首页 » 上帝与新物理学 » 上帝与新物理学全文在线阅读

《上帝与新物理学》第八章 量子因素

关灯直达底部

“假如一个人不为量子论感到困惑,那他就是没有明白量子论。”

尼尔斯·玻尔

前面的两章所展开的论点都认为,精神并非是通常意义上的一个事物,不是一个有某种位置的具有一定体质的实在,然而它却是一种真实的存在,是大自然结构等级中的一个抽象的“高层面”概念。精神与肉体的关系是古老的哲学之谜,二者之间的关系如同计算中的硬件与软件之间的关系。但精神与肉体的联系要比平常的计算机软件、硬件的联系要紧密,就是说,作为软件的精神(程序)在霍夫斯塔特所谓的“缠结的等级”或“怪圈”中与作为硬件的大脑联结在一起,或交织在一起。这一幅自指的拼花图,就是意识的主要特征。

把硬件与软件、大脑与精神或物质与信息连接起来,这种想法对科学来说并不新鲜。在20世纪20年代,基础物理中发生了一场革命,震撼了科学界,并使人们头一次把注意力集中在观察者和外在世界之间的关系上。那革命性的理论称作量子论,是后来被称作新物理学的顶梁柱,它提供了迄今为止最令人信服的证据,证明意识在物质实在的本质中扮演了极重要的角色。

量子论现在已经好几十岁了,奇怪的是,它的那些令人震惊的观念花了这么长的时间才渗透到普通大众那里。不过,现在越来越多的人认识到,量子论中包含了一些令人惊讶的思想,使人得以洞见精神的本质以及外在世界的实在;要想寻求了解上帝和存在,就必须充分考虑量子革命。很多现代作家都发现,量子论中所用的概念与东方神秘主义与禅宗用的概念很相似。但不管一个人的宗教论点是什么,总之量子因素是不可忽视的。

在开始讨论与量子论相关的问题之前,必须明确一点,这就是量子论主要是物理学的一个实用的分支。而且作为实用的东西取得了辉煌的成功。它使我们有了激光、电子显微镜、半导体和核能。它一举解释了化学键、原子以及原子核的结构,电流的传导,固体的机械性质以及热性质,以及一大堆其他的重要物理现象。量子论现已深入到大部分科研领域,至少在物理学中如此。在两代人的时间里,理科的大学生们把它当作理所当然的东西来学。当今,它在工程技术中被应用于很多实际的事上。一句话,量子论在其日常应用中是一个很实际的学科,有大量的证据证明其有效性。证据不但来自商业性的发明创造,而且也来自精微的科学实验。

尽管没有多少专业物理学家静下心去思考量子论会有怎样奇异的哲学含义,然而,量子论那确实不同寻常的性质在其发端之后不久就显现出来。量子论起因于人们试图描绘原子以及原子的成分,因而它主要是涉及微观世界的。

物理学家们早已知道,某些过程,如放射性之类,似乎是随机的,不可预测的。虽然大多数放射性原子都遵从统计学的规律,但某一具体的原子核在什么时刻衰变却是无法准确预测的。这种基本的测不准性涉及所有的原子及亚原子现象,因而,通常用于解释这些现象的观点就需要进行大大的修正。原子的测不准性在20世纪初被发现之前,人们以为所有的物质客体都严格遵守力学定律。力学定律使得行星一直在其轨道上运转,使得子弹飞向靶标。原子那时候被认为是缩微的太阳系,其内部的构件像精确的时钟一样运转。这种看法后来被证明是虚幻的。20世纪20年代,人们发现原子世界充满了含糊和混沌。像电子这样的粒子似乎根本就没有一个有意义的清晰的轨迹。在这一时刻发现它在这里,下一时刻,它又在那里,无法判定在某一时刻它在哪里。不仅是电子,所有已知的亚原子粒子,甚至是原子,我们都不可能知道其具体的运动规律。细察之下,我们日常体验到的硬邦邦的物质化成了由幽灵一般逃逸的影像组成的大旋流。

不确定性是量子论的基本要素。不确定性直接导致了不可预测性。每一个事件都有一个原因吗?对这一问题,没有人会说没有。第三章已经说明了因果链如何被用来证明上帝的存在,证明上帝就是万事的最初原因。量子因素显然挣断了因果链,根据量子论,在没有因的情况下也可能有果。

早在20年代,人们就围绕着原子的不可预测性背后的意义展开了激烈的争论。大自然内在的本性是不是反复无常的,准许电子以及其他的粒子无规律地到处乱窜,没有节奏也没有理由?这不就是没有原因的事件吗?或者,这些粒子是些软木塞,在那看不见的微观力的海洋中摇荡?

