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量子糾纏,全息, 宇宙和幻象

作者:大江流日月

引子

量子糾纏,全息, 宇宙和幻象

"一花一世界,一沙一天國,君掌盛無邊,刹那含永劫。" , 這是18世紀末、19世紀初的英國詩人威廉·布萊克(Willam Blake)的一首詩裡的幾句. 如果我們把這幾句換成大白話, 基本可以說是部分就是整體,或說部分含有整體的全部資訊. 其意思就和全息理論很接近了. 早在1948年,英國實體學家伽博就提出了全息學原理.其基本要點有二, 其一,描述3維圖景的所有資訊都被編碼到2維膠片上的圖樣上. 在平面(二維)上可以再現三維空間資訊.二是部分含有整體資訊,比如一張照片,裡面有一個人像;如果我們把這照片切成兩半,從任何一 半中我們都能看到原先完整的人像;如果我們再把它撕成許多許多的碎片,我們仍能從每塊小碎片中看到完整的影像。這樣的照片就叫全息照片。雷射的出現, 使全息技術和理論大放異彩.而伽博也于1971年獲得諾貝爾獎.

一 全息與生命

邁克爾·塔爾博特(Michael Talbot)是美國科幻小說作家,早在1991年,他的書《全息宇宙》就是一本暢銷書。他認為,我們的世界,不過是一個巨大的全息圖。在這本書中,他不僅介紹了玻姆全息圖的觀點,也介紹了喬治城和斯坦福大學神經生物學家和生理學家卡爾.普裡布拉姆(Karl Pribram)的全息大腦理論,這源于上世紀二十年代美國心理學家卡爾.萊斯雷(Karl Lashley)的工作,萊斯雷發現,不管老鼠腦部什麼部位被切除,都不會影響老鼠的記憶。這種整體存在于部分的特點,正是全息所具有的,在普裡布拉姆知道了全息攝影的概念後,在上世紀六十年代末,七十年代初逐漸發展出一套大腦的全息理論來解釋這個現象。腦部的全息模型,得到越來越多的支援。

幾乎在同時,中國的張穎清在1973發現了人的 第二掌骨側有一組有序的穴位群,并在後來發現了穴位全息律。後來,根據這些發現,張穎清提出了生物的全息胚胎學說。

越來越多的科學家特别是心理學家,應用全息理論解釋超自然的神秘體驗,瀕死體驗以及預感等等。全息論觀點或規律僅存在于生物過程中嗎?顯然不是。 讓我們去追溯曆史,或許我們可以得到更多的啟發。

二 一樁著名科學公案

人類思想史上,有個非常有趣的現象,同一個思想,有時會被不同的人從不同的途徑幾乎在同時代提出. 在我們回到資訊論前,我們先看一個現代科學的著名公案: 愛因斯坦和波爾的有關量子力學的争論. 愛因斯坦已經婦孺皆知,而另一個現代科學巨匠波爾的名字,實體學界外知道的人也許沒那麼多.波爾是量子論的創立者,也是量子力學的重要創始者之一. 波爾創立的理論實體研究所是二三十年代的公認的世界實體研究中心.玻爾的“互補原理”和海森堡的“測不準關系”構成了哥本哈根學派诠釋量子力學的兩大主要支柱。1927年後,逐漸為大多數實體學家所接受。是以被人們稱為量力學的“正統”解釋。

愛因斯坦和波爾的争論的标志性事件之一是EPR癢缪的提出(1935年). EPR是包括愛因斯坦在内三位作者姓氏首個字母.EPR癢缪核心思想反映在愛因斯坦和波爾争論的兩個個方面,一是局域性,即一切信号或能量,不能以超過光的速度傳遞(這是狹義相對論決定的,也是因果論的實體基礎).二是決定論,也就是愛因斯坦等人認為,如果這個世界存在一個完美的理論,那麼,給定理論所需要的所有初始條件,系統在将來任何一個時間的狀态,都可以被準确的預言。量子力學的幾率解釋是無法接受的,應該存在不被人們認識的變量(或曰隐變量),可以用來描述和準确地預測實體系統的行為,用幾率解釋微觀世界,表明量子力學是不完備的.一句話,"上帝不投榖子".

