宇宙只是幻象

宇宙只是幻象一个世纪以来，物理学家们一直在思考这个问题：支配着无限小的规律似乎难以理解。然而，如果我们承认量子现实只是一种错觉的话，那么一切就清楚了！这一认识将掀起一场全面的革命。“我们应该修改物理学教材了！”2005年8月，在德国康斯坦茨湖畔一所大学的最高建筑的顶楼，美国物理学家克里斯托弗·福熙（ChristopherFuch）用这样一个大胆的提议作为其组织的系列研讨会的开场白。康斯坦茨大学出资邀请了50多位美国、加拿大、英国以及意大利、法国和澳大利亚的理论学家和哲学家来参加这一为期一周的会议。他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家。其中的一些学者极具威望，但他们也毫不犹豫的推翻了自己曾经持有的观点。作为门外汉，我们无法深入理解研讨会期间专家们彻夜争论的深奥的数学问题。不过，他们讨论都是围绕着这样一个观点展开的：物理学为我们描绘的世界也许并不是真实的物质世界，而很可能只是一个巨大的幻象！这让我们一下子坠入了云雾之中。在我们一贯的观念中，物理学的目的，正如字典里所清晰定义的那样，不就是“研究物质的属性”吗？物理学家们的确是通过对如同康斯坦茨湖畔的石头一般真实存在的物体的考察和研究，才得以提出了现有的物理学理论。那么凭什么说物理学描绘的只是一个幻象呢？很简单，这是因为物理学家们在抽丝剥茧般梳理“客观现实”这块织物的“纤维”时，令其支离破碎了。而物理学的本义，也因此突然变得支离破碎了。这种观点最早是在20世纪初提出的，当时物理学家们刚刚能够深入探寻我们这个物质世界的奥妙。他们为自己的发现感到惊奇。在此之前，人们已经习惯性的认为，物体要么是波动，就像海面上荡漾的波浪；要么是在时空中运动着的粒子，就像绿色球台上滚动着的台球。然而，物理学家们进行了更加深入的考察，他们发现光、原子或电子的运动似乎并非如此。比如，在某些条件下，通常被看作波动的光却会像粒子一样的运动；同样，通常被当作粒子的电子有时则会像波一样运动！还物理学一个真相短短几年间，理论学家们在创造概念方面作出了史无前例的努力，他们以纯经验论的方式渐渐构造起了一个数学大厦，用以描绘那种种“令人难以置信”的物质运动。就这样，量子力学在1925年正式诞生了，从此不可动摇。但是，要承认量子力学，就意味着必须抛弃海浪和台球，而承认物体——包括电子、原子、分子以至石头——都是由一个极其复杂的代数概念（即“希尔伯特Hilbert空间的态矢量”）组成的。这也意味着还必须接受一套支配物体演化的新规则，使物体之间能以超越空间和时间的方式发生联系，并同时具有几种不同的态，而当人们对它们进行观察时又会根据某些非常精确的概率法则任意缩减为一个单一态。物理学家们不得不接受这些如此“离奇”的概念。因为，据说，这个奇异的量子世界正是我们所处的世界这一理论从来没有受到怀疑；而且这一理论确实也曾成功的预言了各种化学元素的属性、激光和电子芯片的特性、DNA的稳定性甚至核反应的“爆炸性”。尽管康斯坦茨湖中的鹅卵石看起来似乎并未表现出这些奇异的特性（这些特性只在微观系统能够观察到），但量子力学的使命的确就是描述围绕在我们身边以及构成我们的物质的内部运动。而在这里，我们显然看到了一个大问题！量子力学作为物理学领域中描述物质最深刻的理论，为什么它距离我们的传统观念如此遥远？为什么这一学说最基本的理论都如此难以理解？现实真的是如此超出我们的想象吗？30年来，每年都要举行一些大型的国际学术研讨会，目的是通过对目前掌握的十几条线索进行分析，再现能与当代物理学研究数据相一致的真实世界的面貌。然而问题的关键在于，每一种对于世界的“现实的”诠释看上去都那么超现实！最著名的一种诠释是1957年美国物理学家休·艾福雷特（HughEverett）提出的：针对“为什么量子物体能同时具备多态，但在人们对其加以测量时又缩减为单一态”这一问题，艾福雷特解释说，其他所有的态确实存在，只不过它们存在于平行世界中。而在克里斯托弗·福熙看来，这些研究工作都误入了歧途：“我们的任务并不是要为了证明量子理论的意义，而是去额外的制造更多的结构、更多的定义和更多像科幻一般的假设。我们的任务恰恰是要将这一切统统抛弃、重新从零开始。然而，要做到这一点，我认为就必须把目光投向量子信息学理论的著作、技术和含义。”一片肥沃的土壤信息：是的！信息在这里意味着什么？这个概念难以准确定义，但大家从直觉上都知道它到底是怎么一回事：在信息学上，信息就是对能够被按照0和1二进制数进行编码的事件的认知要素。乍一看来，它与量子力学好像没什么关系。不过，在20世纪80年代中期，物理学家们发现，量子法则使人们可以用一种全新的方式处理信息。量子法则实现了两个物体之间的长程关联，这实际上可以被看成一种新的联系渠道，使得人们能够实现信息在两地之间的遥距传输、保障机密信息的安全或同时进行大规模的并行计算。在这些美好前景的吸引下，理论学家和实验学家们便创立了一套新的语言，开拓了物理学的一片充满了活力的新领域——“量子信息学”。然而惊喜并不止这些。从20世纪80年代末开始，出现了这样一种思考：既然我们可以用量子力学来处理信息，那么可不可以反过来，用信息去理解量子力学呢？可不可以不把量子信息学当作量子力学理论的一种运用，而将其视为这一理论的基础呢？这正是科学家们在康斯坦茨大学会议上争论的核心问题：量子力学所揭示的到底是物体本身还是我们所知的关于物体的信息？也许“希尔伯特空间态矢量”所表现的并非光子、分子或石头这些物体本身，而是我们所拥有的关于这些物体的信息。如果确实如此，那不蒂于对物理学理论的一个彻底颠覆！粗看之下，这一观点似乎没什么特别，甚至还有些落后：显然，我们只能通过我们贫乏可怜的感知能力获得的信息去了解这个世界：从德莫可立特到康德，哲学家们早就告诉过我们，有一块看不到扯不破的纱幕将我们和现实世界隔开。但如果进一步参考尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔以及沃尔夫冈·泡利等现代物理学奠基者的思想，我们就会发现这一观点极其适合诠释量子力学。这是因为，信息具有与物质完全不同的属性：与鹅卵石相反，信息没有空间和时间的位置，因而我们可以任意的复制它、分享它、总结它、删除它。那些离奇的量子现象，我们一直以为它们是物质的属性；但如果我们从信息的角度对这些现象逐一加以重新考察，就会发现它们再正常不过了。比如，为什么一个系统能同时存在于好几种状态之中？很简单，这是因为我们已知的信息尚不足以准确的告诉我们它到底处于何种状态。为什么对该系统进行测量，就能使其一下子缩减为单一态？这是因为这种测量使我们获得了新的信息，加深了对该系统的认识。为什么两个系统之间可以发生超时空的关联？这是因为这两个系统之间存在着共同点，我们从一个系统获得的信息可以立刻让我们了解另一个系统。量子世界里为什么会有偶然的存在？这是因为我们缺乏必要的信息，无法对一些问题作出回答，所以不得不将其划归偶然的范畴。为什么能量不是连续的而是量子化的？这是因为它和信息本身的量子化是对称的，量子化的信息缩减为一些二进制的答案：是或否、0或1。简而言之，正如奥地利物理学家安东·柴林格在几年前曾解释过的那样：“如果我们遵循这样一个原则：即量子力学的基础概念就是信息，那么我们就能够很自然的理解量子现象。”这样一来，量子现象就变得合乎我们的常识了。两年来，这一思想不断的得到充分的发展。在那些聚集在康斯坦茨大学的物理学家们看来，现在已经到了从定律层面上用对量子力学的这种新解释来“改写物理学教材”的时候了。现在的目的，不再是对量子理论加以诠释，而是要重新创立量子理论；不再是被动的接受20世纪初物理学界以经验论方式拼凑出来的那些法则，而是要证明这些法则都是与信息获取、信息表达及信息传播相关并受到这些条件限制而得出的结果。这个领域是一片极其肥沃的土壤！杰弗里·巴伯、阿列克谢·格兰邦、吕希安·哈代和克里斯托弗·福熙认为，在我们这个世界中，信息是受到某些限制的。他们努力尝试搞清楚什么样的理论是不描述现实的本来面貌而是描述我们对现实信息的获取的。