| 第九章 測量問(wèn)題 一 我們已經(jīng)在科莫會(huì )議上認識了馮·諾伊曼（John Von Neumann），這位現代計算機的奠基人之一，20世紀最杰出的數學(xué)家。關(guān)于他的種種傳說(shuō)在科學(xué)界就像經(jīng)久不息的傳奇故事，流傳得越來(lái)越廣越來(lái)越玄：說(shuō)他6歲就能心算8位數乘法啦，8歲就懂得微積分啦，12歲就精通泛函分析啦，又有人說(shuō)他過(guò)目不忘，精熟歷史，有人舉出種種匪夷所思的例子來(lái)說(shuō)明他的心算能力如何驚人。有人說(shuō)他10歲便通曉5種語(yǔ)言，并能用每一種來(lái)寫(xiě)搞笑的打油詩(shī)，這一數字在另一些人口中變成了7種。不管怎么樣，每個(gè)人都承認，這家伙是一個(gè)百年罕見(jiàn)的天才。 要一一列舉他的杰出成就得花上許多時(shí)間：從集合論到數學(xué)基礎方面的研究；從算子環(huán)到遍歷理論，從博弈論到數值分析，從計算機結構到自動(dòng)機理論，每一項都可以大書(shū)特書(shū)。不過(guò)我們在這里只關(guān)注他對于量子論的貢獻，僅僅這一項也已經(jīng)足夠讓他在我們的史話(huà)里占有一席之地。 我們在前面已經(jīng)說(shuō)到，狄拉克在1930年出版了著(zhù)名的《量子力學(xué)原理》教材，完成了量子力學(xué)的普遍綜合。但從純數學(xué)上來(lái)說(shuō)，量子論仍然缺乏一個(gè)共同的嚴格基礎，這一缺陷便由馮諾伊曼來(lái)彌補。1926年，他來(lái)到哥廷根，擔任著(zhù)名的希爾伯特的助手，他們倆再加上諾戴姆不久便共同發(fā)表了《量子力學(xué)基礎》的論文，將希爾伯特的算子理論引入量子論中，將這一物理體系從數學(xué)上嚴格化。到了1932年，馮諾伊曼又發(fā)展了這一工作，出版了名著(zhù)《量子力學(xué)的數學(xué)基礎》。這本書(shū)于1955年由普林斯頓推出英文版，至今仍是經(jīng)典的教材。我們無(wú)意深入數學(xué)中去，不過(guò)馮諾伊曼證明了幾個(gè)很有意思的結論，特別是關(guān)于我們的測量行為的，這深深影響了一代物理學(xué)家對波函數坍縮的看法。 我們還對上一章困擾我們的測量問(wèn)題記憶猶新：每當我們一觀(guān)測時(shí)，系統的波函數就坍縮了，按概率跳出來(lái)一個(gè)實(shí)際的結果，如果不觀(guān)測，那它就按照方程嚴格發(fā)展。這是兩種迥然不同的過(guò)程，后者是連續的，在數學(xué)上可逆的，完全確定的，而前者卻是一個(gè)“坍縮”，它隨機，不可逆，至今也不清楚內在的機制究竟是什么。這兩種過(guò)程是如何轉換的？是什么觸動(dòng)了波函數這種劇烈的變化？是“觀(guān)測”嗎？但是，我們這樣講的時(shí)候，用的語(yǔ)言是日常的，曖昧的，模棱兩可的。我們一直理所當然地用使用“觀(guān)測”這個(gè)詞語(yǔ)，卻沒(méi)有給它下一個(gè)精確的定義。什么樣的行為算是一次“觀(guān)測”？如果說(shuō)睜開(kāi)眼睛看算是一次觀(guān)測，那么閉上眼睛用手去摸呢？用棍子去捅呢？用儀器記錄呢？如果說(shuō)人可以算是“觀(guān)測者”，那么貓呢？一臺計算機呢？一個(gè)蓋革計數器又如何？ 馮諾伊曼敏銳地指出，我們用于測量目標的那些儀器本身也是由不確定的粒子所組成的，它們自己也擁有自己的波函數。當我們用儀器去“觀(guān)測”的時(shí)候，這只會(huì )把儀器本身也卷入到這個(gè)模糊疊加態(tài)中間去。怎么說(shuō)呢，假如我們想測量一個(gè)電子是通過(guò)了左邊還是右邊的狹縫，我們用一臺儀器去測量，并用指針搖擺的方向來(lái)報告這一結果。但是，令人哭笑不得的是，因為這臺儀器本身也有自己的波函數，如果我們不“觀(guān)測”這臺儀器本身，它的波函數便也陷入一種模糊的疊加態(tài)中！諾伊曼的數學(xué)模型顯示，當儀器測量電子后，電子的波函數坍縮了不假，但左/右的疊加只是被轉移到了儀器那里而已?，F在是我們的儀器處于指針指向左還是右的疊加狀態(tài)了！假如我們再用儀器B去測量那臺儀器A，好，現在A(yíng)的波函數又坍縮了，它的狀態(tài)變成確定，可是B又陷入模糊不定中……總而言之，當我們用儀器去測量?jì)x器，這整個(gè)鏈條的最后一臺儀器總是處在不確定狀態(tài)中，這叫做“無(wú)限后退”（infinite regression）。從另一個(gè)角度看，假如我們把用于測量的儀器也加入到整個(gè)系統中去，這個(gè)大系統的波函數從未徹底坍縮過(guò)！ 可是，我們相當肯定的是，當我們看到了儀器報告的結果后，這個(gè)過(guò)程就結束了。我們自己不會(huì )處于什么荒誕的疊加態(tài)中去。當我們的大腦接受到測量的信息后，game over，波函數不再搗亂了。 難道說(shuō)，人類(lèi)意識（Consciousness）的參予才是波函數坍縮的原因？只有當電子的隨機選擇結果被“意識到了”，它才真正地變?yōu)楝F實(shí)，從波函數中脫胎而出來(lái)到這個(gè)世界上。而只要它還沒(méi)有“被意識到”，波函數便總是留在不確定的狀態(tài)，只不過(guò)從一個(gè)地方不斷地往最后一個(gè)測量?jì)x器那里轉移罷了。在諾伊曼看來(lái)，波函數可以看作希爾伯特空間中的一個(gè)矢量，而“坍縮”則是它在某個(gè)方向上的投影。然而是什么造成這種投影呢？難道是我們的自由意識？ 換句話(huà)說(shuō)，因為一臺儀器無(wú)法“意識”到自己的指針是指向左還是指向右的，所以它必須陷入左/右的混合態(tài)中。一只貓無(wú)法“意識”到自己是活著(zhù)還是死了，所以它可以陷于死/活的混合態(tài)中。但是，你和我可以“意識”到電子究竟是左還是右，我們是生還是死，所以到了我們這里波函數終于徹底坍縮了，世界終于變成現實(shí)，以免給我們的意識造成混亂。 瘋狂？不理性？一派胡言？難以置信？或許每個(gè)人都有這種震驚的感覺(jué)。自然科學(xué)，這最驕傲的貴族，宇宙萬(wàn)物的立法者，對自然終極奧秘孜孜不倦的探險家，這個(gè)總是自詡為最客觀(guān)，最嚴苛、最一絲不茍、最不能容忍主觀(guān)意識的法官，現在居然要把人類(lèi)的意識，或者換個(gè)詞說(shuō)，靈魂，放到宇宙的中心！哥白尼當年將人從宇宙中心驅逐了出去，而現在他們又改頭換面地回來(lái)了？這足以讓每一個(gè)科學(xué)家毛骨悚然。 不，這一定是胡說(shuō)八道，說(shuō)這話(huà)的人肯定是發(fā)瘋了，要不就是個(gè)物理白癡。物理學(xué)需要“意識”？這是本世紀最大的笑話(huà)！但是，且慢，說(shuō)這話(huà)的人也許比你聰明許多，說(shuō)不定，還是一位諾貝爾物理學(xué)獎得主？ 尤金·維格納（Eugene Wigner）于1902年11月17日出生于匈牙利布達佩斯。他在一間路德教會(huì )中學(xué)上學(xué)時(shí)認識了馮諾伊曼，后者是他的學(xué)弟。兩人一個(gè)更擅長(cháng)數學(xué)，一個(gè)更擅長(cháng)物理，在很長(cháng)時(shí)間里是一個(gè)相當互補的組合。維格納是20世紀最重要的物理學(xué)家之一，他把群論應用到量子力學(xué)中，對原子核模型的建立起到了至關(guān)重要的作用。他和狄拉克、約爾當等人一起成為量子場(chǎng)論的奠基人，順便說(shuō)一句，他的妹妹嫁給了狄拉克，因而成為后者的大舅子。他參予了曼哈頓計劃，在核反應理論方面有著(zhù)突出的貢獻。1963年，他被授予諾貝爾物理獎金。 對于量子論中的觀(guān)測問(wèn)題，維格納的意見(jiàn)是：意識無(wú)疑在觸動(dòng)波函數中擔當了一個(gè)重要的角色。當人們還在為薛定諤那只倒霉的貓而爭論不休的時(shí)候，維格納又出來(lái)捅了一個(gè)更大的馬蜂窩，這就是所謂的“維格納的朋友”。 “維格納的朋友”是他所想象的某個(gè)熟人（我猜想其原型不是狄拉克就是馮諾伊曼?。?，當薛定諤的貓在箱子里默默地等待命運的判決之時(shí)，這位朋友戴著(zhù)一個(gè)防毒面具也同樣呆在箱子里觀(guān)察這只貓。