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我在怀疑-《上帝掷骰子吗?—量子物理史话》读书分享

《上帝掷骰子吗?—量子物理史话》读书分享

作者:张家卫




《上帝掷骰子吗?—量子物理史话》是2006年出版的一本书,作者是曹天元,讲述的是关于量子论的故事。我们都知道,量子论是一个极为奇妙的理论,有点天书的味道。


TWG Tea Club 读书会第126期,推荐的正是这本书。

(一)

"上帝不会掷骰子”是爱因斯坦对量子力学提出反驳时候不止一次说的一句话。


因为爱因斯坦的名望以及上帝的名望,再加上如日中天的量子力学演进,这句话变得更加著名,以至于我们常常会糊涂的问“上帝究竟会不会掷骰子?”


“上帝不会掷骰子!”最早出现在爱因斯坦1926年写给理论物理学家马克斯·波恩(Max Born)的一封信里,波恩是爱因斯坦的好朋友兼研究搭档。


爱因斯坦写道:“量子力学令人印象深刻,但是有一种内在的声音告诉我它并不是真实的。这个理论产生了许多好的结果,可它并没有使我们更接近‘老头子’的奥秘。我毫无保留地相信,‘老头子’是不掷骰子的。”


爱因斯坦嘴里的“老头子”说的就正是“上帝”他老人家。


所以,“上帝不会掷骰子”这句话是对爱因斯坦的这段话的概括,也被认为是爱因斯坦对量子力学近30年反驳行为的一个总的概括。


那么,爱因斯坦的上帝是什么呢?


爱因斯坦斯坚信的是斯宾诺莎的上帝,斯宾诺莎的上帝指的就是大自然的规律,而宇宙中的一切事物,都是严格遵循物理规律的,因果之间是自然法则的必然性。


斯宾诺莎认为:世界上只有上帝是拥有完全自由的,而人虽可以试图去除外在的束缚,却永远无法获得自由意志。如果我们能够将事情看作是必然的,那么我们就愈容易与上帝合为一体。因此,斯宾诺莎提出我们应该“在永恒的相下”看事情。


爱因斯坦坚信自然规律具有确定性,物理过程具有内在联系,客观事物真实存在,并满足物理规律的严格约束,任何表面随机的过程,都存在更根本的物理联系。


爱因斯坦的观点有什么问题吗?难道上帝不是这个样子吗?


上世纪初,即1900年代开始后,玻尔等物理学家就量子力学的发展,提出了一种量子力学诠释的观点,被称作哥本哈根诠释,该诠释的其中一个基本假设,叫做“不确定性原理”。


不确定性原理指出,一个粒子的关联量(比如位置和速度、时间和能量等等)之间,存在本质的不确定,这种不确定是原则性的,我们没有任何办法得知不确定性间的内在机制。


比如速度和位置,我们不可能同时得知两者的精确数值,它们的不确定性满足ΔxΔp≥h/4π,这就和爱因斯坦坚信的信念发生了更本性的矛盾!


于是,在爱因斯坦与玻尔的多次“争论”中,爱因斯坦说了那句著名的——上帝不会掷骰子!


爱因斯坦的本意,就是在反对量子力学哥本哈根诠释中的不确定性原理。


爱因斯坦并不是只在口头上反对,他一方面坚持着自己对统一场论的研究,另一方面着手建立于哥本哈根诠释对立的量子力学诠释,也就是现在被称作的“隐变量诠释”。


隐变量诠释的出发点和哥本哈根诠释完全不同,隐变量坚信不确定原理中,存在更深层的机制,只是我们还没有找到这个机制而已。


不过,在上世纪八十年代,科学家以贝尔实验动摇了隐变量诠释。到了2016年,科学家则以无漏洞贝尔实验,完全否定了隐变量诠释。


看起来,爱因斯坦的隐变量诠释已经输了。物理学界的新解读是:爱因斯坦的上帝,真的是会掷骰子的!


