【科学语境】“态叠加”与“无中生有”

慧然 2021-08-20

展开全文

“态叠加”是量子力学的一个重要概念，“无中生有”是传统文化的一个耳熟能详同时亦是不容易说清楚的命题。下面共用一个牛顿著名《色散实验》来阐述什么是“态叠加”，什么是“无中生有”。旨在跨时空、跨文化、跨学科打开学科之间的壁垒。

色散实验

《光的色散实验》是牛顿早在1664年就开始的光学研究，1666年，他用三菱镜进行了著名的色散实验。发现白光是由各种不同颜色的光组成的。1672年，牛顿发表了《关于光和颜色的理论》一文，并到皇家学会阐述自己的观点。认为白光经过棱镜产生色彩，成为七色光（见图1）。这是因为不同颜色微粒混合与分开造成的[1]。牛顿做这个实验的目的是用来反对光的波动说的[ 公元1600年以来，人类对光的本性进行了不懈的探索。几千年来，人类一直在寻找光的本质。光究竟是什么，它是如何产生的，它的构成如何？这些问题一直困扰着人们。历史上，以牛顿、拉普拉斯、毕奥、等为代表的光的微粒派，和以惠更斯、托马斯·杨、菲涅耳等为代表的波动派之间展开了多个回合的论争。它们之间除了激烈论战的一面外，还有相互吸收的另一面。两大阵营大将辈出，互有胜负，各领风骚上百年。但其意义不仅限于此。

虽然，量子力学是对牛顿力学的颠覆，但牛顿的这个实验，可用来很好地诠释量子力学的态叠加，同时可以很好解释“无中生有”。

图1：光的色散实验（图片来源于网络）

光的色散实验与态叠加

“一个波函数，多个世界”，多世界诠释认为，微观世界中的量子态是不能孤立存在的，他必须相对于他外部一切，包括仪器、观察者、乃至环境中各种要素。因此，微观系统不同分支量子态，也必须相对于仪器状态，观察者状态……乃至环境中各种要素来定义，从而微观系统状态嵌入到多世界的函数形式的表达式如下：

等式（1）右边表示所有分支波函数的态叠加。在量子力学中薛定谔思想实验中的活猫与死猫就是一种态叠加（见图2）。

图2：薛定谔猫生与死的态叠加

牛顿《光的色散实验》揭示：白光经过棱镜产生色彩，成为七色光。说明赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光在没有被折射时是以态叠加于白光中的。即七色光在白光的状态就是以态叠加存在的。当然白光不仅仅局限于七色光，应该有无穷色的光。

若套用上述公式（1）来看，白光相当于等式的左边，七色光及棱镜相当于等式的右边。白光与等式右边相等，是同一个东西的两种表现形式。一个是隐性的一个是显性的。

光的色散实验与无中生有

《道德经》曰“故常无，欲以观其妙，常有，欲以观其徼，此二者同出而异名。”“天下万物生于有，有生于无”。所谓白光（无色无形无味）被三棱镜折射出赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七色光，而这些可见光本是以态叠加存在于无色无形无味的光中，没折射前是“无”，这是 “无”通过棱镜在表达“无”的妙有——赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是无中生妙有，而妙有与“无”是同出而异名且一体。棱镜起的作用如同管道般，只是让“无”通过它呈现出来。

赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫在“无”的层面是态叠加，在“无”的层面是不存在，赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫对“无”来说是假相，七色光对“无”来说亦契合《金刚经》“凡所有相，皆是虚妄”。2500年前限于彼时现实环境，并未发展到可以用光演示隐性的态叠加与显性的七色光，此奥妙彼时唯圣者内证体悟方能悉知。我们生长于科技昌明的时代，得以借助科学实验了知老子、佛陀等圣人所参之境。

这个实验与“无中生有”互相印证，向我们揭示了“无中生有”中的“无”并非是指什么都没有（nothing），而是“无”具有无限的妙有；同时，“生”亦并非指按照时间先后顺序的诞生；“无”与“有”只是一种转换关系，也可以说“无”=“有”，并且“无”与“有”是一种没有先后顺序与终始的关系。

态叠加与无中生有异曲同工之妙

图3：“无”与“有”的关系如同“空”与“不空”的转化

态叠加是后现代科学的术语概念，而“无中生有”在遥远的2500年前就出现，在牛顿的《光的色散实验》下二者有异曲同工之妙。“无”相当于态叠加，是隐性的白光；“有”相当于七色光。借助科学实验这个分析工具对二者分别进行解释，赫然发现，二者是相同的主题，并且圣人们2500多年前对此主题就有所阐述。态叠加是科学家用科学的语言把这个主题重新提及并首次记录下来，态叠加是“无中生有”这一主题的旧事重提。实际上，这两个主题殊途同归于对宇宙真相的探究，其既不是一个单纯的哲学问题，亦不是单纯的物理问题，传统的单一学科很难给出令人满意的解释。通过跨时空、跨文化、跨学科研究视角打破这两个看似不相干主题的各自解释的局限。“我们要挖掘自己民族的本源，恢复一些被沉默的基因。可能我们丢掉的或被忽视的，正是我们自己所独有的。在此基础上，再借助其他的参照，即借助现代科学发展的参照走向最前沿。[3]”态叠加与“无中生有”的这种跨文化、跨学科、穿越时空的文明对话研究模式只是抛砖引玉，值得我们进一步关注和深入研究。其研究价值及意义在于“中西之和，古今之和、科技和人文之和，正昭示着人类文明的新曙光。

圣人的体认直觉能力与科学家的理性能力不但互相得到印证及互鉴、互释，并且互补去全面认识和解释我们的世界。承认科学家与圣人智慧的相似性，并不意味着科学家们应当放弃科学的研究方法，像圣人一样去体悟证悟，凭直觉去感知宇宙的真相。科学实验或成就成为很好解释圣人智慧的工具，探究宇宙的路径不同，但二者又是互补的，在揭示宇宙真相上二者不可或缺。