維格納本人則退到房間外面不去觀(guān)測箱子里到底發(fā)生了什么?，F在，對于維格納來(lái)說(shuō)，他對房間里的情況一無(wú)所知，他是不是可以假定箱子里處于一個(gè)（活貓+高興的朋友）AND（死貓+悲傷的朋友）的混合態(tài)呢？可是，當他事后詢(xún)問(wèn)那位朋友的時(shí)候，后者肯定會(huì )否認這一種疊加狀態(tài)。維格納總結道，當朋友的意識被包含在整個(gè)系統中的時(shí)候，疊加態(tài)就不適用了。即使他本人在門(mén)外，箱子里的波函數還是因為朋友的觀(guān)測而不斷地被觸動(dòng)，因此只有活貓或者死貓兩個(gè)純態(tài)的可能。 維格納論證說(shuō)，意識可以作用于外部世界，使波函數坍縮是不足為奇的。因為外部世界的變化可以引起我們意識的改變，根據牛頓第三定律，作用與反作用原理，意識也應當能夠反過(guò)來(lái)作用于外部世界。他把論文命名為《對于靈肉問(wèn)題的評論》（Remarks on the mind-body question），收集在他1967年的論文集里。 量子論是不是玩得過(guò)火了？難道“意識”，這種虛無(wú)飄渺的概念真的要占領(lǐng)神圣的物理領(lǐng)域，成為我們理論的一個(gè)核心嗎？人們總在內心深處排斥這種“恐怖”的想法，柯文尼（Peter Coveney）和海菲爾德（Roger Highfield）寫(xiě)過(guò)一本叫做《時(shí)間之箭》（The arrow of time）的書(shū)，其中講到了維格納的主張。但在這本書(shū)的中文版里，譯者特地加了一個(gè)“讀者存照”，說(shuō)這種基于意識的解釋是“牽強附會(huì )”的，它聲稱(chēng)觀(guān)測完全可以由一套測量?jì)x器作出，因此是“完全客觀(guān)”的。但是這種說(shuō)法顯然也站不住腳，因為儀器也只不過(guò)給馮諾伊曼的無(wú)限后退鏈條增添了一個(gè)環(huán)節而已，不觀(guān)測這儀器，它仍然處在疊加的波函數中。 可問(wèn)題是，究竟什么才是“意識”？這帶來(lái)的問(wèn)題比我們的波函數本身還要多得多，是一個(gè)得不償失的策略。意識是獨立于物質(zhì)的嗎？它服從物理定律嗎？意識可以存在于低等動(dòng)物身上嗎？可以存在于機器中嗎？更多的難題如潮水般地涌來(lái)把無(wú)助的我們吞沒(méi)，這滋味并不比困擾于波函數怎樣坍縮來(lái)得好受多少。 事實(shí)上，只有沒(méi)事干的哲學(xué)家才對這種問(wèn)題津津樂(lè )道，真正的腦科學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家對此往往是不屑一顧或者漠不關(guān)心。當意識問(wèn)題被拉入對于量子論的解釋后，許多介紹物理的書(shū)籍里都煞有介事地出現了大腦的剖面圖，不厭其煩地講解皮層的各個(gè)分區，神經(jīng)結的連接，海馬體……這的確是有趣的景象！接下來(lái)，我們不如對這個(gè)意識問(wèn)題做幾句簡(jiǎn)單的探討，不過(guò)我們并不想在這上面花太多的時(shí)間，因為我們的史話(huà)還要繼續前進(jìn)，仍有一些新奇的東西正等著(zhù)我們。 在這節的最后要特別聲明的是，關(guān)于“意識作用于外部世界”只是一種可能的說(shuō)法而已。這并不意味著(zhù)種種所謂的“特異功能”，“心靈感應”，“意念移物”，“遠距離彎曲勺子”等等有了理論基礎。對于這些東西，大家最好還是堅持“特別異乎尋常的聲明需要有特別堅強的證據支持”這一原則，要求對每一個(gè)個(gè)例進(jìn)行嚴格的，可重復的雙盲實(shí)驗。就我所知，還沒(méi)有一個(gè)特異功能的例子通過(guò)了類(lèi)似的檢驗。 *********
飯后閑話(huà)：海森堡和德國原子彈計劃（六） 計算臨界質(zhì)量的大小本質(zhì)上是一個(gè)統計問(wèn)題。為了確保在過(guò)多的中子逃逸而使鏈式反應停止之前有足夠的鈾235分子得到分裂，它至少應該能保證2^80個(gè)分子（大約1摩爾）進(jìn)行了反應，也就是維持80次分裂。這個(gè)范圍是多大呢？這相當于問(wèn)，一個(gè)人（分子）在隨機地前進(jìn)并折返了80次之后大約會(huì )停留在多大的半徑里。這是非常有名的“醉鬼走路”問(wèn)題，如果你讀過(guò)蓋莫夫的老科普書(shū)《從一到無(wú)窮大》，也許你還會(huì )對它有點(diǎn)印象。海森堡就此算出了一個(gè)距離：54厘米，這相當于需要13噸鈾235，而在當時(shí)要分離出如此之多是難以想象的。 但是，54厘米這個(gè)數字是一個(gè)上限，也就是說(shuō)，在最壞的情況下才需要54厘米半徑的鈾235.實(shí)際上在計算中忽略了許多的具體情況比如中子的吸收，或者在少得多的情況下也能夠引起鏈式反應，還有種種海森堡因為太過(guò)“聰明”而忽略的重要限制條件。海森堡把一個(gè)相當復雜的問(wèn)題過(guò)分簡(jiǎn)化，從他的計算中可以看出，他對快中子反應其實(shí)缺乏徹底的了解，這一切都導致他在報告中把幾噸的鈾235當作一個(gè)下限，也就是“最少需要”的質(zhì)量，而且直到廣島原子彈爆炸后還帶著(zhù)這一觀(guān)點(diǎn)（他不知道，佩爾斯在1939年已經(jīng)做出了正確的結果?。?。 這樣一個(gè)錯誤，不要說(shuō)是海森堡這樣的一流物理學(xué)家，哪怕是一個(gè)普通的物理系大學(xué)生也不應該犯下。而且竟然沒(méi)有人對他的結果進(jìn)行過(guò)反駁！這不免讓一些人浮想聯(lián)翩，認為海森堡“特地”炮制了這樣一個(gè)錯誤來(lái)欺騙上頭從而阻止原子彈的制造?？上囊磺械那闆r來(lái)看，海森堡自己對此也是深信不疑的。 1945年8月6日，被囚在Farm Hall的德國科學(xué)家們被告知廣島的消息，各個(gè)震驚不已。海森堡一開(kāi)始評論說(shuō)：“我一點(diǎn)也不相信這個(gè)原子彈的消息，當然我可能錯了。我以為他們（盟國）可能有10噸的富鈾，但沒(méi)想到他們有10噸的純鈾235！”海森堡仍然以為，一顆核彈要幾噸的鈾235.哈恩對這個(gè)評論感到震驚，因為他原以為只要很少的鈾就可以制造炸彈（這是海森堡以前說(shuō)過(guò)的，但那是指一個(gè)“反應堆炸彈”，也就是反應堆陷入不穩定而變成爆炸物，哈恩顯然搞錯了）。海森堡糾正了這一觀(guān)點(diǎn)，然后猜測盟國可能找到了一種有效地分離同位素的辦法（他仍然以為盟國分離了那么多鈾235，而不是自己的估計錯了?。?。 9點(diǎn)整，眾人一起收聽(tīng)了BBC的新聞，然后又展開(kāi)熱烈討論。海森堡雖然作了一些正確的分析，但卻又提出了那個(gè)“54厘米”的估計。第二天，眾人開(kāi)始起草備忘錄。第三天，海森堡和沃茲討論了钚炸彈的可能性，海森堡覺(jué)得钚可能比想象得更容易分裂（他從報紙上得知原子彈并不大），但他自己沒(méi)有數據，因為德國沒(méi)有反應堆來(lái)生產(chǎn)钚。直到此時(shí)，海森堡仍然以為鈾彈需要幾噸的質(zhì)量才行。 二 意識使波函數坍縮？可什么才是意識呢？這是被哲學(xué)家討論得最多的問(wèn)題之一，但在科學(xué)界的反應卻相對冷淡。在心理學(xué)界，以沃森（John B.Watson）和斯金納（B.F.Skinner）等人所代表的行為主義學(xué)派通常樂(lè )于把精神事件分解為刺激和反應來(lái)研究，而忽略無(wú)法用實(shí)驗確證的“意識”本身。的確，甚至給“意識”下一個(gè)準確的定義都是困難的，它產(chǎn)生于何處，具體活動(dòng)于哪個(gè)部分，如何作用于我們的身體都還是未知之謎。人們一般能夠達成共識的是，并非大腦的所有活動(dòng)都是“意識”，事實(shí)上大腦的許多活動(dòng)是我們本身意識不到的，我們通常只注意到它的輸出結果，而并不參控它運行的整個(gè)過(guò)程。當我的耳邊響起《第九交響曲》時(shí)，我的眼前突然不由浮現出我在中學(xué)時(shí)代的童年時(shí)光，但我自己一點(diǎn)都不知道我的大腦是如何具體地一步步完成了這個(gè)過(guò)程，這是在我的“下意識”中完成的！