其實,早在1927年,德布羅意(因提出電子的波動學說獲得諾貝爾獎)就提出了基于定域性假設的隐變量想法, 試圖去除哥本哈根對量子力學的幾率解釋,但是,德布羅意的理論經不起泡利(因提出不相容原理而獲得諾貝爾獎)的诘問,最後德布羅意放棄了這種想法. 到了1952年, 大衛.玻姆 (David Bohm)提出了非定域(non-locality)的隐變量量子力學解釋微觀世界現象. 玻姆理論的最重要兩點是非局域性和決定論。

三 宇宙是個整體,也是流動的

上面提到的大衛.玻姆是美國實體學家,被很多人認為是二十世紀偉大的實體思想家之一.他出生在美國,後來受到五十年代麥卡錫主義的迫害,輾轉巴西,最後定居在英國。

由于受到隐變量思想的影響,另一個重要人物約翰.貝爾(John Bell)于1964年提出了著名的貝爾定理即貝爾不等式.貝爾定理說明,如果一個局域隐變量存在,那麼貝爾不等式就成立.但是,1982年,法國實體學家 Alain Aspect等人實驗證明了貝爾不等式不成立.這個結論是驚人的.通俗點解釋,就是在一定條件下,微觀粒子,如兩個互相糾纏的電子,同時向相反的方向發射後,不管彼此離的有多遠(比如說一光年),一方受影響改變狀态時,另一方也同時改變.由于沒有資訊或能量能超過光速,對這個實驗結果的了解,激發了人們提出了多種理論.其中之一就是玻姆的全息運動的思想(holomovement).

在六十年代,玻姆認識了二在十世紀有巨大影響力的印度哲學家兼宗教人士基督·克裡希那穆提,克裡希那穆提被印度教和佛教徒同時認為是覺悟者,導師.受到克裡希那穆提影響,和玻姆本來對量子世界的了解演變,玻姆逐漸形成了全息運動的概念。

玻姆認為,一切物體,事件,存在,乃至結構是從過程中抽象出來的.萬物在變,一切皆流.這和古希臘哲學家赫拉柯利特的萬物皆流的思想很接近了.也很象中國的易經的思想.玻姆用全息圖(hologram)模型來闡述他的思想,玻姆相信,在量子世界,粒子之間彼此保持聯系,不論他們彼此的距離有多遠,他們是不可分割的,它們的分離是一種幻像.

為了使人們更容易了解他的假設,Bohm給出了下面的形象說明:想象一個水族箱,裡面有一條魚。假設你無法直接看到這個水族箱,你對它的觀測是來自于兩台電視攝影機,一台位于水族箱的正前方,另一台位于側面。當你看着兩台電視顯示器時,你可能會認為在兩個螢幕上的魚是兩個。畢竟,由于攝影機是在不同的角度,所得到的影像也會稍有不同。

但是當你繼續注視這兩條魚時,你會覺察到兩者之間有特定的關聯,動作是同步的。當一條魚轉身時,另一條也會做出互相配合的轉身;當一條面對前方時,另一條會總是面對側方。如果你沒有覺察到整個情況,你可能會做出結論,認為這兩條魚一定是在互相心電感應。但是顯然這并非事實。Bohm想說這正是在Aspect實驗中的次原子粒子的情形。

根據Bohm,次原子粒子之間的超光速連接配接現象(更确切地說是非局域性)其實是在告訴我們,現實有更深的層次是我們沒有觀察到的,一種超過我們空間的更複雜空間,就像那水族箱。而且,他補充,我們會把次原子粒子看成分離的個體,是因為我們隻看到它們部份的現實。如此的粒子不是分離的「部份」,而是一種更深沈與更基本整體的片面,這種整體具有全像攝影的結構。而且由于現實中的一切都是由這些幻影粒子所組成,于是整個宇宙基本上是一個投影,一個全像式的幻象。

