存在還是演化──科學的困境

存在還是演化──科學的困境這裡所謂的演化有兩個方面的含義：第一，宇宙中的運動和變化是不可逆過程，是時間不對稱的，過去和未來是有區別的，也就是說存在著時間箭頭；第二，未來是開放的，它受制於機遇和概率，即我們的宇宙不可能是決定論的。應予說明的是，時間可逆性與決定論並非彼此關聯，它們是互相獨立的。在邏輯上也允許存在這樣的理論，它是時間可逆的，但不是決定論的，或者它是決定論的，但不是時間可逆的。 我們所處的世界是演化著的，它既不是時間可逆的，也不是決定論的，這是大多數人的共識，它符合我們的日常經驗，也受到熱力學第二定律的支持。但非常不可思議的是，這卻不是科學家們的共識。從經典的牛頓力學、廣義相對論，直至現代量子物理學，所有這些基本的物理學理論都描述一個時間可逆的、服從決定論的存在著的宇宙，而不是一個演化著的宇宙。雖然熱力學描述一個符合我們日常經驗的演化的宇宙，但熱力學理論屬於宏觀定律，它不夠「基本」，一些科學家甚至因而認為熱力學理論可能只是我們的「幻覺」。 這是我們現有科學規律體系的最大缺陷。 一、科學理論與時間可逆性春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 什麼叫時間可逆性？這可以通過如下的例子來說明。 設想有一個球體，比如鉛球，我們以一定的初始速度v將它豎直拋向空中，並用攝像機錄製它的上運行過程。我們來看錄像，可以看到，在重力的作用下，鉛球從速度v開始上升，然後速度逐步減小，到達頂點時速度為零。現在我們將錄像帶倒過來放，結果我們看到，鉛球的運動現在變成了自由落體運動，從速度為零開始，最後回到手中時速度變成了v。在這裡，無論錄像帶順放還是倒放，鉛球的運動規律都嚴格遵守動力學定律，都符合我們的日常經驗，沒有什麼意外的事情發生。所以在觀看錄像時，我們無法區分錄像帶是順著放的還是反著放的，因為它們都符合科學定律，都是在自然界可能發生的合理現象。事件可以順著發生，也可以倒過來發生，事件的原因和結果可以相互顛倒，這就叫時間可逆性。 然而在上面的例子中，我們實際上忽略了空氣阻力的影響，所以才得出時間可逆的結論。現在我們將鉛球換成氣球，這時候空氣阻力就不可忽略了。我們看到，在順放錄像帶時，由於空氣阻力的作用，氣球的速度衰減得很快，這是我們預料中的事情。但在倒放時，奇怪的事情發生了，氣球倏忽之間就降落到手中，它自由下落的速度太快了，而且接球者的「接球動作」也異常誇張地費力，這時候空氣起到的不再是阻力作用而是推力作用！這完全不同於我們的日常經驗，不符合自然規律，自然界是不應該發生這樣的事情的。所以考慮到空氣阻力，我們就能夠區分錄像帶是順著放還是倒著放的了。有了空氣阻力，氣球的運動事件就不再可以顛倒過來發生，即球體的運動不再是時間可逆的了。春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 類似空氣阻力這樣的不可逆過程總是存在的，而徹底的、純粹的可逆過程在自然界是不存在的，這就是熱力學第二定律。從熱力學第二定律出發，我們看到的是一個不可逆的宇宙，在這樣的宇宙里，過去和未來扮演著完全不同的角色。 但奇怪的是，那些最「基本」的科學定律卻不這麼認為，牛頓第二定律、愛因斯坦的廣義相對論，甚至現代量子力學都在訴說同一件事：世界是時間可逆的。按照這些「基本」的科學定律，打碎的杯子碎片能夠自動集中起來形成一個完整的杯子，屋子裡的空氣可能突然擠到一個角落裡去，倒塌的房子也可以自動重新豎起來。