有時(shí)候我甚至會(huì )奇怪：我為什么會(huì )這樣想呢？另外，許多人也承認，“意識”似乎與我們的“注意”密切相關(guān)，它同時(shí)還要求一定的記憶能力來(lái)完成前后連貫的動(dòng)作。 可以肯定的是，意識不是一種具體的物質(zhì)實(shí)在。沒(méi)有人在進(jìn)行腦科手術(shù)時(shí)在顱骨內發(fā)現過(guò)任何有形的“意識”的存在。它是不是腦的一部分的作用體現呢？看起來(lái)應該如此，但具體哪個(gè)部分負責“意識”卻是眾說(shuō)紛紜。有人說(shuō)是大腦，因為大腦才有種種復雜的交流性功能，而掌握身體控制的小腦看起來(lái)更像一臺自動(dòng)機器。我們在學(xué)習游泳或者騎自行車(chē)的時(shí)候，一開(kāi)始總是要戰戰兢兢，注意身體每個(gè)姿勢的控制，每個(gè)動(dòng)作前都要想想好。但一旦熟練以后，小腦就接管了身體的運動(dòng)，把它變成了一種本能般的行為。比如騎慣自行車(chē)的人就并不需要時(shí)時(shí)“意識”到他的每個(gè)動(dòng)作。事實(shí)上，我們“意識”的反應是相當遲緩的（有實(shí)驗報告說(shuō)有半秒的延遲），當一位鋼琴家進(jìn)行熟練的演奏時(shí)，他往往是“不假思索”，一氣呵成，從某種角度來(lái)說(shuō)，這已經(jīng)不能稱(chēng)作“完全有意識”的行為，就像我們平常說(shuō)的：“熟極而流，想都不想”。而且值得注意的是，這種后天學(xué)習的身體技能往往可以保持很長(cháng)時(shí)間不被遺忘。 也有人說(shuō)，大腦并沒(méi)有意識，而只是指揮身體的行動(dòng)。在一個(gè)實(shí)驗中，我們刺激大腦的某個(gè)區域使得試驗者的右手運動(dòng)，但試驗者本身“并不想”使它運動(dòng)！那么，當我們“有意識”地想要運動(dòng)我們的右手時(shí)，必定在某處由意識產(chǎn)生了這種欲望，然后通過(guò)電信號傳達給特定的皮層，最后才導致運動(dòng)本身。實(shí)驗者認為中腦和丘腦是這種自由意識所在。但也有別人認為是網(wǎng)狀體，或者海馬體的。很多人還認為，大腦左半球才可以稱(chēng)得上“有意識”，而右半球則是自動(dòng)機。 這些具體的爭論且放在一邊不管，我們站高一點(diǎn)來(lái)看問(wèn)題：意識在本質(zhì)上是什么東西呢？它是不是某種神秘的非物質(zhì)世界的幽靈，完全脫離我們的身體大腦而存在，只有當它“附體”在我們身上時(shí)，我們才會(huì )獲得這種意識呢？顯然絕大多數科學(xué)家都不會(huì )認同這種說(shuō)法，一種心照不宣的觀(guān)點(diǎn)是，意識是一種結構模式，它完全基于物質(zhì)基礎（我們的腦）而存在，但卻需要更高一層次的規律去闡釋它。這就是所謂的“整體論”（Holism）的解釋。 什么是意識？這好比問(wèn)：什么是信息？一個(gè)消息是一種信息，但是，它的載體本身并非信息，它所蘊涵的內容才是。我告訴你：“湖人隊今天輸球了”，這8個(gè)字本身并不是信息，它的內容“湖人隊輸球”才是真正的信息。同樣的信息完全可以用另外的載體來(lái)表達，比如寫(xiě)一行字告訴你，或者發(fā)一個(gè)E-Mail給你，或者做一個(gè)手勢。所以，研究載體本身并不能得出對相關(guān)信息有益的結論，就算我把這8個(gè)字拆成一筆一劃研究個(gè)透徹，這也不能幫助我了解“湖人隊輸球”的意義何在。信息并不存在于每一個(gè)字中，而存在于這8個(gè)字的組合中，對于它的描述需要用到比單個(gè)字更高一層次的語(yǔ)言和規律。 什么是貝多芬的《第九交響曲》？它無(wú)非是一串音符的組合。但音符本身并不是交響曲，如果我們想描述這首偉大作品，我們要涉及的是音符的“組合模式”！什么是海明威的《老人與?！?？它無(wú)非是一串字母的組合。但字母本身也不是小說(shuō)，它們的“組合模式”才是！為了更好地理解字母不是小說(shuō)，組合模式才是小說(shuō)的概念，我們假設用最簡(jiǎn)單的編碼方法來(lái)加密《老人與?！愤@部作品，也就是對于每一個(gè)字母用相應的符號來(lái)替換。比如說(shuō)A換成圓圈，B換成方塊，C換成三角……等等?，F在我們手上有一本充滿(mǎn)了古怪符號的書(shū)，我問(wèn)你：這還是《老人與?！穯?？大部分人應該承認：還是。因為原書(shū)的信息并沒(méi)有任何的損失，它的“組合模式”仍然原封不動(dòng)地保留在那里，只不過(guò)在基礎層面上換了一種表達方式罷了，它完全可以再反編譯回來(lái)。這本密碼版《老人與?！吠耆葍r(jià)于原本《老人與?！?！ 回到我們的問(wèn)題上來(lái)：什么是意識？意識是組成腦的原子群的一種“組合模式”！我們腦的物質(zhì)基礎和一塊石頭沒(méi)什么不同，是由同樣的碳原子、氫原子、氧原子……組成的。構成我們腦的電子和構成一塊石頭的電子完全相同，就算把它們相互調換，也不會(huì )造成我們的腦袋變成一塊石頭的奇觀(guān)。我們的意識，完全建筑在我們腦袋的結構模式之上！只要一堆原子按照特定的方式排列起來(lái)，它就可以構成我們的意識，就像只要一堆字母按照特定的方式排列起來(lái)，就可以構成《老人與?！芬粯?。這里并不需要某個(gè)非物質(zhì)的“靈魂”來(lái)附體，就如你不會(huì )相信，只有當“海明威之魂”附在一堆字母上才會(huì )使它變成《老人與?！芬粯?。單個(gè)腦細胞顯然不能意識到任何東西，但是許多腦細胞按照特定的模式組合起來(lái)，“意識”就在組合中產(chǎn)生了。 好，到此為止，大部分人還是應該對這種相當唯物的說(shuō)法感到滿(mǎn)意的。但只要再往下合理地推論幾步，許多人可能就要覺(jué)得背上出冷汗了。如果“意識”完全取決于原子的“組合模式”的話(huà)，第一個(gè)推論就是：它可以被復制。出版社印刷成千上萬(wàn)本的《老人與?！?，為什么原子不能被復制呢？假如我們的技術(shù)發(fā)達到一定程度，可以?huà)呙枘闵眢w里每一個(gè)原子的位置和狀態(tài)，并在另一個(gè)地方把它們重新組合起來(lái)的話(huà)，這個(gè)新的“人”是不是你呢？他會(huì )不會(huì )擁有和你一樣的“意識”？或者干脆說(shuō)，他和你是不是同一個(gè)人？假如我們承認意識完全基于原子排列模式，我們的回答無(wú)疑就是YES！這和“克隆人”是兩個(gè)概念，克隆人只不過(guò)繼承了你的基因，而這個(gè)“復制人”卻擁有你的意識，你的記憶，你的感情，你的一切，他就是你本人！ 近幾年來(lái)，在量子通信方面我們有了極大的突破。把一個(gè)未知的量子態(tài)原封不動(dòng)地傳輸到第二者那里已經(jīng)成為可能，而且事實(shí)上已經(jīng)有許多具體協(xié)議的提出。雖然令人欣慰的是，有一個(gè)叫做“不可復制定理”（no cloning theorem，1982年Wootters，Zurek和Dieks提出）的原則規定在傳輸量子態(tài)的同時(shí)一定會(huì )毀掉原來(lái)那個(gè)原本。換句話(huà)說(shuō)，量子態(tài)只能cut + paste，不能copy + paste，這阻止了兩個(gè)“你”的出現。但問(wèn)題是，如果把你“毀掉”，然后在另一個(gè)地方“重建”起來(lái)，你是否認為這還是“原來(lái)的你”？ 另一個(gè)推論就是：“組合模式”本身并非要特定的物質(zhì)基礎才能呈現。我們已經(jīng)看到，我們完全可以用另一套符號系統去重寫(xiě)《老人與?！?，這并不造成實(shí)質(zhì)的差別。一套電影，我可以用膠片記錄，也可以用錄像帶，VCD，LD或者DVD記錄。當然有人會(huì )提出異議，說(shuō)壓縮實(shí)際上造成了信息的損失，VCD版的Matrix已經(jīng)不是電影版的Matrix，其實(shí)這無(wú)所謂，我們換個(gè)比喻說(shuō)，一張彩色數字照片可以用RGB來(lái)表示色彩，也可以用另一些表達系統比如說(shuō)CMY，HSI，YUV或者YIQ來(lái)表示。