上帝究竟会不会掷骰子?阅读这本书的旅程,尽管很有趣也很诙谐,但是我并不愿意相信玻尔完全赢了,而爱因斯坦彻底输了。


(二)

作者关于“真实”的论述,我觉得极有启发意义,他说:


我们的结论是,讨论哪个是“真实”毫无意义。我们唯一能说的,是在某种观察方式确定的前提下,它呈现出什么样子。


量子世界的这种奇妙结合,就是大名鼎鼎的“波粒二象性”。


我们已经看到,我们测量的对象都是如此微小,以致我们的介入对其产生了致命的干预。我们本身的扰动使得我们的测量中充满了不确定性,从原则上都无法克服。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。


换言之,不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的,就是我们能够观测到的世界。


测量是新物理学的核心,测量行为创造了整个世界。


回到我们普通人的视界,所谓测量,不就是我们的所看、所听和所想吗,即我们的目光所及。而我们又是如此的渺小如尘埃,在芸芸众生的世界里,上帝的一个喷嚏就可以将我们吹到云霄九万里之外。如同我们盯着地上熙熙攘攘无数的爬行蚂蚁,假如我们不小心的一个喷嚏,也会将他们喷的东倒西歪。


一切的一切,当我们不去观察的时候,都是处在不确定的叠加状态的,因为世间万物也都是由服从不确定性原理的原子组成。比如那只著名的薛定谔的猫,当我们没有观察的时候,那只猫的确是又死又活的。


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,也就是著名的“我思故我在”!


贝克莱(George Berkeley)主教有一句名言:“存在就是被感知”。


王阳明在他的《传习录·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂得了量子论,他是不是会文绉绉地说:“你未观测此花时,此花并未实在地存在,按波函数而归于寂;你来观测此花时,则此花波函数发生坍缩,它的颜色一时变成明白的实在……”


测量即是理,测量外无理。爱因斯坦的因果性要死了,眼见为实,随机性成了世界的基石。


这样的声音变成了主流:停止争论吧,上帝真的会掷骰子!


(三)

本来,人们在世界究竟是否“实在”这种问题上通常乐于奉行一种鸵鸟政策,能闭口不谈的就尽量不去讨论。量子论只要管用就可以了嘛,干吗非要刨根问底地去追究它背后的哲学意义到底是什么样的呢?


在任何时候,“你”都填满了整个宇宙,只不过“大部分”的你聚集在某个地方而已。


著名的热力学第二定律说,一个孤立体系的混乱程度总是不断增加的,其量度称为“熵”。换句话说,熵总是在变大,时间的箭头指向熵变大的那个方向!


于是,作者用一种怅然的语气说:


虽然我们有时候还会偶尔怀念经典时代,怀念那些因果关系一丝不苟,宇宙的本质简单易懂的日子,但这也已经更多的是一种怀旧情绪而已。


许多人相信,只有更进一步依赖量子的力量,超弦才会有一个比较光明的未来。


历史是不是这样一种永无止境的轮回?大自然是不是永远也不肯向我们展现它最终的秘密?而我们的探索是不是永远也没有终点?


这一切都没有答案。或许,历史终究是一场轮回,但在每一次的轮回中,我们毕竟都获得了更为伟大的发现。


2005年,一个叫库兹韦尔(Ray Kurzweil)的人便提出了一个很有名的观点:他认为到2029年,电脑的“智能”就将在整体上超越人类,并从此一去不回头,远远地将人类抛在后面。从此,我们就将进入一个完全不同的时代,这个分界线,他便称之为“奇点”。为此,他在著名的打赌网站http://www.longbets.org上押上2万美元,赌在2029年之前,机器就能够通过图灵检验。这场赌局的结果会如何呢?


我不相信2029年的奇点出现,但我相信上帝不一定会掷骰子,比如让人工智能与人类玩猫捉老鼠的游戏。如果上帝果然存在,那么我相信轮回,相信爱因斯坦的因果。至于不确定性,它存在于过程之中,但并不决定结果。


(四)

人类居住在太阳系中的一颗小小行星上,我们的文明不过万年的历史,现代科学的创立不到400年。


如果站在一个比较高的角度来看历史,一切事物都是遵循特定轨迹的,没有无缘无故的事情,也没有不合常理的发展。比如,那些在时代浪尖上弄潮的英雄人物,其实都只是适合了那个时代的基本要求,这才得到了属于他们的无上荣耀。


事实上,历史和将来一切可能发生的事情,都已经实际上发生了,或者将要发生。按照“平行宇宙”(Parallel Universes)的理论,它们在另外一些宇宙里,和我们所在的这个没有任何物理接触。这些宇宙和我们的世界互相平行,没有联系。


我去看了一部电影《信条》(Tenet),诺兰拍的,对,就是拍《黑暗骑士》、《盗梦空间》和《星际穿越》的那位导演神人。


男主的搭档、朋友尼尔为了去救男主,用了十二年的时光,终还是搭上了性命。影片的最后,男主和尼尔说了一段非常感人的对话,让人感慨万千。


男主说:“如果我们做法不同,能不能改变结局?”


