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1 # 許躍波
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2 # 瑪麗藝術影視媒體
謝謝邀請。近年來,很多人熱議量子科學。這其中的原因不外乎是近幾年量子理論取得了一些突破,同時量子力學中的種種怪異現象也成功吸引了人們的眼球。量子力學研究的物件就是組成我們日常生活的一切物質的微觀基礎。那麼我們就會好奇, 量子理論是很深奧的,雖然在研究中有所突破,但是到至今,有一些詭異現象還是無法得到解釋,像是唯心主義的說法,科學工作者們也是不贊同的!
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3 # 閒看秋風999
唯心主義或是唯物主義最大的區別就是:前者純屬主觀臆造;而後者則是"大膽設想,小心求證"。任何思想,假設的提出都需要經過科學的求證,然後方能成為理論,只不過求證道路漫長,數學公式艱深,旁人難以理解罷了。
當愛因斯坦提出相對論和他著名的公式:E=mc2 的時候,沒人能夠理解;而1921年他獲得諾貝爾物理獎和相對論也沒有任何關係。只是到了1945年日本長崎和廣島的兩顆核彈,世人才明白了這個公式和這個理論的存在的意義。
人類歷史上不乏這樣的例子。
如德華人魏格納在地球儀上偶然觀察到非洲大陸西岸和南美洲東岸的海岸線很相似,不知什麼原因被分開了,因此推測大陸原本是相連的,1912年出版《大陸與大洋的起源》一書,並提出"大陸漂移說(理論)"。魏格納去世30年後,板塊構造學說席捲全球,人們終於承認了大陸漂移學說的正確性。由此可見到:一種正確的理論在其初期階段常常被當作錯誤拋棄或是被當作與宗教對立的觀點被否定,後來才被當作信條來接受。
再比如,醫學界一直否認人的大腦中存在類淋巴系統。不過幾周前《美國國家神經障礙和中風研究所》 the U.S. National Institute of Neurological Disorders and Stroke 公佈了一項研究報告稱,經過多年努力最終發現並證實了人的大腦和人體一樣,也存在著淋巴管。只因為這些淋巴管隱藏在腦硬膜之下,即使核磁共振也發現不了。(詳細內容可參看《大西洋月刊》)
因此,唯心主義也好,唯物主義也罷,一項假設的提出需經過反覆論證;那些被實踐證明是正確的,就成了理論(儘管理論艱深,難以接受);而有些證明不了的(如上帝,神靈,鬼魂),就是主觀臆造,異想天開。
科幻小說,科幻片之所以受人追捧,就是小說家和編劇們"大膽假設";而科學家們沿著這些思路去"小心求證"。看過《海底兩萬裡》,《未來世界》等等小說和電影吧?這些都是例證。
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4 # 非白非黑
量子這個東西大家可能都覺得很神秘,實際上一點兒也不神秘。二十世紀被最精密地證實的自然科學理論就是量子理論。
二十世紀有大量的科技成就和社會的技術發展,都是跟量子理論有關的,像核能、半導體,我們現在用的手機、計算機,這些都和量子理論有關。
那麼意識是什麼呢?學自然科學的人都知道,意識是被科學拒之門外、唯恐避之而不及的東西。
我們這代人都知道一句老話,叫做:“科學研究的是不以人的意志為轉移的客觀規律。”
但是人類發展到今天,發現意識是規避不了的。
量子力學的詭異現象量子力學也是自然科學史上被實驗證明最精確的一個理論,但是量子的觀念,沒有人能夠理解。我說的沒有人能夠理解,絕不是指像我們這個層次的人,而是說連量子力學的創始人都不能理解。
量子力學創始人有兩個,一個是愛因斯坦,一個是玻爾。
他們一輩子都在爭論量子力學的問題,“世紀大辯論”,結果還是不能理解。
玻爾就說了,如果誰說他懂了量子力學,他就沒有真懂,因為量子力學連我們都沒有搞懂,這就是他們的觀點。
那麼量子力學最不好懂的是些什麼問題呢?我先把量子力學中人們最不好懂的東西介紹給大家,而最不好懂的東西最後恰好是證明了:
意識不能被排除在客觀世界之外,一定要把意識加進去你才能夠認識搞懂它。
1.迭加態與坍縮
量子力學的第一個詭異現象叫做態迭加原理和坍縮。
為了解釋量子力學觀念,我先說說普通人的日常經驗。
一個物體在某個時刻,一定會處在某個固定的狀態。
比如說,我的女兒現在在客廳裡面,或者說我的女兒現在不在客廳裡面,兩者必居其一。只有一個對,要麼在客廳裡頭,要麼不在客廳裡頭。這就是普通人的關於狀態的概念。
一般人認為客觀物體一定要有一個確定的空間位置,這種存在,是不以人的意志為轉移的、是客觀的。這個客觀的定義,所有人都理解,而且認為這是天經地義的。
但在量子力學裡就不一樣了。
量子力學的基本原理就是微觀粒子可能處在迭加態,這種狀態是不確定的。
例如電子可以同時處於兩個不同地點,電子有可能在A點存在,也可能在B點存在,電子的狀態是在A點又不在A點的迭加。
這個話大家就不太理解了。聰明的人會說,你說電子既在A點又不在A點,就像說你的女兒既在客廳又不在客廳,女兒在不在客廳,你一看不就明白了嗎?這還用辯論什麼?
