读《上帝掷骰子吗》有感:颠覆世界观的一本书

时间:2020-01-15
读《上帝掷骰子吗》有感:颠覆世界观的一本书

  颠覆世界观的一本书

  ――读《上帝掷骰子吗》有感

  王旭东

  如果你和我一样是一名物理学的爱好者,一定会对这本《上帝掷骰子吗》有所耳闻,它在科普类书籍的销售排名中仅次于《时间简史》,可见其影响之大。而且,这本书的作者曹天元是一位中国人,更令人钦佩的是,他出版这本书的时候还是一名大学生。我个人认为霍金同学的写作技能还是有很大的提升空间的,但这正是曹天元同学的长项,他把深奥的量子力学和纷繁复杂的量子物理历史写成了一本扣人心弦的武侠剧,可读性非常好。我第一次拿起这本书,是一口气把它读完的,真的是欲罢不能。

  这本书对我的影响,除了让我对量子物理的发展历史有了一个全面的了解,最重要的是改变了我的世界观。我曾经读过爱德华・多尼克的《机械宇宙》,并深受牛顿对这个宇宙认知的影响。牛顿认为自然世界并不只是遵循草率的模式,而是依照精确的、正式的、有数学规律的法则在运行。虽然它看起来很随意,有时甚至是混乱的,但宇宙其实是一个结构复杂并且运行完美的钟表式机械装置。牛顿是万有引力定律的发现者,他认为自己也发现了依附于神的意志的量的世界,只有按照定量研究这一方式,才能理解上帝造物的目的以及缔造世界的运行方式,并为人们勾画了一个永恒不变、具有普遍数学规律的机械宇宙世界。

  举个栗子:我们把一枚硬币随机的抛出,只要抛硬币的次数足够多,我们就可以按照概率确定硬币正面朝上的次数占到50%,但如果让你精确判断某一次是正面朝上还是反面朝上,我们就只能蒙了。但按照牛顿的机械宇宙的观点,只要我们知道这枚硬币被抛出的角度、力度、风速、地面的硬度等等所有影响因素,我们就可以计算出最终是硬币的哪一面朝上。正如拉普拉斯所说的:“只要知道了全部初始条件,我就可以计算出整个宇宙的未来。”

  这在哲学上称为“决定论”。虽然这只是个思想实验,按照人类目前的科技水平,我们根本无法知道全部初始条件。但已足够让我笃信机械宇宙的真理。只不过在情感上,想到我们现在所有的一切,也许在宇宙大爆炸的那一刻起,在普朗克时间之后,就已经注定了,还是有些莫名的悲哀……

  直到读到这本《上帝掷骰子吗》,我的基于机械宇宙的“决定论”世界观被彻底颠覆了,但也让我对未来又有了某种莫名的憧憬。

  过程是这样的:按照量子力学的观点,宇宙从根本上是不可预测的,“概率”才是深藏在这个世界底层的根本性质,一切决策都是靠掷骰子来决定的。

  对于这个结论,当时的绝大部分科学家都表示无法接受,物理圈的老大爱因斯坦就表示:我毫无保留的相信,上帝是不会掷骰子的!于是当时世界上最聪明的大脑都投入到了量子力学的辩论中。正方是量子力学的奠基人波尔,反方是爱因斯坦,小喽们纷纷站队。但直到爱因斯坦去世,这场旷世大战也没有结果。按照现在量子论的发展水平,我们知道是爱因斯坦错了。而我作为决定论的忠实拥趸,是被书中的这个例子说服的:假如你看到一批棕色的马。如果你是一位色盲患者,马在你眼中就是另外一种颜色,那么在狗的眼中呢?在苍蝇的眼中的呢?其实我们并不知道马的真正颜色,只能说马在我们的观察当中是什么颜色的,甚至可以说,马根本就没有什么“本来的颜色”。这仅仅是在宏观世界的比喻,在经典物理学中,我们认为有一个客观实在的、不以人的意志为转移的世界,就象马总会有一种客观的颜色。但在量子的微观世界中,并没有绝对客观的实体或外部世界,一切都与测量行为挂钩,观测对象和被观测对象融为一体,主客体之间的界限消失了。人们并不知道宇宙的客观本质是什么,只知道我们观测到的宇宙是什么样的,任何事物只有被观测的时候才有意义。而在这样的世界中,只有随机概率,没有确定性,一切都是靠掷骰子决定的。

  提到量子理论,就不得不提物理学的神兽“薛定谔的猫”。遗憾的是本书并为对这个问题做深入透彻的阐述。我带着一脑袋问号过了很多年,最近才被查尔斯赛费的《解码宇宙》给解放了。赛费在书中详细阐述了香农的信息论,并通过信息论轻松战胜了“麦克斯韦妖”,干掉了“谷仓标枪悖论”,最后捎带手就把“薛定谔的猫”给救了,我简单说明一下“薛定谔的猫”。这是一个思想实验,是说在一个盒子里有一只猫,还有一瓶毒药,毒药上有一个信息接收装置,这时我们向这个盒子里发射一个电子,电子有两条路可以走,从A路径通过什么事情都不会发生;从B路径通过则触发一个装置,该装置会自动释放出毒药,小猫立即死去。根据状态叠加效应,电子将同时通过两条路径,因此毒药既释放又没释放,小猫既是活的又是死的。一个宏观生物怎么会同时又死又活呢?而且更离奇的是只要没有人打开这个盒子这种叠加状态就能够一直存在,一旦有人打开盒子观察,这只猫就会立刻选择其中一种状态出现在我们的眼前,要么生要么死,好像杀死猫的就是信息提取行为,致命的关键不是毒药而成了信息。

  赛费解释说,解决这个悖论的关键还是信息。刚才说到的叠加状态最怕被人看,被测量,这并不是说观测这个动作本身改变叠加状态,而是观测这个动作带来了信息的传递。当一个原子被观测时,就一定会有一个光子或者其他粒子与这个原子发生碰撞,这就干扰了原子的叠加状态,同时那个碰撞他的粒子则获得了关于这个原子的信息,信息从原子身上流到了周围的环境,这种信息的流动就是叠加状态坍塌的原因。

  虽然我接受了量子力学的理论,但心中依旧充满很多疑惑。正如波尔所说:“如果谁不为量子理论感到困惑,那他就是没有理解量子论。”好吧,无论量子力学背后究竟隐藏着怎样的物理意义和哲学意义,但通过这个理论创造出了计算机、手机、原子弹等造福人类抑或毁灭人类的现代科技。我权且相信邓公的话吧:不管黑猫白猫,抓住耗子就是好猫。

  现在,每当我想起量子理论,想起这个理论所阐明的宇宙本质的随机性,以及随之坍塌的一切都已注定的机械宇宙,窗外明媚的阳光彷佛也从一个老学究变成了一个翩翩少年,充满活力的生命孕育着无限的可能性,这才是我们生而为人所能期待的美好世界啊!

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