1700961545
1700961546
1700961547
牛顿的老家和门前的苹果树,据说就是当年那一棵(White 1997)
1700961548
1700961549
我们暂且把苹果树的命运放到一边,来关注一下那个耳熟能详的故事:1666年,牛顿在家乡躲避瘟疫的时候,偶尔看到一个苹果落到地上,于是引发了他的思考,最终得出了万有引力理论。这是真的吗?它有多少可信度?它背后隐藏了一些什么样的内容呢?
1700961550
1700961551
苹果传奇的主要推动者当然要属伏尔泰(Voltaire)和格林(Robert Greene),两人在1727年的著作中不约而同记述了这一故事。不过追根溯源,伏尔泰是从对牛顿侄女康杜伊特(C. Conduitt)的访问中了解这个情况的。格林的来源则是福尔克斯(Martin Folkes),他是当时皇家学会的副主席,牛顿的好友。牛顿的另一个朋友斯图克雷(W. Stukeley)也记述了他和牛顿一起喝茶时的情景,当时牛顿告诉他,正是当年一个苹果的落地勾起了他对引力的看法,而牛顿侄女的丈夫J. Conduitt也多次提到这个故事。然而不管怎么样,如果追问到底,最终的源头都还是来自牛顿自己之口:看起来,牛顿在晚年曾向多个人(至少4个以上)讲起过这个事情。可值得玩味的是,为什么牛顿在50多年中从未提及此事(1) ,但到了1720年后,他却突然不厌其烦地到处宣扬起来了呢?
1700961552
1700961553
作为后世人的我们,恐怕永远也无从知晓牛顿是否真的目睹了一个苹果的落地,而这本身也并不重要。我们所感兴趣的是,这个故事背后究竟包含了一些什么东西。对于牛顿时代的人们来说,苹果作为《圣经》里伊甸园的智慧之果,其象征意义是不言而喻的(2) 。由“苹果落地”而发现宇宙的奥妙,这里面就包含了强烈的冥冥中获得天启的意味,使得牛顿的形象进一步得到神化。我们在史话的第一章里曾经描述过牛顿和胡克关于引力平方反比定律的纠纷,而后来牛顿更卷入了著名的和莱布尼兹关于微积分发明权的官司中去,这样一个故事,对牛顿来说无疑是有其意义的。
1700961554
1700961555
如此描述未免有些小人之心,我们还是假设牛顿当真见到了一个苹果落地。那么,他的灵感带来了什么样的突破?引力平方反比定律当真在1666年就被发现了吗?在今天看来,这件事还真不好说。
1700961556
1700961558
Part. 3
1700961559
1700961560
我们在“意识问题”那里头晕眼花地转了一圈回来之后,究竟得到了什么收获呢?我们弄清楚猫的量子态在何时产生坍缩了吗?我们弄清意识究竟如何作用于波函数了吗?似乎都没有,反倒是疑问更多了:如果说意识只不过是大脑复杂性的一种表现,那么这个精巧结构是如何具体作用到波函数上的呢?我们是不是已经可以假设,一台足够复杂的计算机也具有坍缩波函数的能力了呢?反而让我们感到困惑的是,似乎这是一条走不通的死路。电子的波函数是自然界在一个最基本层次上的物理规律,而正如我们已经讨论过的那样,“意识”所遵循的规则,是一个“组合”才可能体现出来的整体效果,它很可能处在一个很高的层次上面。用波函数和意识去互相联系,看起来似乎是一种层面的错乱,好比有人试图用牛顿定律去解释为什么今天股票大涨一样。
1700961561
1700961562
更有甚者,如果说“意识”使得万事万物从量子叠加态中脱离,成为真正的现实的话,那么我们不禁要问一个自然的问题:当智能生物尚未演化出来,这个宇宙中还没有“意识”的时候,它的状态是怎样的呢?难道说,要等到第一个“有意识”的生物出现,宇宙才在一瞬间变成“现实”,而之前都只是波函数的叠加?但问题是,“智慧生物”本身也是宇宙的一部分啊,难道说“意识”的参与可以改变过去,而这个“过去”甚至包含了它自身的演化历史?
