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量子论闪耀着辩证唯物主义的光芒

 楚科奇0118 2021-07-19

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     辩证法一词,源自古希腊文,就是进行谈话和辩论的意思。辩,就是说明是非或争论真假,即辩是非、别真伪。单从字义来讲,辩证法就是解决问题的辩论之法或争辩之法。

     既然是辩论,就是各人说各人的理由,而不是一个人说了算。简而言之,辩证法就是从多个角度去解决问题的方法。中国有句谚语:路越走越宽,理越辩越明。这是一种朴素的辩证法精神。

     很明显,辩证法允许存在不同的看法和意见,具有开放性和包容性。当然,一个词语,随着时间的推移,语义会变化,内涵会增加。随着人类对宇宙万物的认识从表象描述上升到规律总结,辩证法的涵义也随之变化。当牛顿的万有引力定律将天上的星辰和地下的尘土统一起来,麦克斯韦的电磁理论将电场和磁场统一起来,人类开始意识到万物相互联系具有普遍性。事物之间的联系,并不是简单地发生相互作用,而是既矛盾对立又联系统一。《周易》说:“一阴一阳之谓道”体现的也是对立统一思想。列宁说:“可以把辩证法简要地确定为关于对立面的统一的学说。这样就会抓住辩证法的核心。”随着人类对自然内在运动规律的认识加深,辩证法的内涵也得到深化:从多角度、深层次去研究事物的普遍联系性。

     辩证法的内涵会随着生活实践、科学探索的发展而不断丰富。辩证法是一个开放性的体系。开放包容让辩证法充满旺盛不衰的生命力。人类对宇宙万物的认识没有止境,唯物辩证法并没有穷尽真理,它只是为人们不断探索宏观世界和微观世界的规律性指明了方向,提供了科学的世界观和方法论。

     唯物辩证法形成于经典物理学的辉煌时代,必然会被深深地打下经典物理学的烙印。换而言之,唯物辩证法的根基是经典物理学。

     当人类进入量子物理学时代,经典物理学的根基受到动摇,唯物辩证法也随之出现了一些混乱。例如,在量子论之中,宇宙万物有一个创生、发展和消亡的过程;能量的传递过程是量子化的而不是连续的;时空是离散的、非定域的;现在事件不必然由历史事件决定……面对这些反直觉的现象,一些辩证法的解读者采取了一笔带过甚至回避抵触的态度。

     随着科学技术不断渗透进入人类的日常生活,极端的唯心论逐步失去市场。然而,由于量子论的兴起,唯心论大有抬头之势。新型唯心论利用量子论的一些极具争议的概念,如“观测”“纠缠”等,来作为唯心论的“科学依据”。他们把爱因斯坦表达对量子论不满的一句玩笑话“当我们不去抬头望月亮,月亮是不存在的”当做唯心论成立的金句,甚至把王阳明的“观花论”捧为中国的量子论。

     辩证唯物主义对量子论的批判和继承,核心问题还是物质和意识的关系。量子论不仅否定了牛顿时代的绝对时空观,也否定了相对论的平滑时空观。量子化的、离散的时空观,否定了爱因斯坦的“局域性”时空观。量子论提出“量子化的原子论”,否定了“刚性小球的原子论”。新的时空观和新的物质论,并没有否定“客观实在论”,而是要求辩证唯物主义要在批判和继承量子论的基础上,提出新的“客观实在论”。

     量子论已经被无数次实验精确地验证了,并贡献了全球三分之二的经济,现在还要一味的否定量子论无疑是愚蠢的。辩证唯物主义如果还在无视量子论,不能以一如既往的开放精神来批判和继承量子论,必将走向固步自封,走向科学的对立面。

