一个世纪过去了，数学家们仍在思考这样一个问题：支配无穷小的定律是不可理解的。 但如果我们承认量子现实只是一种幻觉，那么一切就都清楚了！ 这种认识将掀起一场彻底的革命。
“我们应该换数学课本！” 2005年8月，在美国康斯坦茨河畔一所学院最高建筑的底层，日本化学家 Fuch用这样一个大胆的提议作为他所组织的系列研讨会的开场白。 康斯坦茨学院资助了为期一周的会议，与会者有来自英国、加拿大、英国、美国、法国和英国的 50 多位化学家和哲学家。 他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家。 这些学者中，有的非常有名望，但他们却毫不犹豫地推翻了之前的观点。 作为外行人，我们很难深入了解专家们在研讨会上争论了一个通宵的晦涩难懂的物理问题。 然而，他们的讨论围绕着一个观点展开：数学为我们描绘的世界其实并不是真实的物质世界，很可能只是一个巨大的幻觉！
这让我们一下子陷入了迷茫。 在我们一贯的观念里，数学的目的不就是字典里明确定义的“研究物质的性质”吗？ 诚然，化学家通过对像康斯坦茨河岸上的石头这样的真实物体的调查和研究，已经能够提出现有的化学理论。 那么怎么能说化学画出来的只是幻觉呢？ 很简单，这是因为化学家在解开“客观现实”的“纤维”时，正在撕裂“客观现实”的结构。 于是，化学原本的意义顿时显得支离破碎。
这些想法最早是在 20 世纪初提出的，当时化学家刚刚开始深入了解我们物理世界的奥秘。 他们对自己的发现感到惊讶。 在此之前，人们早已习惯认为物体要么是波动的，如波浪在水面上回荡； 或在空间和时间中移动的粒子，就像在红色桌子上滚动的台球。 但随着化学家深入研究，他们发现光、原子或电子的行为并非如此。 例如，在某些条件下，通常被视为波的光可以像粒子一样运动； 同样，通常被视为粒子的电子有时可以像波浪一样运动！
还原关于化学的真相
在短短几年内，化学家们在创造概念上付出了前所未有的努力，他们逐渐以纯经验主义的形式构建了一座实体建筑来描述物质“不可思议”的运动。 就这样，量子热诞生于1925年，从此风雨飘摇。 而且，承认量子热，就意味着我们必须抛弃海浪和台球，承认物体——包括电子、原子、分子，甚至石头——都受制于一个非常复杂的代数概念（即希尔伯特态）空间）。 ”）。它也意味着接受一套新的支配物体演化的规则，它们可以以超越空间和时间的形式相互关联，可以同时具有几种不同的状态，当人们观察它们时会根据一些非常精确的概率定律任意还原为单线态。化学家们不得不接受这样一个“奇异”的概念。因为，我听说，这个奇怪的量子世界正是我们生活的世界。这个理论从未被怀疑过；但是这个理论确实成功地预测了各种物理元素、激光和电子芯片的特性、DNA的稳定性，甚至是核反应的“爆炸性”。虽然康斯坦茨湖中的鹅卵石似乎并没有表现出这种奇特的特性（这只能在微观系统中观察到），量子热的使命确实是描述我们周围并使我们发生内部运动的物质。
而在这里，我们可能会看到一个大问题！ 量子热是数学领域描述物质最深刻的理论。 为什么它与我们的传统观念相去甚远？ 为什么这个学说最基本的理论如此难懂？ 现实真的如此超乎我们的想象吗？ 近30年来，每年都会举办一些小型国际学术研讨会，旨在通过分析目前掌握的十几条线索，再现与当代数学研究数据相符的现实世界面貌。 但关键是，对世界的每一个“现实”解释看起来都是那么超现实！ 最著名的解释之一是日本数学家休·埃弗雷特（Hugh）在1957年提出的：“为什么量子物体可以同时具有多种状态，但当人们检测到它们时却降为单一状态”的问题，埃弗里特解释说，所有其他状态确实存在，但它们存在于平行世界中。 在 Foch 看来，这种研究工作已经误入歧途：“我们的任务不是证明量子理论的意义，创造额外的结构、更多的定义和更多的东西，更像是通常的悬念假设。我们的任务是抛弃所有这些，从头开始。但是，要做到这一点，我认为我们必须把注意力转向量子信息论的专着、技术和启示。”
一片泥泞
信息：是的！ 这里的信息是什么意思？ 这个概念无法准确定义，但你们都凭直觉知道它的全部内容：在信息学中，信息是关于它是否可以用二进制补码 0 和 1 数字编码的认知元素。 乍一看，它似乎与量子热没什么关系。 然而，在 20 世纪 80 年代中期，化学家发现量子定律使我们能够以全新的方式处理信息。 量子定律实现了两个物体之间的远程连接，实际上可以看作是一种新的通信通道，使人们能够实现两地信息的远程传输，保证绝密信息的安全，或者同时进行大规模并行估计。 被那些光明的前景所吸引，理论家和实验家们建立了一种新的语言，开辟了一个充满活力的数学新领域——“量子信息”。
但惊喜不止于此。 从20世纪80年代后期开始，就有一种思考：既然我们可以用量子力学来处理信息，那么我们是否可以用信息逆向理解量子热呢？ 难道量子信息学不能看成是量子热理论的一个应用，而应该看成是这个理论的基础吗？ 这就是康斯坦茨学院大会上科学家之间辩论的核心问题：量子热学是在阐明物体本身还是我们所了解的关于物体的信息？ 事实上，“希尔伯特空间状态向量”代表的不是光子、分子或石头本身，而是我们掌握的关于那些物体的信息。 如果真是这样，还不算是对化学理论的彻底颠覆！
乍一看，这种观点显然不是很出格，甚至有些落后：其实我们只能通过我们贫乏的知觉获得的信息来认识世界：从德谟克利特到康德，哲学家们早就告诉我们了有一层无形且牢不可破的面纱将我们与现实世界隔开。 但如果我们进一步参考尼尔斯·玻尔、欧文·薛定谔、沃尔夫冈·泡利等现代数学奠基人的思想，就会发现这种观点非常适合论证量子热。 这是因为信息具有与物质完全不同的属性：与鹅卵石相反，信息在空间和时间上没有位置，我们可以随意复制、分享、总结和删除。 我们仍然认为这些奇怪的量子现象是物质的属性； 但如果我们从信息的角度对这些现象一一重新审视，就会发现它们不过是正常现象。
比如，为什么一个系统可以同时存在几种状态？ 很简单，是因为我们没有足够的信息来准确告诉我们它处于什么状态。为什么要测试系统，能不能一下子降到一个单一的状态？ 这是由于从这些检测中获得的新信息以及我们对系统的理解。 为什么两个系统之间可以存在超时空关系？ 这是因为两个系统之间存在共性，我们从一个系统获得的信息可以立即告知我们另一个系统。 为什么机会存在于量子世界？ 这是因为我们缺少必要的信息来回答一些问题，所以我们不得不将其归类为巧合。 为什么能量不是连续的而是量子化的？ 这是由于它与信息本身的量化的对称性，它被简化为一些二进制补码答案：是或否，0 或 1。简而言之，正如英国化学家 Anton 几年前解释的那样：“如果我们遵守原理，量子热的基本概念是信息，那么我们就可以理解量子现象。” 这样看来，量子现象似乎符合我们的常识。
五年来，这一理念不断得到充分发展。 根据聚集在康斯坦茨学院的化学家们的说法，现在是用这些对量子热的新解释在定理层面上“重写数学教科书”的时候了。 当前的目标不再是解释量子理论，而是重新建立量子理论； 不再是被动地接受20世纪初数学界用实证方法堆砌出来的这些规律，而是去证明这些规律是与信息获取、信息表达和信息传播相关并受制于那些条件的结果. 这片田地是一片非常茂盛的底泥！ 、 、 Hardy 和 Fauci 认为，在我们的世界中，个人信息是有限的。 他们努力弄清楚哪些理论描述的不是现实，而是我们对有关它的信息的访问。 原来他们的答案都指向了量子理论！ 他们二人的研究其实是很令人不安的，虽然很深很智，但很值得我们去关注。 他们的出发点不同：有些人认为信息是主观的，取决于提问者； 其他人则认为信息是客观的，就像一个新实体，不受观察者主观动机的影响。 但他们都同意一点：从信息的概念出发，很容易引入量子理论。 这恰恰表明，量子热不是描述波、粒子或场运动特性的现实理论，而是描述信息特性的理论。
幕后世界