因為次原子粒子的表面分離是一種幻象,這表示在現實的更深層次,宇宙中的一切最終都是互相關連的。一切事物都互動貫穿一切事物,而雖然人類的本性是去分類處理宇宙中的種種現象,一切的分類都是必要的假象,而一切的終極本質是一個無破綻的巨網一切存在不過是宇宙過程裡的抽象。

四 宇宙是個幻象

玻姆從量子力學的基礎解釋和量子的整體性出發,經過二十年的思索和研究,得到了與全息論相同或相近的哲學思想來解釋宇宙.玻姆并不孤獨,我們來看看一些其他實體學家得到的結論。作為當代實體學家,很少有人像霍金(S. Hawking)一樣被廣為人知,他的《時間簡史》也是暢銷書,他成了事實上的實體形象大使。霍金是一個将量子力學應用到黑洞理論中的始作俑者。1974年前,實體學家相信,黑洞一旦形成,由于強大的引力,黑洞會吞噬一切接近它的東西。但霍金提出,黑洞也會蒸發(輻射能量),同時損失品質。這種輻射亦稱為“霍金輻射”,這個理論的提出是宇宙學黑洞研究的重大進展。

但1976年,霍金又發表一篇文章,證明黑洞輻射并不含有任何黑洞内部的資訊,在黑洞損失殆盡之後,所有資訊都會丢失。而根據量子力學的定律,資訊是不可能被徹底抹掉的,霍金的說法産生了沖突,這就是著名的“黑洞資訊悖論”。為了解決這個佯謬,荷蘭實體學家(1999年獲得實體諾貝爾獎)傑拉德·特霍夫特(Gerard 't Hooft),于1993年提出了全息原理:他認為,黑洞裡的三維資訊能夠完整地被編碼在黑洞的二維視界上。這與物體的三維圖像編碼在二維的全息圖上并無不同。也就是說,發生在任意時空區域内的事情,都可以等價地解釋發生在該區域邊界上的事情。盡管我們通常認為,物體總是在三維空間中運動,但我們也可以把它們等價地看成是在二維平面上移動動的扁平斑點。

寫到這,我們還要把話題扯開一點。這我們還得從愛因斯坦說起,愛因斯坦創立廣義相對論後,畢其後半生,從事統一引力和電磁力的理論工作.這應該是受牛頓和麥克斯韋的影響,牛頓總結了自伽利略,第谷和開普勒的工作,創立了牛頓力學和萬有引力理論。麥克斯韋集法拉弟等人工作之大成,把電和磁統一在電動力學方程之内,建立了經典的電動力學.但是,愛因斯坦想把電磁力和引力統一在一起的努力,卻撞在牆上了.直到他1955年駕鶴西去,也沒有完成他的目标.也許,這和他開始從事這項工作時(上世紀二十年代),強互相作用和弱互相作用還沒被人們發現有關,或許,這個工作實在是太難了。 

因為自然界有四種基本作用力(目前已發現),除了電磁力和引力,還有強互相作用力(核力)何弱互相作用力.把四種力統一在一個理論架構内,一直是理論實體學家追求的目标之一.孕育于四五十年代,發端于六十年代晚期的超弦理論,經過了所謂兩次革命的起起落落,輾轉反複,最後成了最有希望實作實體學家目标的萬有理論(Theory of everything),即M理論。

特霍夫特的全息思想被另一個實體諾貝爾獎得主薩斯坎德(Leonard Susskind,也是宇宙全息思想的建立者之一)用超弦理論清晰的闡述。特霍夫特和薩斯坎德更推進一步,把全息原理推廣到了整個宇宙。他們解釋道,作為我們觀測到的宇宙,一個整體,同樣有其視界,而宇宙視界另一面的光線是無法到達地球的(在宇宙壽命内)。其他一些弦理論學家也證明,實體規律在五維宇宙中與在四維空間中是一樣的。

當我們用全息原了解釋微觀粒子的非定域特性(所謂糾纏現象)時,是如此簡單。因為我們在我們四維時空裡看到的所謂兩個糾纏粒子,可能是更高維空間的一個實體在我們四維時空裡的投影而已,也就是說,我們看到的不過是幻象。這真應了金剛經中所說的:一切有為法,如夢幻泡影,如露亦如電,應作如是觀。我們的周遭,我們的一切,包括我們自己,都是幻象嗎?

