朱清时教授
中国科学技术学院前市长、中国科大学教授、国务院学位委员会委员、第三世界科大学教授、中国红色物理的主要提倡者和组织者、南方科技学院创校院长、1994年获海外华人物理学会欧洲成就奖和汤普逊记念奖。
量子热学可能坍塌你的“科学”世界观:
人类的主观意识是客观物质世界的基础
量子热学的奇特现象
量子热学也是自然科学史上被实验证明最精确的一个理论,然而量子的观念,没有人就能理解。我说的没有人就能理解,绝不是指像我们这个层次的人,而是说连量子热学的创始人都不能理解。
这么量子热学最不好懂的是些哪些问题呢?我先把量子热学中人们最不好懂的东西介绍给你们,而最不好懂的东西最后正好是证明了:意识不能被排除在客观世界之外。一定要把意识加进去你才才能认识看懂它。
1、态叠加与坍缩
量子热学的第一个怪异现象称作态叠加原理和坍缩。
为了解释量子热学观念,我先谈谈普通人的日常经验。通常人觉得客观物体一定要有一个确定的空间位置,这些存在,是不以人的意志为转移的、是客观的。例如说,我的孩子如今在卧室上面,或则说我的孩子如今不在卧室上面,二者必居其三。
孩子可以既在又不在卧室里吗?
但在量子热学里就不一样了。量子热学如同说你的孩子既在卧室又不在书房,你要去看这个孩子在不在,你就施行了观察的动作。你一观察,这个孩子的存在状态就坍缩了,她就从原先的,在书房又不在书房的叠加状态,一下子弄成在书房或则不在书房的惟一的状态了。
所以量子热学怪就怪在这里:你不观察它,它就处于叠加态,也就是一个电子既在A点又不在A点。你一观察,它这些叠加状态就崩溃了,它就真的只在A点或则真的只在B点了,只出现一个。
那有人都会说了:这是雄辩,你如何晓得电子不观察它的时侯,它既在A点又不在A点呢?
好,这就是量子热学发展过程中,好多实验确证的事情,其中一个最知名最重要的实验,就是干涉实验否认。
电子同时在两处。
电子在没有观测的时侯,没有确定的状态。所以这件事是量子热学最奇特的事情。懂了这个,就懂了量子热学最奇特的东西,但是此后我们能够来证明:量子热学离不开意识,意识是量子热学的基础。
2、单体的叠加态:薛定谔的猫
昨天说的是量子热学第一个怪异之点,如今我们来瞧瞧这个怪异之点往下推测,就能推出哪些结果。最后结果会使你们认识到,意识是量子热学的基础,物质世界和意识不可分开。
这个实验是量子热学的创始人薛定谔提出的,被称为“薛定谔的猫”。
既死又活的叠加态猫
如今我来说薛定谔的实验是哪些:把一只猫放进一个封闭的袋子里,之后把这个袋子接到一个装置上,这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核有百分之五十的可能性发生衰变,衰变的时侯才会发射出一个粒子来,这个粒子一发出来才会触发毒气设施,毒气一触发都会杀害这只猫,就是说猫也处于这些既死又活的迭加状态。这是他想像中的一个实验。
这个问题一提出来,化学学家一个个都震惊了,原先以为只有微观世界才有这些态叠加,就是状态不确定,既处于这个状态,又不处于这个状态。现今宏观世界也一样了,猫不就是这样吗?有一只既死又活的猫。
这与我们的经验严重违反。这个实验实际上就是“女儿在书房里,母亲不在书房里”变了个样子说下来。这个猫是死了还是活着?既死又活是同时存在的,量子热学觉得二者同时存在。
这么如何可能既死又活同时存在呢?人不能想像这些状态,于是你们就把这个实验进一步讨论下去。
从不确定到确定可防止意识参与吗?
