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似是故人來。
不知道大家有沒有聽過下面這個故事？ 法國西南部比利牛斯山山麓有一個名叫阿爾蒂加的小村莊，村里生活著一個名叫馬丁·蓋爾的人，他有一位新婚妻子，還有剛出生的幼子。1548年，馬丁·蓋爾被他的親生父母指控偷竊，隨后便離家出走。八年后，他的雙親過世，蓋爾回到村中，與家人團聚。 又過了三年，蓋爾和妻子貝特蘭黛有了另兩個孩子。一切都很順利，直到有一天，一名外籍士兵出現(xiàn)在小鎮(zhèn)上，他指控這名回家的男子并不是真正的馬丁·蓋爾，而是一名冒名頂替者，他的真名是阿雷諾·杜·汀。指控者聲稱他曾與蓋爾在西班牙軍中并肩作戰(zhàn)，蓋爾在一次戰(zhàn)役中失去了一條腿。貝特蘭黛對這個指控無動于衷，相信與她生活在一起的這個男人就是她丈夫。但是不久后，蓋爾的叔叔和貝特蘭黛的繼父站到了這名外籍士兵一邊，指控這個男人假冒蓋爾的身份，并把他送上了審判臺。
這是一個耳熟能詳?shù)墓适隆倪^電影，寫過音樂，編入過歷史小說和電視系列片——因為它擊中了我們的神經(jīng)：假如我們的身份識別出現(xiàn)問題會怎樣。我們?nèi)绾尾拍苷J出誰是誰，即使他是我們身邊的人？我們怎樣才能確信我們是誰？在一個變化著的世界里，身份識別又意味著什么？ 早期的哲學家有他們的答案：每個人都有獨立的靈魂，我們的身體不過是被看不見的自我操控的提線木偶。但科學不這么認為，科學要在我們體內(nèi)找到可供識別的東西：顯微鏡下，科學家追逐著還原論者的夢想。肯定有什么能夠讓我們加以區(qū)別。那應該是一種不折不扣的，由分子和原子構(gòu)建的基礎(chǔ)性標志。 而這條路，其實并不怎么可靠。假如站在被告席上的不是蓋爾：他的臉，他的皮膚，他的毛孔，直至他最基本的構(gòu)成，比如：電子？這是蓋爾的基本結(jié)構(gòu)之一。假如我們審判的是一堆電子，情況又當怎樣？ 真愛？：杰拉德·德帕迪約和娜塔莉·貝在1982年的電影中，演繹了馬丁·蓋爾和他妻子貝特蘭黛的故事。德帕迪約扮演了假冒的蓋爾。 也許我們可以嘲笑審訊基本粒子的古怪行為。也許我們可以對此加以諷刺。但讓我們先忘掉這一切。氣氛緊張。被告背負著嚴重的欺詐指控。讓我們看看接下去會怎樣。 法官揮舞著木槌試圖讓法庭保持秩序。十二位陪審員正襟危坐。被告坐立不安，辯護律師和拙劣的素描像讓他倍感失望。 電子，所有電子，作為基本粒子的一種，是沒有子結(jié)構(gòu)的。蓋爾由分子構(gòu)成，分子由原子構(gòu)成，原子由基本粒子構(gòu)成。而到了基本粒子這里，就無法繼續(xù)細分了，它們由“無”構(gòu)成。它們是物質(zhì)世界的基本材料。電子就是一個點，不占任何空間。每個電子只有三個屬性，質(zhì)量、自旋和電荷。在空間上它容不下更多的屬性。 什么意思？每個電子都是其它電子的精確影像，它們沒有絲毫的區(qū)別。和復合的宏觀物體，比如蓋爾，或我們在生活中體驗到的其它物體不同，電子不僅僅是彼此相像，它們在本質(zhì)上是完全相同的。它們可以互相替換，除了“電子”這個標簽，沒有別的屬性。 這就會導致一種奇特的結(jié)果。比如我們有兩個基本粒子A和B，以及兩個盒子。假如我們知道這些粒子在特定時間內(nèi)必然存在于一個或兩個盒子里。如果A和B雖然相似但有區(qū)別，就存在以下幾種可能：A在盒子1、B在盒子2，A和B都在盒子1，A和B都在盒子2，B在盒子1、A在盒子2。