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重量级文章:最前沿物理学:宇宙是幻象

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最前沿物理学——宇宙是幻象

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一个世纪以来,物理学家们一直在思考这个问题:支配着无限小的规律似乎难以理解。然而,如果我们承认量子现实只是一种错觉的

话,那么一切就清楚了!这一认识将掀起一场全面的革命。
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    “我们应该修改物理学教材了!”2005年8月,在德国康斯坦茨湖畔一所大学的最高建筑的顶楼,美国物理学家克里斯托弗◎福

熙(Christopher Fuch)用这样一个大胆的提议作为其组织的系列研讨会的开场白。康斯坦茨大学出资邀请了50多位美国、加拿大、

英国以及意大利、法国和澳大利亚的理论学家和哲学家来参加这一为期一周的会议。他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家

。其中的一些学者极具威望,但他们也毫不犹豫的推翻了自己曾经持有的观点。作为门外汉,我们无法深入理解研讨会期间专家们彻

夜争论的深奥的数学问题。不过,他们讨论都是围绕着这样一个观点展开的:物理学为我们描绘的世界也许并不是真实的物质世界,

而很可能只是一个巨大的幻象!

    这让我们一下子坠入了云雾之中。在我们一贯的观念中,物理学的目的,正如字典里所清晰定义的那样,不就是“研究物质的属

性”吗?物理学家们的确是通过对如同康斯坦茨湖畔的石头一般真实存在的物体的考察和研究,才得以提出了现有的物理学理论。那

么凭什么说物理学描绘的只是一个幻象呢?很简单,这是因为物理学家们在抽丝剥茧般梳理“客观现实”这块织物的“纤维”时,令

其支离破碎了。而物理学的本义,也因此突然变得支离破碎了。

    这种观点最早是在20世纪初提出的,当时物理学家们刚刚能够深入探寻我们这个物质世界的奥妙。他们为自己的发现感到惊奇。

在此之前,人们已经习惯性的认为,物体要么是波动,就像海面上荡漾的波浪,要么是在时空中运动着的粒子,就像绿色球台上滚动

着的台球。然而,物理学家们进行了更加深入的考察,他们发现光、原子或电子的运动似乎并非如此。比如,在某些条件下,通常被

看作波动的光却会像粒子一样的运动;同样,通常被当作粒子的电子有时则会像波一样运动!