     在相关的经典著作之中,关于物质和唯物论,马克思的论述较少,恩格斯的论述较多。因为忙于领导革命运动和革命理论总结,马克思论“伊壁鸠鲁的原子偏斜问题”的著作一直没有完成。马克思生于1818年5月5日,卒于1883年3月14日,正处在经典物理的黄金时代,但他已经敏锐地意识到机械的、绝对的物质论,无法解释人的自由意志问题。当时的法国数学家拉普拉斯曾经预言:“如果知道宇宙中每个原子确切的位置和动量,就能够使用牛顿定律来展现宇宙事件的整个过程,过去以及未来。”一切都是物理定律决定好了的,包括人的意识。人没有自由意识,人便失去了存在的意义。既然一切都是物理定律“命定”了的,那革命就失去合法依据,甚至包括“革命行为”本身也是一种“命定”。马克思当然非常清楚这一点,于是希望在伊壁鸠鲁的“原子偏斜运动”之中找到自由意识存在的根据。然而他没有成功。革命工作繁重只是次要原因,时代的局限性才是根本原因。

     列宁生活在量子论的初创时代,对机械唯物主义的弊端有了进一步的认识,他将物质定义为:“物质是标志客观实在的哲学范畴,这种客观实在是人通过感知感觉的,它不依赖于我们的感觉而存在,为我们的感觉所复写、摄影、反映。”哲学的物质范畴是各种具体物质形态的总和的一种抽象。自然科学关于物质范畴比如原子、质子等,只是某种具体物质形态或人的认识的一个层次。简单地说,哲学里的物质,就是指客观实在性;自然科学里的物质,指的是具体的物质形态。从最一般最普遍的角度来看,“物质”和“客观实在”是一个意思。

     列宁生于1870年4月22日,卒于1924年1月21日。1900年至1925年期间,量子物理学还没有真正建立起来,属于旧量子论时代。列宁在对物质做定义的时候,没有考虑到在微观量子领域,观测会对微观系统造成扰动,观测方式会决定观测结果,观测主体不能对立于观测客体。

     解读辩证唯物主义的过程,实际上也是一个创造过程。以往对于辩证唯物主义的解读,多是基于经典物理学而不是量子物理学。某些地方虽然涉及到了一些量子物理学知识,但只是选择了一些现象,未大胆深入到量子论的基本原理。基于经典物理学的“物质不灭”和“因果定律”,似乎给人一种安稳的感觉。而量子论似乎要打破这种安稳,甚至有走向唯心主义的危险。

     唯物辩证法不能回避量子物理学。实际上,量子论不仅没有否定唯物辩证法,而且还丰富了唯物辩证法。

不确定性原理避免世界陷入绝对虚无

     1927年,海森堡提出不确定性原理:一个粒子的位置和动量,不可能同时被准确测量。对粒子位置的测量越确定,则动量就越不确定;对粒子动量的测量越确定,则位置就越不确定。这种不确定性必然大于或等于普朗克常数(Planck constant)除以4π,即ΔxΔp≥h/4π。

     不确定原理蕴含着深刻的哲学原理,用海森堡的话来说:“我们不能知道现在的所有细节,是一种原则性的事情。”也就是说,不确定性不是测量的技术有问题,而是事物的内在秉性。无论测量技术如何改进,永远都不可能做到绝对准确。不确定性原理直接否定了机械决定论,破除了“拉普拉斯妖”可以完全预知宇宙一切的神话。

     物理学家根据海森堡的不确定性原理做进一步推导:当温度降到绝对零度的时候,一个粒子必定仍然在振动;否则,如果一个粒子完全停下来,那么它的动量和位置就可以同时被精确地测量,违反了不确定性原理。一个粒子在绝对零度时的振动(零点振动)所具有的能量就是零点能。因此,在微观世界必然存在着激烈的量子涨落:在时间极短的情况下,真空中会出现较大的能量起伏,物质粒子和虚粒子瞬间成对产生,又瞬间成对消失。量子真空涨落在微观世界里无处不在,无时不有。