規(guī)則告訴我們，總共存在四種不同的可能性。 但是如果粒子A和粒子B是完全相同的，我們的思考方式就會非常奇特，A在盒子1、B在盒子2，與B在盒子1、A在盒子2是沒有區(qū)別的。原本不同的兩個場景實際上是同一個。因此所有可能性加起來只有三種。 實驗也確認，我們的微觀世界遵循這種三分之一的統(tǒng)計結(jié)果。在微觀世界，用同伙交換被告，對于這個宇宙來說沒有什么不同，對于我們來說當然也一樣。 辯方得一分。為了進一步闡明觀點，辯方律師請求專家證人出庭。這位證人名為弗蘭克·維爾切克，是麻省理工學院的理論物理學家。為了確認他的專家身份，法庭陳述了維爾切克的資質(zhì)：出版過不計其數(shù)的書籍和科學論文，有一張冗長的獲獎清單?！芭叮甭蓭熚⑿Φ?，“還有諾貝爾獎。”檢察官流露出一點點吝嗇的敬意。 “維爾切克博士，”辯方律師開始詢問?！澳阍?jīng)說過量子場理論中有一個意義最為深遠的成果。你能當庭復述嗎？” 物理學家靠近話筒?！半娮邮菬o法加以區(qū)分的，”他說。 不可區(qū)分，證據(jù)確鑿。三選一的直接結(jié)果是干涉。干涉泄露了電子的秘密，維爾切克解釋說。通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)電子是一個粒子；但是如果我們沒有觀察，電子只是一道波。一旦兩道波疊加在一起，它們就會發(fā)生干涉，它們互相對齊，波峰對波峰，波谷對波谷，一切不和諧、不同步都會被消除。這些干涉波并不是物理波，不需要介質(zhì)，它們在數(shù)學上被稱為波函數(shù)。物理波帶有能量，而波函數(shù)帶有可能。因此盡管我們從未直接看到過這些波，也可以通過它們對可能性的影響和實驗的統(tǒng)計看到它們干涉的結(jié)果。我們只需數(shù)數(shù)即可。
關(guān)鍵的一點是，只有完全相同、不可區(qū)分的東西才能發(fā)生干涉。我們一旦想要對它們加以區(qū)分——區(qū)分它們的粒子個體、路徑和過程——干涉就會消失，隱藏的波突然間就會以粒子的面貌示人。如果兩個粒子表現(xiàn)出干涉特點，我們就能明確地知道，它們是相同的！相當明確，一次又一次的實驗已經(jīng)證明了這一點：電子會發(fā)生干涉。相同的它們，不是因為我們太愚蠢，也不是因為我們的眼睛不夠敏銳，而是因為它們在深層次上根本就是無法區(qū)分的。 這不是技術(shù)差錯。這是古怪的量子世界和我們體驗到的尋常世界間的核心區(qū)別。而正是電子的無差別性，“使得化學成為可能，”維爾切克說。“它使得物質(zhì)行為的再現(xiàn)成為可能?！比绻娮邮强蓞^(qū)別的，那么微小的差異就會持續(xù)存在，世界就會陷入混沌。獨立、明確的數(shù)字本性使得它們能夠在這個充滿錯誤的世界展露出容錯的本領(lǐng)。 它們的恒等性，意味著當我們談到電子時，避免了指稱它們的特定個體?！爱斘覀儞碛袃蓚€電子，隨后又觀測到兩個電子時，我們不會看到有過渡階段，我們不能說誰是原來的那兩個，誰又是后來的，”維爾切克說。“這不是你犯了迷糊——而是在理論上，無法說出誰是誰?！?/p> 彼得·佩希奇，新墨西哥圣塔非圣·約翰學院的物理學家、歷史學家、音樂家，他這樣說：“我們可以說‘那里有五個電子。’我們可以給它們一個數(shù)量。但我們不能數(shù)出這五個電子?！睌?shù)量意味著那里有五個電子。但我們卻不能——第一、第二、第三、第四、第五——這樣數(shù)它們。