如果我們把我們想象成是思維空間裡的螞蟻,那麼,在高維空間的生物(若有的話),很容易看到我們人類的未來。就像我們可以看到螞蟻爬的路上,未來會有什麼,可能會發生什麼一樣。 

弦論的最初目标是要對真實世界給出一個唯一解釋。但現在,它告訴我們,答案卻是多重宇宙。弦論還在發展,但目前的結果好象有點像佛教裡說的三千大千世界的意思。在漢語裡,東西南北上下為界,過去,現在和未來為世。也就是說,世界就是宇宙的同義詞。如果我們抛開具體的細節不談,三千大千世界,不就是多個并行宇宙的意思嗎?處于隊量子力學的解釋,早在上世紀五十年代,美國實體學家休·埃弗雷特(Hugh Everett)就提出了多重世界理論,曾一度被人們所遺忘,但現在有開始有實體學家重視起來。 

現代實體的思想,與東方古老哲學和宗教思想有很多契合之處。美國伯克利實體學家卡普拉(Fritjof Capra)早在1975年就注意到這一點(他的書:The Tao of Physics -《實體學之道》成了一版再版的暢銷書,國内八十年代就出版了其譯本)。

《華嚴經》說:“佛土生五色莖,一花一世界,一葉一如來“,不知布萊克的詩是不是受到《華嚴經》的影響。這裡,全息的概念也許不完全等同于光學裡的全息概念,但最基本的是高維空間的資訊,完全編碼在低一維的空間裡。這正是特霍夫特全息原理的兩個基本要點之一。

五 科學範式與真理

也許,最令人驚奇的,不僅是東方神秘主義哲學和宗教思想與現代實體學的思想的契合,而是為什麼會有這種契合。現代實體學是經過無數實體學家的幾百年努力,經過無數複雜的實驗,堅深的探讨而得到的結果,古人是通過什麼途徑得到這些思想的呢?

也許,答案早就在那裡,而我們卻視而不見。前面提到的基督·克裡希那穆提就曾說,一個禅修(或超覺靜坐等)的人,他必須既是觀察者,感覺者,思考者,也是實踐者。但我們處于禅修狀态時,我們卻必須忘掉這些,放空思想,我們隻關注禅修本身。當我們注視自己的内心時,我們既是演員,又是觀衆。用量子力學的語言說,就是我們既是觀測者,也是被觀測者,無法絕對分割。但這樣的方式,顯然不屬于現代科學認可的方式,也就是說不屬于現代科學的範式。 

科學哲學家庫恩(Thomas Samuel Kuhn)在上世紀六十年代所著的《科學革命的結構》一書中,提出了科學研究與革命的範式理論。庫恩發展了波普爾的證僞理論。

庫恩的範式概念對心理學影響很大。也許,現代心理學的研究,很難百分百地沿用傳統的數理或化學的科學的研究方法有關。當一個心理學家對一個研究對象進行催眠時,被催眠的對象恐怕不能算個純粹的客觀對象。如果通過禅修得到的實像或真理或曰般若智慧,恐怕也很難僅通過語言去領悟。是以,對一些傳統文化的了解,僅從字面上的意義去思考,未必準确或正确。這正應了老子那句話:道可道,非常道。佛曰:不可說,一說便是錯。語言,能表述的也許至多是領悟真理的法門,而無法描述真理本身。是以,當我們看到人們對傳統的文化(如莊子,老子)進行從字面上解說評論時,我個人認為就要小心。

對于這個世界,我們通過嚴謹的數理邏輯,嚴密的可重複的實驗,得到的尚且是如此多争議的科學理論。問題是,如果我們通過禅修或類似的方法,自認證悟了真理,又怎麼知道證悟的,一定是真理呢?證悟者也許知道,也許不知道。也許真理本質上也是幻象,我們最多隻能處在真理的狀态,而真理或許象量子力學所說的,也是多态的。否則,也許不會有那麼多的宗教紛争,哪怕同在佛教之内。也是以,寬容就變得非常重要。