1700961563
1700961564
1979年是爱因斯坦诞辰100周年,在他生前工作的普林斯顿召开了一次纪念他的讨论会。在会上,爱因斯坦的同事,也是玻尔的密切合作者之一约翰·惠勒(John Wheeler)提出了一个相当令人吃惊的构想,也就是所谓的“延迟实验”(delayed choice experiment)。在前面的章节里,我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了。根据哥本哈根解释,当我们不去探究电子到底通过了哪条缝,它就同时通过双缝而产生干涉,反之,它就确实地通过一条缝,顺便也消灭了干涉图纹。然而,惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出,我们可以“延迟”电子的这一决定,使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后,再来选择究竟是通过了一条缝还是两条!
1700961565
1700961566
这个实验的基本思路是,我们可以用涂着半镀银的反射镜来代替双缝。如果把一块半射镜和光子的入射途径摆成45度角,那么这个光子有一半可能直飞,另一半可能被反射。这样一来,它就有了两条可能的前进路径,这跟双缝实验里,电子可以选择左边或者右边的路径在本质上是一样的。
1700961567
1700961568
1700961569
1700961570
1700961571
延迟实验示意图1
1700961572
1700961573
但是,通过在半道上摆放其他反射镜,我们又可以把这两条分开的岔路再交汇到一起,如上图所示。如果我们简单地在终点观察光子飞来的方向,就可以确定这个光子当初究竟走了哪条道路。而这样做,就相当于我们探测电子通过了哪条狭缝,结果会得到一个随机、但唯一的答案。
1700961574
1700961575
不过,只要我们愿意,我们同样可以让这个光子“同时沿着两条路径而来”:只要在终点处再插入一块同样呈45度角的半镀银反射镜,然后仔细安排位相,我们完全可以让这个光子“自我干涉”,在一个方向上抵消,而只在另一个方向出现。这样做,就好比让电子同时通过两条狭缝而产生干涉图纹,按照量子派的说法,因为发生了干涉,光子必定“同时经过了两条道路”,就像同时通过了双缝一样!
1700961576
1700961577
总而言之,如果我们不在终点处插入半反射镜,光子就沿着某一条道路而来,反之,它就同时经过两条道路。现在的问题是,是不是要在终点处插入反射镜,我们可以在“最后关头”才做出决定,而这时候理论上光子早就通过了第一块反射镜,这个事件已经成了过去。然而,有趣的是,它却必须在快到达终点的时候,根据我们的选择,反过去决定自己当初到底走的是“一条路”还是“两条路”。也就是说,它必须根据“未来”的事件,去选择自己的“过去”应该怎样发生!
1700961578
1700961579
1700961580
1700961581
1700961582
延迟实验示意图2
1700961583
1700961584
想象你去看电影,虽然你对电影内容一无所知,但很明显,既然已经剪完上映,说明这部电影早已杀青。但走到电影院门口的时候,你却被告知,只要你从左门进去,就会发现它是周星驰主演的,而只要从右门进去,它就会是周润发主演的。换句话说,这部电影当初的主演是谁,可以由你当场来决定!
1700961585
1700961586
如果你觉得这件事情很奇妙,那么延迟实验表达的是同样的意思。虽然听上去古怪,这却是哥本哈根派的一个正统推论!惠勒后来引用玻尔的话说,“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”,光子是一开始还是最后才决定自己的“历史”,这在量子实验中是没有区别的,因为在量子论看来,历史不是确定和实在的―除非它已经被记录下来。更精确地说,光子在通过第一块半透镜到我们插入第二块半透镜之间“到底”在哪里,它是个什么,这是一个没有意义的问题。我们没有权利去谈论这时候光子“到底在哪里”,因为在观测之前,它并不是一个“客观真实”!
1700961587
1700961588
1700961589
1700961590
1700961591
延迟实验示意图3
1700961592
1700961593
惠勒用那幅著名的“龙图”来说明这一点:龙的头和尾巴(输入和输出)都是确定的、清晰的,但它的身体(路径)却是一团迷雾,没有人可以说清。因为直到你采用一种特定的方式来观测它之前,这条龙压根儿就不存在一个“真实”的身体!
1700961594
[
上一页 ]
[ :1.700961545e+09 ]
[
下一页 ]