但是恰好量子力學就認為,你要去看這個女兒在不在,你就實施了觀察的動作。
你一觀察,這個女兒的存在狀態就坍縮了,她就從原來的,在客廳又不在客廳的迭加狀態,一下子變成在客廳或者不在客廳的唯一的狀態了。
所以量子力學怪就怪在這兒:你不觀察它,它就處於迭加態,也就是一個電子既在A點又不在A點,既在B點又不在B點。好,你說我去觀察一下它在A點還是在B點。
你一觀察,它這種迭加狀態就崩潰了,它就真的只在A點或者真的只在B點了,只出現一個。
那有人就會說了:你這是詭辯,你怎麼知道電子不觀察它的時候,它既在A點又不在A點呢?
好,這就是量子力學發展過程中,很多實驗確證的事情,其中一個最著名最重要的干涉實驗。
我先說一下干涉實驗的概念(如上圖)。如果有一個波,經過了兩個狹縫,出來就變成兩個子波了,這兩個子波在隨後傳播過程中就會出現干涉。
干涉的意思就是這兩個子波在每個點都迭加,在有些點上兩個波的運動方向相同,波的振幅就加強;在有些點上兩個波的運動方向相反,振幅就減低,或者抵消為零。
所以最後你觀察到的波就是一些干涉條紋。如果看到干涉條紋,你就知道你觀察到的是個波,而且這個波是在兩個狹縫同時出現的,也就是既在A點又在B點,因為只有這樣的情況,波才能出現干涉。
如果用電子來做實驗(如上圖),當每次只發射一個電子的時候,這個電子透過雙狹縫打到電子屏上,激發出一個小亮點,這是電子的粒子性。
但是事先也不知道電子會出現在螢幕上的什麼地方,結果多次重複,經過大量的觀察發現,這些電子不是完全沒有規律的。它有時出現在這裡,有時出現在那裡,在某些地方出現的可能性要大一些,在另一些地方則小一些。
電子的規律就是,它出現頻率高的地方,恰好是波動規律所預言的干涉條紋的亮處,而它出現頻率低的地方,對應於干涉條紋的暗處。
所以,大量的實驗證明:電子儘管是粒子,但是其運動像個波,而且每個電子必須同時出現在兩個小孔。
因為只有同時出現在兩個小孔,它才能干涉。就如剛才說的,你沒有觀察它的時候,電子一定不會取一個確定的狀態,它一定是所有狀態都要同時存在,這樣它才能干涉起來。
這就是量子力學詭異的地方。這個性質,隨後有很多很多應用。
剛才說了,電子一定要同時存在於兩個可能的狀態,電子才能與自己干涉起來。
那麼如果我們觀察它,比如在兩個狹縫處設定探測器,電子會怎麼樣呢?
電子一被觀測,就只出現在一個狹縫上了,干涉條紋立刻消失。這個狀態就叫做波函式的坍縮。 就是你一觀察,電子就在一個確定的地方出現了。
那麼有些人就想,我觀測它出現在確定的地方,它是不是早就出現在這個確定的地方,只不過我們不知道而已?