物理學基本定律，不管是力學的，電磁學的，還是關於核力的，它們都不禁止這樣的事情發生。如果這樣的事情發生了，理智的人們會毫不猶豫斷定它是魔術而不是現實，但科學定律卻說：那也完全可能是真實的。時間之矢被排除於科學之外，這實在令人困惑。 已有的科學定律之所以並不區別過去和未來，原因在於這些科學定律都是時間對稱的。從牛頓力學到相對論、量子力學，物理學基本定律都是守恆律，都是時間對稱的，即無論t還是–t代入公式，物理學定律不變。春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 經典動力學定律是時間可逆的。牛頓定律將力與加速度聯繫在一起，加速度是位置對時間的二階導數，當我們用–t取代t代入公式，由於負負得正，牛頓方程不會發生改變，所以牛頓定律不區分時間方向。同樣，愛因斯坦的廣義相對論將時間空間化，時間和空間的三個維度統一成一個四維的時空，這個四維的坐標系可以任意變換，而引力是物質質量導致時空彎曲的後果。廣義相對論對四維坐標系的每一個坐標軸都是對稱的，當然它也就是時間對稱的。所以廣義相對論同樣不能區分過去和未來，從而也不能為我們提供時間箭頭。 對一個服從牛頓定律（或其他時間對稱的定律）的熱力學過程而言，以－t取代t代入公式就意味著將所有分子的速度符號都顛倒過來（速度反演），這樣系統就進入了它自己的「過去」。描述一個系統的熱力學過程，如果熵在速度反演之前是不斷增加的，那麼它在走向「過去」的過程中依然應該是熵增的，這意味著系統有一個在正常時間流中的熵減過程，於是熵減的過程也應該成為現實中的常見現象。這是洛施密特（Joseph Loschmidt）的速度反演佯謬，說明時間對稱的經典動力學定律將「允許」系統違反熱力學第二定律。換言之，對一個服從牛頓定律或者任何其他可逆理論的孤立系統，從一個給定的熵值狀態，我們可以指望熵從該給定的狀態在時間的過去和未來兩個方向上增加。 維也納物理學家玻爾茲曼曾經試圖通過牛頓定律「推導」出熱力學第二定律。1872年，玻爾茲曼發表了著名的H定理。它表明，孤立熱力學系統內粒子的相互碰撞導致粒子群體的速度分布趨於平衡態（這被稱為麥克斯韋—玻爾茲曼分布）。隨著粒子群體趨近平衡態，H函數減小，在平衡態時達到其最小值，這個最小值意味著碰撞不再改變速度的分布。所以，對玻爾茲曼而言，粒子碰撞就是導致系統趨於平衡的機理。 玻爾茲曼的理論和經驗符合得很好。那麼，玻爾茲曼真的從時間可逆的牛頓定律「推導」出了時間不可逆的熱力學第二定律嗎？正如法國著名哲學家、數學家龐加萊（Hedri Poincare）所言，靠時間可逆過程來解釋不可逆性，雖然努力不計其數，但顯然是一個純粹的邏輯錯誤。玻爾茲曼試圖從個體的可逆的動力學軌道描述開始，來理解熱力學第二定律及其所預言的熵的自發增加，這實際上是不可能做到的。很顯然，在玻爾茲曼的理論中，玻爾茲曼一定引入了額外的假定，正是這一假定導入了時間不可逆性。他所引入的假定是：熱力學系統的所有微觀狀態都具有相同的概率（與此類似，美國科學家吉布斯在其系綜理論中亦提出了「遍歷性」假定）。但這一假定是先驗的，沒有任何的微觀動力學依據。 玻爾茲曼的理論在當時遭到了猛烈抨擊，這些批評擊中了要害。玻爾茲曼不得不退縮了，他的嘗試終以失敗告終，憂鬱的他後來悲劇性地選擇了自殺。