我在网络上经常看见一些宣传量子力学与神秘主义的文章,比如,有一篇网络文章叫《从量子纠缠到量子计算机,未来的某一时刻人类或许解开宇宙的起源》,还有用朱清时的演讲做成的《朱清时:量子力学证实,人类意识是物质世界的基础》、《物质并非实有的存在》等等,这些文章千篇一律的把量子力学与神秘主义挂钩,甚至认为量子力学证明了唯心主义。我把这个事情告知研究宗教的涂建华教授,他写了一篇文章,专门谈这个事情。他的文章说:
量子力学已经在很多领域实用,因此,尽管许多猜测匪夷所思,但它的科学性是不庸置疑的。但是,这里有一些问题值得注意。首先,以上多篇文章使用的术语和范畴,与经典的唯物主义哲学相混淆。比如你从法兰克福到北京,是走莫斯科还是新加坡,在哲学里说是两个可能性。如果这个飞行已经实现,那么,不管你是否睡着了,都只有一个路线为真。形式逻辑也是这么说的。哲学里就是可能性与现实性这对范畴的问题。但是在上述文章讲述的量子世界里,如果你睡着了,这两态都是真的,是并存纠缠的。是薛定谔的猫,又死又活。是既可能又现实,既确定又不确定,这就匪夷所思了。就是说,量子理论、马克思主义哲学、形式逻辑等不同话语体系使用了相同的术语。用量子理论造福人类是好事,因为量子理论出现一些新奇的东西就说颠覆了唯物辩证法、意识决定物质了。那就荒谬了。实际上,量子力学依然是一门百分之百的唯物学科,从来没有形而上学化。
李淼也发表过辟谣文章
把量子理论与神秘主义结合,是当代科学一个由来已久的思潮,已经出现了许多有名的“科学家”和“成果”,量子力学的“非决定论”与牛顿经典力学的“严格的决定论”之间的矛盾,一直“纠缠”着还将继续“纠缠”下去。关于钱学森、朱清时等人用量子力学给中国古代的老子“道”联系起来,用以给当代神秘的特异功能做注的做法,关于 一些高校崇尚风水请巫师于希贤做客座教授的情况,我想冒昧地借用日本哲学家小田晋的说法来解释。
小田晋认为:理科素质比文科素质容易与分裂症共处,也就是说,容易进入神秘主义。所谓“理科素质”,是指既具有非常现实能力,又能使自己深入“思索和创造的世界”者,即具有“循环气质”。此中包括“想象力丰富”和“梦幻性性格”等。他们对于超自然性、宗教、神秘主义以及巫术之类的东西,有较强的“亲近性”。([日]小田晋:《现代宗教热之谜》,工人出版社,1989年,P50)
在网络上,还有一些观点认为,量子力学证明了灵魂的存在。但是,这也是一种伪科学观点,经不起任何的推敲。
所有的理论学说,都可以分为科学,伪科学,非科学。它们之间是什么关系?各有什么含义?
科学的对立面就是伪科学。
科学有四个要素:1,符合科学原理,2,具有数学自恰,3,可以证伪,4,可以准确做预言。
举例,爱因斯坦的相对论就符合以上的四个要素。相对论预言的引力波,也被科学家所证明是存在的。由于发现了引力波,今年的10月3日,瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予雷纳·韦斯,巴里·巴瑞斯和吉普·索恩,以表彰他们在引力波研究方面的贡献。
而伪科学,并不具备以上四个要素。比如,量子灵魂学说就是一种不折不扣的伪科学。
首先,量子效应仅仅在极端干燥的实验环境中才能发生,所以灵魂不可能是量子态。此外,依据热力学定律,能量总要自然消散,而灵魂如果存在,将没有能量来维系它的存在,所以不能存在。这样看,灵魂学说原本就不符合科学原理。
第二,灵魂学说也没有一个数学方程可以描述它的存在。数学是科学理论的基础,任何一个科学理论都必须有清晰的数学语言来描绘它。
第三,灵魂学说也无法证伪。我们在地球上发现不了灵魂的存在,有人就会说,灵魂可以存在于高纬度空间,这个说法就无法证伪。因为,高纬度空间仅仅是数学上的假设,现实中有没有高纬度空间,我们不知道。即使存在高纬度空间,我们也无法发现它。即使无法判断有没有高纬度空间,灵魂存在于看不见高纬度空间的说法,就是没有实际价值和意义的假设。
