薛定谔的猫何时醒来——量子幽灵与神秘主义

    　　敏敏特木尔

    　　对于斯蒂芬·霍金来说，作为牛顿在剑桥卢卡逊教席的继承人、爱因斯坦之后的物理学界盟主，如果物理学上还有什么事件让他烦恼的话，那是薛定谔的猫。“——谁敢跟我提起薛定谔那只该死的猫，我就去拿枪！”

    　　1．是猫，还是上帝的骰子？

    　　从海森堡的测不准原理开始，量子力学的奇异性一直困惑着人们。1935年薛定谔做了一个世界驰名的猫实险，放大了这种古怪的量子态，直到人们肉眼可见的程度：1小时内某放射性原子的衰变—锤落下—毒药瓶破—猫死；或者原子不发生衰变（与可能衰变的几率相同）—一切无恙——猫活着。通过这样一个实险设计，把量子衰变成不衰变的迭加态（dilemma）放大成了猫的生死处境，在客观上似乎默认了一种死猫与活猫并存的佯谬迭加态。

    　　作为一只鲜龙活跳被关进箱里的猫，当然既不能不死不活，也不能又死又活——这显然是个谬论，但在观察者打开黑箱，探眼去看之前，这个谬论居然一直存在着！迭加态不肯消失。

    　　黑箱里的猫是死还是活无人能知，既然计算结果是概率相等，两态并存，那么我们只能宣布此猫不死不活，或者又死又活。——难怪许多科学家对此怒气冲冲，认为这只狡猾的猫简直亵读了科学的神圣，物理学一向表现出的确定性被粉碎，成了一场猜谜游戏。

    　　直到目前为此，牛顿创建的经典物理体系，在宏观世界（即人类肉眼所及、常识上大于原子、小于日地距离的世界）还是普遍适用。一旦进入微观的量子世界，人们除了惊骇与好奇，简直只能走上神秘主义道路！量子力学的先驱尼尔斯·玻尔曾经指出：谁不为量子力学所震惊，谁就不懂量子理论。在20年代，当量子理论的蕴涵初露锋芒时，巨大的冲击波震动和迷惑了无数颗追求科学的心灵，甚至有科学家为真理的巨大裂变而自杀，甚至爱因斯坦也不敢相信量子是上帝的骰子，而苦心孤诣于论证否定，希图创立“统一场论”，（即量子力学亚微观的原子世界，与广义相对论中的大宇宙世界的统一，）最终证明“西方不败”的爱因斯坦失败了。2002年英国理论物理学家朱利安·巴伯发表新著《时间的终点》，中心论点是：对时间本质的错误理念，阻碍了物理学家们达到“统一场论”的最终目的：因为两种理论各自提出了截然不同的时间概念，而科学家们尚无法协调这两种时间概念，使极小物质包括到极大物质中去，因此人类就不会理解时间和存在的本质。

    　　如果唯物主义者们愿意相信科学、相信物理学家，请听一听玻尔对量子理论的解释：“外在物质世界的存在不是自身独立的，而是无法摆脱地与我们对其的感知纠缠在一起的。”

    　　（绝对的唯物将使你无物可唯，如果你不给你的心灵留下一席之地。）而薛定谔的猫，表明了量子力学中幽灵般的阴影正在侵入到日常生活中来。

    　　2．量子幽灵与平行宇宙

    　　1996年5月，美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所（NIST）的Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照，发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态，而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态，而这两个状态相距80纳米之遥！（1纳米等于1毫微米）——这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师，他在纽约与喜马拉雅同时现身，一个他正从摩天楼顶往下跳伞；而另一个他则正爬上雪山之巅！——量子的这种“化身博士”特点，物理学上称“量子相干性”。在早期的杨氏双缝实验中，单个光粒子既以忧美的波粒二象性，轻巧地同时穿过两条狭缝，在观察屏上制造出一幅美丽的明暗相干条纹。

    　　古希腊芝诺佯谬中有一个阿基里斯追乌龟的故事。这位诡辩家把阿基里斯追上乌龟、跨步到乌龟前面去的决定性一步划分成无限等分，让阿基里斯在此无限等分中向前移动的时间里，乌龟虽然极慢、极小，然而毕竟已前行了一小格！经无限等分步长后的阿基里斯，永远离乌龟差那么气人的一小格，因此他老人家永远追不上乌龟。现在这个佯谬可以如此解释了：它模糊了量子——经典的分界，从而制造了佯谬。赶上乌龟的最后一步，宏观上是有限的，可以量度的；量子态上则是无限的，可以无限地细分成无数格，从而使时间拉长，落入无止尽的黑洞，使追上乌龟的那一步永不能完成。

    　　然而量子——经典的临界面究竟在哪里，在什么时候闪烁幽灵光芒的量子世界让位于日常生活中公式化的物理规律呢？量子世界如一棵琳琅的圣诞树，而现实生活中我们只能采摘、品尝其中唯一的一颗果子，当我们伸手选择时，这棵树就消失。物理学上称此为“波函数的坍缩”。