     真空并不意味着一无所有。按照狄拉克的推测,真空是由正电子和负电子旋转波包组成的系统,即使在绝对零度,真空的活性仍然保持着。真空就像起伏不定的能量之海。后来,正电子被实验证实,J. Wheeler还估算出了真空的能量密度可高达            图片            。

     1948年,荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔提出了一项检测真空能量存在的方案。从理论上看,真空能量以粒子的形态出现,并不断以微小的规模形成和消失。在正常情况下。真空中充满着各种波长的粒子。西米尔推测,如果使两个不带电的金属薄盘紧紧地靠在一起,较长的波就会被排除出去,金属盘外的其他波就会产生一种往内使它们相互聚拢的力;金属盘越靠近,两者之间的吸引力就越强。1996 年,物理学家首次对“卡西米尔效应”进行了测定,验证了量子真空涨落现象。

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卡西米尔效应图

     真空不空,不存在绝对的虚无。那些鼓吹“量子物理学让物理步入禅境和佛学空性”的人,不能无视“量子真空涨落”现象的存在。不确定性原理,确定了世界不会陷入绝对的虚无。物质在生生灭灭的动态过程中得到永恒,而不是“不生不灭”僵死存在。按照现在科学观点,质子也有寿命,不过它的寿命似乎会超过宇宙的寿命。质子为什么会活的那么久,也许它是在沸腾的量子真空涨落的能量海洋中不断交换着能量。有科学家猜测,占据了宇宙95%的暗物质暗能量或许并不存在,可能只是量子真空涨落引起的效应。

宇称不守恒定律让宇宙自发产生观察者

     1956年以前,科学界一直认为宇称是守恒的,也就是说一个粒子的镜像与其本身性质完全相同。

     1956年,科学家发现θ和τ两种介子的自旋、质量、寿命、电荷等完全相同,很多科学家认为它们是同一种粒子,但θ介子衰变时产生两个π介子,τ子衰变时产生3个,这又说明它们是不同的粒子。

     李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后断言:τ和θ是完全相同的同一种粒子,后被统称为K介子。τ和θ虽然是完全相同的同一种粒子,但在弱相互作用的环境中,它们的运动规律却不一定完全相同。这两个相同的粒子,如果互相照镜子的话,它们的衰变方式在镜子里和镜子外竟然不一样。“θ-τ”粒子在弱相互作用下是不对称的,即宇称不守恒。

     华裔实验物理学家吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变:在极低温(0.01K)下,她用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称。实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。

     从此,“宇称不守恒”被承认为一条具有普遍意义的基础科学原理。杨振宁和李政道两位博士因此而荣获得了1957年的诺贝尔物理奖。

     宇称不守恒原理彻底改变了人类对“对称性”的认识,改变了物理科学中“宇称守恒”的基本信念。

     随后,欧洲原子能研究中心的一个小组,在研究了K介子反K介子相互转换的过程中发现:反K介子转换为K介子的速率,要比K介子转变为反K介子来得要快,首次直接观测到时间不对称现象。紧接着,欧洲核子中心新实验证明,反物质转化为物质的速度要快于其相反过程。

     从宇称不守恒原理的发现过程,我们就可以明白宇称不守恒的大概意思了。

     现在回过头来说量子真空涨落。

     由于宇称不守恒的存在,量子真空涨落中瞬间产生的粒子和虚粒子,在消失的时间上就可能存在微小的不一致:粒子消失得慢一些,或虚粒子消失得慢一些。说明一下,虚和实是相对的,换一个角度,虚物质也是物质。

     消失得慢一些的物质粒子,在极短时间上,属于凭空多出来的物质。

     这凭空多出来的物质,瞬间就打破了空间的能量平衡,引发真空的多米诺骨牌效应。在蕴藏着巨大“零点能”的真空之中,这个凭空多出来的物质微粒,就会成为一个“观察者”。这个“观察者”观察了邻近的真空,真空之中又会瞬间产生出另一个物质微粒,并以多米诺骨牌效应的方式传递下去,物质微粒指数级地产生。由于这个速度太快,超过了光速,看起来就像一次大爆炸。