1963年获得诺贝尔化学学奖的维格纳想了一个新的办法,他说:我让个同学戴着防毒面具也和猫一起呆在哪个袋子上面去,我躲在门外,对我来说,这猫是死是活我不晓得,猫是既死又活。事后我问在毒气室里戴防毒面具的同学,猫是死是活?同学肯定会回答,猫要么是死要么是活,不会说是半死不活的。
他这个说法一下来你们就发觉,问题在哪里呢?一个人和猫一起呆在袋子里,人有意识,意识一旦包含到量子热学的系统中去,它的波函数就坍缩了,猫就弄成要么是死,要么是活了。也就是说猫是死是活,只要一有人的意识参与,就弄成要么是死,要么是活了,就不再是模糊状态了。
维格纳总结道,当同学的意识被包含在整个系统中的时侯,叠加态就不适用了。虽然他本人在门外,袋子里的波函数还是由于同学的观测而不断地被打动,因而只有活猫或则死猫两个纯态的可能。
维格纳觉得,意识可以作用于外部世界,使波函数坍缩是不足为奇的。,确实只能这样觉得。由于外部世界的变化可以导致我们意识的改变。
你们想过没有,牛顿第三定理说斥力与反斥力是相等的。我们的意识就能受外部世界的影响而改变,你们都认为没有问题,对吧?人的意识就是受外界客观世界的影响改变了,随时都在变化。那为何客观世界能够改变意识,意识就不能改变客观世界呢?
他就说意识是能否改变客观世界的,意识改变客观世界就是通过波函数坍缩,就是使不确定状态弄成确定的状态,这样来影响的。
所以波函数,也就是量子热学的状态,从不确定到确定必需要有意识的参与,这就是争辩到最后你们的推论。
检测的核心是人的意识
自然科学总是自称为最客观、最不能容忍主观意识的,如今量子热学发展到这个地步,竟然发觉人类的主观意识是客观物质世界的基础了。
由于量子热学是我们客观物质世界最基础的理论。刚刚说过了,二十世纪人类技术进展都跟量子热学有关,但是量子热学经过了最精确的实验验证。
量子热学的基础就是:从不确定的状态弄成确定的状态,一定要有意识参与。这是数学学的一个重大成就。
到这一步,我们对量子热学的奇特早已有所了解了,奇特的基础实际上是:意识和物质世界不可分开,意识促使了物质世界从不确定到确定的转移。
这点很像在禅学中,一个念头一下子使物质世界形成下来了,这样的概念。物质世界形成下来实际上是从不确定一下子弄成确定的,这三者很类似。
刚刚讲了量子热学两个奇特之点,奇特之点到最后就达到了物质世界离不开意识,意识是物质世界的基础,意识才使物质世界从不确定到确定,发生这样的坍缩,也就是变化。
3、多体的叠加态:量子纠缠
如今再来讲量子热学第三个奇特之点,这个和上面讲的状态有关,是它们的直接推论,称作量子纠缠。
量子纠缠与“薛定谔的猫”是类似的,只不过“薛定谔的猫”讲的是同一个东西处于不同的状态的叠加,量子纠缠讲的是假如有两个以上的东西它们都处于不同的状态的叠加,它们彼此之间一定有明晰的关系。这就是量子纠缠。
纠缠态的手套
比方,我们从上海买了一右手套,把手套中的一只寄到台湾,另一只寄到芝加哥,这么寄到台湾的是右手戴的还是左手戴的?