再比如，任何序列都可以用一些可逆的壓縮手法例如Huffman編碼來(lái)壓縮，字母也可以用摩爾斯電碼來(lái)替換，歌曲可以用簡(jiǎn)譜或者五線(xiàn)譜記錄，雖然它們看上去很不同，但其中包含的信息卻是相同的！假如你有興趣，用圍棋中的白子代表0，黑子代表1，你無(wú)疑也可以用鋪滿(mǎn)整個(gè)天安門(mén)廣場(chǎng)的圍棋來(lái)拷貝一張VCD，這是完全等價(jià)的！ 那么，只要有某種復雜的系統可以包含我們“意識模式”的主要信息或者與其等價(jià)，顯然我們應該認為，意識并不一定要依賴(lài)于我們這個(gè)生物有機體的肉身而存在！假設我們大腦的所有信息都被掃描而存入一臺計算機中，這臺計算機嚴格地按照物理定律來(lái)計算這些分子對于各種刺激的反應而最終求出相應結果以作出回應，那么從理論上說(shuō)，這臺計算機的行為完全等同于我們自身！我們是不是可以說(shuō)，這臺計算機實(shí)際上擁有了我們的“意識”？ 對于許多實(shí)證主義者來(lái)說(shuō)，判定“擁有意識”或者“能思考”的標準便嚴格地按照這個(gè)“模式結構理論”的方法。意識只不過(guò)是某種復雜的模式結構，或者說(shuō)，是在輸入和輸出之間進(jìn)行的某種復雜算法。任何系統只要能夠模擬這種算法，它就可以被合理地認為擁有意識。和馮?諾伊曼同為現代計算機奠基人的阿蘭?圖靈（Alan Turin）在1950年提出了判定計算機能否像人那般實(shí)際“思考”的標準，也就是著(zhù)名的“圖靈檢驗”。他設想一臺超級計算機和一個(gè)人躲藏在幕后回答提問(wèn)者的問(wèn)題，而提問(wèn)者則試圖分辨哪個(gè)是人哪個(gè)是計算機。圖靈爭辯說(shuō)，假如計算機偽裝得如此巧妙，以致沒(méi)有人可以在實(shí)際上把它和一個(gè)真人分辨開(kāi)來(lái)的話(huà)，那么我們就可以聲稱(chēng)，這臺計算機和人一樣具備了思考能力，或者說(shuō)，意識（他的原詞是“智慧”）?，F代計算機已經(jīng)可以擊敗國際象棋大師（可憐的卡斯帕羅夫?。?，真正騙倒一個(gè)測試者的日子不知還有多久才能來(lái)到，大家自己估計一下好了。 計算機在復雜到了一定程度之后便可以實(shí)際擁有意識，持這種看法的人通常被稱(chēng)為“強人工智能派”。在他們看來(lái)，人的大腦本質(zhì)上也不過(guò)是一臺異常復雜的計算機，只是它不由晶體管或者集成電路構成，而是生物細胞而已。但細胞也得靠細微的電流工作，就算我們尚不完全清楚其中的機制，也沒(méi)有理由認為有某種超自然的東西在里面。就像薛定諤在他那本名揚四海的小冊子《生命是什么》中所做的比喻一樣，一個(gè)蒸汽機師在第一次看到電動(dòng)機時(shí)會(huì )驚訝地發(fā)現這機器和他所了解的熱力學(xué)機器十分不同，但他會(huì )合理地假定這是按照某些他所不了解的原理所運行的，而不會(huì )大驚小怪地認為是幽靈驅動(dòng)了一切。 你可能要問(wèn)，算法復雜到了何種程度才有資格被稱(chēng)為“意識”呢？這的確對我們理解波函數何時(shí)坍縮有實(shí)際好處！但這很可能又是一個(gè)難題，像那個(gè)著(zhù)名的悖論：一粒沙落地不算一個(gè)沙堆，兩粒沙落地不算一個(gè)沙堆，但10萬(wàn)粒沙落地肯定是一個(gè)沙堆了。那么，具體到哪一粒沙落地時(shí)才形成一個(gè)沙堆呢？對這種模糊性的問(wèn)題科學(xué)家通常不屑解答，正如爭論貓或者大腸桿菌有沒(méi)有意識一樣，我們對波函數還是一頭霧水！ 當然，也有一些更為極端的看法認為，任何執行了某種算法的系統都可以看成具有某種程度的“意識”！比如指南針，人們會(huì )論證說(shuō)，它“喜歡”指著(zhù)南方，當把它撥亂后，它就出于“厭惡”而竭力避免這種狀態(tài)，而回到它所“喜歡”的狀態(tài)里去。以這種帶相當泛神論色彩的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，萬(wàn)事萬(wàn)物都有著(zhù)“意識”，只是程度的不同罷了。意識，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)系統的算法，它“喜歡”那些大概率的輸出，“討厭”那些小概率的輸出。一個(gè)有著(zhù)趨光性的變形蟲(chóng)也有意識，只不過(guò)它“意識”的復雜程度比我們人類(lèi)要低級好多好多倍罷了。 你也許不相信這種說(shuō)法，但你只要承認“意識”只是在物質(zhì)基礎上的一種排列模式，你便很難否認我們說(shuō)到的一些奇特性質(zhì)。甚至連“意識是否可能在死后繼續存在”這樣的可怕問(wèn)題，我們的答案也應該是在原則上肯定的！這就好比問(wèn)，《第九交響曲》在音樂(lè )會(huì )結束后是不是還繼續存在？顯然我們只要保留了這個(gè)排列信息的資料，我們隨時(shí)可以用不同的方法把它具體重現出來(lái)（任何時(shí)候都不缺碳原子、氫原子……）。當然，在我們的技術(shù)能力還達不到能夠獲得全部組合信息并保留它們之前（可能我們永遠也沒(méi)有這個(gè)技術(shù)），人死后自然就沒(méi)有意識了，就像音樂(lè )會(huì )后燒毀了所有的樂(lè )譜一樣，這個(gè)樂(lè )曲自然就此“失傳”了。 你可能已經(jīng)看得瞠目結舌，不過(guò)我們的說(shuō)法把意識建立在完全客觀(guān)和唯物的基礎上，它實(shí)在已經(jīng)是最不故作神秘的一種！意識不是一個(gè)獨立的存在，而是系統復雜到了一定程度后表現出來(lái)的客觀(guān)性質(zhì)。它雖然是一種組合機制，但脫離了具體的物質(zhì)（暫時(shí)肉體是唯一可能）它也無(wú)法表現出來(lái)。就像軟件脫離了硬件無(wú)法具體運行一樣，意識的體現不可能脫離物質(zhì)而進(jìn)行。假如我們被迫去尋找一種獨立于物質(zhì)的“意識”的話(huà)，那未免走得太遠了。 當然，對于習慣了二元論的公眾來(lái)說(shuō)，試圖使他們相信靈魂或者意識只是大量神經(jīng)原的排列和集體行為是教他們吃驚的。對于徹底的唯物論者，試圖使他們相信意識作為一種特定的排列信息可能長(cháng)期保存并在不同平臺上重現也是艱難的任務(wù)。心理學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家克里克（Francis Crick）不得不把這一論斷稱(chēng)為“驚人的假說(shuō)”（見(jiàn)《驚人的假說(shuō)：靈魂的科學(xué)探索》）。但對于大多數科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這也許是一種理所當然的推論。當然也有某些人認為意識或者靈魂并非復雜性造就的一個(gè)客觀(guān)的副產(chǎn)品，它并不一定能夠用算法來(lái)模擬，并的確具有某種主動(dòng)效應！這里面包括牛津大學(xué)的羅杰?彭羅斯（Roger Penrose），諸位如果有興趣了解他的觀(guān)點(diǎn)，可以閱讀其著(zhù)作《皇帝新腦》（The Emperor’s New Mind）。 *********
這一節已經(jīng)太長(cháng)了，我把海森堡的那個(gè)閑話(huà)的最后一部分放到下一節里去。許多人說(shuō)這個(gè)閑話(huà)專(zhuān)題有點(diǎn)羅嗦，我是很贊同的。其實(shí)這是我很久以來(lái)一直想寫(xiě)的一個(gè)內容，只不過(guò)借了史話(huà)的因頭趁興完成而已，所以有點(diǎn)不厭其煩，風(fēng)格和正文有些出入。在以后修訂的時(shí)候我會(huì )把它獨立出來(lái)，作為外一篇處理吧。 三 我們在“意識問(wèn)題”那里頭暈眼花地轉了一圈回來(lái)之后，究竟得到了什么收獲呢？我們弄清楚貓的量子態(tài)在何時(shí)產(chǎn)生坍縮了嗎？我們弄清意識究竟是如何作用于波函數了嗎？似乎都沒(méi)有，反倒是疑問(wèn)更多了：如果說(shuō)意識只不過(guò)是大腦復雜性的一種表現，那么這個(gè)精巧結構是如何具體作用到波函數上的呢？我們是不是已經(jīng)可以假設，一臺足夠復雜的計算機也具有坍縮波函數的能力了呢？反而讓我們感到困惑的是，似乎這是一條走不通的死路。電子的波函數是自然界在一個(gè)最基本層次上的物理規律，而正如我們已經(jīng)討論過(guò)的那樣，“意識”所遵循的規則，是一個(gè)大量原子的組合才可能體現出來(lái)的整體效果，它很可能處在一個(gè)很高的層次上面。就像你不能用處理單詞和句子的語(yǔ)法規則去處理小說(shuō)情節一樣，用波函數和意識去互相聯(lián)系，看起來(lái)似乎是一種層面的錯亂，好比有人試圖用牛頓定律去闡述經(jīng)濟學(xué)規則一樣。 如果說(shuō)“意識”使得一切從量子疊加態(tài)中脫離，成為真正的現實(shí)的話(huà)，那么我們不禁要問(wèn)一個(gè)自然的問(wèn)題：當智能生物尚未演化出來(lái)，這個(gè)宇宙中還沒(méi)有“意識”的時(shí)候，它的狀態(tài)是怎樣的呢？難道說(shuō)，第一個(gè)有意識的生物的出現才使得從創(chuàng )生起至那一剎那的宇宙歷史在一瞬間成為現實(shí)？難道說(shuō)“智能”的參予可以在那一刻改變過(guò)去，而這個(gè)“過(guò)去”甚至包含了它自身的演化歷史？ 1979年是愛(ài)因斯坦誕辰100周年，在他生前工作的普林斯頓召開(kāi)了一次紀念他的討論會(huì )。在會(huì )上，愛(ài)因斯坦的同事，也是玻爾的密切合作者之一約翰？惠勒（John Wheeler）提出了一個(gè)相當令人吃驚的構想，也就是所謂的“延遲實(shí)驗”（delayed choice experiment）。在前面的章節里，我們已經(jīng)對電子的雙縫干涉非常熟悉了，根據哥本哈根解釋?zhuān)斘覀儾蝗ヌ骄侩娮拥降淄ㄟ^(guò)了哪條縫，它就同時(shí)通過(guò)雙縫而產(chǎn)生干涉，反之，它就確實(shí)地通過(guò)一條縫而順便消滅干涉圖紋?；堇胀ㄟ^(guò)一個(gè)戲劇化的思維實(shí)驗指出，我們可以“延遲”電子的這一決定，使得它在已經(jīng)實(shí)際通過(guò)了雙縫屏幕之后，再來(lái)選擇究竟是通過(guò)了一條縫還是兩條！ 這個(gè)實(shí)驗的基本思路是，用涂著(zhù)半鍍銀的反射鏡來(lái)代替雙縫。一個(gè)光子有一半可能通過(guò)反射鏡，一半可能被反射，這是一個(gè)量子隨機過(guò)程，跟它選擇雙縫還是單縫本質(zhì)上是一樣的。把反射鏡和光子入射途徑擺成45度角，那么它一半可能直飛，另一半可能被反射成90度角。但是，我們可以通過(guò)另外的全反射鏡，把這兩條分開(kāi)的岔路再交匯到一起。在終點(diǎn)觀(guān)察光子飛來(lái)的方向，我們可以確定它究竟是沿著(zhù)哪一條道路飛來(lái)的。 但是，我們也可以在終點(diǎn)處再插入一塊呈45度角的半鍍銀反射鏡，這又會(huì )造成光子的自我干涉。如果我們仔細安排位相，我們完全可以使得在一個(gè)方向上的光子呈反相而相互抵消，而在一個(gè)確定的方向輸出。這樣的話(huà)我們每次都得到一個(gè)確定的結果（就像每次都得到一個(gè)特定的干涉條紋一樣），根據量子派的說(shuō)法，此時(shí)光子必定同時(shí)沿著(zhù)兩條途徑而來(lái)！ 總而言之，如果我們不在終點(diǎn)處插入半反射鏡，光子就沿著(zhù)某一條道路而來(lái)，反之它就同時(shí)經(jīng)過(guò)兩條道路?，F在的問(wèn)題是，是不是要在終點(diǎn)處插入反射鏡，這可以在光子實(shí)際通過(guò)了第一塊反射鏡，已經(jīng)快要到達終點(diǎn)時(shí)才決定。我們可以在事情發(fā)生后再來(lái)決定它應該怎樣發(fā)生！如果說(shuō)我們是這出好戲的導演的話(huà)，那么我們的光子在其中究竟扮演了什么角色，這可以等電影拍完以后再由我們決定！ 雖然聽(tīng)上去古怪，但這卻是哥本哈根派的一個(gè)正統推論！惠勒后來(lái)引玻爾的話(huà)說(shuō)，“任何一種基本量子現象只在其被記錄之后才是一種現象”，我們是在光子上路之前還是途中來(lái)做出決定，這在量子實(shí)驗中是沒(méi)有區別的。歷史不是確定和實(shí)在的——除非它已經(jīng)被記錄下來(lái)。更精確地說(shuō)，光子在通過(guò)第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間“到底”在哪里，是個(gè)什么，是一個(gè)無(wú)意義的問(wèn)題，我們沒(méi)有權利去談?wù)撍?，它不是一個(gè)“客觀(guān)真實(shí)”！惠勒用那幅著(zhù)名的“龍圖”來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)，龍的頭和尾巴（輸入輸出）都是確定的清晰的，但它的身體（路徑）卻是一團迷霧，沒(méi)有人可以說(shuō)清。 在惠勒的構想提出5年后，馬里蘭大學(xué)的卡洛爾？阿雷（Carroll O Alley）和其同事當真做了一個(gè)延遲實(shí)驗，其結果真的證明，我們何時(shí)選擇光子的“模式”，這對于實(shí)驗結果是無(wú)影響的（和玻爾預言的一樣，和愛(ài)因斯坦的相反?。?，與此同時(shí)慕尼黑大學(xué)的一個(gè)小組也作出了類(lèi)似的結果。 這樣稀奇古怪的事情說(shuō)明了什么呢？ 這說(shuō)明，宇宙的歷史，可以在它實(shí)際發(fā)生后才被決定究竟是怎樣發(fā)生的！在薛定諤的貓實(shí)驗里，如果我們也能設計某種延遲實(shí)驗，我們就能在實(shí)驗結束后再來(lái)決定貓是死是活！比如說(shuō)，原子在1點(diǎn)鐘要么衰變毒死貓，要么就斷開(kāi)裝置使貓存活。但如果有某個(gè)延遲裝置能夠讓我們在2點(diǎn)鐘來(lái)“延遲決定”原子衰變與否，我們就可以在2點(diǎn)鐘這個(gè)“未來(lái)”去實(shí)際決定貓在1點(diǎn)鐘的死活！ 這樣一來(lái)，宇宙本身由一個(gè)有意識的觀(guān)測者創(chuàng )造出來(lái)也不是什么不可能的事情。雖然宇宙的行為在道理上講已經(jīng)演化了幾百億年，但某種“延遲”使得它直到被一個(gè)高級生物所觀(guān)察才成為確定。我們的觀(guān)測行為本身參予了宇宙的創(chuàng )造過(guò)程！這就是所謂的“參予性宇宙”模型（The Prticipatory Universe）。宇宙本身沒(méi)有一個(gè)確定的答案，而其中的生物參予了這個(gè)謎題答案的構建本身！ 這實(shí)際上是某種增強版的“人擇原理”（anthropic principle）。人擇原理是說(shuō)，我們存在這個(gè)事實(shí)本身，決定了宇宙的某些性質(zhì)為什么是這樣的而不是那樣的。也就是說(shuō)，我們討論所有問(wèn)題的前提是：事實(shí)上已經(jīng)存在了一些像我們這樣的智能生物來(lái)討論這些問(wèn)題。我們回憶一下笛卡兒的“第一原理”：不管我懷疑什么也好，有一點(diǎn)我是不能懷疑的，那就是“我在懷疑”本身。“我思故我在”！類(lèi)似的原則也適用于人擇原理：不管這個(gè)宇宙有什么樣的性質(zhì)也好，它必須要使得智能生物可能存在于其中，不然就沒(méi)有人來(lái)問(wèn)“宇宙為什么是這樣的？”這個(gè)問(wèn)題了。隨便什么問(wèn)題也好，你首先得保證有一個(gè)“人”來(lái)問(wèn)問(wèn)題，不然就沒(méi)有意義了。 舉個(gè)例子，目前宇宙似乎是在以一個(gè)“恰到好處”的速度在膨脹。只要它膨脹得稍稍快一點(diǎn)，當初的物質(zhì)就會(huì )四散飛開(kāi)，而無(wú)法凝聚成星系和行星。反過(guò)來(lái)，如果稍微慢一點(diǎn)點(diǎn)，引力就會(huì )把所有的物質(zhì)都吸到一起，變成一團具有驚人的密度和溫度的大雜燴。而我們正好處在一個(gè)“臨界速度”上，這才使得宇宙中的各種復雜結構和生命的誕生成為可能。這個(gè)速度要準確到什么程度呢？大約是10^55分之一，這是什么概念？你從宇宙的一端瞄準并打中在另一端的一只蒼蠅（相隔300億光年），所需準確性也不過(guò)10^30分之一。類(lèi)似的驚人準確的宇宙常數，我們還可以舉出幾十個(gè)。 我們問(wèn)：為什么宇宙以這樣一個(gè)速度膨脹？人擇原理的回答是：宇宙必須以這樣一個(gè)速度膨脹，不然就沒(méi)有“你”來(lái)問(wèn)這個(gè)問(wèn)題了。因為只有以這樣一個(gè)速度膨脹，生命和智慧才可能誕生，從而使問(wèn)題的提出成為可能！顯然不會(huì )有人問(wèn)：“為什么宇宙以1米/秒的速度膨脹？”因為以這個(gè)速度膨脹的宇宙是一團火球，不會(huì )有人在那里存在。 參予性宇宙是增強的人擇原理，它不僅表明我們的存在影響了宇宙的性質(zhì)，更甚，我們的存在創(chuàng )造了宇宙和它的歷史本身！可以想象這樣一種情形：各種宇宙常數首先是一個(gè)不確定的疊加，只有被觀(guān)測者觀(guān)察后才變成確定。但這樣一來(lái)它們又必須保持在某些精確的范圍內，以便創(chuàng )造一個(gè)好的環(huán)境，令觀(guān)測者有可能在宇宙中存在并觀(guān)察它們！這似乎是一個(gè)邏輯循環(huán)：我們選擇了宇宙，宇宙又創(chuàng )造了我們。這件怪事叫做“自指”或者“自激活”（self-exciting），意識的存在反過(guò)來(lái)又創(chuàng )造了它自身的過(guò)去！ 請各位讀者確信，我寫(xiě)到這里已經(jīng)和你們一樣頭大如斗，嗡嗡作響不已。這個(gè)理論的古怪差不多已經(jīng)超出了我們可以承受的心理極限，我們在“意識”這里已經(jīng)筋疲力盡，無(wú)力繼續前進(jìn)了。對此感到不可接受的也絕不僅僅是我們這些門(mén)外漢，當時(shí)已經(jīng)大大有名的約翰？貝爾（John Bell，我們很快就要講到他）就嘟囔道：“難道億萬(wàn)年來(lái)，宇宙波函數一直在等一個(gè)單細胞生物的出現，然后才坍縮？還是它還得多等一會(huì )兒，直到出現了一個(gè)有資格的，有博士學(xué)位的觀(guān)測者？”要是愛(ài)因斯坦在天有靈，看到有人在他的誕辰紀念上發(fā)表這樣古怪的，違反因果律的模型，不知作何感想？ 就算從哥本哈根解釋本身而言，“意識”似乎也走得太遠了。大多數“主流”的物理學(xué)家仍然小心謹慎地對待這一問(wèn)題，持有一種更為“正統”的哥本哈根觀(guān)點(diǎn)。然而所謂“正統觀(guān)念”其實(shí)是一種鴕鳥(niǎo)政策，它實(shí)際上就是把這個(gè)問(wèn)題拋在一邊，簡(jiǎn)單地假設波函數一觀(guān)測就坍縮，而對它如何坍縮，何時(shí)坍縮，為什么會(huì )坍縮不聞不問(wèn)。量子論只要在實(shí)際中管用就行了，我們更為關(guān)心的是一些實(shí)際問(wèn)題，而不是這種玄之又玄的闡述！ 但是，無(wú)論如何，當新物理學(xué)觸及到這樣一個(gè)困擾了人類(lèi)千百年的本體問(wèn)題核心后，這無(wú)疑也激起了許多物理學(xué)家們的熱情和好奇心。的確有科學(xué)家沿著(zhù)維格納的方向繼續探索，并論證意識在量子論解釋中所扮演的地位。這里面的代表人物是伯克利勞倫斯國家物理實(shí)驗室的美國物理學(xué)家亨利？斯塔普（Henry Stapp），他自1993年出版了著(zhù)作《精神，物質(zhì)和量子力學(xué)》（Mind， Matter， and Quantum Mechanics）之后，便一直與別的物理學(xué)家為此辯論至今（大家如果有興趣，可以去他的網(wǎng)頁(yè)http://www-physics.lbl.gov/~stapp/stappfiles.html看看他的文章）。這種說(shuō)法也獲得了某些人的支持，去年，也就是2003年，還有人（阿姆斯特丹大學(xué)的Dick J. Bierman）宣稱(chēng)用實(shí)驗證明了人類(lèi)意識“的確”使波函數坍縮。不過(guò)這一派的支持者也始終無(wú)法就“意識”建立起有說(shuō)服力的模型來(lái)，對于他們的宣稱(chēng)，我們在心懷懼意的情況下最好還是采取略為審慎的保守態(tài)度，看看將來(lái)的發(fā)展如何再說(shuō)。 我們沿著(zhù)哥本哈根派開(kāi)拓的道路走來(lái)，但或許是走得過(guò)頭了，誤入歧途，結果發(fā)現在盡頭藏著(zhù)一只叫做“意識”的怪獸讓我們驚恐不已。這已經(jīng)不是玻爾和哥本哈根派的本意，我們還是退回到大多數人站著(zhù)的地方，看看還有沒(méi)有別的道路可以前進(jìn)。嗯，我們發(fā)現的確還有幾條小路通向未知的盡頭，讓我們試著(zhù)換幾條道路走走，看看它是不是會(huì )把我們引向光明的康莊大道。不過(guò)讓我們先在原來(lái)的那條路上做好記號，醒目地寫(xiě)下“意識怪獸”的字樣并打上驚嘆號以警醒后人。好，現在我們出發(fā)去另一條道路探險，這條小道看上去籠罩在一片濃霧繚繞中，并且好像在遠處分裂成無(wú)限條岔路。我似乎已經(jīng)有不太美妙的預感，不過(guò)還是讓我們擦擦汗，壯著(zhù)膽子前去看看吧。 *********
飯后閑話(huà)：海森堡和德國原子彈計劃（七） 海森堡不久便從報上得知了炸彈的實(shí)際重量：200千克，核心爆炸物只有幾千克。他顯得煩躁不已，對自己的估計錯在何處感到非常納悶。他對哈特克說(shuō)：“他們是怎么做到的？如果我們這些曾經(jīng)干過(guò)同樣工作的教授們連他們（理論上）是怎么做到的都搞不懂，我感到很丟臉。”德國人討論了多種可能性，但一直到14號，事情才起了決定性的轉變。 到了8月14號，海森堡終于意識到了正確的計算方法（也不是全部的），他在別的科學(xué)家面前進(jìn)行了一次講授，并且大體上得到了相對正確的結果。他的結論是6.2厘米半徑——16千克！而在他授課時(shí)，別的科學(xué)家對此表現出一無(wú)所知，他們的提問(wèn)往往幼稚可笑。德國人為他們的驕傲自大付出了最終的代價(jià)。 對此事的進(jìn)一步分析可以在1998年出版的《海森堡與納粹原子彈計劃》（Paul Rose）和2000年出版的《希特勒的鈾俱樂(lè )部》（Jeremy Bernstein）二書(shū)中找到非常詳盡的資料。大體上說(shuō)，近幾年來(lái)已經(jīng)比較少有認真的歷史學(xué)家對此事表示異議，至少在英語(yǔ)世界是如此。 關(guān)于1941年海森堡和玻爾在哥本哈根的會(huì )面，也就是《哥本哈根》一劇中所探尋的那個(gè)場(chǎng)景，我們也已經(jīng)有了突破性的進(jìn)展。關(guān)于這場(chǎng)會(huì )面的討論是如此之多之熱烈，以致玻爾的家屬提前10年（原定保密50年）公布了他的一些未寄出的信件，其中談到了1941年的會(huì )面（我們知道，玻爾生前幾乎從不談起這些），為的是不讓人們再“誤解它們的內容”。這些信件于2002年2月6日在玻爾的官方網(wǎng)站（http://www.nbi.dk）上公布，引起一陣熱潮，使這個(gè)網(wǎng)站的日點(diǎn)擊率從50左右猛漲至15000. 在這些首次被披露的信件中，我們可以看到玻爾對海森堡來(lái)訪(fǎng)的態(tài)度。這些信件中主要的一封是在玻爾拿到Robert Jungk的新書(shū)《比一千個(gè)太陽(yáng)更明亮》之后準備寄給海森堡的，我們在前面已經(jīng)說(shuō)到，這本書(shū)贊揚了德國人在原子彈問(wèn)題上表現出的科學(xué)道德（基于對海森堡本人的采訪(fǎng)?。?。玻爾明確地說(shuō)，他清楚地記得當年的每一句談話(huà)，他和妻子瑪格麗特都留下了強烈的印象：海森堡和魏扎克努力地試圖說(shuō)服玻爾他們，德國的最終勝利不可避免，因此采取不合作態(tài)度是不明智的。玻爾說(shuō)，海森堡談到原子彈計劃時(shí)，給他留下的唯一感覺(jué)就是在海森堡的領(lǐng)導下，德國正在按部就班地完成一切。他強調說(shuō)，他保持沉默，不是海森堡后來(lái)宣稱(chēng)的因為對原子彈的可行性感到震驚，而是因為德國在致力于制造原子彈！玻爾顯然對海森堡的以及Jungk的書(shū)造成的誤導感到不滿(mǎn)。