不對,剛才的干涉實驗告訴我們,在沒有干涉之前,它肯定出現在所有地方。
假如, 當我們不觀察時,電子真的存在於某個地方,它便只能透過一道狹縫,這就不能解釋實驗中觀測到的干涉條紋。
其實,嚴格的實驗已經完全排除了這種可能。電子在沒有觀測的時候,沒有確定的狀態。所以這件事是量子力學最詭異的事情。
懂了這個,就懂了量子力學最詭異的東西,而且隨後我們就能來證明:量子力學離不開意識,意識是量子力學的基礎。
搞物理學的人開個玩笑,說觀測為什麼能夠改變電子的狀態呢?就好像一個男的和一個女的在戀愛時,不知道結婚的結果是好是壞,可能是好也可能是壞,是好與壞的一種迭加狀態。這個時候你想要確定是好是壞怎麼辦呢?只有結婚試試吧。一結完婚,狀態就改變了,就再也不是原來的狀態了,變成只有一個狀態了,要麼好要麼壞。
剛才我講了半天,實際上就是和這個例子一樣。在觀察之前,大家都不知道電子處於哪個狀態。你去觀察一下,就像結婚了,那電子就出現在一個確定的狀態上了。這就是觀測對系統的影響。
2.單體的迭加態:薛定格的貓——證明測量的核心是人的意識
剛才說的是量子力學第一個詭異之點,現在我們來看看這個詭異之點往下推論,能夠推出什麼結果。最後結果會使大家認識到,意識是量子力學的基礎,物質世界和意識不可分開的。
這個實驗是量子力學的創始人薛定諤提出的,被稱為“薛定諤的貓”。薛定諤的本意是想批駁量子力學和量子力學的態迭加,他認為一個東西既存在這個狀態,又存在那個狀態,像女兒即在客廳,又不在客廳一樣,那是荒謬的。
他就想了個辦法來批駁量子力學,結果沒有批駁好,最後反而證明了量子力學最詭異的地方,也就是意識和物質不可分開。
現在我來說薛定諤的實驗是什麼(如上圖):把一隻貓放進一個封閉的盒子裡,然後把這個盒子接到一個裝置上,這個裝置包含一個原子核和一個毒氣設施。原子核有百分之五十的可能性發生衰變,衰變的時候就會發射出一個粒子來,這個粒子一發出來就會觸發毒氣設施,毒氣一觸發就會殺死這隻貓,這是他想象中的一個實驗。
根據剛才說的量子力學的態迭加原理,沒有觀察的時候,原子核是處於已經衰變和沒有衰變的迭加狀態,就是它既可能衰變了又沒有衰變,它是兩種狀態的迭加,就像電子既在A點又不在A點一樣,這個原子核既衰變又沒有衰變,50%機率衰變,50%機率不衰變。這個時候貓的狀態是可能活著,也可能死了,就是說貓也處於這種既死又活的迭加狀態。
貓可能處於這種狀態嗎?聰明人可能會說:那你開啟盒子一看不就行了嗎?但是開啟盒子一看,就是作了觀測,貓就只能是死或者活了。
這個問題一提出來,物理學家一個個都驚呆了,原來以為只有微觀世界才有這種態迭加,就是狀態不確定,既處於這個狀態,又不處於這個狀態。
現在宏觀世界也一樣了,貓不就是這樣嗎?有一隻既死又活的貓。
大家都不承認有這種狀態。但是量子力學的詭異之點,量子力學的態迭加原理就是說:你在觀察之前,貓就是處於既死又活的狀態。這個問題爭論了很長時間。怎麼辦?
量子理論很確定,這是毫無疑問的,如果沒有揭開蓋子沒有觀察,那薛定諤的貓的狀態是死與活的迭加,這隻貓永遠處於同時是死又是活的迭加態。這與我們的經驗嚴重違背。
這個實驗實際上就是“女兒在客廳裡,女兒不在客廳裡”變了個樣子說出來。
1963年獲得諾貝爾物理學獎的維格納想了一個新的辦法,他說:我讓個朋友戴著防毒面具也和貓一起呆在那個盒子裡面去,我躲在門外,對我來說,這貓是死是活我不知道,貓是既死又活。
事後我問在毒氣室裡戴防毒面具的朋友,貓是死是活?朋友肯定會回答,貓要麼是死要麼是活,不會說是半死不活的。
他這個說法一出來大家就發現,問題在哪兒呢?
一個人和貓一起呆在盒子裡,人有意識,意識一旦包含到量子力學的系統中去,它的波函式就坍縮了,貓就變成要麼是死,要麼是活了。
也就是說貓是死是活,只要一有人的意識參與,就變成要麼是死,要麼是活了,就不再是模糊狀態了。
維格納總結道,當朋友的意識被包含在整個系統中的時候,迭加態就不適用了。即使他本人在門外,箱子裡的波函式還是因為朋友的觀測而不斷地被觸動,因此只有活貓或者死貓兩個純態的可能。
維格納認為,意識可以作用於外部世界,使波函式坍縮是不足為奇的。
維格納這個認識已經是量子力學界的共識了,確實只能這樣認為。
因為外部世界的變化可以引起我們意識的改變。
大家想過沒有,牛頓第三定律說作用力與反作用力是相等的。
我們的意識能夠受外部世界的影響而改變,大家都覺得沒有問題,對吧?
人的意識就是受外界客觀世界的影響改變了,隨時都在變化。
那為什麼客觀世界就能改變意識,意識就不能改變客觀世界呢?