說我們可以給它們一個數(shù)量但不能數(shù)它們，就是說我們可以給它們這一組貼上一個標簽，卻不能給它們分別貼上標簽——也就是說每個成員都不是不同的個體?！斑@讓人感到非常驚奇，”佩希奇繼續(xù)道，“因為我們通常認為數(shù)量和計數(shù)都是同時起作用的。但在微觀世界，并不是這樣。我們只能擁有其中一種屬性?！?/p> 檢察官在證人面前來回踱步，思考著他的證詞。也許，他說，我們可以通過電子在空間上的位置來區(qū)別它們，而不是它們固有的特征。即便兩個電子完全相同，我們是否可以說一個在這里，另一個在別處，來區(qū)分出彼此？是否可以？ 維爾切克的回答是簡短的，“不行?！彪m然個體粒子在空間中占有特定的一點，但是以波的本性來看，并不是這樣。當電子未被觀察時，它們是模糊而飄忽不定的。它們的波函數(shù)，雖然集中在某一空間區(qū)域內(nèi)，卻是無限伸展的，因此永遠存在渺小但非零的機會使它們出現(xiàn)在任何地方，只要有人想看一看它。 但當沒有人看它時，電子并不存在于某個特定的位置，而是有出現(xiàn)在多個地方的可能性——通過這個奇怪的事實，我們不由得懷疑，這些狡猾的電子究竟是不是空間本身。當沒有我們對空間進行觀察時，空間又會怎樣？它會消失嗎？ 維爾切克這樣說：“量子力學中另一個與不可區(qū)分特性相關(guān)聯(lián)的方面，及其最深的層面上的一種可能性是，如果我們想要描述兩個電子的狀態(tài)，并不是說一個電子有一個波函數(shù)，另一個電子有另一個波函數(shù)，且它們都存在于三維空間內(nèi)。而是在這兩個電子的位置上擁有六個維度的波函數(shù)?！绷鶄€維度的波函數(shù)意味著在特定位置上找到電子的可能性不是獨立的——也就是說，它們是糾纏的。
我們看待事物的傳統(tǒng)方式，是先有空間，然后把物體放入其中。而以量子力學的觀點，空間是描述物體——比如電子——之間的復雜關(guān)系和相互依賴性的一種方式，“這里”和“那里”這樣的指稱只是現(xiàn)實的冰山一角。 一旦兩個粒子發(fā)生糾纏，它們的特點——它們的身份——不存在于粒子個體內(nèi)部，而是在它們之間的關(guān)系上，這是一種藐視空間限制的關(guān)系，這是一種跳過空間的關(guān)系，這種關(guān)系也就是愛因斯坦所謂的“幽靈般的超距作用”?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)物質(zhì)粒子經(jīng)常會發(fā)生糾纏，”布里斯托大學的哲學家詹姆斯·萊德曼說?！笆澜绲臓顟B(tài)不是由所有粒子單獨寫就的。它們是緊密聯(lián)系在一起的?！?/p> 電子的恒等性不僅削弱了物體的概念，也削弱了空間的概念。它們是同一個硬幣的兩個面。它表明我們細分這個世界的方法存在著錯誤。它是某種整體論、某種隱藏在深處的一體性的蛛絲馬跡。 一……一什么？ 維爾切克認為這種一體性的表現(xiàn)是一種場。電子之所以都一樣并沒有什么神秘之處，他說，因為它們都只是表現(xiàn)形式，是散布到所有空間、所有時間中的同一個基本電子場的暫時激發(fā)態(tài)。而物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒認為，電子是一體性的粒子。他認為電子之所以不可區(qū)分是因為它們是一體的，僅當我們在時間和空間中追蹤軌跡時，它們才會在某一時刻表現(xiàn)出多個個體。17世紀哲學家戈特弗里德·萊布尼茨“不可區(qū)分的同一性定律”指出，如果我們無法區(qū)分兩個對象，那它們就不是兩個對象。一方面，電子違反了這一定律。而另一方面，粒子的多樣性——或世界的多樣性——可能只是某種幻象。 時間，是讓一切事件得以即刻發(fā)生的原因。同樣的，空間，是讓一切事件能夠成為其本身的原因——或者用惠勒的話來說，“是讓一切得以不在我身上發(fā)生的原因?！钡窃诹孔拥氖澜缋?，空間沒有立足之地。所有的身份和客觀實在性，豐富多彩的存在形式，都沒有意義。電子無處不在，電子也不存在于任何地方。它是無形的逃亡者，也是個沒有不在場證明的不法之徒。 所以我們已經(jīng)有點明白了，從定義上來說，這是一種無罪的身份欺詐。但是在由它們構(gòu)建而成的人類身上，情況又當如何呢？ § 讓我們退遠看看。 貝特蘭黛，蓋爾的妻子，一直拒絕相信她丈夫是個騙子。但在審訊中，她卻改變了主意，她開始相信，雖然這個自稱馬丁·蓋爾的男人知道他們早年的許多秘密，卻并不是當初和她結(jié)婚的那個人。身份受到質(zhì)疑的蓋爾說，如果她堅信他不是她丈夫，他也樂意接受懲罰。貝特蘭黛保持了沉默。于是馬丁·蓋爾被認定是阿雷諾·杜·汀，罪名成立，要被砍頭。 這個被判了死刑的男人上訴到了圖盧茲，堅稱他是真正的馬丁·蓋爾。他陳述了很多令人信服的理由，上訴庭的法官正準備撤銷判決，令人驚訝的事發(fā)生了，另一個男人出現(xiàn)在了法庭上，聲稱他才是真正的馬丁·蓋爾。這個男人和被告十分相像，除了有一條木頭假腿。但這個馬丁·蓋爾回憶不起他早年婚姻中的許多細節(jié)。蓋爾的親友即刻斷定：這才是真正的馬丁·蓋爾。最后，假冒者被免于死刑，因為在貝特蘭黛的乞求下，她真正的丈夫?qū)捤×怂?/p> 法庭裁決阿雷諾·杜·汀不是馬丁·蓋爾。但是作為馬丁·蓋爾，這又意味著什么？它表明了一種連續(xù)性。它與馬丁·蓋爾所有時空中的軌跡無縫相連，它與被愛因斯坦稱為“世界線”的一種確定的概念有關(guān)。 世界線：物理學家認為，定義明確的物體在空間和時空中穿行，可以用這樣的線條和平面來描述。但是電子并不產(chǎn)生定義明確的世界線。維基百科 讓我們再湊近觀察。蓋爾是由基本粒子構(gòu)成的，但是它們的世界線不是線形的，而是一系列被古怪的空白間隔開的點。電子的世界線，用惠勒的話來說，是一條龍，這條龍擁有明確的頭部，清晰的尾部，但它的身體卻是一團煙霧。“我們所說的現(xiàn)實，”惠勒說，“是由少量我們堅信不疑的觀察結(jié)果構(gòu)成的，而這些觀察結(jié)果之間，填滿了我們精心制作的，空想和理論的紙塑?！?/p> 我們總是愿意相信事物的整體大于局部之和。如果我們?nèi)サ綦娮拥碾姾伞①|(zhì)量和自旋，總應該還留下點什么，留下一個光禿禿的電子，留下一種個體。按照哲學家所言，留下一種原始的現(xiàn)實性。我們總是愿意相信，應該存在某種使這個電子有別于那個電子的東西，即便觀測結(jié)果、實驗結(jié)果和統(tǒng)計結(jié)果都從未證明這一點。我們愿意相信原始的現(xiàn)實性，因為我們愿意相信原始的自我性。假如有一天，我們遇到了一個完美的克隆人，他的每一個細節(jié)，他做的每一個夢，都和我們一模一樣，即便是最挑剔的觀察者也無法區(qū)分，我們內(nèi)部仍然存在著某種能夠被證明是我們的東西，一種看不見、難以形容的真實差異。即便兩個馬丁·蓋爾一模一樣，其中一個也可以微笑著證明他是那個真的。 我們愿意相信這一切，但是量子力學不允許?！拔覀冇薮赖卣J為我們的可辨識性深藏在我們的物質(zhì)構(gòu)造中，但這不過是一個巨大的誤解，”佩希奇說。當電子間發(fā)生干涉時，是什么模糊了它們的個體性？認識論支配著本體論，因此非常有可能，個體性只是哲學家的一種演繹，一種對靈魂、安慰和幻象的演繹。在神話和宗教里，我們追尋一體性，但這并非自我的完全消失。 所以如果構(gòu)成我們的基本粒子并非如尋常物體那樣真實，我們又以怎樣的方式存在？