还物理学一个真相
    短短几年间,理论学家们在创造概念方面作出了史无前例的努力,他们以纯经验论的方式渐渐构造起了一个数学大厦,用以描绘

那种种“令人难以置信”的物质运动。就这样,量子力学在1925年正式诞生了,从此不可动摇。但是,要承认量子力学,就意味着必

须抛弃海浪和台球,而承认物体——包括电子、原子、分子以至石头——都是由一个极其复杂的代数概念(即“希尔伯特Hilbert空

间的态矢量”)组成的。这也意味着还必须接受一套支配物体演化的新规则,使物体之间能以超越空间和时间的方式发生联系,并同

时具有几种不同的态,而当人们对它们进行观察时又会根据某些非常精确的概率法则任意缩减为一个单一态。物理学家们不得不接受

这些如此“离奇”的概念。因为,据说,这个奇异的量子世界正是我们所处的世界这一理论从来没有受到怀疑;而且这一理论确实也

曾成功的预言了各种化学元素的属性、激光和电子芯片的特性、DNA的稳定性甚至核反应的“爆炸性”。尽管康斯坦茨湖中的鹅卵石

看起来似乎并未表现出这些奇异的特性(这些特性只在微观系统能够观察到),但量子力学的使命的确就是描述围绕在我们身边以及

构成我们的物质的内部运动。

    而在这里,我们显然看到了一个大问题!量子力学作为物理学领域中描述物质最深刻的理论,为什么它距离我们的传统观念如此

遥远?为什么这一学说最基本的理论都如此难以理解?现实真的是如此超出我们的想象吗?30年来,每年都要举行一些大型的国际学

术研讨会,目的是通过对目前掌握的十几条线索进行分析,再现能与当代物理学研究数据相一致的真实世界的面貌。然而问题的关键



IP属地:四川1楼2006-06-06 14:51回复

    在于,每一种对于世界的“现实的”诠释看上去都那么超现实!最著名的一种诠释是1957年美国物理学家休◎艾福雷特(Hugh 

    Everett)提出的:针对“为什么量子物体能同时具备多态,但在人们对其加以测量时又缩减为单一态”这一问题,艾福雷特解释说

    ,其他所有的态确实存在,只不过它们存在于平行世界中。

        而在克里斯托弗◎福熙看来,这些研究工作都误入了歧途:“我们的任务并不是要为了证明量子理论的意义,而是去额外的制造

    更多的结构、更多的定义和更多像科幻一般的假设。我们的任务恰恰是要将这一切统统抛弃、重新从零开始。然而,要做到这一点,

    我认为就必须把目光投向量子信息学理论的著作、技术和含义。”

    一片肥沃的土壤
        信息:是的!信息在这里意味着什么?这个概念难以准确定义,但大家从直觉上都知道它到底是怎么一回事:在信息学上,信息

    就是对能够被按照0和1二进制数进行编码的事件的认知要素。乍一看来,它与量子力学好像没什么关系。不过,在20世纪80年代中期

    ,物理学家们发现,量子法则使人们可以用一种全新的方式处理信息。量子法则实现了两个物体之间的长程关联,这实际上可以被看

    成一种新的联系渠道,使得人们能够实现信息在两地之间的遥距传输、保障机密信息的安全或同时进行大规模的并行计算。在这些美

    好前景的吸引下,理论学家和实验学家们便创立了一套新的语言,开拓了物理学的一片充满了活力的新领域——“量子信息学”。

        然而惊喜并不止这些。从20世纪80年代末开始,出现了这样一种思考:既然我们可以用量子力学来处理信息,那么可不可以反过

    来,用信息去理解量子力学呢?可不可以不把量子信息学当作量子力学理论的一种运用,而将其视为这一理论的基础呢?这正是科学

    家们在康斯坦茨大学会议上争论的核心问题:量子力学所揭示的到底是物体本身还是我们所知的关于物体的信息?也许“希尔伯特空

    间态矢量”所表现的并非光子、分子或石头这些物体本身,而是我们所拥有的关于这些物体的信息。如果确实如此,那不蒂于对物理

    学理论的一个彻底颠覆!

        粗看之下,这一观点似乎没什么特别,甚至还有些落后:显然,我们只能通过我们贫乏可怜的感知能力获得的信息去了解这个世

    界:从德莫可立特到康德,哲学家们早就告诉过我们,有一块看不到扯不破的纱幕将我们和现实世界隔开。但如果进一步参考尼尔斯

    ◎玻尔、埃尔温◎薛定谔以及沃尔夫冈◎泡利等现代物理学奠基者的思想,我们就会发现这一观点极其适合诠释量子力学。这是因为

    ,信息具有与物质完全不同的属性:与鹅卵石相反,信息没有空间和时间的位置,因而我们可以任意的复制它、分享它、总结它、删

    除它。那些离奇的量子现象,我们一直以为它们是物质的属性;但如果我们从信息的角度对这些现象逐一加以重新考察,就会发现它

    们再正常不过了。

        比如,为什么一个系统能同时存在于好几种状态之中?很简单,这是因为我们已知的信息尚不足以准确的告诉我们它到底处于何

    种状态。为什么对该系统进行测量,就能使其一下子缩减为单一态?这是因为这种测量使我们获得了新的信息,加深了对该系统的认

    识。为什么两个系统之间可以发生超时空的关联?这是因为这两个系统之间存在着共同点,我们从一个系统获得的信息可以立刻让我

    们了解另一个系统。量子世界里为什么会有偶然的存在?这是因为我们缺乏必要的信息,无法对一些问题作出回答,所以不得不将其

    划归偶然的范畴。为什么能量不是连续的而是量子化的?这是因为它和信息本身的量子化是对称的,量子化的信息缩减为一些二进制

    的答案:是或否、0或1。简而言之,正如奥地利物理学家安东◎柴林格在几年前曾解释过的那样:“如果我们遵循这样一个原则:即

    量子力学的基础概念就是信息,那么我们就能够很自然的理解量子现象。”这样一来,量子现象就变得合乎我们的常识了。
    


    IP属地:四川2楼2006-06-06 14:51
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      具有这样一种表象而不是别的表象。因此在信息的基本概念上重新建构时间、空间乃至物质的概念,将是这一全新的物理学艰巨的任

