《量子心智與社會科學》簡介之二—火車去哪裡了?與「量子非子」

請閉起眼睛,冥想以下的場景:阿里山鐵路將進入樟腦寮車站時,分成A、B兩叉,離站後又復合。假設火車都是自動駕駛,且隨機選擇A或B軌道。如果你站在復合處觀察,理當觀察到火車從AB過來的機會都是一半一半。現在,你在A軌道某個地方設立路障,但等到火車已經通過轉轍器(你以為)確定會走哪一個軌道後才放下路障,而為了(後面將提到的理由)某些理論嚴謹性,你在分叉的軌道架上布幕,因此你看不到過程,只能觀察到結果。你會以為選擇B軌道的火車順利通過,駛向獨立山站(50%),而選擇A軌道的火車將被迫停在路障前面(50%)。但令你驚訝的是,所有的火車都經由B軌道過去了,A軌道一輛也沒有。(強調:路障是在火車通過轉轍器之後才放下的,當火車通過轉轍器決定走A軌道時,應該不知前面的路障,而且火車除退回去重開之外不可能變換軌道)。更令你驚訝的是,如果你把布幕撤掉之後,火車就乖乖按照你的預期,一半走B軌道通過了,一半被擋在路障前。

上述的現象是否詭異?但這就是量子物理學所知道的微觀世界粒子的行為。他會「分身」:一列火車好像既在A軌道,也在B軌道;它會「隱身」:在發現A軌道不通時,A軌道上的火車憑空消失,只剩下B軌道的火車順利通過。它會「害羞」:當你因為有布幕無法觀察它時,它會調皮搗蛋,但當你看得到它時,它卻規規矩矩按照你的預期該走就走,該停就停。

量子力學發展至今,已經有許多實驗來證實理論的臆測,而且因為結論太不可思議,所以類似的實驗一再重複,以求沒有漏洞。在Wendt這本書裡面,作者把這些實驗歸納成三組:「雙縫實驗(Two-slit experiments, TSEs), 「貝爾不等式檢定(Tests of the Bell inequality, BITs),以及「延遲決定實驗(Delay-choice experiments, DCEs)(pp.43~57)TSEs確定了這些被當作物質的粒子既是粒子,也是波動,這原本就在預料中,並不稀奇,稀奇的是,當一次只容許一個(例如)光子過來,它好像會分身,既從第一個縫通過,也從第二個縫通過,通過之後竟然自己跟自己產生干涉(觀察到干涉圖紋)。而且當你刻意去觀察這些粒子是如何搗蛋的,,它們就不再搗蛋,而是規規矩矩展現粒子的特性。BITs則是用學過機率的人就看得懂的機率不等式驗證「近接實有論(Local Realism)(詳後)在量子世界並不成立,也就是這些粒子真的「在調皮搗蛋」。DCEs則提示:研究者現在的觀察或測量行為會改變這些粒子過去的決策,也就是時間不再是單一方向,而是會倒流。

必須要說明的是,本文開始虛擬的火車場景只是方便說明而已,量子現象僅在微觀世界可被觀察到,也就是原子以下(Sub-atomic)的粒子(晚近的研究發現某些分子量不是很大的分子也有量子現象),在宏觀世界中無法觀察到。

這些量子現象都顛覆了傳統物理學的世界觀,但我認為殺傷力最大的在於傳統世界觀的「近接實有論」遭到否定。先說「實有論」。最容易了解實有論的方式,就是把它當作佛學「緣起性空」的對立面。緣起性空表示一切都因緣聚而生,緣散而滅,並無任何實存不變的東西在那裏,而實有論則主張有不變的實體在那裡,不因研究者的研究、觀察行為而改變。再說「近接」(這個簡單的英文字Local還真難翻譯)。近接性指的是,一個能產生影響力的因素,必定是存在於被影響事物周遭,或如果兩者有段距離的話,其發揮影響力的速度不能超過光速(即心電感應之類的事不可能存在)

從實驗中,雖然觀察這些現象,但卻無從得知怎摩會有這些現象,以及這些現象可以告訴我們宇宙本質是什麼。所以就引發諸多的「詮釋」,試圖理出一些道理出來。這些詮釋雖然都有複雜數學模型為依據,但有些極為不可思議,簡直可以說是「用更詭異的說法來說明已經很詭異的現象」,例如所謂的「多重宇宙詮釋」(Many-Worlds Interpretation (MWI))。這個詮釋認為,波函數所包括的各種可能性,分別存在不同的平行世界裡,我們這個世界所觀察到的,就是相應於我們這個世界的那個可能性。而且,凡你改變一個念頭,就分裂出一個新的宇宙來容納你的新的意念。一般受過基本科學教育的大眾可能會嗤之以鼻,但仍然受到不少物理學家的重視。如果讀者有看我稍前貼出來的〈塞斯哲學引言〉,提到如果宇宙的本質是波,則在我們所以為的同一空間中,可以容納理論上無限多個世界,則這個MWI也就沒有那麼不可思議。