大多数科学家在丹麦物理学家尼耳斯·玻尔的率领下,都认为原子的测不准性的确是内在于大自然的:机械运动的规则可以适用于寻常的物体,如小球之类,但到了原子那里,适用的就是轮盘赌的规则了。一位著名的大人物阿尔伯特·爱因斯坦却对此持有异议。他宣称:“上帝并不掷骰子”。很多平常的系统,如股票市场和天气情况,也都是不可预测的。但之所以不可预测,是因为我们的知识不到家。假如我们完全了解有关的一切力量,我们就能够(至少在原则上能够)预测所有的来龙去脉。

玻尔爱因斯坦之争,不仅仅是细节之争。它涉及量子论这一科学的最成功的理论的整个概念结构。其核心是这样一个问题:原子是一个东西,还是一种抽象想象的构想,只是用来解释广泛的观察结果?假如原子真的是一种独立的实体,那么,它至少应当有位置,并有确定的运动。但量子论不这么看。量子论认为,原子只能二者有其一,但不能二者都有。

这就是著名的海森伯不确定性原理。海森伯是量子论的创始人之一。不确定性原理的意思是,你不能知道一个原子,或一个电子,或一个什么东西在什么位置上,同时又知道它在如何运动。你不仅不可能知道,而且,具有确定的位置和运动的原子这一概念本身就是无意义的。你可以问原子在哪里,并得到一个有意义的解答。或者,你可以问原子在如何运动,并得到一个有意义的解答。但是,“原子在哪里,它运动得多快?”这种问题是没有答案的。位置与运动(严格地说应为动量)构成了微观粒子实在性两个互不相容的方面。但是,假如原子没有位置,或没有有意义的运动,我们还有什么理由说它是个东西呢?

玻尔认为,原子的模糊世界只是在受观察时才变成具体的实在。没有观察时,原子就是一个幽灵。只是当你看它时,它才变成物质。你可以决定要看什么。想着它的位置,你就能在某一位置上看到一个原子。想看它的运动,你就可以看到以某一速度运动的原子。但你不能两者同时看到。观察所造成的实在是与观察者以及观察者所选用的测量方法分不开的。

假如你觉得玻尔的话令人摸不着头脑,矛盾,令人难以接受,那么,爱因斯坦跟你是一个观点。不管我们观察与否,世界不也确实是照样存在着吗?一切事物的发生,都有其原因,而不是因为被观察才发生的,难道不是这样吗?不错,我们的观察可能揭示出原子的实在,但怎能说我们的观察创造了原子的实在?的确,原子以及原子构成成分的行为方式似乎可能是既模糊,又不准确的,但这只是由于我们拙于探测这些精巧的东西。

微观粒子的二象性可以借助简单的电视机来加以说明。电视屏幕上的影像是由一些光脉冲产生的。当电视机后部的电子枪发射出来的电子打到荧光屏上时,就出现光脉冲。你所看到的电视画面相当清晰,原因是放射出来的电子数目极大。根据平均律,很多电子的累加结果是可以预测的。但是,任何一个特定的电子都具有内在的不可预测性,因而也就不可能出现在荧光屏的任何一个特定位置上。这一特定的电子到达何处,构成了画面的哪一个部分,这都是不确定的。根据玻尔的哲学,从平常的枪支中射出的子弹是沿着精确的轨道奔向靶标的,但从电子枪射出的电子只是出现在靶标上。不管你瞄得多准,也不可能保证命中。“电子出现在荧光屏的X处”,这一事件不能够被认为是由电子枪或由什么别的东西造成的。因为,我们不知道为什么该电子会去X点,而不去其他的地方。于是,由该电子构成的荧光屏画面的一斑,就是一个没有原因的事件。你要是记住了这说法,下一次你看你所喜爱的电视节目时,怕是要觉得吃惊。

当然,没有谁说,电子枪与电子打到荧光屏上一事没有关系。这里只是说,电子枪并不完全决定电子能打到哪里。物理学家们并不认为打到靶标上的电子在到达靶标之前就已存在,也不认为靶标上的电子与电子枪之间有一条精确的轨迹。他们认为,离开电子枪的电子是处于一种中间过渡状态,只是有一些幽灵代表其存在。每一个幽灵都独自地探索通向荧光屏的道路,不过,只有一个电子实际显现在荧光屏上。

这些稀奇的想法怎么能证实呢?

在20世纪30年代,爱因斯坦设想了一个实验,他认为这实验能够揭露量子幽灵的欺骗,并一劳永逸地证明每一个事件都有一个不同的原因。该实验的原理是,大群的幽灵不是独自行动的,而是共同行动的。爱因斯坦说,假设一个粒子一分为二,其两半碎片可以在不受干扰的情况下作反向运动,运动到相当远处。尽管二者相距相当远了,但每一碎片都具有其同伴的印记。比如说,假如一半碎片以顺时针自转的方式飞去,那么,另一半碎片就要以逆时针自转的方式朝相反的方向飞。

幽灵理论则认为,每一碎片的自转都有一个以上的潜在可能方式。用上面的例子说就是,A有两个幽灵,一个顺时针转,一个逆时针转。哪一个幽灵成为实在的粒子,得等到一个确定的测量或观察进行之后才能知道。同样,作相反运动的B也是由两个自转方向相反的幽灵代表的。然而,假设测量了A,使其顺时针转的幽灵成为实在,B就没有选择了,它必须使其逆时针转的幽灵升格为实在。这两个分离开来的幽灵粒子必须相互配合,以便于作用力与反作用力的定律相一致(见图11)。

B如何能知道A选择了它的两个幽灵中的哪一个?这问题至少是令人困惑的。假如碎片A和碎片B相隔相当远,真是很难明白它们能如何通讯。而且,假如同时观察这两个碎片,那么,两者就是想传送什么信号,时间上也来不及。爱因斯坦坚持说,假如两块碎片在分离的那一刻实际上不存在(即已经按一确定的方式旋转),幽灵理论就是自相矛盾的。他还说,两块碎片作反向飞行时,它们都保持着各自的旋转方式。实际上不存在幽灵,根本没有延迟到测量发生时的选择,两碎片之间也没有那神秘的不用通讯的合作。

玻尔回答说,爱因斯坦在推理中假定了两个碎片分别都是实在的,理由是它们相距相当远。玻尔断言,人们不可能把世界看成是由许多分离的碎片构成的。在进行实际测量之前,A与B必须看作是单一的整体,即使它们相隔几光年之遥。这的确是道道地地的整体论!

爱因斯坦对玻尔的理论提出的挑战在第二次世界大战之后才得到真正的验证。在20世纪60年代,物理学家约翰·贝尔证明了关于爱因斯坦所提出的那类实验的一个最引人注目的定律。贝尔证明,在一般情况下,如果按照爱因斯坦的看法,假定两块碎片在被观察之前实际上就已经以相当确定的状态存在,那么,分离的系统之间协作程度不能超出某个一定的极大值。量子论则预言,这个所谓的极大值是可以超出的。如今,需要的是一个实验。

技术的进步使得用实验来检验贝尔的不等式成为可能。物理学家们进行了好几个这样的实验,其中最好的一个是阿莱纳·阿斯贝及其同事1982年在巴黎大学做的。他们用一个原子同时放出的两个光子来作亚原子碎片。在每一个光子经过的通道上,他们放置了一块起偏材料。起偏材料滤出了那些其振动与起偏材料的光轴不匹配的光子。这样,只有那些与起偏材料光轴匹配的幽灵光子才会穿过起偏材料。再者,光子A与B是协作的,因为作用力与反作用力迫使它们的偏振是平行的。假如光子A被阻挡住了,光子B也要被阻挡住。

真正的测验是这样的:把两块起偏材料摆放得不成直角,那么,两个光子间的协作程度就降低,因为这两个光子的偏振现在不能够与其各自的起偏材料同时匹配了。玻尔-爱因斯坦之争在这里就可以决出个胜负。爱因斯坦的理论所预言协作程度,比玻尔的理论要低得多。

那么,实验的结果如何呢?

玻尔赢了,爱因斯坦输了。巴黎大学的实验,连同70年代所做的其他不那么精确的实验都证明,对微观世界内在的测不准性是没有什么好怀疑的。没有原因的事件、幽灵影像、只有通过观察才会出现的实在,这一切因为有了实验的证据,显然必须得到承认。

这个令人震惊的结论有什么含义呢?

很多人觉得,只要大自然只限于在微观世界里淘气,那么,就用不着为微观世界硬邦邦的实在消解了而感到很不安。在日常生活中,一把椅子仍旧是一把椅子,不是吗?

这得说,不完全是。

椅子是由原子构成的。原子的一大群幽灵怎么会结合成为实在的、硬邦邦的东西呢?作为观察者的人又如何呢?人有什么特殊性,使他有能力把原子的幽灵聚成坚硬的实在呢?观察者必须是人吗?猫行不行?计算机呢?

量子论是最难解又最具技术性的科目之一。我们这里的简短评论只能揭开那神秘的面纱之一角,好让读者一窥其不同寻常的概念(我在另一本书《其他的世界》中更详细地讨论了量子论)。不过,这里的素描式描述也确实说明,人们对世界的常识性看法,即把客体看作是与我们的观察无关的“在那里”确实存在的东西,这种看法在量子论面前完全站不住脚了。

量子论很多令人困惑的特点,都可以用一种奇特的“波-粒”二象性来理解。这使人想起了精神-肉体的二重性。根据“波-粒”二象性,一个像电子或光子这样的微观实体有时行为像个粒子,有时行为像一个波。是波还是粒子,要依所选择的实验来定。粒子与波是完全不同的东西。粒子是一小块浓缩的物质,而波则是无定形的运动,能够扩散和消失。一个东西怎么会既是粒子又是波呢?

这里又是并协性的问题了。精神怎么可能既是思想,又是神经兴奋呢?一部小说怎么能既是一个故事,又是一大堆字词呢?波-粒二象性是一种软件-硬件的双重性。粒子的一面是原子的硬件面——这些小球在格格地碰撞。波的一面则相当于软件,或精神,或信息,因为量子波与人们所知的任何种类的波都不同。它不是任何实体或物质构成的波,而是知识或信息的波。它是一种告诉我们就原子来说我们能了解什么的波,而不是原子本身构成的波。没有谁说原子会像波一样扩散开去。但是,能够扩散开去的是观察者对原子的了解。我们都知道犯罪率的波动,犯罪率的波不是物质的波而是或然率的波。在犯罪率的波最强的地方,最有可能出现重罪。

量子波也是一种或然率的波。它告诉你在什么地方可能有粒子,粒子具有这样或那样的属性(如旋转的方向、能量的大小之类)的可能性有多大。因此,量子波也就包含了量子因素的固有的测不准性和不可预测性。

托马斯·杨的双狭缝系统是说明波-粒二象性的冲突和二重性的最好实验。根据经典物理学长久以来的传统观点,光是一种波,是一种电磁波,是电磁场的波动。然而,在1900年,麦克斯·普朗克从数学上证明,光波在某些方面行为可以如同粒子一样——现在我们已把这些粒子叫光子。普朗克认为,光是以不可分的块状或批量的形式(量子的名词quantum[量]这个希腊词就是这么来的)传播的。爱因斯坦使普朗克的思想进一步精确化了。他指出,这些光子微粒子把原子的电子击离原子,这正是现在大家已经见惯不怪的光电管中发生的事,有些奇怪,但还不离谱。

但是,当两道光线合并起来时,最初的意料不到的事发生了。假如两个波系统重叠了,就会出现所谓的干涉效应。可以想象一下,两块石头相距几寸,落入一平静的池塘。当扩散开去的波纹重叠时,就出现了复杂的波形条纹。在一些区域,两个波运动的相位一致,于是,波动就放大了,在另一些区域,波的相位不一致,于是就相互抵消了。