还有人说,如果具有佛陀的大智慧,就可以进入高纬度空间。这样的说法,同样无法证伪。因为,世界上没有人看见过佛陀,佛陀仅仅存在于信仰和神话传说之中,所以,也就无从证明世界上有没有佛陀。既然不能证明佛陀的存在,也就没有什么佛陀的大智慧。如果连佛陀都是虚构的,自然不可能有所谓的具有佛陀的智慧才可以进入高纬度空间。
第四,灵魂学说不可以做精确的预言。一些宗教徒说,我见到灵魂了,灵魂给某某附体了。这些说法,仅仅是个人的说法,无法证明有效,不知道是个人的说谎,还是他产生的幻觉。
如果灵魂学说是科学理论,那么,我们就可以精确的做预言,预言在何时间,何地点,通过何方法,发现何样的灵魂。如果仅仅是个人阐述看见了灵魂,这种个人体验是无法预言的。
同样,某教说生命有轮回,但它们无法预言具体如何轮回,无法预言一个灵魂具体投胎到哪里。所以,某教的轮回学说,既是迷信,也是伪科学。
我还为此采访了大阪大学的物理学家张昊,他也对量子力学证明灵魂的说法嗤之以鼻。这位物理学家还特意在给我的文章中写道:说量子力学证明灵魂存在,是对人类智慧的莫大污蔑。
他认为:从古到今,在各种文化以及宗教中,都有关于人死后去了哪里的讨论。各种灵异、浪漫乃至恐怖的说法背后,结论都是灵魂存在,肉体可以消亡,但是灵魂却能够永续。虽然灵魂无法被证实,但也很难被证伪,一个人内心笃定灵魂存在,无论他人如何劝说,也必定很难改变他的既有观念。
如果不是从小就接受系统性的无神论思想和科学方法论教育,多数人对灵魂都会抱有谨慎相信或者谨慎否定的态度。在宗教传统较为深远的国家,完全否定灵魂存在的无神论唯物主义者不敢说是凤毛麟角也绝对谈不上是随处可见。同时,现代科技的发展不断更新着人类知识的边界,科学研究的内容和领域在普通人看来与日常生活距离不小。这样的社会现实给了很多伪科学说法相当大的生存空间,“量子力学证明灵魂存在”就是这其中的典型代表。
这一说法套用了量子力学中“波粒二象性”的基本概念,假设人的身体是“粒子”,人的灵魂是“波”,实体与灵魂或交织、或分离,所以符合波粒二象性的物理原理。当然这种观点纯属无稽之谈,是一种将非科学观念附会于普通人不太了解的科学术语之上的经典伪科学套路。
潘建伟院士:千万不要把量子力学与宗教、神秘主义联系起来
不懂量子力学的人,不要乱牵扯其他问题,特别是乱牵扯神秘主义。
可以肯定的说,量子力学是严肃的科学,与唯心主义没有任何的联系。而那些所谓用量子力学证明灵魂存在的人,他们没有为厘清量子力学和灵魂的关系而做出任何实质性的努力,被他们的说辞蛊惑的人们简直是愧对建立量子力学理论的诸位先贤。
引力波是爱因斯坦的广义相对论在一百多年前预言的,有人相信有人不相信,但是,大家为了证实或者证伪,都设计各种实验去探测它,经过七十多年的努力,终于探测到了,这才是做科学的态度。如果灵魂支持者认为灵魂是一种波或者是一种别的物质,那么就去设计探测器想方设法探测到它,而不仅仅是用科学的概念去牵强地装裱自己认定的结论。
量子力学不仅核心是实验的,也是理论的。现代物理理论不能被大众广泛的接受主要原因之一是复杂的数学形式和逻辑,这也是科学的另外一个特点:严密的逻辑。而灵魂鼓吹手们多数缺乏严格的科学训练和严密的逻辑思维,如果没有严密的逻辑,那这一观点和信口开河有什么分别?他们大多时候不能够自圆其说,在需要的时候借用某一概念,当不需要的时候又弃之不顾。
还有人鼓吹量子力学与各种神学的关系,借此来证明某些神的存在。而笔者认为,神本来就是在人类蒙昧时期由于对自然的不了解和敬畏而设计出来的带有人的色彩的一种观念上的偶像。现代量子理论写进教科书的观点,每一种都经过数不清的考验。换句话说,自然就是最高的神,自然就是最高的准则,包括我们设计的实验,虽然是人为设计的,但也不可能违背自然定律。据说当爱因斯坦说“上帝不掷骰子”时,玻尔的回答是“不要告诉上帝该做什么!”尽管这件事情的准确度有待考证,但是谁说玻尔说得不对呢?