玻爾茲曼的研究當然不會是毫無意義的，他把熵和概率聯繫在一起，成為世界上第一個給一個基本物理定律一個統計性解釋的人。他的理論至今還在統計熱力學的教科書里講述著。要引入不可逆性就必須引入「概率」這一概念，這是玻爾茲曼理論給予我們的最大啟迪。而概率從哪裡來呢？玻爾茲曼相信是粒子碰撞導致系統趨於平衡，這也就強烈地暗示著：在粒子的相互作用中，一定蘊藏著一套不可以用經典動力學理論解釋的「把戲」，是這套把戲在源源不斷地輸送出概率。 當然，世界的真實狀態不是經典動力學，而是量子力學，而量子力學正是一個講述概率的理論，量子力學能解決問題嗎？很遺憾，即便在量子理論中，時間對稱性依然存在！在量子理論中，微觀粒子以波函數的形式運動，當我們不去觀察它的時候，它以幾率波的形式在整個宇宙瀰漫開來。波函數在物理上對應概率幅，由薛定諤方程描述。薛定諤方程通過概率幅預言事件發生的概率，也就是說，通過薛定諤方程我們可以推算，假如人們某一時刻對一個微觀粒子，比如電子進行觀察（這導致波函數塌變），我們在某個位置將得到一個電子的概率會是多少。和牛頓定律和廣義相對論一樣，薛定諤方程也是時間對稱的，波函數隨時間的演化也沒有方向性，當我們用－t取代t代入薛定諤方程，薛定諤方程保持不變。因此在量子理論中，電子（包括所有的微觀粒子）的運動和演化也沒有時間方向。 也許我們忽略了一個重要的方面，與薛定諤方程相聯繫，量子力學還包含一個奇怪的稱為「波函數塌縮」的理論。雖然這個理論似乎賦予「觀測」以特別重要的主觀意義，但它或許與時間不可逆性有關聯。下面，我們首先來講一講波函數塌縮現象。 在量子理論中，當我們不去觀察的時候，電子以幾率波的形式在整個宇宙演化，它無處不在又無處在。而人們一旦進行觀察，比如在電子前進的方向放一個屏幕，電子有相當大的「可能」會在屏幕上打出一個亮點，於是我們在屏幕上的某個位置將得到一個實在的電子。電子原本只具有可能性，不具有實在性，一旦觀測，它就突然間在屏幕上顯示出一瞬間的實在，這種從無數潛在的結果向單一結果的轉換，就稱為波函數的「約化」或「塌縮」。觀察的結果導致電子的波函數在屏幕上「塌縮」了，看起來，我們的測量行為「迫使」電子按照波函數確定的幾率隨機選擇了一個實在的位置！ 這個理論非常奇異，薛定諤提出一個著名的思想實驗，稱為「薛定諤的貓」，充分說明了量子理論的這種奇異本質。 設想在一個封閉的房子里放有輻射性原子，它可能衰變放出電子，也可能不，在某一規定時間內釋放電子的幾率為50%。房子內另有一瓶毒藥和一隻活貓，當衰變發生時，藥瓶被打破，貓被毒死。在現實生活中，貓有50%的機會被毒死。我們會說，貓可能死了，也可能活著。但量子理論不這麼認為，貓既是死的也是活的，既不是死的也不是活的，它處於一個中間態，一個「冥態」，它的存在方式只能由波函數來描述。而一旦我們進行觀察，這時候彷彿人的「意識」發揮了作用，波函數將塌縮，這時我們得到一隻活貓或死貓。 為什麼處於疊加態的「貓」突然就變成了實在的事物，其波函數突然之間就塌縮成為實際觀察到的單一數值，所有的不確定性突然之間就消失了？是什麼東西在起作用呢？ 量子理論解釋說，我們不能將觀察的主體看成是與客體對象毫無關係的「旁觀者」，因為任何事物都只有結合一個特定的觀測手段，才談得上具體意義，而一旦觀測，必然存在著觀測者對於被觀測物的不可避免的擾動，所以作為主體的人和客體世界必須被理解成一個不可分割的整體。