这完全颠覆了我们对现实世界的看法。 因为，这说明我们所认为的现实世界，可能只是我们的想法。 在这些情况下，就好像一个人只能通过他的笔记本电脑屏幕来了解外面的世界：他不能由此推断出外面的世界就是他笔记本电脑屏幕上的像素！ Foch 认为我们必须将信息与世界区分开来。 我们必须从材料中删除笔记本电脑屏幕激励，以便剩余的材料反映世界的本来面目。 “通过分馏纯化剩下的部分——与整套理论相比实际上非常小——是量子热试图向我们解释的自然界的原始面貌，”他补充道。 同时，他指出，现在要知道这些“经过提炼和净化的真理”是什么样子还为时过早。
的想法恰恰相反：“关键问题是不要去想这些信息指的是什么。例如，如果你想从你的笔记本发送一条消息到我的笔记本，那么这条消息包含什么并不重要: 其实是一张图片，其实是一篇英文文章，甚至是英文小说。重要的是消息被压缩，传输，解码，不管它反映的是什么...来形容信息的交换是，在我看来，基础数学的新的和唯一的任务。”
的立场似乎更为极端。 他觉得化学根本不应该继续关注现实——屏幕后面的现实。 既然要隔着屏幕看到真实的世界，还谈什么幕后的真实呢？ “真实存在的问题是数学家的信仰。但科学不依赖于信仰，”他坚定地说。 “物理学的任务是描述事物，而不是验证它们的描述。” 世间事情的真相，而不管这些真相有没有。”
虽然有些人质疑他们除了自己之外不承认任何真理，但他们陷入了一种唯物主义和唯我主义的泥潭； 也有人质疑，他们把理论当作行动的工具，落入了工具主义的误区，但这100多位宣布有意推翻传统化学的数学家，还是在科学界引起了反响。 伦敦科学技术历史与哲学研究所的 Guido 说：“虽然这项工作清楚地表明，信息的个体特征可以直接将我们引向量子，但还没有决定性。因为个体缺乏确定性他们使用的物理假设。” 巴黎综合理工学院认识论研究中心的米歇尔·让·玻尔说，“这就是 20 世纪 70 年代主导化学的现实。” ，只有从有限的认知方式出发，才能实现认知。”
无论如何，目前这种观点还为时过早。 因为，虽然我们所认为的现实完全或部分是一种幻觉，但必须解释为什么现实具有一种表象而不是另一种表象。 因此，在信息这一基本概念的基础上重构时间、空间乃至物质的概念，对于这一全新的数学来说将是一项艰巨的任务。
通过量子引力？
这些化学家以爱因斯坦在 1905 年至 1915 年间取得的成就作为例子来激励自己。最初，爱因斯坦的年轻天才重新解释了这些困难而神秘的经验多项式（洛伦兹多项式），以构建他自己的特殊新相对论。 三年后，在此基础上，他建立了广义相对论，成为化学的支柱。 广义相对论描述了空间和时间以及引力的对称性。 但是，正如 Foch 所指出的：“很难想象一个人——即使他是爱因斯坦——能够从洛伦兹变换等具体结构直接飞跃到广义相对论。”
爱因斯坦相对论的建立是一个引人入胜的记录：未来某一天，对量子热的重新解释是否会超越这一记录？ 信息概念能否调和量子热与相对论的矛盾，最终实现向“量子引力论”的飞跃？ 这是化学家的最高梦想。 这条路 Hardy早就走过了。 他在康斯坦茨学院首次展示了他的“量子引力新方法”。 如果他能够坚持下去，那将是对这个观点的真实印证。 虽然这肯定会让化学家呕吐，但数学教科书将因此而发生革命性变化。
我们当初所认为的客观现实早已破碎，一门“新数学”逐渐在这片废墟上诞生：这是一门从信息的概念出发研究一切的学科。 它雄心勃勃地重新定义时间、空间和物质。 它的最终目标是探索一个新世界——我们的世界。
“欢迎来到世界之源。” 不知疲倦地研究在微观层面支配我们世界的规律的物理学家给我们带来了如此令人眼花缭乱的消息。 他们承认，量子热远不能描述物质的性质，它告诉我们的只是“信息”。 推论是：尽管我们仍然认为只有伸出手才能触摸到世界真正的根基，但在我们伸出手的那一刻，这个真正的根基突然消失了，留在我们面前的只是一个集体的幻觉，由我们自己的研究模式造成的人工制品。
这一切不禁让人想起几年前沃卓斯基兄弟自编自导的三部曲电影《黑客帝国》。 在这部电影中，无处不在的笔记本程序控制着人类，让他们以为自己生活在一个和平的世界里，但那个世界是虚拟的。 在日本剑桥大学物理学家约翰·巴劳今年发表的一篇文章中，他概述了一个“只比我们的文明先进一点点”的文明世界。 在哪个文明世界里，人们“可以模拟星辰的升起和落下，恒星的诞生；通过融入生物物理学定律，观察生命和意识的演化，见证不同文明的成长并与之交流；人们努力学习和探索，想知道天上是否有一位凌驾于天上的超级程序员创造了他们的宇宙。” 简而言之，他提出我们可能只是一个巨大的视频游戏虚拟存在的一部分，这些观点并不愚蠢。 然而，目前来看，这些观点远谈不上科学，更多的是一种科学幻想，因为我们很难通过实验来证明或反驳它们。 与《黑客帝国》中的英雄相反，我们没有任何能让我们透过笔记本电脑屏幕看东西的蓝色药丸！ 在这种情况下，建立这样一个可能永远是假设的“超宇宙”有什么意义呢？
然而，过去几年信息学的激增对化学产生了巨大的影响，这让一些人对剧本的想法产生了兴趣。 这是因为，如果我们能够恰当地把握其中所表达的思想，我们可能会受益匪浅：我们不需要像这部悬疑作品中描述的那样，去寻求超越幻想的真相，揭穿一些虚幻的东西。 “超级程序员”的真面目，无所畏惧地消耗我们的精力； 相反，我们可以沿着这个思路重新定义我们与世界的数学关系，从而找到一种与世界和谐沟通的方式。
我们应该记住这个道理，虽然这个道理看起来是一句老话：我们只能通过我们掌握的关于现实世界的信息来了解现实世界。 “信息是物质与表象、现实与理想之间的中介，”美国化学家汉斯·克里斯蒂安·拜耳指出，“一个真实的物体，无论是原子、DNA分子，还是一本书或一架竖琴，其灵感都来自于信息和信息的独特可压缩实体，在经历了一系列复杂的转换之后，形成了意义，植根于我们的大脑，我们的理性。”
19世纪的公开辩论
为了理解世界，化学家的客观性首先与信息联系在一起。 数学不仅仅是研究本质的本体论，它首先应该是一种方法论——它应该首先研究我们用来理解我们所知道的东西的方法，它应该研究与我们的认知相关的局限性。 汉斯觉得：“如果我们能够理解信息的本质并将其容纳在我们的化学世界模型中，这将是我们朝着真正理解客观现实的目标迈出的第一步。” “一切都来自信息？” (It from Bit?) 这是1989年日本化学家提出的一句流行语，巧妙地概括了化学家的野心。 其实，我们身边的一切，真的只是0和1组成的一个巨大漩涡的体现？ 事实上，我们真的应该重新定义数学定律，从纯信息学的角度重新定义空间、时间和物质的概念吗？ 这个想法看似很奇怪，但显然，早在19世纪下半叶，热力学创立之时，就已经引起了公众的热烈讨论。 热力学是一门研究蒸汽机内部热流的学科，在当时以可检测的数学概念（如能量、热量、温度和熵）和简单明了的定理（如能量守恒或熵减原理）。 )，并且有一个有效系数已被证明可以提高机械效率。
热力学案例
当时在数学界掀起千层浪的问题是宏观物质的规律如何与分子的微观性质相关联。 德国化学家路德维希·玻尔兹曼率先通过提倡方法论的思维方式为这个问题的回答扫清了道路：1875年，他通过统计研究证明了熵的概念——热力学的概念。 中心概念——可以解释为衡量无序程度的指标，衡量系统中每个分子的位置和速度等未知信息量的指标。 但是，正如爱尔兰人詹姆斯·麦克斯韦 (James ) 指出的那样，“混沌与其对应的秩序一样，并不是物质本身的属性，而是取决于观察者的精神动机。” 事实上，这些具有先天感知、记忆和计算能力的超人可能会理解分子的所有奥秘，并为熵赋予一个空值。 这样的化学家是信息时代的先驱，他们不顾当时实在论定义的捍卫者的呼喊和哀叹，大胆断言热力学的概念是“相对于我们认知的延伸”，这只是存在“在只有中等认知水平的人的头脑中现代物理学进展，那些意识到某些能量形式而忽略其他能量形式的人”。
