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科学和哲学

文章发布时间:2015/5/27 1:17:54



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    没有宗教的科学是跛子,没有科学的宗教是瞎子。--爱因斯坦


    写过一篇《动态的真理》其重点放在哲学上了,今天再写一篇《科学与哲学》重点放在科学上。这些文字描述的重点可能不同,但我想表达的中心思想是明确的,就是查理芒格的学科之间的格栅理论。学科和学科之间不应有明确的界限,有位名人说过“如果我们划清学科的边界,我们世上就会少很多发现。”所以谈科学和哲学似乎最有代表性,因为习惯思维上,大家都认为这简直就是学科分类的最遥远的两端。但事实上当我们打开物理学边界的窗户,可能出现的是化学、哲学甚至心理学。所有的知识都显示为错综复杂的网络联接。

    古代的形而上学研究的似乎也是小到量子大到宇宙的问题,到了普罗提诺的新柏拉图主义之后基督教完胜,哲学死了,神学的统治一直至文艺复兴。而这场文艺复兴的背景一定意义上就是科学的重新崛起,从16世纪的哥白尼,到开普勒、伽利略最后是牛顿,经典物理形成了。哲学也因为科学的发展而得到了全新的发展。笛卡尔、贝克莱、休谟、康德、黑格尔,他们的思想得以海阔天空般的发挥。那科学呢,是否需要哲学思想的庇护或者帮助,还是仅仅靠逻辑推理和实验就得以继续快速发展。爱因斯坦发布了广义相对论之后,量子力学的发展的确让人糊涂了。

    量子论的历史很长一段时间都在进行“波粒战争”,即电子是一个东西(粒子)还是一种波。光电效应,即当金属表面在特定的光辐照作用下,金属内部的电子会被光子激发出来而形成电流,说明电子肯定是个一颗小东西。而双缝实验干涉条纹又说明电子是波,即让电子通过两道平行的狭缝投影在背后的屏幕上形成一系列明、暗交替的条纹。

    当时粒子派主要是海森堡的矩阵力学,波派主要是薛定谔的波动力学。海森堡的导师玻尔在研究了薛定谔的理论后觉得真的无懈可击,最终也说服了海森堡接受了他提出的波粒二象性。别被雷到了,因为其解释完全是哲学的,并且是实证主义的。

    光电效应说明电子是粒子,双缝实验干涉条纹又说明电子是波。它既是粒子又是波,这怎么理解呢,玻尔说,这取决于你的观察。也就是说不关心它本来是什么,只关心能观测到什么。就像一匹马我们看见白色的,色盲的人看是红色的,复眼的蜜蜂看是蓝紫色的,所以马“本来”的颜色没有意义,是子虚乌有的。电子是什么,要看你怎么观察它,所有的属性都是同观察联系在一起。一旦观察方式确定了,电子就选择了一种表现形式。

    谈论任何物理量都是无意义的,除非你首先描述测量这个量的方式。在经典理论中,我们脱离一个绝对客观的外部世界而存在,可在量子论中观测者和外部宇宙是结合在一起的,它们之间没有明确的分界线,是一个整体。对于这个物我合一的世界来说,任何东西都应该是可以测量和感知的,只有可观测的量才是存在的。我们无法测量电子,所以它就没有动量。

    例如你说房子里有条龙可我看不见,你说它是隐形的,我说用红外线,你说它是没有温度的,反正不能用物理方法检测到它的存在。那和根本没有龙有何区别呢?

    所以海森堡著名的不确定原理说的不可能同时测出电子的动量p和位置q,说明只存在具有p或具有q的电子。而“存在但绝对观测不到”的论断和“不存在”根本就是一码事。

    玻尔和海森堡当时处在哥本哈根大学,所以这一学说称为量子论的哥本哈根解释,其三大核心:概率解释,测不准,互补原理。前者否定了因果律,后二者捣毁了世界的绝对客观性。

    我想要是哲学家贝克莱(“存在就是被感知”的唯心主义)和休谟(“世界上根本没有因果律”的怀疑主义)听到这一量子论,一定手舞足蹈的从坟里蹦出来奔向哥本哈根。

    如果不观测,系统按波函数发展,连续的,可逆的,这个经典物理容易理解,一旦观测,系统波函数瞬间坍缩,按概率给出一个实际结果,比如变身一颗东西穿过双缝的其中一个缝。那这个观测到底发生了什么有这么大的变化呢?冯诺依曼指出,观测仪器也有自己的波动,观测时它也卷入了模糊叠加态中。例如我们观测双缝干涉时电子走了哪一条缝,电子的波函数坍缩了,但左右叠加被转移到仪器上,如果用仪器B再观测仪器A,则B又处于不确定状态中,那为什么最终人可以观测到确定的结果呢,难道“意识”是一切波函数坍缩的原因?或者说灵魂?这让自诩为最客观最严谨最不容主观意识的科学家毛骨悚然。宇宙在大爆炸之后,只有人产生一观察才瞬间成为了现在这个样子?