在別的信件中，他也提到，海森堡等人對別的丹麥科學(xué)家解釋說(shuō)，他們對德國的態(tài)度是不明智的，因為德國的勝利十分明顯。玻爾似乎曾經(jīng)多次想和海森堡私下談一次，以澄清關(guān)于這段歷史的誤解，但最終他的信件都沒(méi)有發(fā)出，想必是思量再三，還是覺(jué)得恩恩怨怨就這樣讓它去吧。 這些文件可以在http://www.nbi.dk/NBA/papers/docs/cover.html找到。 容易理解，為什么多年后玻爾夫人再次看到海森堡和魏扎克時(shí)，憤怒地對旁人說(shuō)：“不管別人怎么說(shuō)，那不是一次友好的訪(fǎng)問(wèn)！” 這些文件也部分支持了海森堡的傳記作者Cassidy在2000年的Physics Today雜志上的文章（這篇文章是針對《哥本哈根》一劇而寫(xiě)的）。Cassidy認為海森堡當年去哥本哈根是為了說(shuō)服玻爾德國占領(lǐng)歐洲并不是最壞的事（至少比蘇聯(lián)占領(lǐng)歐洲好），并希望玻爾運用他的影響來(lái)說(shuō)服盟國的科學(xué)家不要制造原子彈。 當然仍然有為海森堡辯護的人，主要代表是他的一個(gè)學(xué)生Klaus Gottstein，當年一起同行的魏扎克也仍然認定，是玻爾犯了一個(gè)“可怕的記憶錯誤”。 不管事實(shí)怎樣也好，海森堡的真實(shí)形象也許也就是一個(gè)普通人——毫無(wú)準備地被卷入戰爭歲月里去的普通德國人。他不是英雄，也不是惡棍，他對于納粹的不認同態(tài)度有目共睹，他或許也只是身不由己地做著(zhù)一切戰爭年代無(wú)奈的事情。盡管歷史學(xué)家的意見(jiàn)逐漸在達成一致，但科學(xué)界的態(tài)度反而更趨于對他的同情。Rice大學(xué)的Duck和Texas大學(xué)的Sudarshan說(shuō)：“再偉大的人也只有10％的時(shí)候是偉大的……重要的只是他們曾經(jīng)做出過(guò)原創(chuàng )的，很重要，很重要的貢獻……所以海森堡在他的后半生是不是一個(gè)完人對我們來(lái)說(shuō)不重要，重要的是他創(chuàng )立了量子力學(xué)。” 在科學(xué)史上，海森堡的形象也許一直還將是那個(gè)在赫爾格蘭島日出時(shí)分為物理學(xué)帶來(lái)了黎明的大男孩吧？ 四 吃一塹，長(cháng)一智，我們總結一下教訓。之所以前頭會(huì )碰到“意識”這樣的可怕東西，關(guān)鍵在于我們無(wú)法準確地定義一個(gè)“觀(guān)測者”！一個(gè)人和一臺照相機之間有什么分別，大家都說(shuō)不清道不明，于是給“意識”乘隙而入。而把我們逼到不得不去定義什么是“觀(guān)測者”這一步的，則是那該死的“坍縮”。一個(gè)觀(guān)測者使得波函數坍縮？這似乎就賦予了所謂的觀(guān)測者一種在宇宙中至高無(wú)上的地位，他們享有某種超越基本物理定律的特權，可以創(chuàng )造一些真正奇妙的事情出來(lái)。 真的，追本朔源，罪魁禍首就在曖昧的“波函數坍縮”那里了。這似乎像是哥本哈根派的一個(gè)魔咒，至今仍然把我們陷在其中不得動(dòng)彈，而物理學(xué)的未來(lái)也在它的詛咒下顯得一片黯淡。拿康奈爾大學(xué)的物理學(xué)家科特·戈特弗雷德（Kurt Gottfried）的話(huà)來(lái)說(shuō)，這個(gè)“坍縮”就像是“一個(gè)美麗理論上的一道丑陋疤痕”，它云遮霧繞，似是而非，模糊不清，每個(gè)人都各持己見(jiàn)，為此吵嚷不休。怎樣在觀(guān)測者和非觀(guān)測者之間劃定界限？薛定諤貓的波函數是在我們打開(kāi)箱子的那一剎那坍縮？還是它要等到光子進(jìn)入我們的眼睛并在視網(wǎng)膜上激起電脈沖信號？或者它還要再等一會(huì )兒，一直到這信號傳輸到大腦皮層的某處并最終成為一種“精神活動(dòng)”時(shí)才真正坍縮？如果我們在這上面大鉆牛角尖的話(huà)，前途似乎不太美妙。 那么，有沒(méi)有辦法繞過(guò)這所謂的“坍縮”和“觀(guān)測者”，把智能生物的介入從物理學(xué)中一腳踢開(kāi)，使它重新回到我們所熟悉和熱愛(ài)的軌道上來(lái)呢？讓我們重溫那個(gè)經(jīng)典的雙縫困境：電子是穿過(guò)左邊的狹縫呢，還是右邊的？按照哥本哈根解釋?zhuān)斘覀兾从^(guān)測時(shí)，它的波函數呈現兩種可能的線(xiàn)性疊加。而一旦觀(guān)測，則在一邊出現峰值，波函數“坍縮”了，隨機地選擇通過(guò)了左邊或者右邊的一條縫。量子世界的隨機性在坍縮中得到了最好的體現。 要擺脫這一困境，不承認坍縮，那么只有承認波函數從未“選擇”左還是右，它始終保持在一個(gè)線(xiàn)性疊加的狀態(tài)，不管是不是進(jìn)行了觀(guān)測?？墒沁@又明顯與我們的實(shí)際經(jīng)驗不符，因為從未有人在現實(shí)中觀(guān)察到同時(shí)穿過(guò)左和右兩條縫的電子，也沒(méi)有人看見(jiàn)過(guò)同時(shí)又死又活的貓（半死不活，奄奄一息的倒有不少）。事到如今，我們已經(jīng)是騎虎難下，進(jìn)退維谷，哥本哈根的魔咒已經(jīng)纏住了我們，如果我們不鼓起勇氣，作出最驚世駭俗的假設，我們將注定困頓不前。 如果波函數沒(méi)有坍縮，則它必定保持線(xiàn)性疊加。電子必定是左/右的疊加，但在現實(shí)世界中從未觀(guān)測到這種現象。 有一個(gè)狂想可以解除這個(gè)可憎的詛咒，雖然它聽(tīng)上去真的很瘋狂，但慌不擇路，我們已經(jīng)是nothing to lose。失去的只是桎梏，但說(shuō)不定贏(yíng)得的是整個(gè)世界呢？ 是的！電子即使在觀(guān)測后仍然處在左/右的疊加，但是，我們的世界也只不過(guò)是疊加的一部分！當電子穿過(guò)雙縫后，處于疊加態(tài)的不僅僅是電子，還包括我們整個(gè)的世界！也就是說(shuō)，當電子經(jīng)過(guò)雙縫后，出現了兩個(gè)疊加在一起的世界，在其中的一個(gè)世界里電子穿過(guò)了左邊的狹縫，而在另一個(gè)里，電子則通過(guò)了右邊！ 波函數無(wú)需“坍縮”，去隨機選擇左還是右，事實(shí)上兩種可能都發(fā)生了！只不過(guò)它表現為整個(gè)世界的疊加：生活在一個(gè)世界中的人們發(fā)現在他們那里電子通過(guò)了左邊的狹縫，而在另一個(gè)世界中，人們觀(guān)察到的電子則在右邊！量子過(guò)程造成了“兩個(gè)世界”！這就是量子論的“多世界解釋”（Many Worlds Interpretation，簡(jiǎn)稱(chēng)MWI）。 要更好地了解MWI，不得不從它的創(chuàng )始人，一生頗有傳奇色彩的休·埃弗萊特（Hugh Everett III，他的祖父和父親也都叫Hugh Everett，因此他其實(shí)是“埃弗萊特三世”）講起。1930年11月9日，愛(ài)因斯坦在《紐約時(shí)報雜志》上發(fā)表了他著(zhù)名的文章《論科學(xué)與宗教》，他的那句名言至今仍然在我們耳邊回響：“沒(méi)有宗教的科學(xué)是跛足的，沒(méi)有科學(xué)的宗教是盲目的。”兩天后，小埃弗萊特就在華盛頓出生了。 埃弗萊特對愛(ài)因斯坦懷有深深的崇敬，在他只有12歲的時(shí)候，他就寫(xiě)信問(wèn)在普林斯頓的愛(ài)因斯坦一些關(guān)于宇宙的問(wèn)題，而愛(ài)因斯坦還真的復信回答了他。當他拿到化學(xué)工程的本科學(xué)位之后，他也進(jìn)入了普林斯頓攻讀。一開(kāi)始他進(jìn)的是數學(xué)系，但他很快想方設法轉投物理。50年代正是量子論方興未艾，而哥本哈根解釋如日中天，一統天下的時(shí)候。埃弗萊特認識了許多在這方面的物理學(xué)生，其中包括玻爾的助手Aage Peterson，后者和他討論了量子論中的觀(guān)測難題，這激起了埃弗萊特極大的興趣。他很快接觸了約翰·惠勒，惠勒鼓勵了他在這方面的思考，到了1954年，埃弗萊特向惠勒提交了兩篇論文，多世界理論（有時(shí)也被稱(chēng)作“埃弗萊特主義－Everettism”）第一次亮相了。 