量子物理史话

1.现代文明的繁盛是理性的胜利,而量子论无疑是理性的最高成就之一。但是它被赋予的力量太过强大,以致有史以来第一次,我们的理性在胜利中同时埋下了能够毁灭它自身的种子。以致量子论的奠基人之一玻尔(Niels Bohr)都要说:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”

2.我的方法,就建立在这样一种假设上面:当你把一切不可能的结论都排除之后,那剩下的,不管多么离奇,也必然是事实。

3.我们的结论和我们的观测行为本身大有联系。

4.采取不同的手段,往往会得到不同的答案,它们随着不确定性原理摇摇摆摆,你根本不能说有一个客观确定的答案在那里。在量子论中没有外部世界和我之分,我们和客观世界天人合一,融和成为一体,我们和观测物互相影响,使得测量行为成为一种难以把握的手段。在量子世界,一个电子并没有什么“客观动量”,我们能谈论的,只有它的“测量动量”,而这又和我们的测量手段密切相关。

5.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与了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参与性宇宙”模型(The Participatory Universe)。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参与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。
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!
参与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!

6.认识理论
关于“科学”的界定,证实和证伪两派一直吵个不休,这个题目太大,我们没有兴趣参与,这里只是随便聊两句证实和证伪的问题。
怎样表述一个命题才算是科学的?按照证伪派,它必须有可能被证明是错误的。比如“所有的乌鸦都是黑的”,那么你只要找到一只不是黑色的乌鸦,就可以证明这个命题的错误,因此这个命题没有问题。相反,如果非要“证实”才接受这个论断的话,那可就困难了,而且实际上是不可能的!除非你把所有的乌鸦都抓来看过,但你又怎么能知道你已经抓尽了天下所有的乌鸦呢?
对于科学理论来说,“证实”几乎也是不可能的。比如我们说“宇宙的规律是F=ma”,这里说的是一种普遍性,而你如何去证实它呢?除非你观察遍了自古至今,宇宙每一个角落的现象,发现无一例外,你才可以“证实”这一点。即使这样,你也无法保证在将来,这条规律仍然起着作用。事实上,几乎没有什么科学理论是可以被“证实”的,只要它能够被证明为“错”但还未被证明“错”(按照波普尔,以一种积极面对证伪的态度),我们就暂时接受它为可靠的理论。自休谟以来人们已经承认,单靠有限的个例(哪怕再多)也不能构成证实的基础。
不过,按照洛克之类经验主义者的说法,我们全部知识的基础都来自于我们的经验,而科学的建立,也就是在经验上的一种归纳主义。好比说,我们每天都看到太阳从东边升起,几千年来日日如此,那么我们应该可以“合理地”从中归纳出一条规律:太阳每天都从东方升起。并用它来预测明天太阳依旧要从东方升起。假如堕入休谟的不可知论,那么我们就根本谈不上任何“知识”了,因为反正明天的一切都是不确定的。

科学理论的基本特征是它应具有可证伪性。称一个理论是可证伪的并不 是说它是错的。而是说,它意味着该理论能够作出一些可以用经验进行检验 的特定预测。如果这些预测被发现是错误的,这一理论就被证伪了,或者说 被否证了。因此一个可证伪的理论是指我们能够发现它是错的——它不能和 每一个可能的经验过程相容。
波普尔认为,马克思的历史理论也存在这种问题。马克思主张,在全世 界的工业化社会中,资本主义将让位于社会主义并最终走向共产主义。但是 当这一断言没有变成现实之时,马克思主义者并没有承认马克思的理论是 错的,而是会提出一种特殊的辩解来说明发生的事实现象其实与他们的理 论完全一致。例如,他们也许会说走向共产主义的必然进程由于福利国家的 兴起暂时减缓了速度,福利国家的兴起“软化”了无产阶级并削弱了他们的革 命热情。采用这样的方法,马克思的理论就会变得同弗洛伊德的理论一样, 与任何可能出现的事态相容。因此按照波普尔的标准,它们都不是真正的科 学。
将科学与伪科学区分开来的尝试直观上似乎是很合理的。一种可以符合 任何经验数据的理论确实是值得怀疑的。但是有些哲学家认为波普尔的科 学标准过于简单化了。波普尔批评弗洛伊德学派和马克思主义者通过解释 来回避同他们的理论相矛盾的任何资料数据,而不是接受理论被推翻的事 实。看上去他所批评的的确是一种值得怀疑的做法。但是,有证据表明这种 做法被“有名望的”科学家们经常地采用——这些人并不是波普尔想要归入伪 科学领域的科学家——并且已经带来了重要的科学发现。

7.奥姆剃刀原理:当两种说法都能解释相同的事实时,应该相信假设少的那个。比如,1.地球本来是方的,但观测时显现出圆形。2.地球本来就是圆的。这两个论述说明的是同一件事情。但第一点引入了一个莫名其妙的不必要的假设,所以前者是胡说。这有点像贝叶斯模型的先验概率部分,多引入一个假设会使得先验概率极低。

8.霍金在《时间简史》中说:我们仍然可以想象,对于一些超自然的生物,存在一组完全决定事件的定律,它们能观测宇宙现在的状态而不必干扰它。然而,我们人类对于这样的宇宙模型并没有太大的兴趣。看来,最好是采用奥姆剃刀原理,将理论中不能被观测到的所有特征都割除掉。
这句话所体现的是社会学强调的实证主义。这就好比一片无人观察的荒漠难道就不存在吗。

10.决定论(determination):宇宙从出生的那一刹那,就有一个确定的命运,我们现在无法了解它,只是因为我们所知道的信息太少而已。物理学的词典是没有不确定这个词的。
决定论是否垮台决定了自由意志的兴起?这在哲学上是很值得探讨的。事实上,在量子论之后,物理学家越来越陷于形而上学的争论中,也许行而上学的争论中应该改个名字,叫“量子论之后”

这就有点扯远了。

11.波恩的概率论解释---海森堡的不确定性(矩阵)---波尔的互补原理。
对自然的行为和精神有更加深刻的理解。

12.假如一个物理概念是无法测量的,它就是没有意义的。测量行为创造了整个世界。我们和那些复杂的测量关系,构成了这个令人心醉的全部。

13.其实,在量子论诠释问题上的分歧,与其说是唯心唯物之争,倒不如说是实证主义和柏拉图主义之争来得更为确切。因为量子论本身是严格用数学表达的,和意识形态原本完全没有关系。

14.量子论发展到了意识之争,发展到这里其实便是巴门尼德关于“意见之路”和“真理之路”的阐述了,即我们所能观测到的(可感的事物),都不是事物的本身,事物是决定于我们的思维形式,无论语言还是其他标签,都只是思维的一种表现形式。即“思想和存在是同一的”

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