     物质微粒瞬间大量产生,引力作用阻止了真空坍缩的多米诺骨牌效应。随后,在引力的主导下,物质开始了它的演化之旅。宇称不守恒定律,让宇宙自发产生出“观察者”,不需要一个假设的观察者“上帝”存在,也不需要一个有意识的人参与其中。

     宇称不守恒也说明了宇宙的平衡态是暂时的,非平衡态是常态的。量子场的平衡态是暂时的,激发态是常态的。用辩证唯物主义的话来讲,运动是绝对的,静止是相对的。

量子场论蕴藏着深刻的对立统一原理

     量子场论是量子物理学、狭义相对论和经典场论相结合的物理理论,为描述多粒子系统,尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统提供了有效的描述框架。在量子场论中,粒子就是场的量子激发,每一种粒子都有自己相应的场。在量子化过程中,玻色场满足对易关系,而费米场满足反对易关系。粒子之间的相互作用和动力学可以用量子场论来描述。每一种粒子都有其反粒子。 一个有质量的粒子和它的反粒子可以湮灭成能量,并且这样的正反粒子对可由能量产生出来。

     量子场的激发态和基态,关系到物质粒子的产生和湮灭,这对矛盾属于世界的基本矛盾。基态是平衡态,激发态是非平衡态。平衡是暂时的,非平衡是常态的。二者相互矛盾相互转化。激发态是矛盾的主要方面。正是在这对矛盾的推动下,世界处于永恒的运动之中。

     矛盾是创生宇宙万物的源泉,也是推动宇宙万物发展的基本动力。没有量子场的“基态和激发态”这对基本矛盾,就没有世界。

量子纠缠产生了时空

     在量子物理学里,几个粒子在彼此相互作用后,会综合成为一个整体,这时候就无法单独地描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,这现象被称为量子纠缠。两个相互纠缠的粒子,即使非常遥远,只要其中一个被观察,另一个就会瞬间“感知”。爱因斯坦戏称量子纠缠就像鬼一般的超距作用。

     经典的时空观念认为:时间均匀地流淌,与任何外部事物都无关;空间就如同舞台背景,独立存在于事物变化之外。时间、空间和物质,三者之间没有什么关联,各自为政。

     爱因斯坦的广义相对论打破了绝对时空观,认为物质的质量变化能引起时空扭曲,时间、空间和物质之间存在着密不可分的内在联系。时空的几何结构是引力存在的表现形式。

     2006年,比伊利诺伊大学的科学家发现了时空的几何结构与量子纠缠存在着关联。

     2013年,普林斯顿高等研究院的物理学家和斯坦福大学的物理学家在合作研究中发现,如果两个黑洞纠缠在一起,它们就会产生虫洞,即广义相对论中所预言的一种时空捷径。这项发现及进一步的数据计算表明:过去被认为不涉及实体联系的量子纠缠,竟然能够产生出时空结构。

     量子纠缠能产生时空结构,说明“时空并不是前提,而是结果”。换而言之,时空并不是量子纠缠的场所,而是量子纠缠的产物。是物质联系产生了时空,而不是时空本来就存在那里等待物质去填充。时空并不是一个最基本的存在。

     两个纠缠粒子分离的过程,实质上是二者创造新时空的过程。两个粒子在分离的过程中建立了它们自己的新时空。当其中一个被观察,另一个立刻便“感知”,实质上它们本来就一直都是一个整体。在微观量子世界,联系是根本,时空区隔不是问题。量子纠缠更能深刻地描述宇宙万物的普遍联系。