他就說意識是能夠改變客觀世界的,意識改變客觀世界就是透過波函式坍縮,就是使不確定狀態變成確定的狀態,這樣來影響的。
所以波函式,也就是量子力學的狀態,從不確定到確定必須要有意識的參與,這就是爭論到最後大家的結論。
自然科學總是自詡為最客觀、最不能容忍主觀意識的,現在量子力學發展到這個地步,居然發現人類的主觀意識是客觀物質世界的基礎了。
因為量子力學是我們客觀物質世界最基礎的理論。
剛才說過了,二十世紀人類技術進展都跟量子力學有關,而且量子力學經過了最精確的實驗驗證。
量子力學的基礎就是:從不確定的狀態變成確定的狀態,一定要有意識參與。
這是物理學的一個重大成就。到此為止我講的全都是物理學。
大家有興趣的可以去買關於薛定諤的貓等量子力學詭異現象的通俗讀物,現在出的這種書已經很多很多了,我講的這些都是上面的說法。
到這一步,我們對量子力學的詭異已經有所瞭解了,詭異的基礎實際上是:意識和物質世界不可分開,意識促成了物質世界從不確定到確定的轉移。
這點很像在佛學中,一個念頭一下子使物質世界產生出來了,這樣的概念。物質世界產生出來實際上是從不確定一下子變成確定的,這兩者很類似。
剛才講了量子力學兩個詭異之點,詭異之點到最後就達到了物質世界離不開意識,意識是物質世界的基礎,意識才使物質世界從不確定到確定,發生這樣的坍縮,也就是變化。
3. 多體的迭加態:量子糾纏
現在再來講量子力學第三個詭異之點,這個和前面講的狀態有關,是它們的直接結論,叫做量子糾纏。
量子糾纏與“薛定諤的貓”是類似的,只不過“薛定諤的貓” 講的是同一個東西處於不同的狀態的迭加,量子糾纏講的是如果有兩個以上的東西它們都處於不同的狀態的迭加,它們彼此之間有什麼關聯。
這就是量子糾纏。
量子糾纏最典型的例子是:如果有一個原子在空中爆炸,它變成了兩個碎片向兩個方向飛去。這兩個碎片的狀態一定有明確的關係,比如角動量守恆就告訴我們,這兩個碎片的狀態,如果一個角動量是正的,另一個角動量一定是負的,這樣它們的和才是零。
在沒有被人檢測的時候,兩個碎片都是處於不確定的狀態,比如它們的角動量既可能是正,也有可能是負。而一旦被人檢測,受測的碎片馬上選擇一個確定的角動量,或者正的,或者負的;另一個未檢測的碎片,也馬上選擇與之相反的狀態,或者正的,或者負的。
這就是剛才講的兩個的狀態從不確定到確定。
關於這種關聯,可以打個比方,我們從北京買了一雙手套,把手套中的一隻寄到香港,另一隻寄到華盛頓,那麼寄到香港的是左手戴的還是右手戴的?誰都不知道,如果香港的人收到了開啟一看,是左手的,那華盛頓的人不用看就知道收到的是右手的,因為手套是左右配對的,這是個規則。
一旦寄出去了,寄的過程中不確定,但是一個人只要觀測了他收到的手套是左手的還是右手的,另一個人不用觀測就知道了。這就是糾纏的一個例子。
大家可以說,手套在寄的過程中,只不過大家不知道而已,是左手右手早就確定了的。
這就和“女兒在客廳裡還是不在客廳裡”一樣,大家覺得在不在客廳裡是早就確定了的,只不過你沒有去觀察。
手套也是一樣,大家會認為,你看沒看它沒關係,它早就確定了。
但量子力學大量實驗證明,如果把同一個量子體系分開成幾個部分,在未檢測之前,你永遠不知道這些部分的準確狀態;如果你檢測出其中之一的狀態,在這瞬間其他部分立即調整自己的狀態與之相應。
這樣的量子體系的狀態叫做“糾纏態”。
就好比這個手套在寄出以後,在還沒被觀測之前,它是不是確定呢?肯定不確定。只有在你確定了其中某一個的狀態,另一個的狀態立刻就變化了,也變得確定起來了。這種關聯就叫作量子糾纏。
大家也許很難理解這個糾纏,說實話,這個已經超出了我們人類的理解能力的範圍之外,你只能去試圖想他、接受他,跟我們日常生活中的客觀經驗已經不符了。
我再舉個例子。人跟人之間的關係也是有這種糾纏關係,比如我跟我兒子之間的關係。我們一個父一個子,如果有一天媳婦生了一個孩子,雖然我完全不知道,但是我也馬上晉級為爺爺了。晉級跟我知不知道沒有關係,兒子晉級了,做爸爸了,我作為爺爺的狀態也就馬上明確了,這個也是一種糾纏。
這個例子還說明糾纏的一個重要特點:糾纏一方得到的任何資訊,另一方也會馬上感到,不需要資訊傳遞。這一點很重要,後面要用到。