    　　可是我们过往的历史、今天的宇宙，恰好法国剧作家博马舍提出的，“为什么是这些东西，而不是其他的呢？”为什么罗蜜欧与朱丽叶双双殉情，而不是走向离他们一步之遥的团圆喜剧呢？为此几位杰出的宇宙学家提出了一种十分勉强的“多宇宙”（也称平行宇宙）假设。这个假设简单说就是：一道寒光过后，碎成千片的镜子同时上演着千种版本的故事：克里奥派特拉没有死于蛇吻，而是以她的美艳博识第三次征服了屋大维这小子！（罗马帝国的历史就此改写。）希特勒这个潦倒的青年考上了维也纳大学学美术，从此成为一名画家而非战争狂人。（数千万犹太人得救了！）小布什以几票之差在竞选总统中败北。（现在大打出手的对伊拉克战争成了杞人忧天！）但我们这个宇宙的人们并不能享受历史改写带来的好处如避免了大战，因为本宇宙与它平行，他们只管乐他们的，平行宇宙相互间永远不可到达！就象火柴熄灭后的小女孩，面对她的不是祖母和烤鹅，而是现实中雪夜阴冷的高墙。——为此多宇宙假设被嘲笑为“廉价的假设，昂贵的宇宙”。

    　　八十年代洛斯阿拉莫斯国家实验室的Zurek倡导“退相干理论”（de－coherence）,设想环境会破坏量子相干性。1996年12月，巴黎ENS研究小组用两个里德伯原子分别扮演薛定谔的猫与量子鼠，用鼠射入空腔来窥看猫的死活，从而得到一个明确结果。Zurek指出：“由于系统泄漏了信息，因而发生了退相干。”他把各种量子可能性的支配权归之于环境；称为“环境诱发的超选择”（environment－inducedsuper‘ion）。至于环境为什么要选择猫死或猫活？环境如何扮演了掷骰子的上帝角色？Zeruk没有说清楚，只是“把所有问题都扫到一块地毯下归纳起来，但却说不清楚什么是地毯。”(NIST的Monroe评价说。)在“多宇宙”和“退相干”设想之外，还有一种受支持的“GRW”理论，认为猫的宏观状态引起了自发的微观坍缩，因为猫身上大约有10的27次方个粒子，这么多的粒子至少有一个发生命中的机会是很大的，Penrose在《ShadowsoftheMind》（思维的影子）一书中认为，触发源可能是重力。这样虽然巧妙地避开了某些技术上的障碍，但问题是：触发命中的定时因子完全是任意的，（如10的27次方个粒子中随便一个）；该理论的倡导者只是选择一个能产生合理结果的因子，可谓事后诸葛亮。（如猫死了他们就选一个致死因子而不去选猫身上并存的存活因子，反之猫活着，他们就选存活因子。）

    　　3．量子留给灵魂一席之地

    　　以上种种，都是科学家们为了避免观察者的目光以及人的精神世界来参与猫的生死而作出的努力。事实上，一旦对量子系统（如关猫的黑箱）作出观察，它的态（波函数，如猫的死/活）一定会骤然改变，这就像是“精神支配物质”的思想。或许需要精神对量子骰子加一点负荷，从而促使该量子偏爱某一方向，让猫活或死。在猫实验中，测量是什么呢？是把盖子打开吗？抑或是光线到达眼睛并被大脑所处理呢？还是猫皮上的静电放电呢？这涉及到佛教唯识学上的八种识的程度：在触盖、看猫等行为中，人使用了眼耳鼻舌身前五识，进入大脑是意识第六识，如果进一步思索（末那识）乃至顿悟出灵魂奥妙，则进入第八识阿赖耶识境界。唯识学早在公元前六世纪的佛陀时代，即主张：观察者与观察物体不可分。独立的物质是虚幻的。为了摆脱“精神”这一在物理学领域无法解释的量，实验者不让人参与，而代之以计算机系统或照相机那样更质朴的东西。然而马上发现了照相机何时曝光或者计算现何时输入信息，仍有两个可能性，此时波函数仍未坍缩，——于是微观世界的幽灵放大成了“照相机/计算机的幽灵”了，最终还是要“人的观察”才能得知唯一的答案。一台计算机不能懂得量子的知识，而答案要求某个懂得知识的人来解读。这似乎启示：人类有一种称为“精神”的属性，它把我们同环境中其它东西区分开来，它对于“使基本物理学有意义”是绝对关键的。

    　　经典物理时代，牛顿虽然把从刚性小球到银河系的运动规律统括起来，但还是把全所有星球旋转的第一推动力归功于上帝。而在数据化生存的今天，因特网就象印度神话中的因陀罗之网，森罗万有。（但有时也会象公孙禄萼她爹的带刃鱼网，狠毒地裹着你无处存身！）

    　　科学家们更喜欢把大脑看成是一台高度复杂、却不神秘的电化学机器，像任何其他机器一样，遵循着相同的物理学规律，这样就不让独立精神或自由意志留有余地。但是量子世界的幽灵让人们不得不重提“精神——肉体”二元论，即精神（或灵魂）是一种物质，是一类短暂，不可触知的特殊物质，它不同于，但耦合于构成我们身躯的可触知物质。在特理学家的长爪伸不到的角落，世界上有多少艺术家正为这只猫烈士的壮举而感激涕零！当年拜伦悲叹过“诗歌被规则和准线打碎”，此刻光风霁月又回来了：宇宙不再是滴滴答答一板一眼往前走的牛顿式钟表；而是一曲将白牛奶倒入黑咖啡的混沌圆舞曲；（普里高津：《从混沌到有序》）上帝老了，做腻了几何题，就开始一刻不停的掷骰子取乐；对称性破缺意味着开放的宇宙。

    　　多样性的出现带来了混沌学上的海马纹、姜饼人、费根鲍姆函数无花果树枝、蝶翅引发的热带暴风雨……有人讽刺地说，现代科学是古希腊神话中伊卡洛斯(Icarus)蜡做的翅膀，因为飞得太高，得意忘形，被骄阳烤化了翅膀，堕海而死。