在「薛定諤的貓」思想實驗中，一隻不被觀察的貓沒有一個確定的狀態，而一旦有人觀察，由於任何的觀察必然要對被觀察物產生擾動，於是觀察者必須與被觀察的對象合為一個整體，並依然要用波函數來描述，即觀察者與被觀察對象都不能有確定的狀態，他們作為一個整體處於一個「中間態」。比如張三觀察了「薛定諤的貓」，那麼張三就必須與「薛定諤的貓」一起作為一個整體用波函數進行描述，如果張三將「薛定諤的貓」的死活狀態告訴了李四，那麼李四又被納入這一系統，而且繼續要用波函數來整體描述。這種觀測者之「鏈」將會無永無止境地進行下去，永遠不會終止──這是一個死循環！ 但是，這個觀測者之「鏈」必須有一個終結，這樣我們才能從量子力學的「幽冥世界」走出來，來到我們所熟悉的現實世界。一些物理學家，如諾貝爾獎得主尤金?維格納認為，人類意識的獨特之處在於內省或自我指涉，可以切斷統計配位鏈，報告自己的狀態，從而導致波函數塌縮，這樣觀測者之「鏈」只需到人的意識這裡就「適可而止」。惠勒並推而廣之提出了更為古怪的觀點，他認為：「薛定諤的貓」的死活狀態可以由試驗裝置記錄下來，人們可能數年以後才去觀察試驗的結果，於是數年以後的觀察將決定「薛定諤的貓」當時的死活狀態，決定貓的歷史，決定整個實驗放射性原子的衰變，進而決定整個宇宙的歷史，從而整個宇宙都是人類「觀察」的產物，沒有人類的觀察，甚至就沒有宇宙的歷史。這個理論將意識提高到了一個前所未有的重要地步──意識參與了宇宙的構建！春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 但是，人的意識能使波函數塌縮，那麼貓的意識呢？貓的意識能導致波函數塌縮嗎？智能機器的意識也能使波函數塌縮嗎？無論如何，由人的意識來「承擔」起使波函數塌縮的「重任」，這未免有點「強意識之所難」。於是一些科學家包括尤金?維格納放棄了這樣的說法，轉而認為量子理論證明宇宙中必然存在著某種普遍的宇宙意識，觀測者之「鏈」一直延伸到宇宙意識這裡才終止，是宇宙意識最終使波函數塌縮，從而使我們能得到一個實在的宇宙。這等於把上帝又放回到宇宙之中，仍然令人難以接受。解決「薛定諤的貓」佯謬的另外一個方法稱為「多界理論」，由美國物理學家埃弗里特於1957年提出。這個理論認為，在宇宙的演化過程中，它不斷像道路上的分岔一樣，隨時都在「劈裂」。在一個宇宙中，放射性原子衰變，貓是死的；在另一個宇宙中，放射性原子沒有衰變，貓是活的。多界理論假設所有可能的量子態都是存在的──存在於不同的宇宙中。 哥本哈根解釋與多界理論的本質區別在於，前者認為一切都是不真實的，我們處於一個不真實的世界，後者則認為，一切都是真實的，這種真實性存在於不同的宇宙中。人們可以證明，多界理論與哥本哈根解釋在數學上是完全等價的。但是多界理論一直不怎麼流行，存在無窮多個隨時裂解的平行宇宙的想法雖然不能被排除，但如埃弗里特的導師惠勒所言，「它需要攜帶太重的形而上學行李」，為了小小的一個電子而將整個宇宙拖進來的做法未必明智，於是人們按照奧卡姆剃刀原理將多界理論剔除了。 顯然波函數塌縮理論是生硬的，「貓」的悖論實在是量子力學的致命硬傷。愛因斯坦一生都無法接受哥本哈根派的幾率解釋和波函數塌縮理論，他不承認薛定諤的貓的非真實態之說，認為一定有一個內在的機制組成了事物的真實本性。他的名言是 「上帝不會擲骰子」。他和玻爾進行了長達35年的友好爭論，提出了許多深邃的思想實驗，力圖要駁倒哥本哈根派的主張，他們的爭論一直到愛因斯坦去世才停止。爭論的勝負天平一直是向著玻爾和哥本哈根派傾斜的，因為許多實驗事實支持他們的主張。