這種糾纏的例子大家還容易理解,但是對於物質世界的糾纏大家不太容易理解,原因就在於大家的觀念都認為一個事物永遠都有個確定的狀態,但是量子力學發現微觀世界的事物,在還沒被觀察之前沒有明確的狀態。
大家記住量子糾纏就是對於多個微觀物體,在被觀察之後,它們的狀態會從不確定到確定,作一個有關聯的突變。
量子糾纏現在已經變成一個工具了,這個工具可以用來傳輸東西、傳輸資訊。
我先來說,非量子力學的經典物理學的資訊傳輸。比如一位女士有一本書,或者任何資訊,她想傳輸到一位男士手上去,這個男士在紐約,兩個人根本看不見。
經典物理學的傳輸方式是女士拿掃描器來掃描這本書,掃描之後透過網路系統,把訊號傳到男士那去,男士再把它打印出來,這就是經典訊號傳輸了。
但經典訊號傳輸有個大缺點,就是不完全。因為一本書在掃描時候只能得到它的部分資訊,這本書的顏色、紙張的厚度、紙張的原子分子結構那就傳不過去,傳的只是照相的影象,這就是經典物理學的訊號傳輸。
量子訊號傳輸就完全不同了。量子訊號的傳輸利用量子糾纏態。
如果這位女士與男士離得很遠,一個在火星上,一個在地球上,他們可以用量子糾纏來傳輸資訊。
如果女士在A點,她有光子A;男士在B點,他有光子B。光子A和B處於糾纏態,對A光子施加的任何作用或給她的任何資訊,B光子都馬上得到。
如果把這本書的全部資訊作用於A光子,那麼B光子也馬上得到。這就是量子隱形傳輸中,最後的B點得到的是和原來完全一樣的資訊。
經典物理傳輸後所複製出來的,只是紙上影象的資訊,沒有複製出任何“實體”本身。
而量子隱形傳輸卻是從“實體”得到完整的資訊,從而複製出了“實體”本身,儘管只是一個小小的量子態!這個過程要講的話比較複雜一點,我就捨棄這些細節。
這個工作現在在全世界做得最領先的是歐洲國家,然後就是中國。中科大有個年輕教授叫潘建偉,他做這個在全世界很有名,做得很好。這個量子隱性傳輸能夠實現,就使得人類有這種可能:可以把在地球上某個東西的全部資訊傳到火星上去,而且瞬間就傳播了。現在傳播的是某個東西的全部資訊,總有一天能實現把一個人的全部資訊傳遞到火星上去,然後在那個地方用原子組裝出來,不就變成傳輸了一個人了嗎?
這個超遠距離隱性傳輸,就類似於中國古典小說中的幻想。
我講這個,主要想讓大家理解並記住,如果兩個地方的物質處於糾纏態,從糾纏的一方的所有資訊可以瞬間傳遞到糾纏的另一方去,這種傳輸沒有時間空間的限制,是瞬間傳播的。
這是量子力學第三個詭異的地方。
意識是量子物理現象因此是念頭產生了“客觀”,念頭就是測量,客觀世界是一系列複雜念頭造成的。
所以我們說人的念頭和量子力學的測量很類似,意識在不測量的時候是空空靈靈的、清清楚楚的、沒有產生任何妄想雜念、是對境無心的,看花不是花。
但是一旦你產生念頭了,對它進行測量了,於是花就固定為一種形態而跳出來了,你就認出它是花了。
這就是人的意識。這就是意識和量子力學測量的類似之處。
在量子物理中,這種沒有確定的狀態,一被觀測,也就是人的意識一參與,基本粒子的波函式就開始坍縮了,電子就會出現在個確定的位置,就出現某種客觀實在,所以客觀實在產生於意識參與的測量。
在量子力學中,物質是由測量而產生的,而起心動念的實質我們也可以把它叫做一種測量。
起心動念的時候意識本身就不再自由了,它突然就坍縮到個具體的概念之上了。
也就是說,整個世界也都這樣,一旦有了意識,才可能有確定的狀態出現。
但這個問題太大了,究竟怎麼理解,物理學還遠遠沒有走到這一步。
我想,把心和意識掛鉤起來,而在量子力學看來,一切是意識產生的結果,那這個意思就比較接近了。
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5 # 原相
量子力學其實是無處不在的,鳥類的導航,人的嗅覺,光子級別的科研等等用的都是量子力學,現在也就是在實用。微觀到量子級別下,傳統物理如牛頓力學體系和愛因斯坦相對論體系已經失效,不管願不願意承認,這就是真相!
為何難以置信呢?因為我們一直生活在宏觀世界裡,不注重觀察微觀世界,我們沉迷於實相而不願思考背後的真相。事實上,量子力學也並不是最後的真理,真理到最後心物都是一體的,就好像時空本是一回事一樣!