关于量子力学近来经常卷入与哲学和宗教有关的话题,潘建伟院士就此呼吁:别老是把量子力学跟其他的问题联系在一起。他转述杨振宁先生的观点:科学往前进一步,宗教往后退一步,科学再进一步,神学又往会退一步。潘建伟还对朱清时拿量子力学证明信仰的错误做法提出了批评,表示不认可朱清时“科学的尽头是佛学”的话。
潘建伟院士说,朱清时校长说量子力学爬到山顶的时候,佛学已经在山顶等我们了,这我不是特别认同。我觉得量子力学可以用来算东西,可以算小数点后面十几位都是正确的,当然佛学是非常好的,我们叫做佛教,也有非常好的一些观点,但让你来算一下氢原子能谱是什么,这算不了,这不是我们解决的东西。所以说两者有联系,但是属于不同范畴的东西。但它还是无限的,科学只能解决有限的问题,我们能力是有限的,我只能说我能解决哪些问题,哪些问题我现在不清楚。不清楚的问题,就让宗教暂时先解决一下,等到将来科学进步了,能够再往前解决。
李淼对朱清时将量子力学与宗教和神秘主义挂钩也表达强烈的反对。
李淼是著名物理学家,中国科学院理论物理研究所研究员、博士生导师。现为中山大学天文与空间科学研究院院长。我为此曾经邀请李淼写一篇文章,李淼欣然答应,于是有了后面发表在《知识分子》上的批评朱清时的文章。在那篇文章的最后,李淼写道:
费曼在一篇文章里说,科学与宗教的区别是,前者的核心是不确定性,后者的核心是确定性。比如说,解释一个现象的科学学说是临时的,是需要越来越多的证据的,所以永远是统计性质的。在物理学中,我们往往说某个现象的证据是几个标准误差,换句话说,只是十分可能的,而不是百分之百确定的。理论和模型也是如此,当科学家需要的时候,牛顿力学被修正为相对论力学,诸如此类。宗教则相反,一个断言是百分之百正确的。
因此,科学和宗教爬的不是一座山,佛学大师一生等在那里,只会等来更多的信众,而不是科学家。
我们生活在知识经济的时代,知识越来越重要,所以,前面说的某些宗教人士借重科学是一个悖论。因为宗教只是人类的心理和伦理实践,与知识本身没有多大关系。
斯蒂芬·威廉·霍金
皇家学会会员。
他因患卢伽雷氏症(肌萎缩性侧索硬化症),禁锢在一张轮椅上达40年之久,他却身残志不残,使之化为优势,克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却出色地遨游到广袤的时空,解开了宇宙之谜。
霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才,也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。
斯蒂芬•威廉姆•霍金于1942年1月8日(伽利略逝世300年忌日)生于英格兰牛津。他父母原住在伦敦北部,但在第二次世界大战期间,牛津被认为是一个生 育孩子较安全的地方。他八岁时,他家搬到圣•爱尔本斯,伦敦北面20英里的一 个小镇。十一岁时,史蒂芬到圣•爱尔本斯学校上学,然后上牛津的"大学学院 "(University College)--他父亲上过的学院。虽然他父亲想让他学医,但他却想学数学。而大学学院没开数学专业,所以他选择了学物理。在大学学院学了 三年,没花多大工夫,他被授予自然科学甲等荣誉学位。 然后史蒂芬到康桥做宇宙学研究,那个时候在牛津还没有一个人从事宇宙学研 究。他的导师是丹尼斯•西马,虽然他本希望弗雷德•霍依尔做他的导师的, 费雷德•霍依尔当时正在康桥工作。获得博士学位后,他在刚维尔•塞斯学院先是做助研,后来便做职业研究工作。1973年斯蒂芬离开天文学院来到应用数学和理 论物理系。自1979年,斯蒂芬做"路克斯"数学教授。这个职位是1663年根据莱 佛仁德•亨利•路克斯的遗嘱以路克斯留下的钱作基金创建的。路克斯曾经是 该大学的英国议员。第一个获得"路克斯"数学教授职位的是依扎克•巴洛, 然后是依扎克•牛顿。 