物质基于意识而存在,这本是在20世纪就应该被确认的科学事实。
当初,哥本哈根学派的代表人物波尔、海森堡、波恩等量子力学领域的科学家提出一个理论:物质是一种函数波,当我们去观察其具体位置的时候,函数波会按照一定的概率坍缩为粒子;粒子在某个位置出现的概率与波在这个位置的强度有关。这个结论是基于大量精确的物理实验得出的结论。
其中包括:
一、物质波是概率波,个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性,但大量粒子在何处出现的空间分布却服从一定的统计规律,概率波越强的地方,粒子出现的概率越大。
二、测不准原理:粒子的位置与动量,或时间和能量不可同时被确定,位置的不确定性越小,则动量的不确定性越大,反之亦然。
三、互补原理:波和粒子在同一时刻是互斥的,但它们在更高层次上统一,两者同时存在,互为补充,无法在验证一种特性的同时保证另一个特性不受到干扰或破坏。这个原理是对“测不准原理”作出的哲学解释,也是哥本哈根学派的基本观点。
爱因斯坦对哥本哈根学派的观点大为反对。他始终相信,即使我们不去观察,世界的运行也是客观存在的;他对概率论很不满,坚定认为“上帝不掷骰子”。爱因斯坦和哥本哈根派代表波尔第一次交锋发生在1927年的索维尔会议上。在辩论中,爱因斯坦对准测不准原理进行批驳,试图以此证明哥本哈根理论的错误。他提出使用一个有狭缝的挡板,跟测量粒子扩散所得的数据相结合,可以尽可能地知道粒子的准确位置和动量。然而,这个思想实验被波尔化解了,他指出爱因斯坦忽视了狭缝和挡板的信息也是需要测量的,也存在不确定性。最终,他们谁也说服不了谁,但爱因斯坦对位置和动量不能同时测准这个说法确实反驳不了。
三年后的下一届索维尔会议,爱因斯坦带来了著名的“光子箱”实验。设想一个装有时钟的箱子,这个时钟可以控制箱子狭缝的开关;当狭缝打开的时候,溢出一个光子;前后对箱子进行称重,得出光子的重量,这样就可以通过质能方程计算光子的能量。因为称重和时间记录是两个独立的过程,所以我们可以尽可能准确地知道光子溢出的时间和能量。经过一晚上的冥思苦想,波尔在第二天对爱因斯坦进行了反驳。他提出,在称重的过程中,光子溢出造成的重量减少使箱子向上运动,根据爱因斯坦的广义相对论,会造成时间的不准确;虽然时间的变化可以计算出来,但是位置刻度和动量之间也存在不确定性;所以,时间记录和称重不是两个独立的过程——经过数学运算,波尔证明了时间和能量符合测不准原理。爱因斯坦无言以对。
1935年,爱因斯坦联合另外两位科学家发表了著名的EPR论文。他认为量子力学虽然正确,却不完备,一定还有未知的因素能够解释观察到的量子现象。在论文中他又提出了一个思想实验:将一个粒子分裂为一对粒子,向相反的方向发出。原来的粒子没有动量,那么两个新粒子的动量必须互相抵消,必然大小相同方向相反。那么,我们只要测定其中一个粒子的动量,必然会知道另一个粒子的动量。但是按照量子理论,在我们测定之前,粒子是没有固定动量的。当我们测定了其中一个粒子的动量,那么第二个粒子如何马上“知道”自己的动量应该是多少呢?如果两方有信息交流的话,这种交流速度比光速还快,这违背了定域性。爱因斯坦讽刺其为“鬼魅般的超距作用”。
贝尔是爱因斯坦的认同者,他以反驳量子理论为目的,在1964年提出了一个数学不等式——从测定粒子自旋的角度,用于验证爱因斯坦在EPR中提出的超距作用问题。以定域性的理论,贝尔不等式成立;以量子理论,贝尔不等式不成立。剩下的就是通过科学实验来验证贝尔不等式。
1982年,以阿莱恩·阿斯派克特代表的一群科学家终于通过科学实验在精确的意义上对EPR和贝尔不等式作出检验。结果告诉我们,定域性是错误的,量子理论是正确的。而从那以后,越来越多的实验证实了量子理论的正确性,包括我国用“墨子号”所做的实验。“超距作用”是确实存在的,这种现象被称为“量子纠缠”。
只要是正确的理论,常常能得到实验的重复验证。就比如经典的电子双缝干涉实验对哥本哈根诠释的又一次验证。
科学家发现,当将电子一个一个发出,电子通过双缝后按时间顺序在后面的屏幕上留下一个又一个的电子痕迹。一开始数量不多的时候看不出什么规律,可是等积累到一定数量的时候,这些电子痕迹的分布便显示出多条明暗相间的干涉条纹图案。这是波的特点。可另人费解的是,在这个实验中,电子是一个一个发出的,在第一个电子到达屏幕之前,第二个电子尚未发出。要经过一定的时间,电子痕迹积累到一定数量,才形成干涉条纹图案。那么单个电子如何发生碰撞呢?难道一个电子变成多个,自己和自己碰撞吗?
如果用哥本哈根学派的理论来解释这个现象,事情就会变得清晰明了:一个电子本身就是分布于空间中的概率波。波通过双缝后变成两束波并互相干涉而形成强弱相间的波。波到达屏幕,相当于我们进行观测,于是坍缩为粒子。粒子按概率出现在屏幕上某个位置。波越强的地方粒子出现概率越大。受概率影响,电子数量少的时候干涉图案不明显,电子积累到一定数量的时候干涉图案就越来越明显了。
爱因斯坦曾经问道:“难道我们不看月亮,月亮就不存在了吗?”这的确问到了问题的核心。不看月亮时月亮就不存在,是爱因斯坦所不愿意承认的。但量子纠缠,以及电子双缝干涉实验等确凿的科学证据却为我们揭示:当我们不看月亮时,月亮确实就不存在了。
这个“看”的本质是什么?也就是说哥本哈根诠释中观察导致函数波坍缩的本质是什么?
物理学家、数学家、逻辑学专家、第一台电子计算机的理论提出者冯·诺依曼基于客观证据和逻辑分析,在其1932年出版的量子力学教科书《量子力学的数学基础》中提出:“波函数坍缩可能源自观察者意识”。
延迟选择量子擦除实验是电子双缝干涉实验的扩展版本,是另一个可重复的量子力学实验,在1999年由Kim等人首次成功实现。
这个实验使用的是光子,光源发出的光子可以通过双缝的A缝或者B缝到达BBO晶体。BBO晶体可以把一个光子分裂成两个处于纠缠态的光子。这两个光子分别沿着两条路线行进,一个到达上方的接收屏,称为信号光子;另一个经过三棱镜折射,再经全反镜反射到探测器A或者B,称为标记光子。因为标记光子与信号光子处于纠缠态,所以可用标记光子来确认信号光子具体经过哪条缝。
由于标记光子分别被两个全反镜反射以后,光路存在交叉。在交叉点放入一个半透镜,可以透射或者反射标记光子。这时探测器A、B虽然还可以探测到光子,但是已经无法分辨光子到底是透射过来的,还是反射过来的。也就无法分清光子来自A缝还是B缝了,即我们不再知道光子的具体路径。
实验结果是:当不放入半透镜时,光子路径信息被探测器A、B测量确认,这时接收屏上不能形成明暗相间的条纹;当放入半透镜时,光子的路径信息被擦除了,这时接收屏上则形成了明暗相间的条纹,即波的干涉条纹。
这个实验里还有一个特别的地方:探测器A、B到BBO晶体的距离比接收屏到BBO晶体的距离要远2.5米,大约8纳秒的光程。也就是说:在我们知道或不知道光子路径之前,光子就已经似乎能“预知未来”般地表现出粒子性或波动性!
如果只承认物质主义的信仰者依然顽固地认为:是仪器和光子发生了碰撞,影响了光子的运动,造成干涉或不干涉。那么请问:造成不同的结果只是因为加入了一个半透镜,这个半透镜最多也只对标记光子发生碰撞,和信号光子有什么关系呢?形成或不形成干涉条纹的是信号光子留下的痕迹。
通过这个实验,我们几乎可以确认冯·诺依曼所说的,波函数坍缩源就是自观察者意识!当我们知道或不知道电子的路径,显示出来的结果就会不一样。知道或不知道的本质就是意识上的知道或不知道。造成函数波坍缩的观测的本质是意识。
物质基于意识而存在!
《传习录》记载:王阳明先生在南镇游玩,一位友人指着岩石中的花树问:“先生说天下无心外之物,像这棵花树,在深山中自开自落,和我心有什么关系?”先生说:“你没有看此花时,此花与你的心同归于寂。你来看此花时,此花颜色一下子鲜明起来,由此可知,此花不在你的心外。”
量子理论的创始人普朗克在一次演讲中说:“作为一个把毕生都奉献给最清晰头脑才能研究的科学——物质研究的人,我可以告诉你一个我关于原子的研究结果:没有物质这么回事,所有的物质只有在一种力量的影响下才得以创造和存在。这力量使一个原子粒子振动,并支撑这个最微小的原子太阳系。我们必须假定这力量背后存在一个意识和智能心智。这个心智就是所有物质的母体。”