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报告错误 上帝掷骰子吗-量子物理史话-第42章
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坏奈侍猓旱敝悄苌锷形囱莼隼矗飧鲇钪嬷谢姑挥小耙馐丁钡氖焙颍〉淖刺窃跹哪兀磕训浪担谝桓鲇幸馐兜纳锏某鱿植攀沟么哟瓷鹬聊且簧材堑挠睢≈胬吩谝凰布涑晌质担磕训浪怠爸悄堋钡牟斡杩梢栽谀且豢谈谋涔ィ飧觥肮ァ 鄙踔涟怂陨淼难莼罚俊 �1979年是爱因斯坦诞辰100周年，在他生前工作的普林斯顿召开了一次纪念他的讨论 会。在会上，爱因斯坦的同事，也是玻尔的密切合作者之一约翰？惠勒（John Wheeler）提 出了一个相当令人吃惊的构想，也就是所谓的“延迟实验”（delayed choice experiment）。在前面的章节里，我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了，根据哥本哈根 解释，当我们不去探究电子到底通过了哪条缝，它就同时通过双缝而产生干涉，反之，它 就确实地通过一条缝而顺便消灭干涉图纹。惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出，我们可 以“延迟”电子的这一决定，使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后，再来选择究竟是通 过了一条缝还是两条！ 这个实验的基本思路是，用涂着半镀银的反射镜来代替双缝。一个光子有一半可能通 过反射镜，一半可能被反射，这是一个量子随机过程，跟它选择双缝还是单缝本质上是一 样的。把反射镜和光子入射途径摆成45度角，那么它一半可能直飞，另一半可能被反射成 90度角。但是，我们可以通过另外的全反射镜，把这两条分开的岔路再交汇到一起。在终 点观察光子飞来的方向，我们可以确定它究竟是沿着哪一条道路飞来的。 但是，我们也可以在终点处再插入一块呈45度角的半镀银反射镜，这又会造成光子的 自我干涉。如果我们仔细安排位相，我们完全可以使得在一个方向上的光子呈反相而相互 抵消，而在一个确定的方向输出。这样的话我们每次都得到一个确定的结果（就像每次都 得到一个特定的干涉条纹一样），根据量子派的说法，此时光子必定同时沿着两条途径而 来！ 总而言之，如果我们不在终点处插入半反射镜，光子就沿着某一条道路而来，反之它 就同时经过两条道路。现在的问题是，是不是要在终点处插入反射镜，这可以在光子实际 通过了第一块反射镜，已经快要到达终点时才决定。我们可以在事情发生后再来决定它应 该怎样发生！如果说我们是这出好戏的导演的话，那么我们的光子在其中究竟扮演了什么 角色，这可以等电影拍完以后再由我们决定！ 虽然听上去古怪，但这却是哥本哈根派的一个正统推论！惠勒后来引玻尔的话说，“ 任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”，我们是在光子上路之前还是途 中来做出决定，这在量子实验中是没有区别的。历史不是确定和实在的除非它已经被记 录下来。更精确地说，光子在通过第一块透镜到我们插入第二块透镜这之间“到底”在哪 里，是个什么，是一个无意义的问题，我们没有权利去谈论它，它不是一个“客观真实” ！惠勒用那幅著名的“龙图”来说明这一点，龙的头和尾巴（输入输出）都是确定的清晰的 ，但它的身体（路径）却是一团迷雾，没有人可以说清。 在惠勒的构想提出5年后，马里兰大学的卡洛尔？阿雷（Carroll O Alley）和其同事当 真做了一个延迟实验，其结果真的证明，我们何时选择光子的“模式”，这对于实验结果 是无影响的（和玻尔预言的一样，和爱因斯坦的相反！），与此同时慕尼黑大学的一个小组 也作出了类似的结果。 这样稀奇古怪的事情说明了什么呢？ 这说明，宇宙的历史，可以在它实际发生后才被决定究竟是怎样发生的！在薛定谔的 猫实验里，如果我们也能设计某种延迟实验，我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活 ！比如说，原子在1点钟要么衰变毒死猫，要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟 装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否，我们就可以在2点钟这个“未来” 去实际决定猫在1点钟的死活！ 这样一来，宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然 宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年，但某种“延迟”使得它直到被一个高级生物 所观察才成为确定。我们的观测行为本身参予了宇宙的创造过程！这就是所谓的“参予性 宇宙”模型（The Prticipatory Universe）。宇宙本身没有一个确定的答案，而其中的生 物参予了这个谜题答案的构建本身！ 这实际上是某种增强版的“人择原理”（anthropic principle）。人择原理是说，我 们存在这个事实本身，决定了宇宙的某些性质为什么是这样的而不是那样的。也就是说， 我们讨论所有问题的前提是：事实上已经存在了一些像我们这样的智能生物来讨论这些问 题。我们回忆一下笛卡儿的“第一原理”：不管我怀疑什么也好，有一点我是不能怀疑的 ，那就是“我在怀疑”本身。“我思故我在”！类似的原则也适用于人择原理：不管这个 宇宙有什么样的性质也好，它必须要使得智能生物可能存在于其中，不然就没有人来问“ 宇宙为什么是这样的？”