互补原理使得物质和意识有机统一

     物质和意识,一直是哲学的永恒话题。究竟是物质产生意识,还是意识产生物质,各大哲学阵营争论不休。

     物质和意识的关系难题,不是谁产生谁的问题,而是二者如何相互作用的问题。如果意识是纯粹抽象的东西,那么,抽象的意识如何与具体的物质发生相互作用?就算其间相互作用的细节可以避而不谈,关键是里面还隐藏着一个巨大的难题:抽象的意识作用于具体的物质之后,必然会导致能量的增加。在封闭的宇宙之中,这凭空产生的能量,严重破坏了能量守恒定律。

     二元论把物质和意识看成是两种实体。意识是一种抽象的、没有体积的、没有质量的特殊实体。把物质和意识看成是两列火车,如果它们在两条平行轨道上奔跑,二者各行其道,就不会出现什么问题;要是在同一条轨道上奔跑,就有可能发生相互追尾或碰头的事件。物质的火车,有体积有质量,意识的火车,无体积无质量,追尾的时候,物质火车尾部变形了,速度提高了,而意识火车不会也不可能有任何变化;追尾的时候,物质火车头部变形了,速度降低了,而意识的火车不会也不可能发生任何变化。物质火车一定会委屈地喊道:为什么受伤的总是我?物质火车受伤委屈事小,凭空增加的动量事大。意识火车碰坏的是能量守恒定律。

     世界需要两种截然对立的解释,一是物质性,二是意识性。比如基因的自我复制过程,从物质性的角度看,纯粹就是一种生化反应过程,严格遵循力学定律。但要刨根问底,基因为什么要自我复制,推动基因复制的“最初一击”是什么,力学定律无法回答。于是目的论和神创论便粉墨登场,各自构造起一套看起来很富丽堂皇的理论大厦来。科学研究需要观测,需要实验数据,而意识却只能被感知,无法被观测,无法得到实验数据。历史以来,意识一直被哲学和神学占据;科学对其避之不及却又无法逃避,尴尬得很。如果对无体积无质量的抽象意识,做出没有观测实验数据的解释,就不科学;如果连意识都解释不了,就更不科学。解释也不是,不解释也不是,科学面对意识,陷入了两难的境地。

     引进量子物理学的互补原理,或许可以解释物质和意识的矛盾对立统一关系。

     互补原理指出,经典认识论只是在一定条件下才适用。在经典认识论中,我们认为客体的属性、规律与主体无关,与主体所采取的观测方法也无关;主体可以在客体之外去认识客体,同时不对客体产生影响,主客体之间不存在不可分离的联系。

     由互补原理引出的认识论认为,单独说客体的属性、规律是没有意义的,必须同时说明主体的情况与其采取的观测方式;主体对客体的认识必须通过对客体施加影响来实现。因此,主客体之间存在着不可分离的联系。但是在一定条件下,主体对客体的影响可以忽略,这时经典认识论就是适用的。

     物质和意识两个经典概念,互不相容。但是,涉及到对生命的描述时,二者都有其实用范围,并且缺一不可。物质和意识矛盾地存在于生命之中。生命是物质和意识的矛盾统一体。在生命体内部,物质和意识是一种互补关系。如果说生命是一枚硬币,那么,物质和意识就是这枚硬币的两面。物质和意识在生命体内部运行,遵循互补原理。

     事物的物质性和意识性,既是相互对立的关系,又是相互依存的关系。物质性和意识性,遵循互补原理。事物的物质性与意识性,不会同时呈现出来,具体会呈现出哪一面,取决于我们的观测方式。如果从物质属性去观测,则会呈现出物质性;如果从意识属性去观测,则呈现出意识性。当你关注其物质性的时候,它便严格地遵循着物质的运行规律;当你关注其意识性的时候,它便遵循某种目的而存在。

     人们一直只是承认自己看见的一面。我们看不见另一面,不等于它不存在。否定事物的物质性或意识性,就如同只承认硬币只有正面或反面那样荒唐。机械唯物主义者说物质产生意识,主观唯心主义者说意识产生物质,争论不休,谁也说服不了谁。现在我只想问,是硬币的正面产生反面,还是反面产生正面呢?想想清楚了,问题就一目了然。一元论讲的是一枚硬币,物质性和意识性属于硬币的两面;二元论说的是两枚硬币,一枚硬币叫物质,另一枚叫意识。