斯蒂芬•霍金一直从事宇宙的基本定律的研究工作。与罗杰•彭罗斯一起,他发现爱因斯坦的广义相对论暗示了空间和时间是从大爆炸奇点处开始而至黑洞结 束。这些结果显示把广义相对论与量子理论结合起来是必要的,这是二十世纪前半世纪的另一个科学发展。他发现的这样一个结合的一个后果是黑洞不应该是完全黑的,黑洞向外辐射,最终蒸发,消失。另一个推测是宇宙在想象的时间里没 有边缘,它是无限的。这将意味着宇宙形成的方式完全是由科学定律决定的。 他发表的著作包括:与GFR艾利斯合着的《时空的大规模结构》,与W以色 列合着的《广义相对论:爱因斯坦世纪眺望》和与W以色列合着的《重力300年》 。史蒂芬•霍金有两部畅销书:他的最畅销书--《时间简史》,和后来的《黑 洞、婴儿宇宙及其它》。 霍金教授有十二个荣誉学位。1982年他被授予CBE,1989年获荣誉伙伴称号。 他获得过许多奖励,奖金,奖牌。他是英国皇家学会会员和美国国家科学学会会员。 斯蒂芬•霍金继续把他的家庭生活(他有三个子女和一个孙子女),他的理论物理研究与广泛的旅行和演讲结合起来。
理论物理学:
70年代霍金与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理,他还证明了黑洞的面积定理。霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一,他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却出色地遨游到光袤的时空,解开了宇宙之谜。
霍金教授是现代科普小说家:
他的代表作是1988年撰写的《时间简史》,这是一篇优秀的天文科普小说。作者想象丰富构思奇妙,语言优美,字字珠玑,更让人咋惊,世界之外,未来之变,是这样的神奇和美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册,被译成近40种语言。
1992年耗资350万英镑的同名**问世。霍金坚信关于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用数学来表达,世人应当可以通过**——这一视听媒介来了解他那深奥莫测的学说。本书是关于探索时间本质和宇宙最前沿的通俗读物,是一本当代有关宇宙科学思想最重要的经典著作,它改变了人类对宇宙的观念。《时间简史续编》 作为宇宙学无可争议的权威,霍金的研究成就和生平一直吸引着广大的读者,《时间简史续篇》是为想更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。该书以坦白真挚的私人访谈形式,叙述了霍金教授的生平历程和研究工作,展现了在巨大的理论架构后面真实的“人”。
该书不是一部寻常的口述历史,而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为感人又迷人的画像和描述。对于非专业读者,本书无疑是他们享受人类文明成果的机会和滋生宝贵灵感的源泉。《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》,是由霍金1976-1992年间所写文章和演讲稿共13篇结集而成。讨论了虚时间、有黑洞引起的婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力,并对自由意志、生活价值和死亡作出了独到的见解。在三年工作量并不巨大的学习之后,他获得了一等自然科学荣誉学位,之后进入剑桥大学研究宇宙学,当时牛津大学还没有宇宙学这个专业。尽管他希望能够跟当时在剑桥的弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)身边做研究,但是他的导师却是丹尼斯·西艾玛(Dens Scama)。在获得博士学位之后,他成为一名研究员,后来成为冈维尔和凯厄斯学院(Gonvlle and Caius College)的教授。