但愛因斯坦的貢獻在於告訴我們：量子理論是不完備的理論，至少在哲學解釋方面是不能自圓其說的，因而是一個正確的但有著重大缺陷的理論。正如戴維斯（Pani C．Davies）在《新物理學》一書的導論中所述：「量子力學提供了一個非常成功的方法來預言對微觀系統的觀察結果，但當我們問在進行觀察時實際會發生什麼，我們得到一派胡言！」 現在我們回到關於時間對稱性的討論上來。顯然，對單個事件而言，波函數塌縮是不可逆過程，已經塌縮的波函數不可能再復原成原來的波函數，這是不可逆的。但我想要說明：對一個宏觀系統，如果我們將波函數塌縮歸結為「觀測」，那麼量子力學仍不能給我們提供一個不可逆的、熵增的宇宙，不能為我們提供時間箭頭。這可以通過下面的例子來說明。 假設有一個處於非平衡態的封閉熱力學系統，比如一杯溫度不均勻的水，在t=0時刻其狀態用波函數Ψ0來描述，過了一段時間t=t1（假設這時候系統到達平衡態），其相應的波函數演化成Ψ1。如果人們在t=0時刻和t=t1分別觀察並從而使波函數塌縮，熱力學第二定律告訴我們，我們有極大的「可能性」會發現系統從非平衡態走向了平衡態，即杯子里的水溫將從不均勻變得均勻。當然量子理論講述概率，所以這個實驗要進行成千上萬次，直到最後我們才能得出結論：系統在t=t1時刻處於平衡態的機會近乎100%。春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 如果將這個過程反過來看會如何呢？這就如同將錄像帶反過來放映一樣。反過來看的結果會是這樣的： 系統在t=0時刻處於平衡態，對應波函數Ψ1。過了一段時間t=t1，系統演化到一個新的狀態，並對應波函數Ψ0。我們在t=0時刻和t=t1時刻分別觀察並使波函數塌縮，並且將這個實驗做了無數次，最後發現系統波函數塌縮的結果是：系統竟然有近100%的可能性從平衡態走向了非平衡態，杯子里的水溫從均勻變得不均勻了。春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn這樣的情形在現實中當然是不可能發生的。但是，薛定諤方程是時間對稱的，事件發生的概率沒有時間方向性，所以薛定諤方程並不反對事件發生的概率反過來出現。也就是說，量子理論認為，我們通過波函數塌縮所得到的事件概率不應該有一個優勢的時間方向，我們在t=0時刻和t=t1時刻分別進行觀測，系統從無序走向有序或者從有序走向無序都應該是自然界的正常現象，這兩種事件發生的可能性應該各佔一半才是自然界合理的現象！ 所以，包含了波函數塌縮理論的量子理論也許能夠給我們提供一個不可逆的世界，但它不能解釋時間箭頭，不能解釋為什麼事物總會從有序向無序、從非平衡態向平衡態轉化。以為只要在量子力學的正統表述中加上一個觀測者，就引人了時間不可逆性，就能描述一個演化的宇宙，這樣的觀點是大有問題的。 我們看到，科學為我們提供了兩個相互矛盾的自然觀，即以動力學定律為基礎的時間可逆觀點和以熵為基礎的演化觀點。我們不能不問：世界是由微觀粒子組成的，而微觀粒子的運動又是時間可逆的，為什麼由微觀粒子組成的宏觀物體的運動和變化卻都是時間不可逆過程呢？熱力學第二定律到底是從哪裡來的呢？過了這麼多年，這個問題在今天依然沒有令人滿意的答案。 針對這一困難，很多科學家都選擇接受時間可逆的科學「基本」定律而拋棄熱力學，認為熱力學定律導致的時間不可逆性只是幻覺。愛因斯坦常說：「時間是一種錯覺。」