从决定论说开去-量子物理的哲学观

一、决定论

这是一种早已被证明为伪的理论。

维基:“决定论(Determinism),又称拉普拉斯信条,是哲学的一种命题,认为每个事件的发生,包括人类的认知、举止、决定和行动都是因为先前的事而有原因地发生。如果从原始宇宙以来,有一连串的事件注定地、从未中断地发生,自由意志则是不可能的。”

决定论相信,宇宙完全是由因果定律之结果支配,经过一段时间以后,任何一点都只有一种可能的状态。许多历史性辩论给决定论主题带来了很多变种和哲学立场,最突出地,自由意志辩论卷入了相容论和不相容论。

用数学来说,就是两者互为充要,即因可以推出果,果也可以推出因。

但量子力学以降,至少证明了因可以推出果是错误的。也就是说未来不再是一定的了,否定了决定论。但是对果也可以推出因,即过去若不是这样世界是否也会这样则还没有定论

决定论在18、19世纪统治了科学界。它认为一切都是有“因果关系”联系起来的,一切世界的运动都是由确定的规律决定的;知道了原因以后就一定能知道结果,现在发生的一切都是由过去所决定的,它们是通过因果建立起关系来的。在这一基础上,科学得到了巨大的发展。例如,用牛顿力学算出的天体运动,对未来具有准确的预见性。

随着经典物理学的发展(包括相对论的发展),人类依靠其作出的准确预测越来越多,人类越发相信决定论的正确性,在经典物理学框架内,人们认为宇宙的一切都依照规律井然有序的运行,没有任何的“意外”和“偶然”。只要有足够强大的计算能力,未来就可以“计算”出来。这种观点得到了包括爱因斯坦在内的大量科学家的支持。

二、量子力学。

量子力学是描写微观物质的一个物理学理论,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱

量子力学的里,一切物质(包括时间和空间)都是“量子”构成的。量子是没有形状的,不要把它想象成颗粒。空间有自己的量子,光子跃迁一次的位移是空间的最小组元,时间也有自己的量子,光子跃迁一次的时间间隔是时间的组元,都是不可再分的。

量子力学的基础是“不确定性原理”:不能同时确定一个粒子的动量和位置。即不能确定一个粒子的运动状态。但是统计上,对于大量的粒子,可以通过统计得到某种运动状态的比例。我们考虑下图:氢原子和氢分子电子分布概率图。在氢原子中,一个电子的运动状态是不能确定的,电子下一时刻的运动状态是不可知道的,我们无法知道某一时刻他在哪里处于怎么样的状态,但是可以通过统计确定电子出现在各位置的几率。

量子物理学与哲学,量子物理解释的哲学困境

举个粒子,a处有一个光子,是不能确定出现在哪的的,但是能知道它出现在某个位置的概率。比如进入a区间为80%,进入b区间为20%,发射一个光子,它进入a和b是不可知的,第二个也不可知。但是发射1000000个,则大约有800000个会进入a区间,大约200000个会进入b区间,所以当样本足够大,样本会严格遵守比例进入区间,这时候整体的状态就比较好预测,不确定性因素被无限弱化了。

所以通常来说量子力学被用来处理围观粒子,当处理宏观量的时候,由于样本量太大,用量子力学显得无比繁复,而由于不确定性被非常的弱化,经典力学已经足够,所遇对于宇宙学尺度的东西,是呢个精确计算出来的

附带:量子力学的时空观

根据相对论,物质运动速度越快,则其内在时间流逝越慢,当物质速度达到光速的时候,时间静止,物质质量无限大。由于无限大的质量是宇宙所不允许的,所以凡具有“实质量”的物质运动速度都不可能达到光速,能够达到光速的只有虚粒子(虚质量)如光子。

光子即光量子,量子即“能量包”,既然光子是以光速运动,其内部时间就是静止的,也就是说一个光子就是一小包静止的时间,这就很有趣了,我们每天一睁眼立刻就被巨量静止的时间包围了。

量子物理学与哲学,量子物理解释的哲学困境

时间静止也可以称为没有时间。我们是鱼,阳光是水,每一个水分子都是没有温度的,但是水有,每一个光子都是没有时间的,但是光有。

现代物理学的科普语言经常会说:空间不空、实体不实。就空间不空而言,通过“路灯喻”可以看得很清楚,用弹簧设喻:设整个空间充满无数无限小无限紧密排列的弹簧,这些弹簧是看不见摸不着的,当其中一个弹簧震动时,一个粒子就诞生了,这个振动波通过弹簧链条传递,在观察者看来就出现了物质的运动。

再说实体不实,我们知道原子是原子核和电子构成的,如果把原子的大小看成一个电影院,那么原子核就只有电影院中间的一颗乒乓球大小。根据这种比例我们可以想见,构成我们身体(等一切“客观实在”)的“物质”绝大部分是空间,这个“绝大部分”怎么理解?我们知道在中子星那里,原子中带负电荷的电子被压缩进原子核,和带正电荷的质子中和(也变成不带电荷的中子,故成中子星),因此中子星的“绝大部分”空间就被压缩,从而使得其体积变得非常小,精确的比例无必要,打比方说一颗太阳大小的恒星变成中子星后体积就不大于月球(其实还要小很多),那么假如一个人被压缩成“中子人”,我们再想看到他就只能借助显微镜了。

我们可以知道所谓“客观实在”就是由空间的两种形态构成的:能量寂灭态(绝大部分)、能量跃迁态(极小部分)。

那么既然实体的绝大部分都是空间,为什么我们不能穿过墙壁?常识理解是构成我们身体的原子被构成墙壁的原子给挡住了,但是这种理解很成问题,地上有一堆沙,你再抓一把沙撒上去,看看会出现什么情况?

我们之所以不能穿过墙壁,是由于构成两者物质的微粒之间基本作用力发生相互影响(排斥)。自然界的四种基本作用力是强力、弱力、电磁力、引力。爱因斯坦以降,科学家试图把四种基本力统一起来,目前除引力之外的三种力已经完成统一,简单来说具有实质量的微粒之间的力的相互作用需要通过无实质量的虚粒子来传递(比如在三力合一之前,物理学就认识到电磁力的传递者是光子)。

据上,所谓微粒之间的基本作用力就是信息的传递,设想A、B两个微粒都大如乒乓球,A微粒和B微粒之间发生电磁力作用,即A微粒向B微粒发出一个光子,这个光子本身并不能直接产生推动力(虽然有光压),而是B微粒接受到A微粒的信息:“我要推你了,你动一动”,于是根据信息发生相应受力反应。现在我们把上述认识统统结合起来,假如你现在想发给地球另一边的朋友一幅你的近照,在电脑和网络时代之前,你必须把自己手中的“照片实体”通过一定速度的运动传递到你的朋友手中,在有了电脑网络之后,你只需要给你的朋友一个信息(拷贝指令),他的电脑里的0和1就会生成和你的电脑里的照片一样的“客观实在”。

0和1就是派格斯的路灯,照片就是物质实体,信息传递依然是宇宙中运动速度最快的一小包“静止的时间”。但是这些认识和时间尤其是和未来有什么关系?

量子物理学与哲学,量子物理解释的哲学困境

设我现在要到仙女座大星云去,目前所能做到的就是:把构成我的全部原子按照“现在”状态移动到仙女座大星云去,这个过程将是极为漫长的,因为两者之间的距离即使是光也要跑230万年。而具有实质量的人体,受光障限制,永远只能花费比这个更长的时间才能完成上述过程。但是现在我们可以向向仙女座大星云发出我的完全拷贝信息,那边的空间接受到信息就可以如同电脑中的0和1那样组成一个和我具备同等思想和生理地位的“拷贝”。这一幻想的意义何在?那就是未来已经存在,只是尚未被信息激活。过去也未真正消亡,只是能量态寂灭。还剩下一个问题,光速是有自己极限的,那么即使仙女座大星云接受到以光速传递的信息,再复制出我的拷贝,也是230万年之后的事情了,那么何以未来和现在能同时“并在”呢?信息传递的光速极限是“天鹅皆白”,目前至少找到了量子纠缠态这一只黑天鹅,处于量子纠缠态的粒子无论距离多远,彼此间的信息传递都不需要时间。

空间是能量海,是能量的最基础等级,故空间只有向上的能级跃迁。根据派格斯路灯喻,当空间的基本单元(路灯)向上能量跃迁的时候,粒子出现。我们现在还不知道粒子何以必须有寿命和必须在生存过程中永不停歇地运动。但是粒子从一诞生就必然具备时间性和运动性。

一个光子在空间里以每秒30万公里的速度前进,这个过程并没有发生能级改变,何以称为跃迁?但是如果根据路灯喻,那么就没有光子的所谓传播,只有一条直线上无数路灯的次第明灭,每一次明灭都是一次能量跃迁的过程。这样,运动的本质就好理解了,而附丽于运动的所谓时间也就好理解了,其本质就是能量跃迁的次数。粒子跃迁的最小间隔就是时间的最小组元。运动既然是量子起伏的形式,那么可以想象,一个光子通过量子起伏“跃迁”前进,在空间最小单位上跃迁一次所花的时间,便是时间的组元。

根据以上分析,可得结论如下:

如果一件事是必然的,那么我们可以认为,在这件事发生之前,它就注定要发生了。如果一件事是偶然的,那么就如同掷筛子一样,它就纯依靠一种或许可以称之为运气或概率的东西发生的,它之所以发生就是因为碰运气。

然而,若此无误的话,在整个过程中,人的意识又能起到什么作用?