要想用光来得到相同的效应,我们可以用光来照射屏幕上的两个缝,通过两个缝的光波扩散开来,就形成了干涉条纹。这很容易用照相底版显示出来。两个缝的映象并不是两个模糊的斑点,而是由明暗斑块组成的条理分明的图样,分别标明了在哪些地方两个光波是同步的,在哪些地方两个光波是不同步的(见图14)。

这一切在19世纪开始时人们就都知道了。然而,一考虑到光的微粒子性质,这就有些奇特了。每一个光子都是打到照片底版上的某一特定的点上,形成了一个小点。大群光子如同万箭齐射打到底版上,形成了成百上亿的光点,于是就出现了底版上的影像,就像电视机荧光屏上的情况一样。任何一个单个的光子要到达哪一点,这是完全不可预言的。我们所知道的只是,光子打到底版的明亮区域的可能性很大。

然而,还不仅仅就是这些。假如我们降低照明度,使每一次只有一个光子通过实验系统,那么,只要时间足够长,由众多光子累加造成的斑点仍是组成明暗相间的干涉花纹。这里,令人难解的问题是,假如说任何一个特定的光子肯定只能通过一个缝,那么,干涉花纹则表明必定是有两个重叠的波系列,每一个缝都发出一个波系列。整个的实验也可用原子、电子、或其他的亚原子粒子来做。不管用什么粒子来做,都会出现明暗相间的条纹,表明光子、原子、电子、介子等等都同时显示出波与粒子的特征。

在20世纪20年代,玻尔为这一难题提出了一个可能的解决方法。可以把光子通过狭缝A的情况看成一可能的世界(世界A),把光子通过狭缝B的情况看成另一个可能的世界(世界B)。不知为什么,这两个世界即世界A与世界B一同出现了,叠加起来了。玻尔断言,我们不能说我们的经验世界就是A或就是B,而应当说我们的经验世界纯粹是这两个可能的世界的混合物。而且,这种混合的实在并不是两种可能性的简单相加,而是二者难以捉摸的结合:每一个世界都干涉另一个世界,形成了那有名的条纹。两个可能的世界叠加、结合在一起,颇像两张电影片同时打到一块屏幕上。

爱因斯坦是位死心塌地的怀疑论者,拒绝承认所谓混合的实在。他又提出一个经过修改的双缝实验继续与玻尔争论。在这个实验中,屏幕是可以自由移动的。他坚持认为,只要仔细观察,就可以判定光子走的是那个缝。若光子通过左边的缝,就会稍微向右偏转,那么,原则上就能够看到反冲的屏幕移向左边。假如屏幕移向右边,就说明光子通过了右边的缝。用这种方式,就可以通过实验判断是世界A还是世界B相当于实在。而且,这样一来,原先实验中光子行为明显的不确定性也就可以归结为实验技术的粗糙造成的。

玻尔对爱因斯坦提出的实验思路进行了决定性的反驳。他说,爱因斯坦这是在游戏的中间改变游戏规则。假如屏幕可以自由移动,那么,其移动也同样是受量子物理学内在的测不准性支配的。玻尔很容易地证明,准许屏幕反弹,将会毁坏照相底片上的干涉花纹,而只留下两个模糊的斑点。要么是屏幕固定,使光的波一样的性质以干涉花纹的形式显现出来。要么就让屏幕自由移动,使光子有确定的轨迹。但这么一来,光的波一样的特征就消失了,光的行为就纯粹是微粒一样的了。这里是两个不同的实验。它们不是矛盾的,而是并存的。爱因斯坦提出的实验思路并没有对原先实验中光子的路径问题进行任何说明,而原先的实验确实显示了那混合的世界。

玻尔与爱因斯坦的交锋,可以使人得出一个不同寻常的结论,那就是,我们这些实验者以一种基本的方式参与了实在性质的形成。假如我们固定住屏幕,就可以建构出一个神秘的混合世界,在这个世界中,光子的路径是确定不了的。