玻恩斷言：「不可逆性是無知介入物理學基本定律的後果」（從而熵可以被認為是無知的量度）。霍金在其名著《時間簡史》中寫道：「我們對時間方向的主觀感覺或心理學時間箭頭，是在我們頭腦中由熱力學時間箭頭所決定的。正像一台計算機，我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學定律變成無聊的東西。無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間。你不可能有比這更具勝算的打賭了！」（史蒂芬?霍金著《時間簡史》第189頁，許明賢、吳忠超譯，湖南科學技術出版社）春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 然而，我們自己的生命歷程就是典型的不可逆過程，鶴髮不復青絲，人死不能再生，將不可逆性看成幻覺，就如同將生與死的區別看成幻覺，這多少有點自欺欺人的味道。如果霍金的說法正確，無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間，那麼，為什麼我們將在無序度增加的方向上所測量到的「時間」應用到那些「基本」的科學定律中時，那些「基本」的科學定律卻仍然沒有時間的方向性呢？或者問，為什麼「基本」科學定律不支持我們的幻覺呢？在此，我們同意普利高津在《確定性的終結──時間、混沌與新自然法則》一書中的觀點，為了克服時間可逆性難題，我們需要的不是將熱力學第二定律貶為現象學，相反，我們的動力學理論需要擴展。而且看來，時間可逆性的問題與測量導致波函數塌縮的問題有著密不可分的關係，解決了前者也就解決了後者，解決了後者也同時解決了前者。 二、科學理論與決定論 科學理論不僅描述一個時間可逆的宇宙，也描述一個決定論的宇宙。對於時間可逆性，我們有一個現成的宏觀定律，即熱力學第二定律和它對抗，所以我們知道時間可逆的宇宙一定大有問題。然而決定論與熱力學第二定律並不矛盾，也不與我們所觀測到的一切經驗現象相矛盾，在邏輯上也是自洽完整的。對決定論的否認主要基於信仰而不是經驗事實。現實中確有很多人以一種近乎宗教的形式相信決定論，認為一切都是「命中注定」的，說是「冥冥之中自有天意」。偉大的愛因斯坦基本上就是一個決定論者，他相信「上帝不會擲骰子」，他相信偶然性是錯覺，因而人的自由意志其實也是錯覺，是完全虛幻的。在給印度詩人泰戈爾的信中，愛因斯坦嘲笑那些反對決定論的人：「如果月亮在其環繞地球運行的永恆運動中被賦予自我意識，它就會完全確信，它是按照自己的決定在其軌道上一直運行下去。」（我也認為人沒有什麼真正的自由意志，與愛因斯坦不同的是，愛因斯坦確信決定論，所以自由意志被認為是無知的表象，而我認為自由意志不過是偶然性的表象。）按照愛因斯坦的觀點，骰子的點數看起來是隨機出現的，但其實是一種必然現象，只不過由於我們無知，所以將它看成了偶然現象。 對那些相信決定論的人，我們實在也沒有什麼好的辦法去說服他放棄這樣的觀點。相反，科學定律支持他們。科學定律總是頑固地告訴我們說：世界是被決定著的。這是科學所面臨的第二個困境。 牛頓運動定律具有一種嚴格的因果性結構：在某個時間點上發生的事件，唯一地導致後來某個時刻的結果（後來的結果也可以說成是前面事件的原因，這是時間可逆性）。這非常自然地導致了拉普拉斯決定論。按照牛頓定律，構成宇宙的所有物質粒子在任意瞬間都有一個確定的狀態，我們可以取任意瞬間的宇宙狀態作為其初始條件；而粒子所受到的力則來源於粒子自身。