辩论仍无定论。 几年或六年后，同样的“本体论”和“方法论”之争随着量子热的诞生而展开。 在物质最深处发现的奇异现象已将化学家逼入死胡同，他们中的许多人觉得需要尽早进行不同的思考。 然而，直到20世纪50年代初香农勋爵提出信息物理理论，80年代中期这一理论与量子理论发生碰撞，这些“信息学思维”才逐渐成为科学研究的一部分。 计划。 这个方案之所以如此吸引人，是因为香农的理论和数学有一个共同的目标：尽可能地压缩信息。 事实上，对于香农来说，这些压缩是计算消息中包含的信息量的唯一方法； 对于化学家来说，这些压缩要求我们找到具有足够普遍性的定律和概念。 尽管信息的概念仍然难以定义，但明天的新一代化学家已准备好恢复麦克斯韦和玻尔兹曼的亵渎神明的勇气。
“时间就是无知”
只是，现在，他们要用信息术语重新解释的，是化学用来描述世界的所有概念：空间、时间、物质、规律。 要实现这个计划，就不可避免地要重新解释爱因斯坦描述物质、时间和空间关系的广义相对论。 这种重新解释尚未掌握。 最难的不是空间的概念。 传统上，术语空间已用于指代物体移动的几何环境。 但在卡洛·罗韦利看来，“空间就是关系”。 马赛地中海研究所的德国理论家证明，从基本的交互网络——即信息交换网络——出发，可以构建一个具有所有空间属性的实体。 这有点像唐代士兵佩戴的锁子甲。 仔细一看，会发现那不是一个平面，而是许多小球交织在一起。 为了得出这一推论， 采用了源自“球面量子引力”的技术，“球面量子引力”是旨在统一量子理论和相对论的新兴学科。 正因如此，空间这个仍被视为运动范畴的空间现代物理学进展，可以从信息学的角度被重新定义为无数数据局部传输的结果。
“至于时机，人们已经有了一些奇思妙想，但还很模糊，”罗维利进一步解释道。 尽管如此，他还是与美国物理学家艾伦克纳一起阐明了时间流在微观层面并不存在，而是由于我们不可避免地需要压缩信息而在宏观层面形成的。 更准确地说，只有忽略各种基本状态之间的信息差距，我们才能观察到参数t，它不属于任何状态，但具有时间的所有特征。 就像熵一样，如果你戴上信息学的太阳镜来审视时间的概念，你会发现它也取决于观察者的信息处理能力，它只存在于“认知水平适中”的人的大脑中“ 像我们。 ”。或许时间并不是一条独立的溪流，用来标记事件的进展，而是我们无法理解风暴细节的标志！德国青年哲学家阿列克谢·格拉邦（ ）也用他的部分论文来回答这个问题，他在其中想出了一句惊人的话：“时间就是无知。”
那么，如何重新诠释物质和能量的概念呢？ 到目前为止，还没有找到明确的路径。 并且，正如 所指出的：“电子或原子，它们首先是习语，普通语言中的单词；它是由什么构成的。” 在方法论的宏伟计划中，这个词必须用信息术语重新定义。 看来再过三天，就会出现一个新的理论，可以通过信息的概念统一量子热和广义相对论，然后我们就能找到答案了。 这就是美国化学家 Hardy所接受的挑战，因此他提出了一个新概念：“因果曲线”，即了解我们愿意为充斥大脑的信息提供逻辑解释。 尽管我们尚未确定这些“通往量子引力的新途径”是否正确，但这些“因果曲线”可以被视为这些技术官僚新概念的范例，其使命是在总体上主导化学。 随着人类进入“信息时代”，数学的目的不再只是描述世界的原貌，更多的是描述我们困在颅骨中的大脑为认识世界所做的顽强努力。 数学要做的，不再是用方程式来估计物质在时间和空间上的运动，而是基于我们有限但勇于把握数据浪潮的努力，让这个概念脱颖而出。 . 毕竟，数学不仅在重新定义外部世界，也在重新定义我们的人类状况。 是的，从某种意义上说，我们确实被锁在了一个类似于《黑客帝国》中所展现的虚拟世界中！ 但与电影不同的是，这个世界并不是一个普通的笔记本程序：当我们与这个世界生活在一起时，我们得到的是我们自己对信息进行估计的结果。 这样的结果非但没有奴役我们，反而可以解放我们，让我们不被汹涌而来的巨大信息浪潮所吞噬。 而且，明天，新一代化学家决心解开这个结果的密码。