      务。

      通向量子引力学?
          这些物理学家们用爱因斯坦在1905年至1915年间完成的事业为例激励自己。起初,爱因斯坦这位年轻的天才为了建立自己的狭义

      新相对论而对那些高深玄妙的经验方程(洛伦兹方程)进行了重新诠释。两年后,他在此基础上又创立了广义相对论,成了物理学的

      一根支柱。广义相对论描述的是空间和时间的对称以及万有引力。然而,就像克里斯托弗◎福熙所强调的那样:“很难想象一个人—

      —即便他是爱因斯坦——能够实现从洛伦兹变换这样一个抽象结构到广义相对论的直接飞跃。”

          爱因斯坦创立相对论是一个充满吸引力的记录:对于量子力学的重新诠释会不会在将来的某一天超越这一记录?信息的概念能否

      协调量子力学与相对论的矛盾,并最终实现朝向“量子引力理论”的飞跃?这可是物理学家们的最高梦想。吕希安◎哈代已经走上这

      条道路。他在康斯坦茨大学首次介绍了他的“通往量子引力学的新途径”。如果他能够坚持到底,那将是对这一观点的真正的确认。

      尽管这必将会让物理学家们头痛不已,但物理学教材将因此而彻底改变。

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      我们曾经以为的客观现实已经被打破,在这片废墟上渐渐诞生了一门“新物理学”:这是一种以信息概念为出发点研究万物的学科。

      它雄心勃勃的想要重新定义时间、空间和物质。它的最终目标,就是探索一个新的世界——我们的世界。
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          “欢迎来到世界的源头。”物理学家们孜孜不倦的研究着在微观层次上主宰着我们世界的法则,他们为我们带来了这样一条令人

      晕眩的消息。他们承认,量子力学远远不能描述物质的属性,它告诉我们的只是“信息”。结论就是:虽然我们一直以为只要伸手出

      去就能触及到世界的真实基础,但就在我们伸出手去的那一瞬,这些真实的基础便突然消失了,留在我们眼前的只是一种集体的幻觉

      、一种由我们自己的研究模式所造成的伪迹。

          这一切不由得让人联想到几年前由沃卓夫斯基兄弟编导的三部曲电影《黑客帝国》(Matrix)。在这部影片中,无处不在的电脑

      程序控制了人类,让他们以为自己生活在一个安详的世界之中,然而那个世界却是虚拟的。英国剑桥大学的数学家约翰◎巴劳在去年

      发表的一篇文章,就描绘了一个“仅仅比我们的文明先进一点点”的文明世界。在那个文明世界中,人们“能够模拟星辰的升落和星

      系的形成;通过整合生物化学法则,还能观察生命和意识的进化、见证不同文明的成长并与他们沟通;人们努力的进行研究和探索,

      想要知道天空中是否存在着一个创造了他们的宇宙的凌驾于一切之上的超级程序员。”简单的说,他提出了一种观点,即我们可能只

      是一个巨大的电子游戏里的虚拟存在而已,这种观点并不荒谬。只不过,在目前看来,这种观点还谈不上是科学的,而更多的是一种

      科学幻想,因为我们无法通过实验来证明或驳斥它。和《黑客帝国》中的主人翁们相反,我们可没有什么红色药丸可以让我们穿透电

      脑屏幕!既然如此,那么构建这样一个可能永远只是假设的“超宇宙”又有什么意义呢?