這樣在理論上我們既可以溯言宇宙過去也可以預言宇宙未來的所有狀態，從而宇宙是被決定的。牛頓定律告訴我們這樣的推論：萬事萬物都由宇宙創生的初始條件所決定，所以宇宙在100多億年前大爆炸引爆的瞬間就已經決定，我此時此刻必定會坐在電腦前用鍵盤敲下我眼前的這些文字。 愛因斯坦的廣義相對論是牛頓定律的擴展，但在描述一個決定論的宇宙方面，這兩個理論一模一樣──它們都具有嚴格的、唯一的因果性結構。廣義相對論在描述宇宙的誕生、演變諸方面都取得了驚人的成功。它預言一個動態的宇宙，後來人們證明我們確實處在一個不斷加速膨脹的宇宙之中；它預言宇宙起源於大爆炸，微波輻射背景強有力地支持這一預言。有意思的是，由於廣義相對論對宇宙描述的成功，人們──包括一些偉大的科學家──有時候會忘記廣義相對論畢竟是一個決定論的定律，竟然想入非非地幻想著時間旅行的奇事來。 在廣義相對論中，時間被賦予和空間相同的性質，時間和空間合在一起稱為四維時空。物質會使時空彎曲，這是產生引力的根源。時空的彎曲可能達到這樣的地步，它形成一個閉環。如同在一個環行跑道中，人們跑到終點實際上是回到了起點，在一個閉環時空中，人們在「跑完一圈」以後也會發現自己回到了起點，即回到了過去。這意味著時間旅行似乎確是可能的。於是產生了這樣的問題，人們能夠回到過去改變歷史，例如回到過去將自己的祖父殺死，或者拆散自己父母之間的美滿姻緣，這樣時間旅行者就變成了來歷不明的傢伙，他根本就不應該存在，更不可能產生「回到過去」這樣的行為來！這是典型的反證法，由此導致的悖論叫做時間旅行的「自謀殺佯謬」。春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn 如果仔細考慮到廣義相對論的決定論特點，我們會發現，時間旅行其實是根本不可能存在的，自謀殺佯謬並不是真的佯謬。由於廣義相對論描述一個完全決定的宇宙，因此所謂的「回到」過去其實不是真的回到過去，而是「填充」過去。歷史不會有絲毫的改變，時間旅行者在「歷史」上有什麼樣的思想，採取了什麼樣的行動，他回到過去以後還將具有同樣的思想，採取同樣的行動，不會有絲毫偏差。如果時間旅行者「回到」他祖父的年代，在這個年代時間旅行者並不存在，但組成時間旅行者身體的原子是存在的，這樣這些原子還將按照原來的模樣散落在世界各地，並按照歷史進程一模一樣的方式運動，在恰當的時間和恰當的地點不斷組裝成時間旅行者自己的身體。 甚至，這裡的所謂「填充」也還只是一種形象化的說法，並不表明真有「填充」這種行為存在，也不表明歷史可以一遍又一遍地重來。廣義相對論描述的是一個在時空中「存在」的宇宙，時空閉環的真正意思僅僅是說，物質運動的時空軌跡可以導致該物質的未來和過去首尾相接，它們其實連「填充」都說不上，它們僅僅只是一種「存在」而已。如同在大平原上有一條閉環的鐵軌，鐵軌的每一部分都是固定地存在著的，我們談不上有「填充」或者其他什麼行為，除非鐵軌上運行著一輛火車，這樣我們可以說火車在不斷「填充」鐵軌。廣義相對論把時間空間化，忽略時間維度與忽略一個空間緯度在數學上是完全等價的，因此從廣義相對論所推導出來的一個描述閉環時空的解，就如同大平原上存在的鐵軌，它的每一個部分都是一種固定的存在。如果我們硬要想像這條「鐵軌」上還運行著一輛火車（即存在一個時間旅行者），那麼它就變成不再是廣義相對論所所推導出來的一個協調的解了。