这个问题了。随便什么问题也好，你首先得保证有一个“人”来 问问题，不然就没有意义了。 举个例子，目前宇宙似乎是在以一个“恰到好处”的速度在膨胀。只要它膨胀得稍稍 快一点，当初的物质就会四散飞开，而无法凝聚成星系和行星。反过来，如果稍微慢一点 点，引力就会把所有的物质都吸到一起，变成一团具有惊人的密度和温度的大杂烩。而我 们正好处在一个“临界速度”上，这才使得宇宙中的各种复杂结构和生命的诞生成为可能 。这个速度要准确到什么程度呢？大约是10^55分之一，这是什么概念？你从宇宙的一端 瞄准并打中在另一端的一只苍蝇（相隔300亿光年），所需准确性也不过10^30分之一。类似 的惊人准确的宇宙常数，我们还可以举出几十个。 我们问：为什么宇宙以这样一个速度膨胀？人择原理的回答是：宇宙必须以这样一个 速度膨胀，不然就没有“你”来问这个问题了。因为只有以这样一个速度膨胀，生命和智 慧才可能诞生，从而使问题的提出成为可能！显然不会有人问：“为什么宇宙以1米/秒的 速度膨胀？”因为以这个速度膨胀的宇宙是一团火球，不会有人在那里存在。 参予性宇宙是增强的人择原理，它不仅表明我们的存在影响了宇宙的性质，更甚，我 们的存在创造了宇宙和它的历史本身！可以想象这样一种情形：各种宇宙常数首先是一个 不确定的叠加，只有被观测者观察后才变成确定。但这样一来它们又必须保持在某些精确 的范围内，以便创造一个好的环境，令观测者有可能在宇宙中存在并观察它们！这似乎是 一个逻辑循环：我们选择了宇宙，宇宙又创造了我们。这件怪事叫做“自指”或者“自激 活”（self…exciting），意识的存在反过来又创造了它自身的过去！ 请各位读者确信，我写到这里已经和你们一样头大如斗，嗡嗡作响不已。这个理论的 古怪差不多已经超出了我们可以承受的心理极限，我们在“意识”这里已经筋疲力尽，无 力继续前进了。对此感到不可接受的也绝不仅仅是我们这些门外汉，当时已经大大有名的 约翰？贝尔（John Bell，我们很快就要讲到他）就嘟囔道：“难道亿万年来，宇宙波函数一 直在等一个单细胞生物的出现，然后才坍缩？还是它还得多等一会儿，直到出现了一个有 资格的，有博士学位的观测者？”要是爱因斯坦在天有灵，看到有人在他的诞辰纪念上发 表这样古怪的，违反因果律的模型，不知作何感想？ 就算从哥本哈根解释本身而言，“意识”似乎也走得太远了。大多数“主流”的物理 学家仍然小心谨慎地对待这一问题，持有一种更为“正统”的哥本哈根观点。然而所谓“ 正统观念”其实是一种鸵鸟政策，它实际上就是把这个问题抛在一边，简单地假设波函数 一观测就坍缩，而对它如何坍缩，何时坍缩，为什么会坍缩不闻不问。量子论只要在实际 中管用就行了，我们更为关心的是一些实际问题，而不是这种玄之又玄的阐述！ 但是，无论如何，当新物理学触及到这样一个困扰了人类千百年的本体问题核心后， 这无疑也激起了许多物理学家们的热情和好奇心。的确有科学家沿着维格纳的方向继续探 索，并论证意识在量子论解释中所扮演的地位。这里面的代表人物是伯克利劳伦斯国家物 理实验室的美国物理学家亨利？斯塔普（Henry Stapp），他自1993年出版了著作《精神，物 质和量子力学》（Mind； Matter； and Quantum Mechanics）之后，便一直与别的物理学家 为此辩论至今（大家如果有兴趣，可以去他的网页www… physics。lbl。gov/~stapp/stappfiles。html看看他的文章）。这种说法也获得了某些人的 支持，去年，也就是2003年，还有人（阿姆斯特丹大学的Dick J。 Bierman）宣称用实验证 明了人类意识“的确”使波函数坍缩。不过这一派的支持者也始终无法就“意识”建立起 有说服力的模型来，对于他们的宣称，我们在心怀惧意的情况下最好还是采取略为审慎的 保守态度，看看将来的发展如何再说。 我们沿着哥本哈根派开拓的道路走来，但或许是走得过头了，误入歧途，结果发现在 尽头藏着一只叫做“意识”的怪兽让我们惊恐不已。这已经不是玻尔和哥本哈根派的本意 ，我们还是退回到大多数人站着的地方，看看还有没有别的道路可以前进。嗯，我们发现 的确还有几条小路通向未知的尽头，让我们试着换几条道路走走，看看它是不是会把我们 引向光明的康庄大道。不过让我们先在原来的那条路上做好记号，醒目地写下“意识怪兽 ”的字样并打上惊叹号以警醒后人。好，现在我们出发去另一条道路探险，这条小道看上 去笼罩在一片浓雾缭绕中，并且好像在远处分裂成无限条岔路。我似乎已经有不太美妙的 预感，不过还是让我们擦擦汗，壮着胆子前去看看吧。 ********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（七） 海森堡不久便从报上得知了炸弹的实际重量：200千克，核心爆炸物只有几千克。他 显得烦躁不已，对自己的估计错在何处感到非常纳闷。他对哈特克说：“他们是怎么做到 的？如果我们这些曾经干过同样工作的教授们连他们（理论上）是怎么做到的都搞不懂，我 感到很丢脸。”德国人讨论了多种可能性，但一直到14号，事情才起了决定性的转变。 到了8月14号，海森堡终于意识到了正确的计算方法（也不是全部的），他在别的科学 家面前进行了一次讲授，并且大体上得到了相对正确的结果。他的结论是6。2厘米半径 16千克！而在他授课时，别的科学家对此表现出一无所知，他们的提问往往幼稚可笑。德 国人为他们的骄傲自大付出了最终的代价。 对此事的进一步分析可以在1998年出版的《海森堡与纳粹原子弹计划》（Paul Rose） 和2000年出版的《希特勒的铀俱乐部》
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