比較廣為大家接受的,是由波爾(Niels Bohr)與海森堡(Werner Heisenberg)領軍的所謂「哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation)」,一般對量子論的理解大多是以這個詮釋為基礎。這個詮釋認為在量子世界,本來就是具有波粒雙相姓,而且這二相互為真實的兩面,但卻不會同時發生,此稱為「互補性(complementarity)」,Wendt書中「互相排斥,又彼此需要(Mutually exclusive but jointly necessary)」一詞我覺得完美闡釋互補性。同時,這個詮釋也提出在觀察或測量之前,量子呈現疊加狀況(Superposition),此稱量子諧和狀態(Quantum coherence),只有在被觀察時,這疊加狀況才消失,而產生特定的結果,稱為量子去諧和狀態(Quantum decoherence)。這樣的詮釋說等於沒說,避開如何與為何的問題。海森堡提出的後來成為量子研究重要基礎的「不確定性原理(Principle of uncertainty)」也一樣只描述現象,而無解釋現象。總的說起來,哥本哈根詮釋,只是知識論的解釋,而非本體論的解釋。

由於本系列文章的原始用意是在使塞斯哲學比較容易被接受,所以必須提到塞斯哲學在這些詮釋中找到的「好友」:「心識論詮釋(Idealistic Interpretation)」。這類的詮釋在於引進了心智(mind) 及意識(Consciousness)的角色。其實在哥本哈根詮釋中,已經提到觀察者或觀察儀器的意識角色對觀察結果的影響,但因為哥本哈根詮釋基本上只是描述實驗的結果,對那些無法解釋的部分基本上存而不論(Epoché or bracket),所以在後來才有人比較具體發揮這種取向的詮釋。這樣的取向,又有兩型:如果是觀察者或觀察儀器的意識造成結果的不同,稱為「外生型(Exogenous)心識論」;如果被觀察的對象的意識跟外生因素共同變更結果,則是「內生型(Endogenous)心識論」。後者因為推定意識不但存在觀察人身上,也往上推及整個環境乃至於天地宇宙,往下則一直推到分子原子乃至於任何次原子粒子均具有意識。後者也衍生成Wendt這本書主要的分析課題:「泛心靈論(Panpsychism)」。這就是塞斯講義中一再提示的:宇宙有識、人有識、動物有識、植物有識、木石礦物也有識。關於量子糾纏(Quantum entanglement),心識論的解釋是:一隊相互糾纏的粒子,其實是在同一個波函數上面,而這波函數具有靈性,會引導(Guide)這一對粒子表現出有協調性的行為。這樣波函數也有靈性的說法,正好呼應塞斯所說的:颱風、洪水、地震等事件也都有靈性,這些「巨型事件(Mass events)」既因與人類的意識交感而發生,也自有節制自己的能力。見塞斯講義「個人與巨型事件的本質(The Individual and the Nature of Mass Events)」。

量子實驗的結果大家都已經「眼見為實」,沒有異議,但對這些事實會有這麼多的不同的詮釋,且這些詮釋在本體論的層次上又各有迥然不同的立場,或許表示到目前為止,量子力學真的還不完備。讀者不妨想像量子精靈化身為一個慧黠的小男孩,對著你笑,說:「你可以讓你知道(Know) 我做了甚麼事,但不讓你瞭解 (Understand)我怎麼做的,更不讓你領會 (Comprehend)我存在宇宙間究竟是怎麼一回事。」

在離開本文之前,我想對「量子」或其英文Quantum 這兩詞做些說明。英文quantum的意思是「一份一份特定量的東西」。沒錯,一份一份(離散)的數量(光子或電子的能量)是量子最初被記錄的現象,這樣的發現已經衝擊了傳統宇宙觀凡事都應該可以用連續數字來衡量的觀念。但很快的,量子的研究已經發現遠比這詞所要表達的更詭異、也可能更基本的現象,已經不是Quantum這個詞所能函攝。中文「量子」因為有個「子」字,容易跟電子、質子、中子等被認為是一些「東西」,但事實上「量子」非「子」,而是一種現象,或那些「子」表現出來的行為。或許是這門學問發展太快,以至於一下子就進入非言語所能名狀的境界,所以不甚貼切的名詞也就任其自然了。

量子物理學提供的知識,已經帶來潛力無限的產業例如量子計算、量子加密等,對人類的貢獻雖尚待實現,但可能超乎想像。不過如果以「究天人之際、通古今之變、成一家之言」的標準來看,作為對宇宙的本質所能增進的瞭解,量子力學可能還有許多的路要走,或者會被更具本體論意義的其他典範 (Paradigm)所取代也未可知。也就是,如果那個量子小男孩太過於古怪精靈,或許很快就會失寵,迫使人類去尋求更好理解的替代性理論。我們這些外行人不妨耐心看下去。

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *