只有意识才能导致波函数坍缩
通过对双缝实验产生的波函数坍缩实验现象以及观察测量在其中的特殊地位的研究,天才数学家冯·诺依曼建立了有关测量的数学模型,经过严谨的数学推导,最终得出了只能是意识导致波函数坍缩的惊人结论。
冯·诺依曼认为量子力学的规律是普遍有效的,薛定谔方程不仅仅适合于描述实验中被测的微观客体,也适合于描述测量仪器本身。因为测量仪器本身也是微观粒子组成的,而既然微观粒子本身服从量子力学,在没有被测量时是模糊不确定的量子叠加态,那么由微观粒子组成的测量仪器同样也应该是模糊不确定的量子叠加态。这和玻尔的观点有根本不同,因为玻尔先验的假定了宏观测量仪器的经典特征,也因此而导致逻辑矛盾而被一些物理学家所诟病,而冯·诺依曼的观点则更有逻辑的一致性。
根据冯·诺依曼有力的数学论证,可以判断出意识必然是不同于物质的一种抽象存在,因为如果意识是纯物质现象,那么根据薛定谔波动方程和态叠加原理,叠加态将永远不可能坍缩,确定的经典现象无法产生,必须要有非物质的抽象物来终结测量链,这是对唯物论的强有力挑战,雅默在《量子力学的哲学》一书当中指出冯·诺依曼的理论是一种物理心理平行主义,接近笛卡尔的心物二元论,他在书中说:
冯·诺依曼是一位20世纪天才的大数学家,是一个非常神奇的人,他六岁时能就用古希腊语与父亲交谈并能心算做八位数乘除法,八岁时掌握微积分,十二岁就读懂领会了波莱尔的大作《函数论》要义,并且具有惊人的过目不忘的超级记忆能力,他后来精通七国语言。他的《量子力学的数学基础》已经被证明对原子物理学的发展有极其重要的价值。由于冯·诺依曼关于计算机体系结构的设想在发明电子计算机中起到了关键性作用,他被誉为"现代计算机之父"。而在经济学方面,他也有突破性成就,被誉为“博弈论之父”。冯·诺依曼临终前提出的自复制自动机理论对今天的人工智能研究也有重大启发。与同为犹太人的哈耶克一样,他无愧是20世纪最伟大的全才之一,被认为拥有20世纪最聪明的大脑,更多的时候,人们更直接地称他为“科学界的外星人”。更何况他的意识导致波函数坍缩的惊人观点以及背后的深刻意义还远远没有被世界认识到充分的价值。
在冯·诺依曼之后,又有物理学家伦敦、鲍厄和诺贝尔物理学奖获得者魏格纳等人也坚持意识导致波函数坍缩的观点,现在美国劳伦斯伯克利国家实验室的著名物理学家亨利·斯塔普(Henry Stapp)也在这个课题上有深入的研究,并有专著《心灵,物质和量子力学》(Mind, Matter and Quantum Mechnics)。
自从17世纪现代科学开始以来,科学思想已经把人和意识放在一个并不重要的地位。越来越多的客观自然现象在物理学上已经可以得到圆满解释,甚至人类本身也已经通过生物学家和行为学家的研究被人们所了解。根据神经科学的还原论,意识被还原成大脑神经元的电化学反应。但是量子理论的一些实验现象和逻辑推论却在告诉我们,物理学正遇到意识问题的困境,如果说以哥白尼日心说以及牛顿运动定律为基础的经典物理废黜了人类在宇宙的中心位置,那么量子理论却又在以某种至今神秘难解的方式暗示,拥有自我意识的我们才是宇宙的中心?如果冯·诺依曼所说的只有意识才能导致波函数坍缩,这就意味着如果没有非物质性的意识,连任何确定性的物理实在以及在此基础上的经典世界都无法产生,如此唯物论怎么可能成立?但是有关意识在量子物理当中的特殊地位被认为是量子物理的难言之隐,大部分物理学家都埋头计算而拒绝正视,“闭嘴,计算”成为主流物理学的一致观点。
意识导致波函数坍缩观点已经过时了?
退相干解释并没有解决测量难题
退相干解释实际仅仅是一种数学游戏,它把非幺正演化过程(R过程)归因于对更大的量子系统上的幺正演化(U过程)取统计平均,然而测量过程的非幺正性(不可逆性)是本质的,即使把整个宇宙包含在内,测量过程也不能由幺正演化来描述——除非我们假设在宇宙之外还有更大的量子系统或者诉诸于上帝 。退相干理论完全处于量子力学的框架之内,薛定谔方程描述的演化过程(R过程)是可逆性的,而测量导致的波函数坍缩即R过程是不可逆的,是无法被薛定谔方程所描述的,所以退相干解释根本无法描述或解释波函数坍缩的问题。
意识的波粒二象解释和新的哲学革命
除了退相干解释之外的其它解释,由于篇幅所限,本文就不详述,我将另外专文分析包括哥本哈根解释、多世界解释、波姆隐变量解释等等众多量子力学解释的种种不足。虽然冯·诺依曼所说的意识导致波函数坍缩并不是唯一的解释,这个解释也很难让坚持唯物哲学的物理学家所接受,但是它却是非常逻辑自洽的解释,只是美中不足的是,冯·诺依曼缺乏对意识的进一步阐述和深入探索,意识究竟是什么,它和物质究竟是什么关系,为什么它能导致物质波函数坍缩,整个波函数坍缩过程的细节是什么,这些问题本身已经极大的超出了物理学和数学的范围。对于这些问题,我将借助于冯诺依曼的解释来展开进一步的论证,从而提出一个新的比冯诺依曼解释更完备也更加逻辑自洽的新量子力学解释:意识的波粒二象解释。
要解决量子力学中最困惑的波函数坍缩和量子测量谜题,不仅仅需要物理学家的深入思考,更需要新的哲学观念的革命,尤其是对存在,时空以及意识的全新认识。波粒二象以及量子测量问题,表面看起来是一个物理学问题,然而本质上是一个哲学问题,而且是最根本的哲学问题!约翰·惠勒认为,量子问题即为“存在”的问题。他清清楚楚地记得玻尔的同学卡西·米尔(H. Casimir)讲述的玻尔和海森堡之间关于量子力学的一场争论。当时玻尔和海森堡被哲学家霍夫丁(Hoffding)请到家中讨论双缝干涉实验及其对量子力学的启示。粒子去了哪里?它是穿过了这条缝还是那条缝?单个粒子如何自身和自身发生干涉而同时通过双缝?在讨论的过程中,玻尔陷人了沉思,喃喃自语道:
沿着冯·诺依曼所说的意识导致波函数坍缩的重要观点,我将展开进一步的深入论证,带来实在观念和时空观念的全新革命,更带来对意识的革命性认识,一场自我认识革命的新旅程要开启了……
参考文献: