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1628659222的博客

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量子意识?现代科学与佛法的汇合处(中))   

2015-12-16 00:53:43|  分类: 探索荟萃 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我先说一下干涉实验的概念(如上图)。如果有一个波,经过了两个狭缝,出来就变成两个子波了,这两个子波在随后传播过程中就会出现干涉。干涉的意思就是这两个子波在每个点都迭加,在有些点上两个波的运动方向相同,波的振幅就加强;在有些点上两个波的运动方向相反,振幅就减低,或者抵消为零。所以最后你观察到的波就是一些干涉条纹。如果看到干涉条纹,你就知道你观察到的是个波,而且这个波是在两个狭缝同时出现的,也就是既在A点又在B点,因为只有这样的情况,波才能出现干涉。
如果用电子来做实验(如上图),当每次只发射一个电子的时候,这个电子通过双狭缝打到电子屏上,激发出一个小亮点,这是电子的粒子性。但是事先也不知道电子会出现在屏幕上的什么地方,结果多次重复,经过大量的观察发现,这些电子不是完全没有规律的。它有时出现在这里,有时出现在那里,在某些地方出现的可能性要大一些,在另一些地方则小一些。电子的规律就是,它出现频率高的地方,恰好是波动规律所预言的干涉条纹的亮处,而它出现频率低的地方,对应于干涉条纹的暗处。
所以,大量的实验证明:电子尽管是粒子,但是其运动像个波,而且每个电子必须同时出现在两个小孔。因为只有同时出现在两个小孔,它才能干涉。就如刚才说的,你没有观察它的时候,电子一定不会取一个确定的状态,它一定是所有状态都要同时存在,这样它才能干涉起来。这就是量子力学诡异的地方。这个性质,随后有很多很多应用。
刚才说了,电子一定要同时存在于两个可能的状态,电子才能与自己干涉起来。那么如果我们观察它,比如在两个狭缝处设置探测器,电子会怎么样呢?电子一被观测,就只出现在一个狭缝上了,干涉条纹立刻消失。这个状态就叫做波函数的坍缩。就是你一观察,电子就在一个确定的地方出现了。那么有些人就想,我观测它出现在确定的地方,它是不是早就出现在这个确定的地方,只不过我们不知道而已?不对,刚才的干涉实验告诉我们,在没有干涉之前,它肯定出现在所有地方。假如, 当我们不观察时,电子真的存在于某个地方,它便只能通过一道狭缝,这就不能解释实验中观测到的干涉条纹。其实,严格的实验已经完全排除了这种可能。电子在没有观测的时候,没有确定的状态。所以这件事是量子力学最诡异的事情。懂了这个,就懂了量子力学最诡异的东西,而且随后我们就能来证明:量子力学离不开意识,意识是量子力学的基础。
搞物理学的人开个玩笑,说观测为什么能够改变电子的状态呢?就好像一个男的和一个女的在恋爱时,不知道结婚的结果是好是坏,可能是好也可能是坏,是好与坏的一种迭加状态。这个时候你想要确定是好是坏怎么办呢?只有结婚试试吧。一结完婚,状态就改变了,就再也不是原来的状态了,变成只有一个状态了,要么好要么坏。刚才我讲了半天,实际上就是和这个例子一样。在观察之前,大家都不知道电子处于哪个状态。你去观察一下,就像结婚了,那电子就出现在一个确定的状态上了。这就是观测对系统的影响。
2、单体的迭加态:薛定格的猫---证明测量的核心是人的意识
刚才说的是量子力学第一个诡异之点,现在我们来看看这个诡异之点往下推论,能够推出什么结果。最后结果会使大家认识到,意识是量子力学的基础,物质世界和意识不可分开。
这个实验是量子力学的创始人薛定谔提出的,被称为“薛定谔的猫”。薛定谔的本意是想批驳量子力学和量子力学的态迭加,他认为一个东西既存在这个状态,又存在那个状态,像女儿即在客厅,又不在客厅一样,那是荒谬的。他就想了个办法来批驳量子力学,结果没有批驳好,最后反而证明了量子力学最诡异的地方,也就是意识和物质不可分开。
现在我来说薛定谔的实验是什么(如上图):把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子接到一个装置上,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,衰变的时候就会发射出一个粒子来,这个粒子一发出来就会触发毒气设施,毒气一触发就会杀死这只猫,这是他想象中的一个实验。根据刚才说的量子力学的态迭加原理,没有观察的时候,原子核是处于已经衰变和没有衰变的迭加状态,就是它既可能衰变了又没有衰变,它是两种状态的迭加,就像电子既在A点又不在A点一样,这个原子核既衰变又没有衰变,50%几率衰变,50%几率不衰变。这个时候猫的状态是可能活着,也可能死了,就是说猫也处于这种既死又活的迭加状态。
猫可能处于这种状态吗?聪明人可能会说:那你打开盒子一看不就行了吗?但是打开盒子一看,就是作了观测,猫就只能是死或者活了。这个问题一提出来,物理学家一个个都惊呆了,原来以为只有微观世界才有这种态迭加,就是状态不确定,既处于这个状态,又不处于这个状态。现在宏观世界也一样了,猫不就是这样吗?有一只既死又活的猫。大家都不承认有这种状态。但是量子力学的诡异之点,量子力学的态迭加原理就是说:你在观察之前,猫就是处于既死又活的状态。这个问题争论了很长时间。怎么办?量子理论很确定,这是毫无疑问的,如果没有揭开盖子没有观察,那薛定谔的猫的状态是死与活的迭加,这只猫永远处于同时是死又是活的迭加态。这与我们的经验严重违背。这个实验实际上就是“女儿在客厅里,女儿不在客厅里”变了个样子说出来。这个猫是死了还是活着?既死又活是同时存在的,量子力学就认为两者同时存在。那么怎么可能既死又活同时存在呢?人不能想象这种状态,于是大家就把这个实验进一步讨论下去。
1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了一个新的办法,他说:我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子里面去,我躲在门外,对我来说,这猫是死是活我不知道,猫是既死又活。事后我问在毒气室里戴防毒面具的朋友,猫是死是活?朋友肯定会回答,猫要么是死要么是活,不会说是半死不活的。他这个说法一出来大家就发现,问题在哪儿呢?一个人和猫一起呆在盒子里,人有意识,意识一旦包含到量子力学的系统中去,它的波函数就坍缩了,猫就变成要么是死,要么是活了。也就是说猫是死是活,只要一有人的意识参与,就变成要么是死,要么是活了,就不再是模糊状态了。维格纳总结道,当朋友的意识被包含在整个系统中的时候,迭加态就不适用了。即使他本人在门外,箱子里的波函数还是因为朋友的观测而不断地被触动,因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。
维格纳认为,意识可以作用于外部世界,使波函数坍缩是不足为奇的。维格纳这个认识已经是量子力学界的共识了,确实只能这样认为。因为外部世界的变化可以引起我们意识的改变。大家想过没有,牛顿第三定律说作用力与反作用力是相等的。我们的意识能够受外部世界的影响而改变,大家都觉得没有问题,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。那为什么客观世界就能改变意识,意识就不能改变客观世界呢?他就说意识是能够改变客观世界的,意识改变客观世界就是通过波函数坍缩,就是使不确定状态变成确定的状态,这样来影响的。所以波函数,也就是量子力学的状态,从不确定到确定必须要有意识的参与,这就是争论到最后大家的结论。
自然科学总是自诩为最客观、最不能容忍主观意识的,现在量子力学发展到这个地步,居然发现人类的主观意识是客观物质世界的基础了。因为量子力学是我们客观物质世界最基础的理论。刚才说过了,二十世纪人类技术进展都跟量子力学有关,而且量子力学经过了最精确的实验验证。量子力学的基础就是:从不确定的状态变成确定的状态,一定要有意识参与。这是物理学的一个重大成就。到此为止我讲的全都是物理学。大家有兴趣的可以去买关于薛定谔的猫等量子力学诡异现象的通俗读物,现在出的这种书已经很多很多了,我讲的这些都是上面的说法。到这一步,我们对量子力学的诡异已经有所了解了,诡异的基础实际上是:意识和物质世界不可分开,意识促成了物质世界从不确定到确定的转移。
这点很像在佛学中,一个念头一下子使物质世界产生出来了,这样的概念。物质世界产生出来实际上是从不确定一下子变成确定的,这两者很类似。刚才讲了量子力学两个诡异之点,诡异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。
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