三、薛定谔的猫

薛定谔的猫是一个很有名的假设:

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。

量子物理学与哲学,量子物理解释的哲学困境

在这个故事里,“不确定”的衰变-检测器-毒药-猫的生死构成一条因果链。其中衰变的可能性是50%,根据量子力学,这是一个随机量,是不受控制的,它发生衰变或者不发生衰变不需要任何原因。也就是这只猫死亡或者不死亡,是不需要原因的,它死亡或者不死亡也不能预测,只能知道她有一半概率会死,一半概率不死。

这是量子力学否认决定论的一个通俗化的解

四:不确定性原理对宇宙的影响:

我们的宇宙分富多彩,有行星、恒星,星云,尘埃。及其组成的各种各样的星系及星系间的空间。总而言之,宇宙在小尺度上质量分布并不均匀,但是宇宙微波背景辐射在各个方向上相同,表示宇宙在大尺度上均匀。

总所周知,宇宙起源与一次奇点的爆发,从没有体积膨胀到现在的至少135亿光年,如果按照经典力学,宇宙应该是完全均匀的分布着物质和能量,不会出现任何一个局部不均匀的现象。但事实上宇宙的确是局部不均匀的才构成了我们这个世界。

量子力学坐了如下解释。宇宙大爆炸后的暴涨中,由于单个粒子的状态不能确定总会有一定量的粒子会不守规矩的乱跑,乱跑的粒子造成了局部上质量的微小不均匀【这就是量子起伏】,导致引力的部均一,密度大的地方吸引的物质越来越多,密度小的地方越来越空,最终形成了各种各样的星系。而星系内部也由于 量子起伏,形成了第一代恒星和星际空间。

五、不确定性原理作用于意识

人类的意识是十分复杂的。他是生物经过几十亿年进化形成的最终结果,其高级和复杂程度在于其包含了一部宇宙全息史。在这信息化不断发达、计算机应用不断完善的时代,我以为人类依然是无法创造真正的人工智能,一是因为意识的电化学复杂程度难以为人类所实现【宇宙全息史的不可还原性】,二是细胞微结构达到了量子尺度,受到不确定性原理操控,而人类制造的原件,是不能达到不确定性原理发挥作用的程度的。

人类接受外界刺激-感知-传达至神经中枢-处理-反应,这构成一个因果链,但是处理这一块,没有宏观到不确定性原理失去作用的程度。因为处理过程是神经元上n多个单个蛋白质的变化,每个蛋白质分子的变化都会影响到处理结果。而蛋白质分子的微结构,显然还不至于宏观到不确定性原理不能发挥作用的程度。而信息的处理也是几道处理工序的前后叠加。由于信息处理受不确定性原理作用,那么每道工序出的结果都有一定的随机性质,综合的结局就是一个人在处理某件事情上,会出现n个结果,但是每个结果都对应一定的几率。

这也就是人类意识本身在参与事物中的作用,人类意识本身就不是“决定论的”,一个人对同一件事情可能会有n种反应,但是最后作出的是哪一种反应,是随机的(但是遵守不确定性原理对应的几率)

附:薛定谔的猫的详谬

这个系统从什么时候开始不再处于两种不同状态的叠加态而成为其中的一种?在打开盒子观察以前,这只猫是死了还是活着抑或半死半活?

根据哥本哈根学派的解释,当观察者未打开盒子之前,猫处于一种“又死又活”的状态,该状态可以用一个波函数来描述,而波函数可由薛定谔方程解出。一旦观察者打开盒子观察,波函数会坍塌,猫呈现在观察者面前的只会是“生”或“死”的状态之一。这导致了对世界客观性和人意识的作用的讨论。 根据多世界理论,当观察者打开盒子的一刻,世界会分裂成多个世界,而观察者只能进入众多的世界其中的一个,而观察结果就因此只有一个,猫是“生”或“死”。而在其他世界里猫的状态会由薛定谔方程决定。其生存的概率越大,猫幸存下来而处于其中的世界的数目就越多。

猫的状态取决于观测者,而观测者为何进入该“世界”,也只是几率问题,所以某种意义上说量子力学是唯心化的。