伦敦皇家天文学会的埃丁顿勋章
4、 梵蒂冈教皇科学学会十一世勋章
5、 霍普金斯奖
6、 美国丹尼欧海涅曼奖
7、 马克斯韦奖
8、 英国皇家学会的休斯勋章
9、 1978年获物理界最有威望的大奖—阿尔伯特·爱因斯坦奖
10、与彭罗斯共同获得了1988年的沃尔夫物理奖
11、1988年霍金的书《时间简史:从大爆炸到黑洞》获沃尔夫基金奖
牛津大学
1962年 牛津毕业,去剑桥读研究生
1963年 被诊断患(卢伽雷症)肌萎缩性侧索硬化症(ALS)
1965年 获剑桥博士学位,与珍妮怀尔德(简·瓦尔德)结婚
1967年 长子罗伯特出生
1970年 女儿露西出生/开始使用轮椅
1973年 首部著作《空时的大型结构》出版
1974年 宣布发现黑洞辐射,成为皇家学会会员
1977年 被任命为剑桥大学引力物理学教授
1979年 次子蒂莫西出生/被任命为剑桥大学卢卡斯数学教授/《广义相对论评述:纪念爱因斯坦百年诞辰》出版
1981年 参加梵蒂冈宇宙学大会,宣布无边界构想/《超时空和超引力》出版/被授予大英帝国高级骑士
1985年 在瑞士病倒/实行气管造口手术从而失去语言能力,使用带造音器的计算机1988年 《时间简史:从大爆炸到黑洞》出版/获沃尔夫基金奖
1989年 被授予大英帝国荣誉爵士
1990年 与妻子离异
1991年 《时间简史》同名**上映
1993年 《“黑洞与婴儿宇宙”及其他论文》出版
2001年10月又一部力作《果壳中的宇宙》出版发行
2008年,霍金与露西吉高佛尔德合著的儿童科幻小说《乔治通往宇宙的秘密钥匙》于9月6日率先在法国出版发行。这本书是霍金写的第一本儿童读物,霍金在书中向儿童解释了自己关于时间和宇宙方面的学说。
如果现在,卢伽雷症,得到诊断了,那么,也许霍金就不是现在的"巨人"了
时间简史全文
✨编者按:针对于目前大量的灵修,宗教以及商家,偷换量子理论的概念,以达到其目的,特转发张天荣老师的科普系列文章《走进量子纠缠》。本科普系列是想尽量使用通俗的语言,向公众介绍神秘奇妙的‘量子纠缠’。—— 小义子
要认识神秘的量子纠缠,首先要认识神秘的量子现象。
不管是学哪个行业的,大概都听说过奇妙的量子现象。诸如测不准原理啦,薛定谔的猫之类的,在日常生活中看起来匪夷所思的现象,却是千真万确存在于微观的量子世界中。
许多人将听起来有些诡异的量子理论视为天书,从而敬而远之。有人感叹说:“量子力学,太不可思议了,不懂啊,晕!”
不懂量子力学,听了就晕,那是非常正常的反应。听听诺贝尔物理学奖得主,大物理学家费曼的名言吧。费曼说:“我想我可以有把握地讲,没有人懂量子力学!” 量子论的另一创始人玻尔(Niels Bohr)也说过:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”既然连费曼和玻尔都这样说,我等就更不敢吹牛了。
因此,我们暂时不要奢望‘懂得’量子力学。此一系列文章的目的是让我们能够多‘了解’、多认识一些量子力学。因为量子力学虽然神秘,却是科学史上最为精确地被实验检验了的理论,量子力学经历了100多年的艰难历史,发展至今,可说是到达了人类智力征程上的最高成就。身为现代人,如果不曾‘了解’一点点量子力学,就如同没有上过因特网,没有写过email一样,可算是人生的一大遗憾啊。
刚才提及量子现象时,说到了‘薛定谔的猫’,我们的讨论可由此开始。
薛定谔(ESchr dinger ,1887—1961)是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,量子力学中描述原子、电子等微观粒子运动的薛定谔方程,就是以他而命名的。
那么,首先我们需要了解,什么是‘叠加态’?
根据我们的日常经验,一个物体某一时刻,总会处于某个固定的状态。比如我说:女儿现在‘在’客厅里,或是说:女儿现在‘不在’客厅里。要么在,要么不在,两种状态,必居其一。然而,在微观的量子世界中,情况却有所不同。微观粒子可以处于一种所谓‘叠加态’的状态中,这种状态是不确定的。例如,电子可以同时位于两个不同的地点:A和B,也就是说,电子既在A,又不在A。电子的状态是‘在’和‘不在’,两种状态按一定几率的叠加。电子的这种混合状态,叫做‘叠加态’。
聪明的读者会说:“女儿此刻‘在’或‘不在’客厅,看一眼就清楚了。电子在A,或是不在A,测量一下不就知道了吗?”说得没错,当我们对电子的状态进行‘测量’时,电子的‘叠加态’不复存在,而是‘坍缩’到‘在A’,或是‘不在A’,两个状态的其中之一。但是,微观与宏观之不同,是在于观测之前。女儿在不在客厅,观测之前已成事实,并不以‘看’或‘不看’而转移。而微观电子坍缩前的状态,并无定论,直到测量它,才因坍缩而确定。这是微观世界中量子叠加态的奇妙特点。
尽管量子现象显得如此神秘。然而,量子力学的结论却早已在诸多方面被实验证实,被学术界接受,在各行各业还得到各种应用,量子物理学对我们现代日常生活的影响无比巨大。以其为基础而产生的电子学革命及光学革命将我们带入了如今的计算机信息时代。可以说,没有量子力学,就不会有今天所谓的‘高科技’产业。
如何解释量子力学的基本理论,仍然是见仁见智,莫衷一是。这点也曾经深深地困扰着它的创立者们,包括伟大的爱因斯坦。微观叠加态的特点与宏观规律如此不同,物理学家如薛定谔也想不通。于是,薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔编出了一个‘薛定谔猫’的理想实验,试图将微观不确定性变为宏观不确定性,微观的迷惑变为宏观的佯谬,以引起大家的注意。果不其然!物理学家们对此佯谬一直众说纷纭、争论至今。
以下是‘薛定谔猫’的实验描述。
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装置,其中包含一个原子核和毒气设施。设想这个原子核有50%的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子,这个粒子将会触发毒气设施,从而杀死这只猫。根据量子力学的原理,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,因此,那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’ 的叠加态。非死非活,又死又活,状态不确定,直到有人打开盒子观测它。
实验中的猫,可类比于微观世界的电子(或原子)。在量子理论中,电子可以不处于一个固定的状态(0或1),而是同时处于两种状态的叠加(0和1)。如果把叠加态的概念用于猫的话,那就是说,处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。
量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,薛定谔的猫的状态是‘死’与‘活’的叠加。此猫将永远处于同时是死又是活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违。一只猫,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活呢?别小看这一个听起来似乎荒谬的物理理想实验。它不仅在物理学方面极具意义,在哲学方面也引申了很多的思考。
谈到哲学,聪明的读者又要笑了,因为在古代哲学思想中,不凡这种似是而非、模棱两可的说法。这不就是辩证法的思想吗?你中有我,我中有你,一就是二,二就是一,合二而一,天人合一,等等等等,如此而已。
此话不假,因此才有人如此来比喻‘薛定谔的猫’:男女在开始恋爱前,不知道结果是好或者不好,这时,可以将恋爱结果看成好与不好的混合叠加状态。如果你想知道结果,唯一的方法是去试试看,但是,只要你试过,你就已经改变了原来的结果了!
无论从人文科学的角度,如何来诠释和理解‘薛定谔的猫’,人们仍然觉得量子理论听起来有些诡异。有读者可能会说:“你拉扯了半天,我仍然不懂量子力学啊!”
还好,刚才我们已经给读者打了预防针,不是吗?没有人懂量子力学,包括薛定谔自己在内!薛定谔的本意是要用‘薛定谔猫’这个实验的荒谬结果,来嘲笑哥本哈根学派对量子力学,对薛定谔方程引进的‘波函数’概念的几率解释,但实际上,这个假想实验使薛定谔自己,站到了自己奠基的理论的对立面上,难怪有物理学家调侃地说到薛定谔:“薛定谔不懂薛定谔方程!”
到此为止,我们解释了半天‘薛定谔猫’实验的来龙去脉,却只字未提薛定谔的女朋友之事。再此赶快补上这段八卦,以免使读者大失所望。
薛定谔应该具有超凡的个人魅力,风流倜傥,女友无数。要不然怎么会触动舞台剧编导、纽约剧作家马修韦尔斯的灵感,写出了一部‘薛定谔的女朋友’的舞台剧呢?
以下是这个舞台剧2001-2003年在旧金山和纽约演出时的剧照和海报。
《薛定谔的女朋友》是关于爱,性,和量子物理学的一部另类浪漫喜剧。剧作家马修韦尔斯本人,并没有受过超出高中课程的科学教育,但却痴迷于物理学的神秘。他说:”我永远无法进入数学,但我发现它背后的概念,视觉和类比,是如此地引人入胜!”
