量子理論與思維研究

(2015-11-05 15:51:22)標籤：文化分類：博文乍一看，量子理論和思維理論相距較遠：一個是反映微觀物質世界的物理學理論；另一個是研究人類把握世界的工具的綜合性學科理論。實則不然。且不論任何理論也包括量子理論在內，都是思維的結果；還包括兩個理論在其核心方面，擁有相當的共同點。量子力學產生於十九世紀末至二十世紀初，當時經典力學理論雖居於統治地位，但其在描述微觀系統時，卻愈發顯得力不從心。量子力學的問世，將物理學引入新的境界，產生了一批新的理論。特別是將不確定性理論引入微觀系統，改變了經典力學理論的確定性、決定論的一統天下；與相對論一起，構成了現代物理學的兩大理論支柱。量子一詞來自拉丁語，意為「多少」，代表「相當數量的某事」。量子力學認為：在微觀領域中，某些物理量的變化是以最小的單位不是連續而呈跳躍式進行，這個最小的基本單位叫做量子。也有的將量子表述為：一個物理量如果為最小單元且不可連續分割，這個物理量便是量子化的，這個最小的單元被稱為量子。1900年，德國物理學家馬克斯.普朗克提出輻射量子假說，認為「能量子」（量子）是能量的最小單元，像原子作為一切物質的構成單元一樣，後來，這一天被認為是量子理論的誕生日。幾年後，德國物理學家阿爾伯特.愛因斯坦引進光量子（光子）的概念，給出光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關係，提出光同時具有波動和粒子的性質，即光的「波粒二象性」。法國物理學家路易.德布羅意對光的粒子性問題做了逆向思考，提出「物質波」的假說，認為一切物質都和光一樣，都具有波粒二象性。1926年，德國物理學家馬克斯.玻恩提出概率波理論，以解決光和微觀粒子的波粒二象性統一的問題。「波粒二象性」的提出，實際上涉及了量子力學的測不準關係，因為粒子的位置和動量是不能同時有確定值的，由此也引出了解決光和微觀粒子「波粒二象性」統一的概率波問題。量子力學研究了狀態函數，認為：一個物理體系的狀態由狀態函數表示，狀態函數的任意線性疊加所代表的是體系的一種可能狀態。狀態隨時間的變化遵循一個線性微分方程，該方程預言體系的行為；物理量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示；測量的可能取值由該算符的本徵方程決定，測量的期望值由一個包含該算符的積分方程計算。量子力學還研究了微觀體系狀態，認為：體系的狀態為兩種變化：一種是體系的狀態按運動方程演進，這是可逆的變化：另一種是測量改變體系狀態的不可逆變化。因此，量子力學對決定狀態的物理量不能給出確定的預言，只能給出物理量取值的幾率。從這個意義上說來，經典物理學的因果律不適合微觀領域。量子力學提出了不確定性原理，也稱測不準原理，是指測量物理量的不確定性。該原理認為：兩個不對易算符所表示的力學量，如坐標和動量，時間和能量等，不可能同時具有確定的測量值。其中的一個測得越準確，另一個就測得越不準確。量子理論認為：由於測量過程對微觀粒子行為的「干擾」，致使測量順序具有不可交換性，這是微觀現象的一個基本規律。實際上，像粒子的坐標和動量這樣的物理量，並不是本來就存在而是等待測量的信息。測量不是一個簡單的「反映」過程，而是一個「變革」過釋，測量值取決於測量方式，正是測量方式的互斥性導致了測不準關係。奧地利物理學家埃爾溫.薛定諤從這種不確定性出發，假設了一個著名實驗，人稱「.薛定諤之貓」。該假設說，「把一隻貓放進一個不透明的盒子里，然後把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置上。設想這個放射性原子核在一個小時內有50％的可能性發生衰變。如果發生衰變，則會發射出一個粒子，而這個粒子將會觸發實驗裝器，打開裝有毒氣的容器，從而殺死這隻貓。