第35章
测不准的多象性:是驴是马、非驴非马
作最坏的准备,才不会有最坏的事情发生,如此的“测不准”,有人笑言,这就符合量子论。写中文字,越看越不像,也接近“测不准”的现象。越告诉自己睡好,越睡不着;越说不能睡,越会睡着,这更像“测不准”的量子现象。
电子时代,是量子的时代,也是“测不准”的时代。与宇宙星体运行相似,电子尽管也是绕着原子核旋转,但因在微小的空间过于高速,以及此时电子与尺度同样微小的观察者、观察仪器间的相互作用,所以其物理量“测不准”,已经不能用通常的宇观中的行星绕恒星那样,进行精确的轨道描述。因为其变幻莫测,犹如空中随风而动的云彩,只能用出现的几率(量子概率)来进行定量,所以,只能称其为电子云,就像天空变化莫测的云彩,看云像风又像马。所以,进入今日信息网络时代,就出现了诸如云计算、云储存等名词。
如果要回溯信息时代的所有思想、方法、技术的起源,就必须经逆向思维,由网络回到电脑,由电脑回到超大规模集成电路,最终到达量子力学几乎完全统辖的微纳区域,进而回到二极管、电子等。量子力学对电脑、网络、现代化学合成、药物设计、材料科学产生了巨大的原始推动作用。今天我们看到的世界文明,特别是近百年来发展出的文明,绝大多数主要来自量子理论的贡献。
进入分子,遵从量子规律的物质领域,量子力学发展成量子化学。从原子组合成分子,在化学部分,由于不同的立场、观点差异,发展出了两个不同的量子化学理论—价键法和分子轨道法。即某些人强调电子在成键原子间的定域固化,另一些人强调电子在整个分子的原子连接骨架上的同时共享。
价键法和分子轨道法,由于思维、思想不同,计算量差别很大,优劣评价不同。价键法,形象思维好,易理解,但耗费机时,难度大,不被人们看好。更巧的是,价键法尽管在当时数学计算上没有优势,可其形象地展现了量子论眼中的分子动态结构,衍生出了在现代化学描述中非常有用的共振论,结果共振论被当成既是马又是驴、既不是马又不是驴的谬论,在苏联、东欧,因其“唯心主义”遭到大规模批判,我国当时也曾盲目跟从。几十年后的今天,人们发现这两法已经殊途同归,各有千秋。随着当代计算机技术的发展,两者已经势均力敌,平分秋色。
普朗克,以及玻尔、薛定谔等,用量子论改变了我们的世界观。他们惊世骇俗、令人生疑的学术推测,却被实验屡屡证明是正确的,但又是按照日常生活经验所万万不能理解的。经历牛顿经典思维的熏陶,充满自信的人类,重新又开始了迷惑和彷徨,人们甚至毫无根据地抵触这一思想。
量子—是全然不同的另一个世界观。宏观世界与微观世界相互间是变形折射,而不是简单的增减或延伸。微观世界有着极其不同于宏观世界的认知规律!可惜我们无法将自己缩小成纳米以下尺度大小,去直接观察与感知此神奇世界。具有量子效应的世界,包括完全符合量子论的微观世界和极微小的世界,也包括在电脑、人脑等极微世界处理的信息、意识等,同样也包括宏观量子现象,如超导、激光、光化学等等,以及那些在运行规则上符合量子规律的事物。量子效应在人类思维及社会活动中同样明显,人脑就遵循量子思维。宏观和微观是不可能截然分开的,薛定谔猫的故事、光与色彩就很清晰地告知我们,量子效应、量子现象无处不在,其不仅仅在微观,当然其主要在微观,起源于微观。
20世纪初,生活、感知、习惯在宏观世界的人们无法描述微观世界,只好用宏观世界的形象和思维试图近似表达微观世界。因此,能使人精神分裂的“波粒二象性”“测不准原理”的奠定,石破天惊的量子规律的发现,揭示了一个有异于宏观世界的另类规律。所谓“波粒二象性”,是在描述光子、电子等微观物质时,人们手足无措,无法让熟悉经典宏观思维的人们理解,只好用近似方法描述光子、电子、质子、中子等既是粒子、也是波。事实上,对“波粒二象性”准确而全面的描述应该是,这些量子,既是粒子也是波;既不是粒子也不是波;它们都是只是粒子只是波,即是量子(规律)!它呈现哪个“象”,取决于观察者的思想与行动。
经典力学里,波是波,粒子是粒子,不是一回事。有作用,就有反作用。量子力学里,一个角度看,光具有波动性;换个角度看,光具有粒子性。人们因没有能使用的词汇,只好将两个风马牛不相及的、互补并不完全对立的、是一个整体但又不统一的词汇组合进行表述。人们之所以困惑,是因为此时遇到的既不是形式逻辑,也不是辩证逻辑,而是量子逻辑。
量子论认为,对象在没有被观察之前,是原真状态,观察使得对象的原真状态“倒塌”成为观测到的现实。这寓意世界存在多种可能性,由于观察者“目光”的微扰干涉而发生变化。宇宙中,特别是微观世界中,人为因素和自然因素并存,确定性与不确定性并存,对立双方并存,万物相联系,为便于习惯于经典力学的人理解,所以出现了如既是马又是驴般的“二象性”描述。
量子力学是作为经典力学的反叛者登场的,在它涉及的领域,否定了定域实在,否定了因果,否定了确定性。牛顿经典思维的唯我独尊地位被量子理论打破。经典力学认为,物质不以意识的感知而存在,物质互有因果关系,其定量值是确定的。但量子力学发现,组成宇宙的微观粒子,物质的呈现状态会因为测量干扰而不同,在未观测前,它就像天空杂乱的一堆云雾,可以说像马,也可以说像人,飘忽不定,只是当人们观测时,它才成为人们所看到的形状。
尽管迄今为止所有实验都证明了量子力学的正确性,但当代人们不能再走崇拜牛顿力学的老路,再次把量子力学捧上神坛,当成绝对真理。