舞台剧中有这么一段饶有趣味的话:“到底是波动-粒子的二象性难一点呢,还是老婆-情人的二象性更难?”据说薛定谔有很多情妇,也有不少私生子,身边不乏红颜知己。薛定谔的女友和薛定谔的猫一样不确定,薛定谔的婚姻爱情观和他的物理理论一样,不同凡响。据说,薛定谔是个‘多情种子’类的人物,他的情妇虽然多,但他每爱一个女人时,都是真心实意地。也许我们可以用量子力学的语言来作个比喻:薛定谔的感情和性生活,总是处于一个包括很多本征态的复杂叠加态中。一定时期,叠加态‘坍缩’到某个本征态,薛定谔便投入一个女友的怀抱。
但是,在薛定谔众多女友中,有一位很不一般的神秘女人,正是她,成为了这部舞台剧的女主人公。
在1925年圣诞节前,薛定谔像往年一样,来到美丽的、白雪皑皑的阿尔卑斯山上度假,但这次陪伴他的不是太太安妮,而是一位来自维也纳的神秘女友。薛定谔的这位女友神秘莫测,直到八十多年后的今天,也无人考证出她的身份来历。她不是考证者已知的薛定谔情妇中的任何一位。无论如何,在这对情侣共度佳期的时期内,这位神秘女郎极大地激发了薛定谔的灵感,使得他令人惊异地始终维持着一种极富创造力和洞察力的状态。因此,物理学家们说,薛定谔的伟大工作是在他生命中一段情欲极其旺盛的时期内作出的。薛定谔自己也不否认这点,他认为,通过观看这个引人注目的女人,他找到了困惑科学界波/粒二象性看似矛盾的关键。果然,之后的一年内,薛定谔接连不断地发表了六篇关于量子力学的主要论文,提出了著名的薛定谔方程。因此,在享受量子力学带给我们辉煌灿烂的科技成果的今天,我们也应该感谢这位神秘女郎的贡献。
综上所述,是‘薛定谔的神秘女友’,激发了薛定谔天才的想象力和灵感,使其建立了微观世界中粒子的波函数所遵循的薛定谔方程。然后,薛定谔不同意哥本哈根派对波函数的解释,设计了‘薛定谔的猫’的思想实验。用薛定谔自己的话来说,他要用这个“恶魔般的装置”,让人们闻之色变。薛定谔说:看吧,如果你们将波函数解释成粒子的几率波的话,就会导致一个既死又活的猫的荒谬结论。因此,几率波的说法是站不住脚的!
这只猫的确令人毛骨悚然,相关的争论一直持续到今天。连当今伟大的物理学家霍金也曾经愤愤地说:“当我听说薛定谔的猫的时候,我就跑去拿枪,想一枪把猫打死!”
在宏观世界中,既死又活的猫不可能存在,但许多许多实验都已经证实了微观世界中叠加态的存在。总之,通过薛定谔的猫,我们认识了叠加态,以及被测量时叠加态的坍缩。
叠加态的存在,是量子力学最大的奥秘,是量子现象给人以神秘感的根源,是我们了解量子力学的关键。
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现而今,平行宇宙已经是大家耳熟能详的词汇,人们幻想着世界上存在着很多不同的宇宙,而每一个宇宙中都有着一个“自己”。
为平行宇宙赋予这样的概念,让平行宇宙这个词汇沾染上了一层浪漫的色彩,而浪漫的东西总是能够激起人们的兴趣,因此不仅是物理学家,每一个普通人都想弄清楚平行宇宙是否真实存在。
平行宇宙这一颇具科幻色彩的词汇并非诞生于科幻作家之手,而是一个个实实在在的科学概念,它的诞生可以一直追溯到物理学史上一场最精彩的辩论,那就是玻尔和爱因斯坦一场关于“上帝”的争论,爱因斯坦的论点是“上帝不会掷骰子”,而玻尔的论点则是“别指挥上帝怎么做”。这场辩论发生在第五届“索尔维会议”上,此次会议云集了当时物理学界最具盛名的科学家。
玻尔作为量子力学哥本哈根学派的代表人物,他否认物理世界的“客观现实”性。
玻尔主张观测会导致电子位置的变化,也就是说电子在穿过小孔后会以概率波的形式冲向屏幕,它可能出现在屏幕上的任何一点,直到我们开始观察这个电子在屏幕上的位置,它才会瞬间通过波函数坍缩的形式出现在一个确切的位置上。
爱因斯坦不相信电子的位置只能以概率描述,他认为世界必然存在着某种本质,不可能是随机的,所谓的波函数坍缩要求屏幕上的每一个点都对电子的观测行为作出反应,这太离奇了。爱因斯坦在这场辩论之中并没有占到上风,大多数物理学家都是哥本哈根学派的信奉者。这场辩论持续了很长的时间,在过后的很多年里,爱因斯坦不断提出新的实验来试图推翻玻尔的主张,但都没有成功。