     物质和意识的关系,遵循了互补原理,才能遵循能量守恒的基本原理。否则,抽象、绝对的意识,一旦作用于物质,就会导致能量的凭空产生,破坏能量守恒定律。量子真空涨落凭空产生的能量,恰好与其对应的负能量抵消,并没有违背能量守恒定律。而抽象、绝对的意识,既可以持续作用于物质,自身又不会受到任何影响(因为它没有任何形体),这就必然会破坏能量守恒定律。

     物质和意识不在两个平行世界,也不是两条永不相交的平行线。意识与物质的互补原理被发现,意识变得非常重要。意识复活,宇宙万物不再是松散的集合,而是一个有机联系的生命整体,他人不再是一种异己的存在。这个新的认识论,必然会产生出一种新的社会价值观,为“建立人类命运共同体”提供理论依据。

     将物质与意识的对立起来,是一种思维陷阱。物质与意识是互补关系,而不是对立关系。不引进量子物理学的互补原理,唯物主义和唯心主义都没有出路,只能在“鸡生蛋和头蛋生鸡”的逻辑陷阱里没完没了地互掐。唯物论与唯心论的旷世之争,唯有量子论能够劝阻。

     量子物理学的互补原理与唯物辩证法的对立统一原理有相似之处,但也有区别。互补原理强调的是不同的观测方式会导致不同的观测结果,因观测方式的不同,不同的经典概念就有不同的使用范围。对立统一原理没有考虑观测方式,事物的矛盾双方,不是绝对独立的存在,二者可以相互转化。互补原理属于认识论范畴,而对立统一原理属于实体论范畴。

量子叠加原理为自由意识的存在提供了物理条件

     首先来厘清“自由意识”概念问题。自由意识,就是意识。加“自由”二字仅起到强调的作用。意识的本质特征就是自由。没有自由,就不能称为意识,只能叫做运算程序。就像黑格尔的“绝对精神”中的“绝对”二字,也只是起到强调作用,没有具体意义。不存在与“绝对精神”相对应的“非绝对精神”。同样,也不存在与“自由意识”相对应的“不自由意识”。这只是一个语法修饰问题。

     人类具有意识吗?这是一个充满悖论的问题。人类在用自己的意识来思考“意识是否存在”的问题。

     笛卡尔说:“我思故我在。”如果把这句话中的“我”定义为意识,那么,意识是否存在,就是一个不证自明的问题。我的意识正在思考问题,没有意识就不可能思考问题,这不是明摆着吗?这样的循环论证很无聊,没有回答任何实质性的问题。

     科学对于意识的研究,有一个最基本的要求,就是定性分析和定量分析。

     首先来定性分析:意识是什么?

     意识究竟是什么?科学家没有搞清楚,哲学家没有搞清楚,神学家也没有搞清楚。意识距离我们最近,意识却是我们最熟悉的陌生人。不能定性分析,意识问题就只能停留在哲学和神学范畴。

     意识是一种过程,而不是一种实体。这是科学家目前能够对意识现象做的初步定性。意识的本质是大脑神经系统的运行过程,所产生的一种效应,而不是潜藏在某个神经细胞里面的神秘实体。这个定性对科学研究“意识”,起到正确路径的导航作用。意识的本质是过程,没有单独叫做“意识”的实体。

     初步定性有了,还要深入具体定性。具体定性搞准了,才可能定量分析。

     有人用弦理论来解释意识的产生过程,说振动得慢的弦形成物质,振动得快的弦形成意识。这种定性倒是通俗易懂,简单粗暴中不失深沉优雅,很受人民群众欢迎。可是,弦是什么,弦振动的能量来自哪里,弦振动的哪一段频率归集为物质,哪一段频率归集为意识,等等,这些问题弦理论本身就无法回答。弦理论现在还只能归为哲学理论,用弦理论解释意识,仍然只是属于哲学解释。