也就是說，如果存在一個時間旅行者，則這個時間旅行者一定要納入成為「鐵軌」的一部分，因為這樣才是一個符合廣義相對論的正確的協調解。因此，閉環宇宙的存在不等於時間旅行可以存在，時間旅行其實是根本不可能的。只有當我們用符合日常經驗的演化觀點去理解具有嚴格因果決定律的廣義相對論，這才產生矛盾，才出現所謂「自謀殺佯謬」。這也說明廣義相對論所描述的決定論宇宙與我們日常經驗中的宇宙是矛盾著的，不協調的。 由於廣義相對論描述的是一個「存在」的宇宙，一個沒有演化的被決定的宇宙，很自然地，我們轉向量子力學，因為量子力學是更最基本的理論。我們期望，對決定論的否定，量子力學或許可以給出答案。但很快發現，除非我們不用「觀測」而用另外的方式來解釋波函數塌縮現象，否則我們依然要回到決定論。 在量子理論中，電子沒有確定的位置和確定的速度，在經典理論中常用的一切物理量，對電子而言都是不確定的。乍一看，電子的運動似乎不再可能是受決定的了。但是，電子還是有一個確定的稱為「波函數」的物理量，而波函數隨時間的演化卻是完全被決定的。所以我們仍將回到決定論。 波函數隨時間的演化服從薛定諤方程，和經典理論一樣，薛定諤方程也是嚴格因果律的。給定某一時刻電子的波函數，將唯一地決定此前和此後任一時刻電子的波函數。同樣，給定整個宇宙某一時刻的波函數，也將唯一地確定宇宙的整個歷史和未來的波函數。因此，如果我們僅僅談及可能性，那麼宇宙就是決定論的。 但一旦有人進行觀測，情況就有些區別。這時候宇宙波函數將按照某種概率塌縮，然後塌縮了的宇宙波函數重新按照薛定諤方程所確定的方式演化。當波函數發生塌縮時，所有的可能性按照薛定諤方程收縮為單一的現實結果，這是隨機的，是非決定論的。也就是說，如果人們試圖從給定的測量結果去反推過去的波函數，就不會得到正確的結論。看起來，波函數塌縮既打破了時間可逆性，也摧毀了決定論。但是，如果沒有「觀測」呢？沒有被觀測的宇宙就成為被決定的宇宙。於是，原則上我們能夠預言：如果我們在將來任意時刻觀測，宇宙所有可能的狀態；原則上我們也可以推斷：如果我們在過去某個時刻進行觀測，宇宙當時所有可能的表現。所以宇宙為什麼是現在這個樣子，這不是演化的結果，而是「觀測」的結果，人類看起來不僅要對宇宙的現狀，而且要對宇宙的過去「負責」。宇宙大爆炸也不過是人類觀察而導致的後果。 如果一定要從薛定諤方程推導出一個演化的宇宙，或者我們可以設想：在宇宙之「外」的某個幽冥世界，存在一個神奇的上帝，他不斷睜開眼睛注視著宇宙，於是宇宙波函數就不斷塌縮，於是我們得到一個受制於機遇和概率的不斷演化的宇宙。而如果他打個盹，宇宙就又立馬回到決定論的軌道上來。 這些匪夷所思的思想揭示出，將波函數塌縮歸結為觀測是極不合理的。正如著名物理學家溫伯格所言：「我們雖然喜歡採用一種統一的自然現，但在宇宙中智慧生命的作用中仍遇到一個棘手的二元論。……一方面，薛定諤方程以一種完美的確定論方法描述了任何系統的波函數如何隨時間而變化；另一方面，相當不同的一個方面，當有人進行測量時，又有一組原則規定如何用波函數推算各種可能結局的概率。」和時間可逆性一樣，看來決定論難題與測量導致的波函數塌縮問題也有牽連，它們應該可以在一個統一的方案中一併得到解決。春秋中文社區http://bbs.cqzg.cn（摘自《從自然法則到人類文明》，國際文化出版公司出版）
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