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量子物理学:从普朗克到东方哲学

时间:2020-07-02 04:18

在今天的《亚洲时报》 (Asia Times)上,登载了一篇作者为扬·克里克的科技与哲学的文章。扬·克里克(Jan Krikke)是《 21世纪的量子物理学和人工智能:从中国学到的教训》一书的作者。他的这一长篇文章具有一些参考价值,下面是文章的择要。

1927年9月1日,《纽约时报》报道了英国科学促进协会的一次会议。演讲者是年轻的德国量子物理学家海森堡,他来解释量子物理学的奥秘。据报道:“大约200位数学物理学家听了他对这一概念的简短阐述,这对改变人们对所谓的'常识'和'现实'的信念很有必要。”

《时代》周刊指出,解释量子理论比解释相对论更加困难,量子科学只能用数学来表达。“普朗克是量子理论的奠基人,海森堡、薛定谔和德布罗意表明,必须重写整个这一力学科学。当它被重写时,只有数学家才能理解它。”

在随后的几十年中,物理学家通过发现新粒子充实了量子理论,并提出了新的理论,试图将爱因斯坦的相对论与量子标准模型相协调。爱因斯坦在生命的最后几十年中,试图找到这个统一模型,但无济于事。但是物理学家们并没有放弃。他们相信统一理论是量子物理学中的圣杯,为此产生了源源不断的新理论。

几乎所有未经证实的新量子理论都是对早期理论的推论:如量子引力、黑洞、上帝粒子、M理论、暗能量、多元宇宙以及弦论的各种版本。如今,许多量子理论都类似于数学游戏,其主流媒体和大众科学杂志上的引人注目的标题使这种游戏一直继续下去。

量子一词的现代用法起源于普朗克,他给量子物理学起了这个名字。在19世纪,普朗克和其他科学家研究了黑体辐射,这个术语指在物体内与周围环境处于热力学平衡状态时的热电磁辐射。它解释了铁为何在加热到高温时会发出不同颜色的光。“实验是科学对自然提出的一个问题,而测量则是对自然答案的记录。” 普朗克如是说。

普朗克最初的黑体辐射定律假定光和电磁能是连续的波,这与当时的大多数观点一致。他的模型密切描述了实验结果。但是普朗克发现,如果将连续波“量化”为离散的量,他的模型会得到改善。出于好奇,人们对数学的一种特定形式的选择导致了量子物理学的诞生。

普朗克的数学技巧是一个偶然的奇特案例。在1880年代,物理学家赫兹发现,如果将足够高能量的光照射到金属上,该金属将发出电子。1905年,爱因斯坦使用普朗克的离散数学模型来描述了后来将其称为光电效应的现象。爱因斯坦这个唯一被获得诺贝尔奖的发现,对量子物理学的发展至关重要。

量子物理学改变了化学和电子学,并导致了从全息术到热成像技术的发展。 但是问题仍然存在。光子和电子是否是客观独立的存在,还是由用于产生和测量它们的电气设备“感应”出来的? 波和粒子是自然界固有的还是被强迫存在的? 我们用来检测这种现象的设备是否可与扔在静止水中的石头引起涟漪和波的能力相提并论?如果亚原子粒子规模的现象的统计模型偏离了一点,并且该模型乘以宇宙规模现象的亿万倍,那么这样的外推法是否会产生误导性的结论?

爱因斯坦、海森堡和玻尔虽然有所不同,但他们与量子物理学的其他先驱者都具有一个共同点:他们都认为,诸如《 易经》和《 博伽梵歌》等古代东方经典著作,提出了对被量子物理学所揭示的“非物质”世界的直观理解。

玻尔发现,中国古代的阴阳原理是他的“互补性原理”的有用比喻,该原理认为,光和电子有时像波、有时像粒子,这取决于实验装置和用于测量的仪器。玻尔的这一陈述一直地在被经常引用:“我们所说的一切都是由不能被视为真实的事物构成的。”

海森堡也从他的不确定性原理,使他看到了经典东方思想中的量子物理学特征。《物理学之道》的作者弗里特霍夫·卡普拉(Fritjof Capra)在书中讲述了作者与海森堡会晤时海森堡与东方哲学之间的故事。

笔者这里顺便简要介绍一下《物理学之道》(The Tao of Physics)这本书。这本书广泛探讨了量子力学与东方佛教、道教的系统理论及其比较,得出量子物理理论与东方哲学思想惊人地相似这一结论。该书英文版本自1975年问世以来至今已再版了35次,可见西方世界对于量子力学里的东方哲学思想相当地感兴趣。这本书被翻译为多种国家语言版本,包括中文。

作者卡普拉是美国粒子物理学家,多本科技畅销书的著者。作者卡普拉讲述了他与海森堡的一次会晤,提到:1929年,海森堡受著名的印度诗人泰戈尔的邀请,在印度呆了一段时间,与泰戈尔就科学和印度哲学进行了长时间的交谈。海森堡说,印度哲学思想的了解给他带来了极大的安慰。

“(海森堡)他开始看到相对性、相互联系和不确定性是物理现实的基本方面的认识,这对他本人和他的物理学家来说都难以理解,但这是印度思想传统的基础。海森堡说:“与泰戈尔进行了这些交谈之后,一些看上去如此疯狂的想法突然变得更加有意义。这对我有很大的帮助。”

量子物理学家用数学方法描述了亚原子世界,但科学家发现几乎不可能用日常语言来解释这个无形的世界。亚洲哲学贤人已经解决了这个问题,所以对早期量子物理学家具有相当吸引力。

当今许多物理学家不赞成量子物理学与古代东方思想之间的假定相似之处。他们的这一论点也许有道理,亚洲思想家没有发展出科学的证明概念,并且没有采用足够的经验方法来发展严格的科学,但是这没有抓住重点。他们忽略了这一点,用数学方式解释量子物理学,并不能使它描述的世界完全是我们经验的一部分,不能仅通过智力来理解现实的本质和创造的来源。

本文作者特别强调与应用了量子力学创始人之一普朗克的这段名言:“科学无法解决自然界的终极奥秘。这是因为,分析到最后,我们自己就是我们要解决的谜团的一部分。”

参考文章:“量子物理学:从普朗克到萨古鲁”登载刊物:《 亚洲时报》asiatimes.com/2020/02/quantum-physics-from-planck-to-sadhguru/量子认知 | 量子科学与认知科学领域的知识介绍,敬请关注