     目前有一种比较流行的理论,就是把大脑定性为一台量子计算机,用量子计算机原理来解释意识的产生过程。

     把意识过程定性为量子计算机的运算过程,得到了一部分人的支持。意识是神经计算的产物,似乎成了意识研究领域内大多数学者的共识。

     英国著名物理学家、牛津大学数学系名誉教授罗杰·彭罗斯建立了“量子意识模型”,也称为“Orch OR模型”,主张意识是大脑神经元微管中量子引力效应的结果。

     “Orch OR模型”将人脑视为一个量子系统,意识是微管中量子引力所导致的波函数坍塌的结果。后来的研究表明,“微管”只是脑细胞中的支架结构,主要成分是纤维,其它细胞里面也有,并没有什么特别之处。彭罗斯用“Orch OR模型”来解释意识现象,虽然失败了,但给人工智能研究提供了新启示。“Orch OR模型”将意识视为一个量子过程,削弱了传统哲学中物质与意识的对立性。

     现在的量子计算机,还在研究开发之中。大脑具体是怎样实现量子运算的,需要科学家艰辛地探索。   

     大脑的运行过程,究竟与计算机有没有本质区别,是一个问题。

     有人认为,量子计算机与电子计算机,在计算方法上没有本质区别,只是量子计算机相对较快,电子计算机相对较慢而已。

     如果大脑意识只是程序运算过程,那么,意识还有自由可言吗?没有自由,意识还是意识吗?

     当然,意识的量子计算机解释模型,也可以解决“自由”的问题。眼睛、耳朵、舌头、鼻子、皮肤等感官接收外界的信息,要进行解码传输给大脑;大脑与外界处于一种相对独立的状态,大脑神经系统里面的量子态,处于一种非观察状态。这样,就为大脑独立处理信息提供了独立环境,意识的“自由态”便存在了可能。

     意识问题,几千年来一直是哲学和神学的主题。相关论述著作,可以说是汗牛充栋,一个人可能一辈子都读不完。里面涉及大量的概念定义和逻辑辩证,一般人都会被弄得晕头转向,不知南北。还是科学分析方法来得简单些,就首先盯准一个定性问题:意识是什么?然后逐层分解下去,直到可以定量分析,意识之谜就可以迎刃而解了。

     对于意识的进一步具体定性,科学一直没有停下脚步。

     意识性是物质自我保存的目的性与运动的倾向性。物质性是物质运动的规律。从意识角度观察,规律性消失,目的性显现;从物质的角度观察,目的性消失,规律性显现。二者以互补的方式统一起来。量子论的物质是一种活的存在,不是机械的、僵死的东西,也不是随心所欲的抽象精神。

     决定自由意识的不是不确定性原理,而是量子叠加原理。自由意识不是随机性,但可以表现出随机性。量子叠加态,为自由意识的存在提供了物质基础和物理法则。叠加态为自由意识提供了无限可能。大脑内部的量子尺度领域,保持非观察状态,是自由意识存在的物理前提。在微观量子世界,离散的时空具有非局域性,根据宇称不守恒定律,现在事件并不必然由历史事件决定,也为自由意识的存在提供了物理条件。

量子物理学丰富了因果联系

     原因与结果、必然性与偶然性、可能性与现实性、现象与本质、内容与形式,是唯物辩证法的五大基本范畴。其中因果律在量子物理学之中争议最大,这里就只讨论因果定律。

     什么是因果律?因果律就是因果关系。常言道:“种瓜得瓜,种豆得豆。”按照经典物理学的理解,任何一种现象或事物的产生和发展,都必然有其原因。宇宙万物现在的状态,都是其历史状态延续的结果;一个物体现在的运动状态,都是其历史运动状态延续的结果。果由因生,无因不能生果,有果必有其因。因在前果在后,前因后果的时间顺序不能颠倒。

