第36章
宇宙的底部和起始:一切同源、一切关联
理解经典与量子,一个简单的比喻是看电影。微观上电影胶片由单帧照片所组成,每秒钟的一连串的动作,由二十四帧画面叠加而成,这些单个画面间是跳跃的、量子化的,犹如量子世界,一个一个画面依次而出,在人眼中就会被感知为连续的、流畅的经典宏观世界。对人眼而言,每秒多于二十四帧的图像播放就成“活的”连贯的动画,而少于二十四帧就是跳动的“死的”僵硬图片。每秒二十四帧,是人类图像分辨的极限,是区别图像与动画的临界。电影是由一帧一帧的图像出现而在人眼中幻影为连续播放的。如果存在分辨率大于每秒二十四帧的动物,它所看到的人类的电影,和我们的世界是什么样的?
经典世界通过获取能量,以最低的能量消耗而越过能垒;量子世界可以打通隧道而实现量子隧穿。
宇宙由无生有,大爆炸始于量子波动,最初只有基本粒子,量子力学的规律已经显现,不断膨胀,当宏观物体成型并出现后,牛顿力学规律正式登场。有趣的是,与自然进程相反,人们认知上首先发现经典力学,后来才发现量子力学,经典恰恰早于量子。
就像干细胞与功能细胞的关系一样,这世界可能存在“干时空”与“功能时空”的关系。宏观世界,表象各异分型,规律不同,信息孤立,只在哲学层次有些联系。微观世界是全息的,包含成为宏观的所有可能信息,完全互通,成为什么宏观表象,取决于外界条件,如元素的生成与核聚变,基因遗传与蛋白质表达。
如果想象一下人的孕育和生成,就很容易明白宇宙的生成及分化,以及微观与宏观。每个人都是一个宇宙,人作为受精卵,先生成干细胞。干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,具有朝不同方向分化成各类功能细胞的可能性。具体如何分化取决于基因和外在条件的相互作用。分化后,功能细胞逐渐生成组织和器官细胞,如手、眼、鼻等。要使得手、眼、鼻等器官细胞回复到干细胞不是没有可能,但需要特别的生物或者化学技术,诱导回到起始状态,如利用人体皮肤细胞造出肝脏干细胞等。
与细胞起始一样,宇宙初始时,一切是相通的,而现时宇宙是相互分叉、区别不同的。在宏观和微观的交界区域,思维需要在经典牛顿与现代量子间的相互转化。对宏观而言,部分之和几乎等于整体,对微观而言,部分之和根本不等于整体。
微观到宏观,量子到经典,人们的视野逐级放大,细节逐渐模糊,如从杂环到基因,基因到细胞到生物及人,最后到家庭到团体甚至社会。又如从基本粒子到氢,经氢到各种元素包括重金属,到矿藏和山水。浩瀚的宇宙和星体的运行,裸目所及的宏观物体的行为,无疑早已证明经典力学的正确性。细小的极微世界,电子等的运行,裸目不可及的微观物体的行为,无疑已经证明了量子力学的正确性。
没有量子理论,就没有芯片、计算机、网络。信息与思维的变化,都发生和起源于极微观的世界,它具有跳跃性、不确定性。量子纠缠的实验证实,宇宙是个不可分割的整体。量子纠缠一旦发生,这种关系就会得以保持,微观粒子能够不受时空限制地“认识”和“记住”这种“默契关系”,是牛顿经典思维所无法理解的。微观粒子的特征和人的意识有相似之处。
在经典牛顿世界观里,人是被动的,有点宿命论,只能服从、适应自然界规律。在现代量子世界观里,你的观察,你的操作,你的生命活动本身,都可能在改变着事物规律与结果,在一定的意义上,人对这些相当程度地起着引导作用。由此可见,在这两种思维中,观察者或者人的位置和所发挥的作用是不同的。
在人际关系中,对同样的信息,不同经历的人拥有不同的理解。人与人之间的判断评价,常常因人而异,取决于他们的相互关系,不再具有确定性,不存在完全排除观察者影响的客观性。其特点与量子世界的规律多么相似!
如果说身体运动可以用经典力学去解析预测的话,那么人的头脑思维,如人的多面性、评价差异性、意识的独特性,只能用量子理论去理解。2014年起,就有人用量子概率成功研究预测人类的行为。
我们处在宏观与微观并存的世界里,处在工业文明向信息文明、甚至人工智能时代转化的过程中。具体经典力学与量子力学谁起主导作用,要看对象和问题的性质。被经典力学操控的人,常常对一切进行机械理性的推理,惯性外延,推导出许多偏见和谬误。而滥用量子论的人们,又会将事物间的相互联系进行无限制的夸大。
人类可见的世界,尺度从大到小,依次由分子、原子、电子云等所组成。人们所能看到的、触摸到的一切物质,其表面均由电子云构成。“触觉”就是以皮肤表面电子“触摸”他物的电子,因为电子带负电而电场力同性相斥,实际没有触摸到任何东西,仅仅是主体有触碰的感受。需要说明的是,这时的电子或电子云,都是被宏观平均化的。因为电子绕原子核运转如此之快,几乎随机快速出现在原子核周围的任何一处,故像云一样悬浮在原子核外面,以至于原子看上去是一个完整的球。如此,原子可以看成是每秒万帧的电影,渺小的原子,让我们看到连续的物质表面。也可以说,这个世界其实是由无数的电子,以每秒亿帧的频率闪动而成的“电影”。
原子与原子核,相当于足球场与黄豆的比例,电子则是场边的一粒沙子。如果某个生命的视觉是每秒兆帧,那么,它看到的原子表面就是“镂空”的,它所看到的人类世界也就是“镂空”的。原子只是缓慢运动点,人类世界空空荡荡,仅有星星点点。没有电性的X光射线能透过皮肉看骨头,因为皮肉松散,而骨头组织密集且含吸光的矿物质。如果没有骨头,或者几乎没有光线的吸收,这样的生命体就是人类不可见的。
经典与量子的关联还表现在许多方面,如,产生法拉第波时,在液面表面硅油液滴弹跳行为就符合量子力学。
2016年7月11日加利福尼亚大学圣芭芭拉分校尼尔发表在《自然·物理》杂志上的一篇论文,发现量子纠缠态和经典混乱度之间存在联系,经典力学和量子力学的最终融合,说不定就会从这么一点契机开始。