    意识在心理学上是大量神经元排列和集体行动,但大脑只是意识的载体,如果电脑最终建立人脑袋的结构模式,观测的结果还是确定的吗?观测者和非观测者怎么划清界限?波函数何时坍缩,薛定谔的猫的波函数是在我们打开箱子时坍缩,还是光子进入我们的视网膜或者信号传到我们的大脑皮层?

    这里提到的薛定谔的猫是一个量子理论中的经典,相信看科幻片的朋友经常会听见这个词。把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,如果不观测,我们可以说这只猫既是死的也是活的。而一观测,它才会随机的选择一种状态而出现。

    我们的世界到底是怎么回事,难道月亮是因为有人看它才是圆的?科学家们开始寻求其哲学含义或试图推翻它。爱因斯坦就绝不认同这种反常识的理论。爱因斯坦和玻尔的这场争论中,爱因斯坦一直坚持世界是确定的,有因果律的,不过一直到死也没有人帮他证明。他的一个朋友(想不起名字了)就因为无法推翻量子论,又不能认同自己居然生活在一个被这样描述的世界里而自杀了。很多人也不认同量子论,一个粒子如果一分为二,一个向左一个向右,离开几个星球那么远,量子论认为它们还是一体的,只有当你观察其中一个是左旋还是右旋时,波函数才坍缩,另一个粒子才确定右旋还是左旋。可这么远A粒子坍缩时怎么通知B粒子呢,经典物理很难理解。所以爱因斯坦一直坚持当粒子一分为二时,两个粒子的状态已经确定,再无联系。但事实上,后人的实验,例如著名的阿斯派克特实验,均证明正确的是量子论。我们的世界不可能像爱因斯坦梦想的那样,既是定域的(无超光速信号)又是实在的(客观确定的)。我们必须放弃一个,放弃后者就是量子论,但很难满足人们的常识;放弃超光速信号的传播,似乎可以解释两个粒子的远距离瞬间通讯,但一样在很多物理学方面会产生逻辑怪圈,并不比放弃实在论令人舒服。

    这一意识如何对波函数产生作用了呢,这似乎试图用牛顿定律去解释股票涨跌一样错乱。于是科学界打倒了坍缩,一切主观造成的随机消失了,那就是MWI-多世界解释(霍金是支持者)。电子通过双缝时如果走了左边,则另一个世界走了右边。薛定谔的猫一个世界死了一个世界活了。

    宇宙诞生以来进行了无数次这样的分裂,几何级数,已趋向无穷。某个宇宙可能恐龙还活着,更多的则没有生命出现的环境。真实的宇宙存在于一个高维的希尔伯特空间中。

    前天我看的一本电影《无姓之人》就是主人公可以穿越一般人无法认知的高维空间,进入其他平行宇宙。(M理论认为我们的宇宙是11维空间,我们只能感知到其中一个四维时空的宇宙)

    MWI回归了决定论,宇宙只有一个薛定谔的波函数唯一确定的演化,只是我们这些凡夫俗子与生俱来的限制只看得见某一个世界的影子。

    哲学家霍布斯又该从阴间跳出来说,瞧,我当初的启蒙是对的,根本没什么自由意识。

    量子自杀实验,把猫改成人,把毒气改成手枪,每隔一秒响一次,MWI说你永远不会死,因为对你唯一有意义的存在就是活着的世界。怎么可能呢,每次1/2概率啊,永远活着不是1/2^n吗,MWI说问题是对你而言的前提是“你”必须存在!就像你有爸爸,爸爸又有爸爸,那n代的祖先中的任何一个出点小改变就不会有你的出世,可见最后出现你也是小概率,但实际概率是100%,这就是人择原理。在量子自杀中,只要你始终存在,枪就100%不发射,只是你永远不能告诉其他世界,MWI是正确的。这么推论下去,只要有意识开始存在,它就是永生,这称为“终极人择原理”。是否想起了一电影《这个男人来自地球》?

    在MWI之后又有人提出DH-多历史解释,世界只有一个,历史却有多个,我们看见唯一的历史只是模糊的结果。就像给你两张照片,如果放大到点阵,你会觉得完全不同,但拿远模糊的看就看见一只死猫一只活猫。这就是退相干历史理论。从密度矩阵角度看,就是出来矩阵对角线上的那些经典概率事件之外,别的干涉项消减为0。这种解释本意去掉观察者这一角色,但对微观历史的物理描述,取决于历史族的选择,而不是客观存在的,这和玻尔殊途同归:宇宙没有纯粹的物理属性,只能和观测手段连起来讲。

    1997年马里兰大学量子力学问卷调查:支持哥本哈根解释13票,多宇宙8票,隐变量4票,退相干历史4票,“还没想好”18票;1999年剑桥牛顿研究所的调查,哥本哈根4票,隐变量2票,多宇宙+多历史30票,“还没想好”50多票。量子科学将沿着弦理论和M理论继续发展。


陈钢

2011-12-30


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