尼尔说:“发生的已经发生了。”


人类无法改变历史,就会很无奈,这兴许就是我们常说的命运吧。一切都是注定的,但影片中传达出来的深意却是这不能成为我们袖手旁观的借口。


换句话说,虽然是命中注定的事情,但我们却不能因此而不去努力尝试改变,尼尔称之为现实。尼尔要去赴死了,男主虽然很不舍,但最后妥协了,他低头沉思了一下,还是放手让尼尔去牺牲。


这个时候他突然又想到了一个问题:“你还没告诉我,是谁让你来救我的?”


“你啊!”尼尔回头轻松的回答道。


原来,男主才是整个故事幕后的大Boss,他在未来建立了信条组织,然后逆转回来,招募训练了尼尔,让尼尔再引导训练年轻的自己,确保完成拯救地球的任务。而注定的结局是,尼尔要为救他而死。


尼尔和男主的友谊也跟着要结束了。


尼尔含笑对男主说:“我们的友谊结束了,但是对你而言,才是友谊的开始,但那是未来的世界。让我们在友谊开始的时间再见吧。”


尼尔又一次意味深长地说:“发生的事,就是发生了。”


人总以为自己可以改变世界,其实你早已经出现了,是以你的潜意识出现的,而不是以意识,今天的世界是注定的。了解历史是为了变得更好,进入到时光机的旋转门,去重塑历史,可改变的不是这个势头和结局,而是这个事件的原因。


不是改变了历史,改变了过去,而是告诉自己为什么会是今天这个结局。


《信条》的故事告诉我们:无论男主是否努力,地球都不会毁灭。一切都是确定的,这就是世界的信条。


《信条》这部电影是2020年上映的。我们看到这里,是不是看到了爱因斯坦的影子,又想起了他那句著名的话“上帝不会掷骰子!”


爱因斯坦早已作古,而玻尔也在1990年因为中风而离开了人间。如果他们活到今天,不知道会对此发表什么样的看法呢?


爱因斯坦会嘲讽的说:玻尔,亲爱的上帝不掷骰子!


玻尔会立刻回怼道:爱因斯坦,别去指挥上帝应该怎么做!


上帝造了光,爱因斯坦指出了什么是光,而康普顿则因为光的波粒二象性发现,成为第一个在真正意义上“看到”了这光的人。(310/1793)


《五》

发生的事情就是已经发生了。


在《信条》里,诺兰想表达的世界观是:未来决定了现在,冥冥之中凡事天注定。


比如,换成我此时此刻的行为来说,我看了《信条》这部电影,并不是因为我找到了这部电影才能看,而是因为我去看了这部电影《信条》,所以我才会找到。


这部电影看起来要比书科幻的多,很有些扯的味道,但是想想爱因斯坦还曾说过的一句话“过去、现在和未来,本来就是幻想一样的东西”,也就不敢再多说什么了,更何况还没怎么太看懂。


牛顿为什么晚年会研究神学,爱因斯坦老了为何也会常常说出一些神创论,诺兰在讲述《信条》的故事为什么要用到诺奖级的物理学家做顾问。究其原因,也许真实的他们也是稀里糊涂,走进了迷宫,他们也不知道“上帝究竟会不会掷骰子!”话先说了,以科学为名义的测量也都干了,信不信就由你了。


我们活在一个暮光世界。


自由意志和命定论,探讨这两者,人究竟有没有自由意志?《信条》的答案是没有,这本书的答案是不确定。


那么我们命定的人生中还有什么意义吗?不确定的人生究竟要怎样去做才会有意义?


对,我们还是要去做,去勇敢的面对和生活,我们是执行者。


无知是我们最大的武器,因为无知所以我们无畏,我们才会勇往直前,才会把当下活出最大的价值。


一块拼图,无论怎样拼,都不能改变结果,但是过程是最大的意义,享受快乐也享受焦灼,这就是人世间的真实生活。


我们的视界不过如此,我们看不到上帝,自然也就无法得知上帝究竟会不会掷骰子?


不过,我知道一点,我们都是上帝故事中的小蚂蚁,我们是自己故事中的主角,无论悲剧还是喜剧。


2022.4.26



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