時空為何是一件事?我們思考一下,我們現在的時間是怎麼來的,年月日時是為時間。年就是地球公轉一週,月就是月亮公轉一週,日就是地球自轉一週。我們發現時間其實不過就是日月五星的空間的角度,而所謂天道也就是星系的執行規律罷了!世間的萬物也不過就是這一圈圈的生長收藏的輪迴而化生出來,位置就是時間就是命運。
同樣的,心就是物,物就是心,心物一體。其實有些修為的人都會有感受到,萬物一體之仁,就是世間的萬事萬物其實都是一體的!有些人總覺得別人的事和我無關啥的,其實不是這樣的,事物是普遍聯絡的,大家都本是一體,就好像一個身體上的不同細胞一樣。那大家的聯絡在哪裡呢?就在你的心裡,每個人的心裡,每個生命的心裡。動物植物也有心,但它們的心沒有靈,唯一有靈的只有人。
把心和物分開談真的很幼稚,就好像把好人和壞人分開談一樣,沒有壞人哪有好人?沒有心有了物又能如何?世界還是一片寂滅!有了心沒有物也是一片空虛!這兩者就是一矛一盾,一陰一陽。
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6 # 卯酉鄉音
唯物主義和唯心主義是哲學上的兩大派別。兩者的根本區別是物質和精神這兩者,誰才是第一性的。唯物主義認為世界的本源是物質,即物質決定意識.而唯心主義者則相反。唯心主義又有兩種,一種認為,世界之所以存在,是因為我感覺到它了,所以它才存在;如果我感覺不到它,世界就不復存在了。比如陸象山說“宇宙便是吾心,吾心便是宇宙”,王陽明說“天下無心外之物"就這意思。還有一種唯心主義是說世界的本原是由超空間的客觀存在的精神決定的,世界上一切事物和現象都是這種精神實體的派生物或表現。通俗地說,就是類似上帝創造了也界,並主宰著世界的說法。對比一下就可以知道,量子理論與這兩種唯心主義都不是一回事。量子理論首先承認量子是物質。
清華大學副校長、清華大學生命科學學院院長,中國科學院院士施一公教授將物質世界分成三個層面:第一個層面物質是宏觀的,就是我們可以感知到的,直覺可以看到的東西,比如人是一個物質,房子也是一個物質,天安門、故宮都是物質。第二個層面是微觀的,包括眼睛看不到的東西也叫微觀,我們可以藉助儀器感知到、測量到,從直覺上認為它存在,比如說原子、分子、蛋白,比如說很遠的一百億光年以外的星球。第三個層面,就是超微觀的物質。對這一類,我們只能理論推測,用實驗驗證,但是從來不知道它是什麼,包括量子,包括光子。儘管知道粒子可以有自旋和能級、能量,但是我們真的很難透過直覺理解,這就是超微觀世界。
現在許多人都懷疑量子理論的真實性,其實就是源於目前科學尚不能解釋量子理論的許多現象,比如量子糾纏。為什麼兩個糾纏的量子不管相距多遠,當你對一個量子進行測量的時候,另外一個相距很遠的量子居然也可以被人知道它的狀態,可以被關聯地測量,確實不可思議。這時候,如果我們認為這種現象是由於某個“神”的操縱才發生的,那就是唯心主義了。如果認為這種現象是客觀存在的,是粒子的一種特性,只不過人類目前的科學水平尚不知道原因而已,那就不是唯心主義。我們可以回顧一下科學發展史,有許多現象當時也是解釋不了的,但隨著科學的進步,一個個都有了答案。比如,行星為什麼繞太陽轉?比如時空為什麼會彎曲?比如生物鐘到底是什麼?隨著萬有引力的發現,引力波被監測證實,生物鐘分子執行機制被揭開,這些問題都有了讓人信服的答案。量子糾纏什麼時候搞明白不清楚,但只要不認為它是上帝在幕後搞的鬼,這就不是唯心主義,人類就有希望有一天揭開迷底。在迷底揭開之前進行科學研究,進一步探討它的特性,從而利用它造福人類,都是允許和可以預期的。
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7 # 量子小飛豬
你可能聽說過不少渲染量子力學如何難以理解的說法,如“連愛因斯坦都理解不了量子力學”,“費曼說,沒有人理解量子力學”。但對初學者來說,這些說法有點誤導,會讓你以為量子力學是一種玄學、禪機,一種類似腦筋急轉彎或者詭辯的東西。
實際上,量子力學是一套清晰的數學框架,可以比作微觀世界執行的一本操作手冊。全世界有數以百萬計的科技人員熟悉這本操作手冊,就像全世界有數以百萬計的管道工熟悉管道操作一樣。根據這本操作手冊,我們能對微觀世界的執行做出精確的預測,跟實驗符合得極好,常常準確到小數點後第9位甚至更多。