根據量子力學，在未進行觀察時，這個原子核處於已衰變和未衰變的疊加態，但如果在一個小時後把盒子打開，實驗者看到的只能或是『衰變的原子核和死貓』，或是『末衰變的原子核和活貓』兩種情況」。這個假設的「殘酷實驗」，其巧妙之處在於：通過「檢測器一一原子一一毒藥瓶」這條因果鏈，似乎將鈾原子的「衰變和未衰變疊加態」，與貓的「死一一活疊加態」聯繫在一起，使量子力學的微觀不確定性變為宏觀不確定性：微觀的混沌變為宏觀的荒謬——貓要麼死了，要麼活著，兩者必居其一，不可能同時既死又活！難怪英國著名科學家霍金聽到薛定諤貓佯謬時說：「我去拿槍來把貓打死」。量子力學理論經歷了從產生、發展到完善的過程；這一過程也是一條從模糊、糾結到逐漸清晰的軌跡。而含於這一過程之中，或者說支撐這一軌跡的，則有一種強大且一以貫之的因素：對不確定性存在的探求、思考、確認。無論是舊量子力學的「波粒二象性」還是「物質波」假說，抑或概率波理論；無論是量子力學的狀態函數還是微觀體系狀態；也無論是不確定性原理的提出還是有些許驚悚的「薛定諤之貓」，其實都在「微觀領域不確定性存在」中跨越了經典力學的窼臼。當經典力學力圖以確定性和決定性來面對微觀領域的問題時，量子理論則用可能性和統計數據來回答；當傳統物理學精確地告訴星系的運行軌道時，量子理論則讓人們就原子中電子的位置進行賭博，以致阿爾伯特.愛因斯坦在爭論中都說出了「上帝不擲骰子」的話。當然，愛因斯坦的話是錯的。量子力學對不確定性存在的探求、思考、確認，之于思維科學的研究，可以說大有裨益。筆者因之而思考了兩個問題：人的思維何以能夠發現並確認微觀領域這種不確定性存在？換言之，思維中的何種特質將微觀領域不確定性存在變成了思維可以把握的東西？說起來，不確定性的存在，是很難把握的。因為按照簡單的推論，對不確定性存在的把握，結果應當還是不確定性。可是若如此，量子力學將何以問世？又何以造福於人類呢？看來，不能做這種簡單的推論，而應當複雜些、深刻些。以是假定：思維中一定存在某種特質，能夠容忍這種不確定性存在，並在這種不確定性存在中找出某種確定性存在，從而實現對這種不確定性存在的把握。承接這一問題而來的是：這種不確定性存在與思維是什麼關係？如果承認思維中存在某種能夠容忍不確定性存在，並在不確定性存在中找出某種確定性存在的特質，那麼，這種特質與量子力學的不確定性存在是否有關聯？思維的某種特質，是否也存在不確定性？上述兩個問題，其實已涉及了思維的界定問題。而循著這些問題，則可以向與思維界定相關的問題靠攏，而這正是量子力學軌跡給思維研究帶來啟示的結果。而由量子力學軌跡的啟示向思維界定的靠攏，可從三個方面進行：一是確認思維具有發現微觀世界不確定性存在的能力；同時具有容忍發現微觀世界不確定性存在的能力。否則，不會有量子力學從科學家的思維中問世。二是這些科學家們的思維，是從確定性出發來對待量子力學的不確定性的，他們是在力圖將不確定性納入到確定性中來。同時又儘可能將不確定性降至最低，也就是在最低的不確定性中把握量子力學理論。於是，才有量子力學問世並為人所用。三是科學家們的思維所追求的最低的不確定性，本身就存在不確定性。這是思維不確定性存在與量子力學不確定性存在的關聯之處，也是某種相通之處。當然，思維中不確定性存在，主要表現為思維對象在激活、連接時選擇的多樣性；而不是量子力學中測量物理量的不確定性。筆者的研究認為：人類的思維，是人類用以溝通主體客體關係、實現對主體和客體以精確為輔、近似為主把握的工具。這一界定表明：思維是工具；是把握主體和客體的工具；而作為工具所實現的，是精確為輔、近似為主的。具體說來：在人的思維中，精確、精準、確定是少量的；而大量的則是通過思維而接近精確、精準、確定。
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