

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