波粒二象性
那麼難理解的是什麼呢?是這本操作手冊“為什麼”是這樣,這是個哲學層面的問題。而這本操作手冊本身,是十分清楚的。好比你拿到《九陰真經》,雖然不明白裡面很多地方為什麼這麼寫,但你照著練就能成為武林高手。
從資訊科學的角度看來,量子力學中能夠利用的是三個非常違反宏觀世界日常經驗的要點:疊加、測量和糾纏。我們不妨稱之為“三大奧義”。這不是說量子力學中只有這三個奧義,當然還有其他的,只是跟資訊科學的關係不是那麼大,本文中就不介紹了。
量子疊加
這三大奧義雖然違反“常識”,但微觀世界的許多實驗早已驗證了它們的正確性。在閱讀下文時,每當你感到“這怎麼可能”、“這不是胡說八道嗎”的時候,請記住,這些原理不是某個科學家的心血來潮向壁虛構,而是已經經過近百年來的無數實驗反覆證明的,其應用範圍幾乎涉及我們身邊所有事物。所以,在目前的認識範圍內,科學界把這些原理視為真理。
如果你想問“如果這些理論是錯的會怎麼樣”,回答是:你的電視就開不了機,手機就通不了信,計算機就算不了東西,燈管就發不了光。所以,你希望這些理論是錯的,還是對的呢?
如果你真心想理解量子資訊,超出吃瓜群眾的水平,你就一定要跨越這個心理障礙,勇敢地面對數學。這樣做了以後,你就會發現,其實並不難,你完全可以做到!
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8 # 一米陽光李先生
量子理論又稱為量子力學或量子物理學,是一組在極小尺度上主要應用於原子或更小實體的微粒定律。量子理論的核心是測不準原理和波粒二象性概念的結合。
愛因斯坦最先在1905年發表的論文(他因該論文獲得諾貝爾獎)中證明可以把光看成粒子。這一思想在1920年代發展為光的玻色子學說。也是在1920年代,實驗證明典型的基本粒子——電子同樣具有波的特性。但波粒二象性的實質在展示電子的波和粒子雙重性質的現代實驗中表現很清楚。
量子物理學和宇宙學之間最重要的交匯是1920年代魏納•海森伯提出的測不準原理。它和波粒二象性有關,並且可用物體的位置和動量的不確定性——即物體對正往何處去的瞭解程度——予以最清楚的說明。位置顯然是粒子的屬性,你可以準確說出一個經典粒子在何處。同樣顯然的是,你無法說出經典的波在哪裡,而只能指出波透過的空間區域,因為波動本性決定了它是一種向外擴充套件的東西。在經典力學世界,波沒有與粒子同一意義上的位置,但它們確實有方向——它們有動量,並且知道它們正在走向何方。海森伯證明,在量子世界,存在著一種瞭解位置和動量的內在不確定性。你永遠不可能同時知道比如電子那樣一個實體的位置和動量,就會加強實體的“波動性”,使它擴大從而位置不確定。如果你試圖精密測量它的位置,就將使它的波動性變得不確定,以致它無法肯定正在走向何方。位置不確定性的大小,乘以動量不確定性的大小,必須永遠等於或大於一個確定數值,它等於普朗克常數除以2π(這個數值記為h,讀成“h槓”)。這並不是測量試驗中的困難導致的後果。當然,測量單個電子的位置和動量無疑是困難的,就在你進行測量時(大概會用光子從電子反跳回來的辦法),你也在改變你試圖測量的性質,因為電子因光子撞擊而反彈。但量子不確定性是量子世界實體的內在本質的真正屬性。一個像電子那樣的實體不能既有精密的動量,又同時有精密的位置;它自己確實不能同時準確“知道”它身在何處和走向何方。就日常標準來看,這個效應是非常小的。物體的質量越大,不確定性越小。對於質量很小一個電子來說,其影響就十分顯著了。這種不確定性對天文學的重要性在於,一個物體或甚至一個虛無空間區的能量與它被觀測的時間長度之間存在同一型別的關係。如果你長時間仔細觀察某個事物,你想多精密就能夠多精密地測量它的能量。但如果你僅僅一瞥,則能量——不單單是你測量的能量,而且也指真正存在的能量——總是不確定的。和量子實體不“知道”它自己的準確位置一樣,它(以及整體宇宙)在一個短時間隔內也不“知道”它擁有能量的準確數量。正是這個量子不確定性使得電子-正電子對(和其它粒子-反粒子對)能從完全空無一物之中出現,條件是它們要在量子不確定性允許的短短一瞬間彼此湮滅。這就是與黑洞關聯的霍金輻射的來源。甚至可能整個宇宙也是以這種方式、透過真空量子漲落中出現的暴漲而創生的。
