哲园预印
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哲思雨系列之十二
隐藏的宇宙真相，你看见了吗？
朱晓宇
哲学园特约作者
笔者在《哲思雨系列之十一：你走出过洞穴吗？》一文中介绍了二十世纪最具颠覆性的物理学实验“双缝实验”和对它的经典解读“哥本哈根解释”。1935年，爱因斯坦与同事波尔多斯基、罗森共同发表论文对“哥本哈根解释”提出质疑，论文题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗》。他们设计了一个思想实验，即“EPR思想实验”，力图用纠缠的粒子之间的关联性来凸显定域实在论与量子力学的完备性之间的矛盾，因此这个实验也被称为“EPR悖论”。
定域实在论是定域论与实在论的结合。定域论主张，某个区域发生的事件只能以不超过光速的传递方式影响其它区域，因此，爱因斯坦坚信物体之间不可能产生“幽灵般的超距作用”。实在论是指实验观测到的现象反映的是物理实在，与测量本身无关，就如即使无人赏月，月亮也依旧存在。按照这个理论，微观粒子是可测量的、定义良好的物理实在，不可能被遥远的区域所发生的事件以超光速的速度影响。然而，“哥本哈根解释”意味着，如果两个粒子处在纠缠状态，无论相距多远，只要测量其中一个，另一个的特征就立刻被决定了。爱因斯坦认为这种关联性与定域实在论相矛盾，因此是不可能的。他由此反证出量子力学无法对物理实在做出完整的描述。也就是说，如果定域实在论正确，那么量子力学就是不完备的。
五个月以后，玻尔发表同名论文回应爱因斯坦的质疑。他指出，EPR思想实验所认定的测量“对系统没有造成任何形式的干扰”的实验条件是毫无意义的，因为被测量的微观粒子和做测量的仪器是个不可分割的整体。
后来，物理学家陆续用实验证明了爱因斯坦认为不可能发生的非定域性现象确实能够发生，他们已经观察到两个或者多个粒子互相纠缠的系统。2014年，加拿大滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）第一次用实验证明了三个粒子之间的纠缠。研究人员之一的凯文·雷希(Kevin Resch) 教授说，“从量子系统里面所测量到的相关性告诉了我们很多关于大自然在最基本层面上的信息。” 该实验证明，在量子世界里，定域论是错误的，非定域性才是微观粒子的真实特征。
伦敦大学美籍物理学家戴维·玻姆(David Bohm) 既采纳了玻尔关于量子现象具有整体性的观点，也接受了爱因斯坦对量子力学的批评，尝试对物理实在做出更加完备的描述。1980年，他把自己二十多年的研究成果整理编辑成《整体性与隐缠序》(Wholeness and the Implicate Order) 一书出版。
玻姆反对传统物理学对宇宙秩序的理解。传统观点认为，宇宙是由许许多多不变的、独立存在的基本粒子组成的，它们通过外力互相作用，作用力不改变粒子的本质特征。这个观点是建立在人们对机器的理解之上的。机器的每个零件都是独立生产出来的，只能通过某种外在接触和其它零件发生关系。有机体则完全不同。在活的生物体内，每个器官都不能独立存在，因为它生长在整体的大环境里，无时无刻不受到其它器官的影响。
量子理论的独特性给传统的机械观带来三个重大挑战：第一，微观粒子的运动是不连续的，量子不可分割；第二，微观粒子可以显示出粒子性或者波动性，这取决于它所处的环境和观测者的目的；第三，微观粒子之间可以呈现纠缠关系。
传统的机械观无法解释量子理论的这三个主要特征，因为宇宙并不像由零部件组成的机器，而更像由器官组成的活的生物体，因为它不是分离的个体的总和，而是从根本上互相联系的、动态的、“无间断的整体” (unbroken wholeness)。
比如，地毯上花繁叶茂的图案就是一个连续不断的整体，其中的每朵花每片叶子都紧密地交织在一起，无法各自独立存在。同样，量子世界中被测量的物体、做测量的工具和实验的结果也是互相紧密相联的，它们的独立性仅仅是个表象，是被我们的描述模式抽象出来的整体“图案”的一个个不同的方面。
玻姆认为应该抛弃对宇宙秩序的机械观描述，建立新的宇宙观，把万物看作是一个不可分割的有机整体。他进而把这个新秩序区分为“隐秩序”(implicate order) 和“显秩序” (explicate order)，也可以称为“卷秩序”(enfolded order) 和“展秩序” (unfolded order)。隐秩序是隐藏的无形无相的存在，而显秩序则是呈现在我们意识中的包罗万象的宇宙。
玻姆用一个日常生活中的例子来帮助我们理解“隐秩序”。电视台在播放节目的时候，把视觉图像转换成一种新的秩序，即无线电信号。视觉图像中两个相邻的点在无线电信号中不一定相邻，因为二者的秩序不同。无线电波用隐秩序来携带视觉图像，把它传送到千家万户，接收到无线电信号的电视机再把隐秩序展开使之成为显秩序，形成新的视觉图像以便观看。
隐秩序也可以用实验来演示。在一个透明的容器中安装一个机械搅拌器，再在容器里装满甘油。从容器的上方滴入三滴不同颜色的墨水，然后开始搅拌。墨水滴逐渐变成细线卷入到浅色的甘油当中，过一会儿便化为乌有了。但这时，如果让搅拌器向相反方向搅动，三滴墨水便又会神奇地再现。
墨水卷入到甘油中的时候，仿佛是随机分布的，但其实是有秩序的，而且这个秩序和滴入不同位置的墨水的秩序不同。这些秩序隐藏在甘油当中，完全观察不到。同样，我们也可以把由墨水滴组成的图画卷入到甘油中隐藏起来。卷进甘油中以后，一张笑脸和一片树叶的图画看起来是一样的，但其实各自具有不同的隐秩序，只有在搅拌器调转方向以后两幅图画才能展开，再次显现出来。
玻姆认为，迄今为止，物理定律所描述的秩序都是显秩序。然而，描述宇宙秩序的基本法则贯穿整个宇宙，深藏于互相交织和互相渗透的隐形结构之中，无法从被感官和仪器所抽象出来的局部的关系当中找到。物理学家需要发明新的描述系统来研究隐秩序，因为隐秩序是首要的、自主的和普遍的，而显秩序则是派生的、依赖的和有限的。描述显秩序的每个理论都是对“整体”的某个方面进行抽象的结果，因为它取决于我们想做什么样的测量和研究整体的哪个方面。
玻姆对量子力学的数学描述和实验结果进行了深入细致的研究，他发现，单纯使用三维空间的信息无法解释微观粒子的纠缠现象，因为粒子可能是从更高维度投射出来的。
玻姆用鱼缸中鱼的例子巧妙地解释了“投射”的概念。一个注满水的长方形的鱼缸里有一条鱼，自由自在地游来游去。鱼缸里安装了两个成直角的电视摄像头A和B，分别连接到另一个房间里的两台电视机A和B上。看电视的人发现，两个电视机屏幕上的图像似乎存在着某种联系。比如，每当屏幕A上面出现一条鱼，屏幕B上就可以看到一条鱼，虽然两个图像总是不同，但却明显有关联。
看电视的人也许会认为二者之间有因果关系，即图像A中那条鱼的运动导致了图像B中那条鱼的变化，或者B导致了A的变化。但是，如果他了解到实际情况，就不需要借助因果性来解释二者的关联了。他会发现，鱼的图像是三维鱼在二维屏幕上的投影，这个投影无法反映出三维世界的真相，因为它只是对真的鱼的一种抽象。
我们可以用相似的概念来理解具有非定域性和非因果性的量子。微观粒子不是单独的互相分开的物体，而是高维空间在我们这个世界的投影。在含有N个粒子的系统中，每个粒子都是一个三维投影。在日常条件下，我们可以近似地把它们当作是各自独立的三维空间的粒子，但有些时候，这种近似就变得不准确了。比如，在低温条件下，一组电子会显示出新特征，即超导特征。这时，电阻力消失了，电流可以毫无阻碍地自由流动。这是因为低温使电子进入了一个特殊状态，呈现出整体性所包含的非定域性和非因果性，使它们能够步调一致地绕过障碍。
在我们把宇宙万物看作是一个不可分割的整体的同时，无需否认物体具有自己独一无二的特征。河流中的每个小漩涡都有自己独特的尺寸、速度和旋转方向，只是谁也无法把漩涡和河流清楚地区分开。同样，玻姆并非认为物体之间没有差别，而只是想纠正传统机械观的错误，让我们认识到，个体之间在显秩序中的分离和差异仅仅是一种表象，因为在更深的隐秩序的层面它们是一体的，而每个个体不过是整体中相对独立的一部分或者一方面。
如果玻姆的理论是正确的，那么大千世界的背后就是超越了感官的隐秩序，它包含过去、现在和未来的一切可能性，不仅使我们每天所体验的三维世界成为可能，而且也是物质、生命和意识的共同基础。因此不难发现，虽然每个生命多姿多彩、与众不同，但就像大海里的每一朵浪花，在拥有自己独特的形态的同时，与其它千万朵浪花和整个海洋形成了一个不可分的整体。这就意味着，无论是亲朋还是陌路，其实都不是“别人”；无论是飞禽还是走兽，其实都不是“异类”。与人为善就是爱惜自己，伤害他人无异于自残。这个深藏在隐秩序中的宇宙真相，你看见了吗？
发表于 2018-1-23 02:11
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