1979年,在普林斯顿召开了一个纪念爱因斯坦诞辰一百周年的专题讨论会。约翰·惠勒在会上说了一番具有讽刺意味的话。他从双缝实验得出一个更让人吃惊的结论。他指出,只要对实验设备稍微进行些改造,就能够延迟选择测量方式,直到光子通过了屏幕之后再选择测量方式。这样,我们要制造一个混合世界的决定就可以在这世界出现之后再做出!惠勒说,实在的确切性质,要等到一个有意识的观察者参与之后才能确定。如此说来,可以让精神对实在进行逆时间的创造——即便是人类存在之前的实在,也可以由精神创造出来。这就是第三章中所提到的逆动因果关系。

前面的叙述表明,量子论打碎了人们的常识所珍视的关于实在性质的概念。它使得主体与客体、原因与结果之间的界限模糊了,将强烈的整体论观念引入了我们的世界观。我们已经看到,在爱因斯坦实验中,两个相距很远的粒子如何必须被看作是一个系统。我们还看到,若是不在特定的实验安排当中谈论原子的状况,甚至谈论原子这个概念是没有意义的。原子在何处以什么方式运动,这种问题是不能问的。你得首先明确你想测量什么,是位置还是运动,然后你才能得到一个有意义的答案。测量要动用大量的宏观仪器。因而,微观的实在与宏观的实在是不可分的。然而,宏观是由微观构成的,仪器是由原子构成的!这又是怪圈。

大卫·玻姆这位著名的量子理论物理学家在其《整体性与暗含的秩序》一书中探讨了这些问题:

量子论所要求的关键性的描述变化就是,放弃分析的想法,不再把世界分析成相对自主的部分,分别存在但同时又相互作用。相反,现在最受强调的是不可分的整体性,在整体的世界中,观察工具与被观察的东西不是分开的。①

一句话,世界不是相互分离却相互联系的东西的集结,而是一个关系网络。玻姆这样就回应了沃纳·海森伯的话:“习惯上把世界分成主体与客体,内心世界与外部世界,肉体与灵魂,这种分法已不恰当了。”

宏观世界(即我们日常经验的世界)决定微观实在,而宏观世界又是由微观实在构成的,这个怪圈该怎么解开呢?当我们寻问在进行量子测量时实际发生了什么时,就立刻碰上了这个问题。观察者怎么会把模糊的微观世界推入具体的实在状态之中呢?

量子的“测量问题”实际上是精神-肉体或软件-硬件问题的变体。物理学家和哲学家已经与它相持了好几十年了。硬件——粒子——是用波来描述的,而波则将一个观察者观察粒子时有可能发现的关于粒子的信息变成了密码。进行观察,就使波“崩溃”成为一种具体的状态,这种具体的状态将一个确定的值赋予了被观察到的东西。

假如从头至尾全是在硬件层面上描述测量行为,就出现了悖论。可以设想一个电子正从一个靶那里扩散开去。它可以往右去,也可以往左去。你计算一下波,看看波往哪里去。波从靶那里折射开去,一部分向右扩散,一部分向左扩散,比如说,向右向左的强度相同。这就意味着,你在观察时,将会发现电子或者在左边,或者在右边。不过得要记住,在实际观察进行之前,是不可能说(也不可能有意义地讨论)电子实际在靶的哪一边的。在你进行实际的探测之前,该电子一直保持着自己的选择。两个可能的世界以一种混合的、模糊的叠加方式共存(见图16)。

现在你进行观察,比如说发现电子在左边,右边的“幽灵”立刻就消失了。波突然崩溃了,倒向了靶的左边,因为现在电子已不可能是在右边了。为什么会发生这种戏剧性的崩溃呢?

为了进行观察,就必须将电子与一种外在的装置或一系列装置连接起来。这些装置被用来测试电子在哪里,并把电子存在的信号放大到宏观的层面以便记录下来。但这些连接和装置作用本身也涉及原子的机械活动(尽管涉及的原子很多),因而也是从属于量子因素的。我们可以写下一个波来代表测量装置。假设测量机器有一个指针,指针有两个位置,一个位置表示电子在左边,一个位置表示电子在右边。那么,把电子和测量装置组成的整个系统看成是一个量子大系统,就迫使我们得出一个结论:那个左右不定的电子的混合性质转移到测量装置的指针上了。测量装置必须进入一种量子中间过渡状态,而不能显示其指针指向左还是指向右。这样,测量行为似乎就把那讨厌的量子世界放大到实验室的尺度上了。