     因果律也是佛教的理论基础。佛教理论认为,不明白因果,就不可能真正懂得佛法;一个人做一件事,说一句话,甚至起一个念头,都是在因;善有善报,恶有恶报。我们暂且不去讨论因果报应是否灵验的问题。

     1943年,法国科幻小说作家赫内·巴赫札维勒(René Barjavel)在小说《不小心的旅游者》中提出一个假设:假如你回到过去,在自己父亲出生前把自己的祖母杀死,会出现怎样的情形?你回到过去杀了你年轻的祖母,祖母死了就没有父亲,没有父亲也不会有你,那么是谁杀了祖母呢?你的存在,就证明祖母没有因你而死,那你何以杀死祖母?这就是关于时间旅行的外祖母悖论。

     这个假设的核心问题就是时间旅行是否可行。时间旅行牵涉到能量守恒问题,你回到过去,则在过去的那个时间点上,会平白无故地增加一些质量,而当下这个时间点上会莫名其妙地减少一些质量。时间旅行违背能量守恒定律,必然会导致因果悖论。

     在经典物理学中,只要精确掌握了一个系统最初的所有状态,就能预言系统未来所有时间的状态。拉普拉斯坚信决定论,他说:“我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置,假如他也能够对这些数据进行分析,那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的,而未来只会像过去般出现在他面前。”

     量子物理学诞生之后,拉普拉斯妖的决定论受到质疑。经典物理学以为电子就像行星一样在原子核外围,围绕着原子核运动。但量子物理学发现了全然不同的情形,电子没有规定的轨道,只有随机出没的区域。粒子物理学家John Polkinghorne 指出:电子的位置具有不确定性,一个氧气分子在与其他分子碰撞50次之后,仅考虑用牛顿力学来预测其位置,是不可能的事情。经典物理学的过程是可逆的,而热力学理论发现现实的物理过程都是不可逆的。

     微观粒子具有不确定性,单个粒子运动是随机的。一个事件的发生,在宏观上表现为确定,在微观上则表现为概率。哥本哈根诠释用波函数来描述微观量子世界的量子运动状态,用概率来描述亚原子粒子的运动状态。概率论是量子物理学必不可少的工具。

     微观粒子系统数量足够庞大之后,根据统计学原理,量子系统通过概率律,就过渡到了经典物理学。微观世界的量子运动最终会在宏观世界里表现出来,比如电子的跃迁会发射光子,无数的电子跃迁发射的电磁波会引起物体发光发热,即量子物理学的因果律在宏观世界表现出来了。量子物理学和经典物理学并非完全矛盾,只是适用的尺度不同。决定微观世界结果的是概率论。量子的集群运动符合经典物理定律。

     在经典物理学中,实验者独立于实验对象,观测事件对观测对象的影响微乎其微,可以忽略不计。不能用宏观经典物理学的思想,去理解微观量子物理学的现象。实验者自身无法独立于实验之外,是量子物理学和经典物理学的最大区别。

     在量子叠加态中,一个系统可以同时处于两个在经典世界里不相容的态。在微观量子世界,两个事件的顺序处于叠加态,因果具有不可分离性。量子系统不仅在物理状态之间的界限不再分明,甚至连因果顺序都不再明确,可以处于某种程度上的叠加。

     非观察状态下的量子系统,因和果处于叠加态;观察状态下的量子系统,因和果表现为概率。我们要习惯这样的表述方式,不要试图用经典物理学的盖子,去配量子物理学的茶杯。在非局域性的微观量子世界,用局域的经典观念去理解事物的因果联系,是不合时宜的。量子物理学并没有违背因果定律,而是丰富了因果联系。

     量子物理学需要辩证唯物主义,辩证唯物主义也需要量子物理学。深入量子物理学的基本原理,以开放包容的态度虚心学习、认真思考,你会发现:量子物理学闪耀着辩证唯物主义的光芒。

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