量子世界的每個實體都同時具有我們習慣視為截然不同事物——波河粒子的特性。例如,通常被視為電磁波的光,在某些情況下的行為就像是粒子(稱為光子)流。19世紀末馬克斯•普朗克發現,黑體輻射的本質,僅當原子以不連續的量子(光子)發射和吸收光時,才能得到解釋。這一發現使物理學家明白了量子物理學和經典力學之間的區別。普朗克的發現的最根本要點是,原子能量的變化究竟可以多麼小是有極限的;用現代術語說就是,這一變化的極限相對於發射或吸收單個光子。
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9 # 京A無住清氣滿人間R
不要說常人,就算是學問再高,非此專業的學者,也不一定能理解,此理論。但我相信,這並不代表懂得,因為我們要尊重科學。目前運用於各領域裡的科學成果,確實帶給老百姓太多實惠和便利。我們生活在宇宙大環境下的物質世界中,連我們自己也是物質與精神的組合體,終有一天,人們會徹底搞懂自身和宇宙無二無別的,一體化原理。比如大家產生了一個念頭,想法,其實這個意念是物質的,以波的形式傳遞,或者近於光速,但是沒有確切專業水平的認證,誰信呢? 科學的量子理論早已運用在我們的生活中而不自知,普通人大部分的都在用啊。
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10 # 何處醉紅蓮214
量子領域之一的表現是當我們所觀察的物質的極小一部分時,物質的運動模式已發生變化。平時我們所觀察的物體運動是連續的,就好像我們拿個攝像機拍攝一個物體從a運動到b,不管我們怎麼拍攝都能得到在拍攝過程中任意時間點的照片,但我們看微觀世界時物質從a運動到b是呈現跳躍性的,中間有的運動一部分是怎麼也“拍”不到的,為什麼會造成這種現象?正如光速一樣,不管我們處於理論上相對光速的某種速度,但實際測量光速依然還是那固定的數值?是什麼原因導致了這種現象?目前科學家有過各種猜測,宇宙13維空間論、霍金的膜理論。那會不會是這種情況,我們所在的世界都是由宇宙大爆炸的奇點得來的,在爆炸以前世界等於奇點加外面空的空間,奇點中空間是具有高能量,但在有高能量之前這個奇點的空間也是穩定的。那為什麼會穩定,能量哪裡來?反觀我們現實世界中的種種跡象,光速不變,物質是以機率波的形式傳播,表明有些“物質”確實在我們這個空間存在。那問題又來了,為什麼有的“物質”突然就從一個沒有的地方蹦出來?太奇怪了,只能說奇點中“噴射”出來的東西本不屬於這個空間。外觀上來看,奇點只是具有極高的溫度,極大的“能量”(引力,電磁力、、)。但礙於我們這個空間性質,具有最小空間和最小時間,使得只能以我們這個空間的形式釋放。換句話說,即奇點噴射出來的東西是其他位空間的東西來到了我們這個位空間上,我們世界中是由其他位空間加我們自己的空間構成的。其他位空間含有哪些?電磁力,引力,,那這兩個是其他空間中的同一個空間中的東西嗎?也許電磁力是一個空間,引力是另一個空間。即我們所處的世界可能是透過奇點的“噴射”來使幾個空間混合,我們的世界是由幾個位空間組成的。那麼其他位空間到底發生了什麼事?類似於霍金宇宙膜理論幾個空間上的碰撞?從物質的表現上,倒像是其他位空間的規則(或說是性質)在我們這個空間規則(如具有最小空間和時間)上的碎片,即我們所處的世界是由我們這個位空間充斥著其他幾個位空間的性質碎片構成的。搞清楚這些對現實世界有哪些運用?可以讓幾種力能夠真正的獨立,把力劃分有利於電子運用的進一步提高。哲學用意,可以看待事物是消失和存在交替進行的,一個東西的消失會有另一個東西出現的變化。日常生活,肉眼憐分子結構都看不到還管量子領域幹嘛?
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人類存在一天就不會放棄對未知領域的探索,今天的科技成就在過去的人看來根本是不可想象的。這有什麼不好理解的呢?事實上也不需要人人理解,能實用,能幫助人類解決實際問題就行了。比如網際網路,推廣前是多麼的不可思議,現在想起來很簡單,不就是全世界電話線串聯了呀?也就是可視電話加上電腦的可儲存功能罷了,可就是沒有人在美華人前面想到,這需要敢為人先的魄力和創新精神,目前人類還有很多未知領域,需要我們去大膽探索,才能有科技成果不斷湧現。