数学家约翰·冯·纽曼对这一难题进行了探讨,用了一个简单的数学模型证明,将电子与测量装置连接起来,结果的确促使了电子选择在左边还是在右边,但这只能是将电子混合的非实在状态转移到测量装置的指针上。冯·纽曼还指出,假如测量装置再与另一个装置连接起来,这一个装置能够显示出第一个装置的测量结果,那么,第一个装置的指针因而也就被促使做出选择。现在,进入中间过渡状态的是第二个装置。于是,可以有一连串的机器互相测量,得出有意义的“非此即彼”的结果,但冯·纽曼机器链总是有一台最后的机器必得处于一种非实在的状态之中。

薛定谔的一个著名实验突出地表明了量子论中这难解的问题。在这个实验中,有一个放大装置被用来引发一种毒剂的释放,该毒剂能杀死猫。于是,左-右指针的二重性转换成了活-死猫的二重性。假如一只猫要被描述为一个量子系统,那么,我们就被迫得出结论:在一个人或一个什么物去观察猫之前,猫处于一种两可的“活-死”状态,而这状态似乎是荒谬的。

假设用一个人来代替猫,这代替猫的人能够体验到一种活-死状态吗?当然不能。那么这就是说,量子力学到了人类观察者这里就失效了吗?难道说,冯·纽曼的机器链到了人的意识那里就到头了吗?有一位杰出的量子物理学家,尤金·威格纳,实际上就提出了这个令人激动的主张。威格纳认为,量子系统的信息进入了观察者的精神,使得量子波崩溃了,并且突然地将那种混合的、两可的幽灵状态转变成为泾渭分明的具体的实在状态。于是,当实验者观看装置的指针时,就使得指针做出偏向左边还是偏向右边的决定。因而,靠着机器链的传导,也使得电子打定了主意要往哪边去。

假定我们承认威格纳的说法,那就是又承认了早先的二元论:精神是独立于物质的但又与物质处于同一个层面的实体,精神可以作用于物质,使之发生显然违反物理定律的运动。对此,威格纳倒不以为意。他说,“意识对(大脑的)物理-化学状态有影响吗?或者说,人的肉体违反那种通过研究无生命的物质得来的物理定律吗?对此问题的传统回答是,‘不’,肉体影响精神,但精神却不影响肉体。然而,至少可以举出两个理由来支持相反的观点。”②威格纳举出的一个理由是作用与反作用的定律。假如肉体作用于精神,那么,精神也反作用于肉体。另一个理由就是前面提到的由之而来的量子测量问题的解答。

必须承认,同意威格纳说法的物理学家很少。尽管有些物理学家借用量子的精神作用于物质的思路,主张某些超自然的现象如意念致动和遥距意念弯物之类是可能的。(“假如精神可以启动神经元,为什么就不能弯曲调羹呢?”)

威格纳的论点,从头到尾有强烈的层面混淆的味道。试图借助于软件(精神)来讨论硬件(四处奔忙的电子)的运行,便是掉进了二元论的陷阱。然而,这里的问题更为棘手,因为硬件和软件在量子论中是死死地缠结在一起的(如,波-粒二象性)。不管威格纳的论点正确性如何,其论点确实表明,精神-肉体问题的解决可能是与量子测量问题的解决密切相关的,不管最后结果如何。

另有人试用的解开量子测量难题的方法,或许比威格纳求助于精神还来得离奇。只要人们所处理的是有限的物理系统,冯·纽曼的机器链就可以延长。你总是可以说,你所观察到的所有东西都是实在的,因为有一个更大的系统,使你通过“测量”或“观察”所看到的东西崩溃成为实在。但是,近年来,物理学家们注意到了量子宇宙学,也就是关于整个宇宙的量子论。从定义上讲,没有任何东西可以处在宇宙之外,来使整个的宇宙崩溃成为具体的存在。(或许,上帝是例外?)在这一层面上,宇宙似乎就处于一种中间过渡状态,或宇宙两可状态。假如没有一个威格纳的精神来使宇宙一体化,宇宙似乎就注定要这么不死不活的延续下去,只是一堆幽灵,是多种可能的实在多重混合又叠加,其中哪一个实在也不是实际的实在。那么,为什么我们还是感觉到一个单一的、具体的实在呢?