谁都不晓得,假若澳门的人收到了打开一看,是右手的,那芝加哥的人不用看就晓得收到的是左手的,由于手套是左右配对的,这是个规则。一旦寄出去了,寄的过程中不确定,而且一个人只要观测了他收到的手套是右手的还是手指的,另一个人不用观测就晓得了。这就是纠缠的一个反例。
你们会觉得,你看没看它没关系,它早就确定了。但量子热学大量实验证明,假如把同一个量子体系分开成几个部份,在未检查之前,你永远不晓得这种部份的确切状态;假如你检查出其中之一的状态,在这顿时其他部份立刻调整自己的状态与之相应。
这样的量子体系的状态称作“纠缠态”。就好比这个手套在寄送之后,在还没被观测之前,它是不是确定呢?肯定不确定。只有在你确定了其中某一个的状态,另一个的状态立即就变化了,也显得确定上去了。这些关联就叫作量子纠缠。
你们恐怕很难理解这个纠缠,说实话,这个早已超出了我们人类的理解能力的范围之外,你只能去企图想他、接受他,跟我们日常生活中的客观经验早已不符了。
量子隐型传输——瞬间传输的未来
这个事例还说明纠缠的一个重要特征:纠缠一方得到的任何信息,另一方也会马上倍感,不须要信息传递。这一点很重要,前面要用到。
这些纠缠的事例你们还容易理解,而且对于物质世界的纠缠你们不太容易理解,缘由就在于你们的观念都觉得一个事物永远都有个确定的状态,而且量子热学发觉微观世界的事物,在还没被观察之前没有明晰的状态。
你们记住量子纠缠就是对于多个微观物体,在被观察以后,它们的状态会从不确定到确定,作一个有关联的突变。量子纠缠如今早已弄成一个工具了,这个工具可以拿来传输东西、传输信息。
我先来说,非量子热学的精典数学学的信息传输。
例如一位男士有一本书,或则任何信息,她想传输到一位女士手起来,这个女士在伦敦,两个人根本看不见。
精典数学学的传输方法是男士拿扫描仪来扫描这本书,扫描然后通过网路系统,把讯号传到女士那去,女士再把它复印下来,这就是精典讯号传输了。
但精典讯号传输有个大缺点,就是不完全。由于一本书在扫描时侯只能得到它的部份信息,这本书的颜色、纸张的长度、纸张的原子分子结构那就传不过去,传的只是拍照的图象,这就是精典数学学的讯号传输。
量子讯号传输就完全不同了。量子讯号的传输借助量子纠缠态。
假如那位男士与女士离得很远,一个在火星上,一个在月球上,她们可以用量子纠缠来传输信息。假如男士在A点,她有光子A;女士在B点,他有光子B。
光子A和B处于纠缠态,对A光子施加的任何作用或给她的任何信息,B光子都马上得到。假如把这本书的全部信息作用于A光子,这么B光子也马上得到。
这就是量子隐型传输中,最后的B点得到的是和原先完全一样的信息。
精典化学传输后所复制下来的,只是纸上图象的信息,没有复制任何“实体”本身。而量子隐型传输却从“实体”得到完整的信息,进而复制出了“实体”本身,虽然只是一个小小的量子态!
这个工作如今在全世界做得最领先的是法国国家,之后就是中国。
中科大有个年青院长叫潘建伟,他做这个在全世界很有名,做得挺好。这个量子隐性传输就能实现,就促使人类有这些可能:可以把在月球上某个东西的全部信息传到火星起来,但是顿时就传播了。
如今传播的是某个东西的全部信息,总有三天能实现把一个人的全部信息传递到火星起来,之后在哪个地方用原子组装下来,不就弄成传输了一个人了吗?这个超远距离隐性传输,就类似于中国古典小说中的幻想。
(注:不是幻想,这就是中国刚发射的量子卫星原理)
我讲这个,主要想让你们理解并记住,假如两个地方的物质处于纠缠态,从纠缠的一方的所有信息可以顿时传递到纠缠的另一方去,这些传输没有时间空间的限制,是顿时传播的。这是量子热学第三个奇特的地方。
意识是量子化学现象
意识是一种量子热学现象。为何如此说呢?例如你面前出现了一朵花,这时有两种可能的状态:
一个没有任何分别心的人量子物理学解释死亡,“对境无心”,看花不是花,此时他的意识处于自由的状态,他没看见花是不是红的,好不好看,他看它并不是花,他根本就不动念头。
这些境界在古代张拙的诗中写道“一念不生全彰显,六根才动被云遮”。
未经测试的电子&未生念头的意识
这个自由状态与刚刚所说量子热学的奇特现象怎样可以比较上去呢?就是电子这种东西,在你没有检测的时侯,它处处都存在,也处处不存在,一旦你检测,电子就有个固定状态下来了。
意识也是这样,假如你看见这朵花,一下子动念头了,动念头实质上就是作了检测。
你用耳朵作了检测发觉是香的,你耳朵进行检测发觉是白色的并且美丽,你动意念去检测它,发觉它很令人愉快。
于是这种检测的结果,也就是念头的结果,一下子使你形成了进一步的念头:这是一朵玫瑰花,就认出它来了。
人意识的发动的过程实际上是通过动念进行检测,之后形成念头。这时侯念头形成下来了,实质是通过检测得出的几个我们制造下来的概念。这时意识不再自由,它忽然塌陷到一个概念“玫瑰花”上。
因而是念头形成了“客观”,念头就是检测,客观世界是一系列复杂念头引起的。
说得更深一步,《楞严经》讲“性觉必明,妄为明觉,本觉明妙,觉明为咎”,是哪些意思呢?
整个物质世界的形成,实际上在意识产生之初,宇宙本体原本是清静本然的,一旦动了念头想去看它了,这念头就是一种检测,一下子就使这个“清净本然”变成一种确定的状态,这样就生成为物质世界了。《楞严经》最早、最清楚地把意识和检测的关系说下来了。
禅学和自然科学最终会在山顶汇合吗?
有好多人习惯说禅学是迷信,我说不,禅学不是迷信,禅学研究的东西和自然科学不同,是宇宙的另一方面,就是意识。
禅学和自然科学的研究如同爬喜马拉山一样,一个从南坡往上爬,一个从北坡往上爬,总有三天二者要会合的。
量子意识
这一部份介绍现今世界上的科学家研究量子意识达到哪些水平了。这种材料取自于《科技商报》上一篇大文章,标题是《物理学和物理能完整描述真实吗——世界知名化学学家论辩量子意识》,其中介绍世界上对量子意识的研究。
科学家们如今早已开始认识到了,意识是种量子热学现象。
这点可能与我上面讲的那些东西有关:意识像量子热学的现象,意识的念头像量子热学的检测。
人的意识过去始终都没有认清楚,包括西医筋络学说讲的“气”,“真气循环”。“气”用任何实验方式都没有找到。很可能意识或是“真气”这种东西,实际上是量子热学现象,用精典数学学的热学、磁学及热学方式去检测,是检测不下来的。
量子热学现象的一个主要状态,就是昨天说的量子纠缠。
脑部中有海量电子,它们处于复杂的纠缠状态。意识就是脑部中那些处于纠缠状态的电子在周期性的坍缩中间形成下来的。这种电子不断坍缩又不断被脑部以某种方法使之重新处于纠缠态。这就是现今量子意识的一种基本观念。
这个假说在解释脑部的功能方面早已开始有一些地位了,产生了量子意识现象的基础。
目前关于量子意识的理论有好几种,这儿介绍影响最大的:日本剑桥学院的院长彭罗斯(Roger)和英国一位院士哈梅罗夫()他俩创办的理论。
彭罗斯曾和霍金合作发觉了黑洞的各类特点,是现代顶尖的数学学家。他写了一本十分知名的书叫《皇帝新脑》,不知你们看了这本书没有,如今到书城去还找得着。
他这本书就是研究意识,他觉得人的脑部有一点是现今的计算机和机器人做不到的,就是人的脑部有直觉。计算机和机器人都是逻辑运算,所以它不能形成直觉。直觉这些现象,彭罗斯觉得只能是量子系统才才能形成。
灵魂也是量子信息吗?