按照埃弗萊特的看法，波函數從未坍縮，而只是世界和觀(guān)測者本身進(jìn)入了疊加狀態(tài)。當電子穿過(guò)雙縫后，整個(gè)世界，包括我們本身成為了兩個(gè)獨立的疊加，在每一個(gè)世界里，電子以一種可能出現。但不幸的是，埃弗萊特用了一個(gè)容易誤導和引起歧義的詞“分裂”（splitting），他打了一個(gè)比方，說(shuō)宇宙像一個(gè)阿米巴變形蟲(chóng)，當電子通過(guò)雙縫后，這個(gè)蟲(chóng)子自我裂變，繁殖成為兩個(gè)幾乎一模一樣的變形蟲(chóng)。唯一的不同是，一個(gè)蟲(chóng)子記得電子從左而過(guò)，另一個(gè)蟲(chóng)子記得電子從右而過(guò)。 惠勒也許意識到了這個(gè)用詞的不妥，他在論文的空白里寫(xiě)道：“分裂？最好換個(gè)詞。”但大多數物理學(xué)家并不知道他的意見(jiàn)。也許，惠勒應該搞得戲劇化一點(diǎn)，比如寫(xiě)上“我想到了一個(gè)絕妙的用詞，可惜空白太小，寫(xiě)不下。”在很長(cháng)的一段時(shí)間里，埃弗萊特的理論被人們理解成：當電子通過(guò)雙縫的時(shí)候，宇宙神奇地“分裂”成了兩個(gè)獨立的宇宙，在一個(gè)里面電子通過(guò)左縫，另一個(gè)相反。這樣一來(lái)，宇宙的歷史就像一條岔路，每進(jìn)行一次觀(guān)測，它就分岔成若干小路，每條路對應于一個(gè)可能的結果。而每一條岔路又隨著(zhù)繼續觀(guān)察而進(jìn)一步分裂，直至無(wú)窮。但每一條路都是實(shí)在的，只不過(guò)它們之間無(wú)法相互溝通而已。 假設我們觀(guān)測雙縫實(shí)驗，發(fā)現電子通過(guò)了左縫。其實(shí)當我們觀(guān)測的一瞬間，宇宙已經(jīng)不知不覺(jué)地“分裂”了，變成了幾乎相同的兩個(gè)。我們現在處于的這個(gè)叫做“左宇宙”，另外還有一個(gè)“右宇宙”，在那里我們將發(fā)現電子通過(guò)了右縫，但除此之外一切都和我們這個(gè)宇宙完全一樣。你也許要問(wèn)：“為什么我在左宇宙里，而不是在右宇宙里？”這種問(wèn)題顯然沒(méi)什么意義，因為在另一個(gè)宇宙中，另一個(gè)你或許也在問(wèn)：“為什么我在右宇宙，而不是左宇宙里？”觀(guān)測者的地位不再重要，因為無(wú)論如何宇宙都會(huì )分裂，實(shí)際上“所有的結果”都會(huì )出現，量子過(guò)程所產(chǎn)生的一切可能都對應于相應的一個(gè)宇宙，只不過(guò)在大多數“蠻荒宇宙”中，沒(méi)有智能生物來(lái)提出問(wèn)題罷了。 這樣一來(lái)，薛定諤的貓也不必再為死活問(wèn)題困擾。只不過(guò)是宇宙分裂成了兩個(gè)，一個(gè)有活貓，一個(gè)有死貓罷了。對于那個(gè)活貓的宇宙，貓是一直活著(zhù)的，不存在死活疊加的問(wèn)題。對于死貓的宇宙，貓在分裂的那一刻就實(shí)實(shí)在在地死了，不要等人們打開(kāi)箱子才“坍縮”，從而蓋棺定論。 從宇宙誕生以來(lái)，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)無(wú)數次這樣的分裂，它的數量以幾何級數增長(cháng)，很快趨于無(wú)窮。我們現在處于的這個(gè)宇宙只不過(guò)是其中的一個(gè)，在它之外，還有非常多的其他的宇宙。有些和我們很接近，那是在家譜樹(shù)上最近剛剛分離出來(lái)的，而那些從遙遠的古代就同我們分道揚鑣的宇宙則可能非常不同。也許在某個(gè)宇宙中，小行星并未撞擊地球，恐龍仍是世界主宰。在某個(gè)宇宙中，埃及艷后克婁帕特拉的鼻子稍短了一點(diǎn)，沒(méi)有教愷撒和安東尼怦然心動(dòng)。那些反對歷史決定論的“鼻子派歷史學(xué)家”一定會(huì )對后來(lái)的發(fā)展大感興趣，看看是不是真的存在歷史蝴蝶效應。在某個(gè)宇宙中，格魯希沒(méi)有在滑鐵盧遲到，而希特勒沒(méi)有在敦刻爾克前下達停止進(jìn)攻的命令。而在更多的宇宙里，因為物理常數的不適合，根本就沒(méi)有生命和行星的存在。 嚴格地說(shuō)，歷史和將來(lái)一切可能發(fā)生的事情，都已經(jīng)實(shí)際上發(fā)生了，或者將要發(fā)生。只不過(guò)它們在另外一些宇宙里，和我們所在的這個(gè)沒(méi)有任何物理接觸。這些宇宙和我們的世界互相平行，沒(méi)有聯(lián)系，根據奧卡姆剃刀原理，這些奇妙的宇宙對我們都是沒(méi)有意義的。多世界理論有時(shí)也稱(chēng)為“平行宇宙”（Parallel Universes）理論，就是因為這個(gè)道理。 宇宙的“分裂”其實(shí)應該算是一種誤解，不過(guò)直到現在，大多數人，包括許多物理學(xué)家仍然是這樣理解埃弗萊特的！這樣一來(lái)，這個(gè)理論就顯得太大驚小怪了，為了一個(gè)小小的電子從左邊還是右邊通過(guò)的問(wèn)題，我們竟然要興師動(dòng)眾地牽涉整個(gè)宇宙的分裂！許多人對此的評論是“殺雞用牛刀”。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)有一次說(shuō)：“我不能相信，僅僅是因為看了它一眼，一只老鼠就使得宇宙發(fā)生劇烈的改變。”這話(huà)他本來(lái)是對著(zhù)哥本哈根派說(shuō)的，不過(guò)的確代表了許多人的想法：用犧牲宇宙的代價(jià)來(lái)迎合電子的隨機選擇，未免太不經(jīng)濟廉價(jià)，還產(chǎn)生了那么多不可觀(guān)察的“平行宇宙”的廢料。MWI后來(lái)最為積極的鼓吹者之一，德克薩斯大學(xué)的布萊斯·德威特（BryceS.DeWitt）在描述他第一次聽(tīng)說(shuō)MWI的時(shí)候說(shuō)：“我仍然清晰地記得，當我第一次遇到多世界概念時(shí)所受到的震動(dòng)。100個(gè)略有缺陷的自我拷貝貝，都在不停地分裂成進(jìn)一步的拷貝，而最后面目全非。這個(gè)想法是很難符合常識的。這是一種徹頭徹尾的精神分裂癥……”對于我們來(lái)說(shuō)，也許接受“意識”，還要比相信“宇宙分裂”來(lái)得容易一些！ 不難想象，埃弗萊特的MWI在1957年作為博士論文發(fā)表后，雖然有惠勒的推薦和修改，在物理界仍然反應冷淡。埃弗萊特曾經(jīng)在1959年特地飛去哥本哈根見(jiàn)到玻爾，但玻爾根本就不想討論任何對于量子論新的解釋?zhuān)膊幌雽Υ俗魇裁丛u論，這使他心灰意冷。作為玻爾來(lái)說(shuō)，他當然一生都堅定地維護著(zhù)哥本哈根理論，對于50年代興起的一些別的解釋?zhuān)热绮Ｄ返碾[函數理論（我們后面要談到），他的評論是“這就好比我們希望以后能證明2×2＝5一樣。”在玻爾臨死前的最后的訪(fǎng)談中，他還在批評一些哲學(xué)家，聲稱(chēng)：“他們不知道它（互補原理）是一種客觀(guān)描述，而且是唯一可能的客觀(guān)描述。” 受到冷落的埃弗萊特逐漸退出物理界，他先供職于國防部，后來(lái)又成為著(zhù)名的Lambda公司的創(chuàng )建人之一和主席，這使他很快成為百萬(wàn)富翁。但他的見(jiàn)解——后來(lái)被人稱(chēng)為“20世紀隱藏得最深的秘密之一”的——卻長(cháng)期不為人們所重視。直到70年代，德威特重新發(fā)掘了他的多世界解釋并在物理學(xué)家中大力宣傳，MWI才開(kāi)始為人所知，并迅速成為熱門(mén)的話(huà)題之一。如今，這種解釋已經(jīng)擁有大量支持者，坐穩哥本哈根解釋之后的第二把交椅，并大有后來(lái)居上之勢。為此，埃弗萊特本人曾計劃復出，重返物理界去做一些量子力學(xué)方面的研究工作，但他不幸在1982年因為心臟病去世了。 在惠勒和德威特所在的德州大學(xué)，埃弗萊特是最受尊崇的人之一。當他應邀去做量子論的演講時(shí)，因為他的煙癮很重，被特別允許吸煙。這是那個(gè)禮堂有史以來(lái)唯一的一次例外。
文章來(lái)源：遼寧教育出版社
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