有人提出了一个大胆的设想来正面解决这一问题,这设想就是平行宇宙的理论。休·埃弗列特1957年创立了这一理论,后来得到了现在奥斯汀得克萨斯大学任教的布莱希·德·威特的支持。该理论认为,所有可能的量子世界都是同样地实在,而且是平行存在的。一旦进行一次测量来测定,比如说,猫是活是死,那么,宇宙就一分为二了,一个包含着活猫,另一个包含着死猫。两个世界都同样实在,二者也都包含着人类观察者。然而,每一个世界的居住者都只能察觉到他们自己所在的宇宙。

宇宙因为一个电子的古怪行径就分岔,由一变为二,这种不寻常的概念或许是人们的常识难以接受的。但是,进一步仔细察看,就会发现这理论颇站得住脚。当宇宙分岔时,我们的精神也随之分了岔,成为两个副本,一个世界住一个。每一个精神副本都以为自己是独一无二的。那些认为感觉不到自己分了岔的人,应该想一想他们也感觉不到地球绕太阳转的运动。随着所有的原子、所有的亚原子粒子的四处跳跃,分岔的事也就一次又一次地发生。宇宙在每一秒钟之内都被复制无数次。用不着进行一次实际的测量以便使这种复制发生。只要一个单独的微观粒子以某种方式与一宏观的系统互相作用就够了。用德·威特的话来说:

每一个恒星,每一个星系、每一个宇宙的遥远的角落发生的每一个量子跃迁都使我们这里的世界分岔,变成成千上万个它们的副本……这就是带有某种报复的两可状态。③

为恢复实在所付出的代价是实在的多重性——数目庞大而且不断增加的平行的宇宙沿着各自的演化分支在发散开去。

其他的世界是什么样子的呢?我们能不能去呢?可不可以在其他世界里找到关于不明飞行物或百慕大三角区人、船失踪之谜的解释?对研究不明飞行物专家们来说,遗憾的是,埃弗列特的理论在这一系列问题上态度明确。平行的宇宙一旦分离之后,从物理上讲就完全分家了,互不相通了。要想使它们再聚在一起,就得将测量的过程倒回去,也就相当于让时间倒转。这很像是一个原子一个原子地把一个打碎的鸡蛋再恢复原样。

但是,这些其他的世界又在哪里呢?从某种意义上说,那些与我们所在的世界很相像的世界都靠我们很近。然而,这些其他的世界是完全不可进入的。不管我们在我们的时空中走得多远,也到不了这些其他的世界。本书的读者离他自己成千上万的副本不过一寸之遥,但这一寸却不是用我们所感知的空间所测量得出的。

各个世界分岔分得越远,它们彼此间的差异也就越大。以某种细微的方式与我们的世界分离的那些世界如在双缝实验中的光子的路径,假如不仔细看,就看不出它们与我们的世界的差异。然而,在其他与我们的差异较大的世界中,猫的数目可能与我们的世界不同。在某些世界里,希特勒没有出现过,约翰·肯尼迪还活着。还有些世界差异大得不得了,尤其是那些在时间开始后不久就分岔的世界。实际上,一切可能发生的事(尽管不是一切可以在想象中发生的事)都在这多枝状的实在的某一个枝上发生着。

所有可能的世界同时存在,这就引起了一个令人感兴趣的问题,即为什么在有人读这本书的这个世界是现在这样的世界,而不是在不同的分支上的其他的世界?显然,本书的读者不可能在所有的或大多数其他的世界中存在,因为在那些世界中,没有适合于生命发生的条件(在第十二章我们还要再回来讨论这个问题)。

很多人提出,量子论为我们了解自由意志开辟了道路,因为量子论是以非常基本的方式与精神相联系的。先前人们用决定论的观点看待宇宙,认为在宇宙中我们所做的一切都是在我们出生以前很久由宇宙的结构决定好了的。现在,这种观点似乎被量子因素扫除了。这难道是说,自由意志现在活得还好吗?要想正式地讨论这个问题,我们必须首先较为深入地探究一下时间之谜。