此时,一个新的构想令爱因斯坦如获新生,薛定谔通过将微观世界的现象引入到宏观世界,给玻尔出了个新难题。
这个难题就是薛定谔的猫。将猫关在一个封闭的盒子里,放入一瓶毒药,毒药的开关由一个有50%衰变几率的原子控制。如果原子衰变,猫就会死亡,否则猫就会存活。按照玻尔的解释,在我们打开箱子观测之前,这只猫就处于一种“既死又活”的叠加态。
这太荒谬了,以至于哥本哈根学派的信奉者们全都无言以对,按照相同的逻辑,爱因斯坦后来也略带嘲讽地说了这样的话“哥本哈根学派认为不看月亮的时候,月亮就不存在”。遗憾的是,这场辩论没能继续进行下去,因为二战爆发了,薛定谔的猫也就此成为了一个遗留问题。
薛定谔的猫并不会得意太久,因为不久就将有人给这只猫一个合理的解释,这个人就是平行宇宙之父,艾弗雷特三世。
艾弗雷特并不是传统意义上的物理学家,因为他起初学习的是军事博弈学,后来又学习了化学、数学,之后才投身到量子力学的研究之中。艾弗雷特支持哥本哈根学派的主张,而关于“定谔的猫”,并不能成为波函数的阻碍。
要给这只猫找一个归宿并不困难,只需要“分裂”就够了。也就是说猫并没有处于“既死又活”的叠加态,而是在观察的时候发生了分裂,分裂出了两个宇宙,在一个宇宙之中,猫已经死了,而在另一个宇宙之中,猫还好好地活着,分裂一旦发生,两个宇宙便毫无关系,处于一种永不相交的平行状态,所以又称之为平行宇宙。
你觉得“平行宇宙”这个概念异想天开吗?其实和“观测会改变结果”相比,平行宇宙的解释其实更为实在。
因为平行宇宙的解释看起来虽然离奇,但好歹是一种具有“客观现实”性的解释,而“观测会改变结果”则具有浓重的唯心主义色彩,我们宁愿相信世界上有无数多的宇宙,也不愿意去相信世界竟然是唯心的。
平行宇宙理论虽然为量子力学摆平了“薛定谔的猫”,但当时研究量子力学的科学家们对此并不买账,在他们看来,平行宇宙理论不过是一种异端邪说。平行宇宙理论不被接纳也是可以理解的,因为作为一个科学定律,要么能够证实,要么能够证伪,但平行宇宙的设定,分裂一旦发生,两个宇宙便永不相交,所以永远无法证实平行宇宙的存在,同样也无法找到证据证明平行宇宙不存在,这就是平行宇宙理论所面临的最大问题。
“墨子号”的三大目标分别是地星量子隐形传态、星地高速量子密钥分发以及星地量子纠缠分发。
量子隐形传态是一种全新的通信方式。通俗来讲,就是将甲地某一粒子的量子态信息在乙地的另一粒子上还原出来,就好像是进行了一场“星际穿越”,但其实粒子本身并未被传输。
量子密钥分发通过量子态的传输,在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥,并利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密,这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。
量子纠缠是两个(或多个)粒子共同组成的量子状态。处在纠缠态的粒子,无论相隔多远,当对其中一个粒子进行操作或测量,身处远方的其他粒子会瞬时发生相应的改变。
命名缘由
首颗量子通信卫星以我国古代科学家墨子的名字来命名。墨子最早提出过光线沿直线传播的观点,进行了小孔成像实验。用他的名字命名以纪念他在早期物理光学方面的成就。
墨子最早通过小孔成像实验发现了光是直线传播的,第一次对光直线传播进行了科学解释——这在光学中是非常重要的一条原理,为量子通信的发展打下了一定的基础。墨子还提出了某种意义上的粒子论。光量子学实验卫星以中国科学家先贤墨子来命名,体现了中国的文化自信。
以上内容参考 人民网--“墨子号”已实现三大科学目标 这颗量子卫星在做什么?
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