量子理论与思维研究 (2015-11-05 15:51:22) 乍一看，量子理论和思维理论相距较远：一个是反映微观物质世界的物理学理论；另一个是研究人类把握世界的工具的综合性学科理论。实则不然。且不论任何理论也包括量子理论在内，都是思维的结果；还包括两个理论在其核心方面，拥有相当的共同点。 量子力学产生于十九世纪末至二十世纪初，当时经典力学理论虽居于统治地位，但其在描述微观系统时，却愈发显得力不从心。量子力学的问世，将物理学引入新的境界，产生了一批新的理论。特别是将不确定性理论引入微观系统，改变了经典力学理论的确定性、决定论的一统天下；与相对论一起，构成了现代物理学的两大理论支柱。 量子一词来自拉丁语，意为“多少”，代表“相当数量的某事”。量子力学认为：在微观领域中，某些物理量的变化是以最小的单位不是连续而呈跳跃式进行，这个最小的基本单位叫做量子。也有的将量子表述为：一个物理量如果为最小单元且不可连续分割，这个物理量便是量子化的，这个最小的单元被称为量子。1900年，德国物理学家马克斯.普朗克提出辐射量子假说，认为“能量子”（量子）是能量的最小单元，像原子作为一切物质的构成单元一样，后来，这一天被认为是量子理论的诞生日。 几年后，德国物理学家阿尔伯特.爱因斯坦引进光量子（光子）的概念，给出光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，提出光同时具有波动和粒子的性质，即光的“波粒二象性”。法国物理学家路易.德布罗意对光的粒子性问题做了逆向思考，提出“物质波”的假说，认为一切物质都和光一样，都具有波粒二象性。1926年，德国物理学家马克斯.玻恩提出概率波理论，以解决光和微观粒子的波粒二象性统一的问题。“波粒二象性”的提出，实际上涉及了量子力学的测不准关系，因为粒子的位置和动量是不能同时有确定值的，由此也引出了解决光和微观粒子“波粒二象性”统一的概率波问题。 量子力学研究了状态函数，认为：一个物理体系的状态由状态函数表示，状态函数的任意线性叠加所代表的是体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为；物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期望值由一个包含该算符的积分方程计算。量子力学还研究了微观体系状态，认为：体系的状态为两种变化：一种是体系的状态按运动方程演进，这是可逆的变化：另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此，量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。从这个意义上说来，经典物理学的因果律不适合微观领域。 量子力学提出了不确定性原理，也称测不准原理，是指测量物理量的不确定性。该原理认为：两个不对易算符所表示的力学量，如坐标和动量，时间和能量等，不可能同时具有确定的测量值。其中的一个测得越准确，另一个就测得越不准确。量子理论认为：由于测量过程对微观粒子行为的“干扰”，致使测量顺序具有不可交换性，这是微观现象的一个基本规律。实际上，像粒子的坐标和动量这样的物理量，并不是本来就存在而是等待测量的信息。测量不是一个简单的“反映”过程，而是一个“变革”过释，测量值取决于测量方式，正是测量方式的互斥性导致了测不准关系。奥地利物理学家埃尔温.薛定谔从这种不确定性出发，假设了一个著名实验，人称“.薛定谔之猫”。该假设说，“把一只猫放进一个不透明的盒子里，然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置上。设想这个放射性原子核在一个小时内有50％的可能性发生衰变。如果发生衰变，则会发射出一个粒子，而这个粒子将会触发实验装器，打开装有毒气的容器，从而杀死这只猫。根据量子力学，在未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态，但如果在一个小时后把盒子打开，实验者看到的只能或是‘衰变的原子核和死猫’，或是‘末衰变的原子核和活猫’两种情况”。这个假设的“残酷实验”，其巧妙之处在于：通过“检测器一一原子一一毒药瓶”这条因果链，似乎将铀原子的“衰变和未衰变叠加态”，与猫的“死一一活叠加态”联系在一起，使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性：微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了，要么活着，两者必居其一，不可能同时既死又活！难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说：“我去拿枪来把猫打死”。 量子力学理论经历了从产生、发展到完善的过程；这一过程也是一条从模糊、纠结到逐渐清晰的轨迹。而含于这一过程之中，或者说支撑这一轨迹的，则有一种强大且一以贯之的因素：对不确定性存在的探求、思考、确认。无论是旧量子力学的“波粒二象性”还是“物质波”假说，抑或概率波理论；无论是量子力学的状态函数还是微观体系状态；也无论是不确定性原理的提出还是有些许惊悚的“薛定谔之猫”，其实都在“微观领域不确定性存在”中跨越了经典力学的窼臼。当经典力学力图以确定性和决定性来面对微观领域的问题时，量子理论则用可能性和统计数据来回答；当传统物理学精确地告诉星系的运行轨道时，量子理论则让人们就原子中电子的位置进行赌博，以致阿尔伯特.爱因斯坦在争论中都说出了“上帝不掷骰子”的话。当然，爱因斯坦的话是错的。 量子力学对不确定性存在的探求、思考、确认，之于思维科学的研究，可以说大有裨益。笔者因之而思考了两个问题：人的思维何以能够发现并确认微观领域这种不确定性存在？换言之，思维中的何种特质将微观领域不确定性存在变成了思维可以把握的东西？说起来，不确定性的存在，是很难把握的。因为按照简单的推论，对不确定性存在的把握，结果应当还是不确定性。可是若如此，量子力学将何以问世？又何以造福于人类呢？看来，不能做这种简单的推论，而应当复杂些、深刻些。以是假定：思维中一定存在某种特质，能够容忍这种不确定性存在，并在这种不确定性存在中找出某种确定性存在，从而实现对这种不确定性存在的把握。承接这一问题而来的是：这种不确定性存在与思维是什么关系？如果承认思维中存在某种能够容忍不确定性存在，并在不确定性存在中找出某种确定性存在的特质，那么，这种特质与量子力学的不确定性存在是否有关联？思维的某种特质，是否也存在不确定性？ 上述两个问题，其实已涉及了思维的界定问题。而循着这些问题，则可以向与思维界定相关的问题靠拢，而这正是量子力学轨迹给思维研究带来启示的结果。而由量子力学轨迹的启示向思维界定的靠拢，可从三个方面进行：一是确认思维具有发现微观世界不确定性存在的能力；同时具有容忍发现微观世界不确定性存在的能力。否则，不会有量子力学从科学家的思维中问世。二是这些科学家们的思维，是从确定性出发来对待量子力学的不确定性的，他们是在力图将不确定性纳入到确定性中来。同时又尽可能将不确定性降至最低，也就是在最低的不确定性中把握量子力学理论。于是，才有量子力学问世并为人所用。三是科学家们的思维所追求的最低的不确定性，本身就存在不确定性。这是思维不确定性存在与量子力学不确定性存在的关联之处，也是某种相通之处。当然，思维中不确定性存在，主要表现为思维对象在激活、连接时选择的多样性；而不是量子力学中测量物理量的不确定性。 笔者的研究认为：人类的思维，是人类用以沟通主体客体关系、实现对主体和客体以精确为辅、近似为主把握的工具。这一界定表明：思维是工具；是把握主体和客体的工具；而作为工具所实现的，是精确为辅、近似为主的。具体说来：在人的思维中，精确、精准、确定是少量的；而大量的则是通过思维而接近精确、精准、确定。 |
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