          不过,几年来信息学的汹涌澎湃对物理学造成了巨大的冲击,这使一些人对该影片剧本的立意产生了浓厚的兴趣。这是因为,如

      果我们能够恰当把握其表达的思想,就有可能获益良多:我们完全没有必要像这些科幻作品中所描写的那样,为了寻求那超越表象的

      真实或为了揭开某个虚无飘渺的“超级程序员”的真面目而无畏的耗费我们的精力;相反,我们可以循着这一思路,重新定义我们与

      世界的物理关系,以便寻找一条与世界和谐相处的途径。

          我们应该记住这样一个道理,尽管这个道理好像是一句罗嗦的废话:我们只能通过我们所掌握的关于现实世界的信息去了解这个
      


      IP属地:四川4楼2006-06-06 14:51
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        把握。最困难的并不是空间概念。传统上认为,空间一词指的是物体在其中运动的几何环境。但在卡尔洛◎罗维利看来,“空间就是

        关系”。这位任职于马赛地中海大学的意大利理论学家证明了从基础的互动网络——即信息交换网络——出发,就能建构一个拥有一

        切空间属性的实体。这就有点像是古代军人穿的锁子甲,凑近一些观察,就会发现它并不是一个平面,而是交织在一起的许多小球。

        为了得出这一结论,罗维利运用了源自“球体量子引力学”(这门正在兴起的学科的目的是将量子理论和相对论统一起来)的一些方

        法。因此,一直被当作运动的范畴的空间,可以从信息学的角度,被重新定义为无数数据本地传送的结果。

            “至于时间。人们已经有了一些奇思妙想,不过仍然很模糊”,罗维利进一步解释道。尽管如此,他还是和法国数学家阿兰◎科

        纳一起,揭示出时间流并不存在于微观层次,而是产生于宏观层次上我们的那种对信息进行压缩的必然需要。更确切的说,只有忽略

        各种基本态之间的信息差别,我们才有可能观察到参数t,这个参数不隶属于任何态,并且具有时间的所有特性。就像熵一样,如果

        戴上信息学的眼镜去考察时间这个概念,就会发现它也取决于观察者的信息处理能力,它也是只存在于像我们这样“仅具有中等认知

        水平的人的头脑中”。可能时间并不是一个用来标记事件进度的独立的流,而是我们没有深入了解事件细节的能力的标志!年轻的俄

        罗斯哲学家阿列克谢◎格兰邦在其论文中也花了一部分篇幅来探讨这个问题,他就此提出了一句令人惊骇的格言:“时间,就是无知

        。”

            那么,对于物质和能量的概念又该如何重新诠释?目前,人们暂未找到任何明确的途径。但是,就像阿列克谢◎格兰邦锁强调的

        那样:“电子或原子,它们首先是一些词语,是普通语言中的一些词汇;有了这些词,我们就可以不去考虑这些物体到底是由什么构

        成的。”而在方法论的浩大计划中,就必须使用信息术语对这些词加以重新定义。也许有一天,会有一种新的理论能够通过信息概念

        将量子力学和广义相对论统一起来,到那时我们就能找到答案了。而这正是英国物理学家吕希安◎哈代所接受的挑战,为此他提出了

        一个全新的概念:“原因曲线”,也就是理解我们所具有的为涌入大脑的信息提供逻辑解释的意愿。尽管目前我们还无法判断这种“

        通向量子引力学的新途径”是否正确,但这种“原因曲线”可以被看作是那些方法论新概念的范型,它们的使命就是全面主导物理学

        。在人类进入到“信息时代”的今天,物理学的目的不再只是描述世界的本来面貌,而更多的应该是描述我们那被困在颅骨之中的大

        脑为了理解世界所进行的顽强努力。物理学要作的,不再是通过方程式去对在时间和空间中运动的物质进行计算,而是要以我们为了

        掌握数据浪潮而做的有限然而勇敢的努力为出发点,使这些概念显现出来。说到底,物理学正在重新定义的,不仅是外部世界,而更

        多的是我们人类的境遇。是的,从某种意义上说,我们的确是被关在一个类似《黑客帝国》所展示的虚拟世界之中!但和影片所表现

        的不一样,这个世界并不是一个普普通通的电脑程序:在与这个世界共处时,我们所得到的,就是我们自己对信息进行计算的结果。

        这个结果不仅不能奴役我们,相反还能使得我们得到解放,防止我们被那汹涌澎湃于我们周围的信息巨浪所淹没。而且,今天,新一

        代的物理学家们已经下定决心要解开这个结果的密码。

        本文发表于《新发现》杂志2005年12月号,标题是“世界真的存在吗?”
        全是我自己打字打进电脑里的,真累阿。


        IP属地:四川6楼2006-06-06 14:51
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          请求加精!!


          IP属地:四川8楼2006-06-07 17:17
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