彭罗斯和哈梅罗夫觉得,在人的脑部神经元里有一种细胞骨架蛋白,是由一些微管组成的,这种微管有好多聚合单元等等,微管控制细胞生长和神经细胞传输,每位微管里都富含好多电子,这种电子之宽度离很近,所以都可以处于量子纠缠的状态。
在坍缩的时侯,也就是进行观测的时侯,起心动念开始观测的时侯,在脑部神经里,就相当于海量的纠缠态的电子坍缩一次,一旦坍缩,就形成了念头。
若果依照她们的理论,脑细胞里存在着大量的纠缠态的电子,那就不可防止地有量子隐性传输存在,由于宇宙中的电子和脑部中的电子都来始于“大爆燃”,是可能纠缠在一起的,一旦纠缠,信息传输能够不受时间空间限制地隐性传输了。
根据彭罗斯和哈梅罗夫的理论,我们的脑部中真是存在海量的纠缠态电子的话量子物理学解释死亡,但是我们的意识是这种纠缠态电子坍缩而形成的,这么意识就不光是存在于我们的脑部神经系统细胞之中,不只是脑部神经细胞的交互,但是也产生在宇宙之中,由于宇宙中不同地方的电子可能是纠缠在一起的。
这样一来,人的意识不仅剩在于脑部之中,也存在于宇宙之中,在宇宙的那个地方不确定。量子纠缠告诉我们,一定有个地方存在着人的意识,这是量子纠缠的推论。
假如人的意识不光存在于脑部之中,也通过纠缠而存在于宇宙某处,这么在人死亡的时侯,意识就可能离开你的身体,完全步入到宇宙中。
所以她们觉得有些人的濒死体验,实际上是脑部中的量子信息所致。
在这个时侯,肾脏停止跳动、血液停止流动,微管丧失量子状态,而脑部中的量子信息并没有被破坏,它只是被干扰驱赶到宇宙中去了。
假如一个人死后复生,苏醒过来,量子信息又回到他的脑部中去,此时他会吃惊地说:“我经历了一次濒死的经验。”
假如那位病人没有死而复生,最终死亡以后量子信息将离开身体,继而可能被模糊地鉴定为灵魂。
所以,彭罗斯和哈梅罗夫就觉得,若果是用量子信息的方式来解释,说人的脑部意识真是形成于量子信息的状态,有量子纠缠存在的话,这么人体的信息是不会剿灭的,只会回到宇宙的某一处。
她们觉得人体的这些信息可以模模糊糊地定义为灵魂。不是和你们说的那种灵魂一模一样,而且它的状态与我们过去说的灵魂极其类似。
以上的那些是彭罗斯和哈梅罗夫的理论,现今的科学家正在开始进行大量的实验,来验证人的脑部中是否存在量子纠缠态的电子。早已有一批实验做下来了。
探求量子意识,任重而道远
2003年到2009年之间,有个叫康特的人做了一系列实验,他证明了人的精神也就是意识状态,存在着量子纠缠的现象。
加洲学院伯克利校区的化学学家,觉得她们发觉了生物系统量子相干现象的证据,相干是纠缠的一种。
她们觉得红色动物在光合作用中就是表现出了量子估算的能力,量子估算就是量子纠缠的一种运用,所以量子纠缠在脑部中是存在的。
2010年,加拿大牛津学院的科学家,在《物理评论快报》上发表了一篇论文,她们发觉在法国有种鸟,叫美洲知更鸟(),这些鸟是候鸟,它们飞得很高,而且每次找路都找得很确切。
她们发觉在这些鸟的耳朵中有一个基于量子纠缠态的手册针,所以它们能用量子纠缠态的手册针来感知月球磁场很微弱的变化,来指导它们的飞行。因而假如鸟的感知系统使用了量子纠缠的话,这么人的系统中自然就有可能存在量子纠缠了。
其实,关于量子意识理论的实验仍正在进行之中,目前还很难下推论。
并且毫无疑惑,数学学早已从任何事物都是“如露亦如电,应作如是观”这个方憧憬禅学的境界上又紧靠一步了。
世界上可能存在着类似灵魂的东西,它在人生结束以后不死,只是回到宇宙中的某个地方去了。这些观念跟唯识的根本-阿赖耶识学说是相一致的。
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