结果，他们的答案都指向量子理论！他们四人的研究似乎十分令人困惑，其实非常深刻非常理性，值得我们加以特别关注。他们的出发点各不相同：有的认为，信息是主观的，取决于提问的人；也有的认为，信息是客观的，就像是一种新的实体，不受观察者的主观因素影响。但他们都同意这样一点：从信息的概念出发，很容易导出量子理论。这恰恰说明，量子力学并不是一种描述波、粒子或场的运动属性的现实理论，而是一种描述信息属性的理论。幕后的世界这完全推翻了我们对真实世界的观点。因为，这说明，我们原来所认为的真实世界，可能仅仅是我们的看法而已。这种情况，就好像是一个仅仅通过电脑屏幕来了解外部世界的人一样：他决不能因此断定，外部世界就是他电脑屏幕上的象素！克里斯托弗·福熙认为，我们必须把信息和世界区分开来。我们必须将资料中属于电脑屏幕的因素去掉，这样才能保证剩下的资料反映的是世界的本来面貌。“通过蒸馏净化而保留下来的部分——相对于整套理论来说，它也许非常微小——才是量子力学试图向我们揭示的自然的本来面貌。”他补充到。同时他强调，现在要知道这种“蒸馏净化了的真实”到底是什么样的，为时尚早。杰弗里·巴伯的看法则恰恰相反：“关键问题并不在于思考信息指涉的内容是什么。比如，你想把一条消息从你的电脑发到我的电脑中来，那么这条消息包含什么内容并不重要：也许是一幅图片，也许是一篇法语文章，抑或是一篇中文的小说。重要的是，对该消息进行压缩、传送和解码，而不必在乎它反映的是什么。描述信息的交换，在我看来，这才是基础物理学全新而唯一的任务。”阿列克谢·格兰邦的立场看起来更为极端。他认为物理学根本不应该继续关注现实——那隐藏在屏幕背后的现实。因为既然我们必须通过屏幕去了解现实世界，那么奢谈幕后的现实又有何意义？“有关真实的存在的问题是物理学家们的一种信仰。然而科学并不取决于信仰，”他语气坚定的说，“物理学的任务就在于对事务进行描述，而不在于求证其描述的事务的真实性，也不必去管这种真实性是否存在。”尽管有人指责他们不承认自我以外的任何真实，是陷入了一种唯心论唯我论的泥沼；也有人指责他们把理论仅仅当成行动的工具，是坠入了工具主义的迷途，但这100余位宣布要推翻传统物理学的物理学家们还是引起了科学界的反响。巴黎科学技术历史和哲学研究所的基多·巴恰加卢皮说：“虽然这些研究工作清楚的表明，信息的某些特性可以将我们直接导向量子结构，但目前看来，这些特性都还不具有决定意义。因为他们所使用的某些数学假设仍然缺乏确定性。”巴黎综合技术学院认识论研究中心的米歇尔·让波尔则为“这曾经在20世纪70年代主宰物理学的现实主义浪潮的再次涨潮”而感到欣喜，他说：“这些研究工作证明和实践了埃玛纽尔·康德首倡的超验论推论：即只有从认知局限的形式出发，才能实现认知。”无论如何，这一观点目前尚不成熟。因为，即使我们原本以为的真实完全是或部分是一种幻象，那还必须要解释，为什么真实会具有这样一种表象而不是别的表象。因此在信息的基本概念上重新建构时间、空间乃至物质的概念，将是这一全新的物理学艰巨的任务。通向量子引力学？这些物理学家们用爱因斯坦在1905年至1915年间完成的事业为例激励自己。起初，爱因斯坦这位年轻的天才为了建立自己的狭义新相对论而对那些高深玄妙的经验方程（洛伦兹方程）进行了重新诠释。两年后，他在此基础上又创立了广义相对论，成了物理学的一根支柱。广义相对论描述的是空间和时间的对称以及万有引力。然而，就像克里斯托弗·福熙所强调的那样：“很难想象一个人——即便他是爱因斯坦——能够实现从洛伦兹变换这样一个抽象结构到广义相对论的直接飞跃。”爱因斯坦创立相对论是一个充满吸引力的记录：对于量子力学的重新诠释会不会在将来的某一天超越这一记录？信息的概念能否协调量子力学与相对论的矛盾，并最终实现朝向“量子引力理论”的飞跃？这可是物理学家们的最高梦想。吕希安·哈代已经走上这条道路。他在康斯坦茨大学首次介绍了他的“通往量子引力学的新途径”。如果他能够坚持到底，那将是对这一观点的真正的确认。尽管这必将会让物理学家们头痛不已，但物理学教材将因此而彻底改