“一旦電子越來越多，它們結(jié)合在一起的形式就會展現(xiàn)出越來越清晰的可辨識性，”佩希奇說?！拔覀冎杂懈髯缘纳矸?，是因為我們是由數(shù)量巨大的不可辨識的組件結(jié)合而成的?？杀孀R的是我們的狀態(tài)，而不是我們的實體。” “這是個古怪但美麗的想法，”佩希奇繼續(xù)道?！安皇俏覀兊慕M件——不是電子，也不是質(zhì)子——擁有某種印記。而是它們共同存在的狀態(tài)，通過足夠的復雜性，把我們這些由相同的、不可辨別的電子和質(zhì)子構(gòu)成的人區(qū)別開來?！?/p> “自我的組織方式產(chǎn)生了自我的實在性，而不是自我的成份，”萊德曼說?！拔覀兤鋵嵍济靼走@一點，我們體內(nèi)的細胞每時每刻都在被替換。重要的是結(jié)構(gòu)的功能組織，而不是物質(zhì)的成份?！?/p> 是的我們都知道，我們是物理河流中的實體，我們的身體是提修斯之船，像謎一樣在黑夜中穿行。但我們?nèi)匀幌嘈?，從某一特定時刻的快照中，我們能夠發(fā)現(xiàn)我們是由什么構(gòu)成的——雖然這些東西終將逝去，終將改變，卻總是存在的。 但是陪審團斷言：不，這并不存在。 我們的身份只是狀態(tài)，如果不是物質(zhì)的狀態(tài)——不是單一物理實體，如夸克和電子的狀態(tài)——那是什么的狀態(tài)？ 也許，是信息的狀態(tài)。萊德曼認為，我們可以用“現(xiàn)實模式”這個詞來替代“物體”——這個概念由哲學家丹尼爾·丹尼特首先提出，后又被萊德曼和哲學家唐·羅斯進一步發(fā)展?！坝脤嶓w來表達自我的意義，也就是對信息的簡化，”萊德曼說?！耙虼宋覀冋f某個事物是真實的，其實就是把與這個世界有關(guān)的、復雜的信息-理論簡化后所作的描述。” 比如一只貓。在計算機中，我們可以用位圖，精確地還原一只貓。我們也可以粗略地描述一只貓，忽略它的微觀細節(jié)，而只用“貓”來指代它。在第一種情況下，我們用了許多點和強大的計算資源來描繪每一個點隨時間發(fā)生的變化。在第二種情況下，用一個句子，就能輕而易舉地實現(xiàn)相同目的，“貓穿越了房間?！币恢回?，就是一個現(xiàn)實模式——是一個真實的本體論物件，它存在于一個獨立于心靈的宇宙中——而這個宇宙擁有我們無法想像的計算效率。 不真實的物體情況又如何？“唐·羅斯舉了一個例子，他的左耳垂、納米比亞最大的大象和邁爾士·戴維斯最后的獨奏，”萊德曼說?！跋胂裼蛇@三個物件組合而成的一個對象。在這三個物件身上，我們無法對它們進行信息簡化，因為它們不能構(gòu)成一個現(xiàn)實模式。這三個物件的組合不包括任何可供轉(zhuǎn)譯的推論。但我們是。我們是現(xiàn)實模式，我們超越了單獨的身體部件，我們可以被談?wù)?，我們也可以影響周圍?！?/p> 這些例子應該可以給你一個現(xiàn)實模式就是粒子模式的印象。注意：粒子，如我們體內(nèi)的電子，它們本身就是現(xiàn)實模式?！拔覀冇昧Ｗ又惖拿枋鰜碜粉櫖F(xiàn)實模式，”萊德曼說?！笆冀K都是這樣?！?/p> 我們是轉(zhuǎn)瞬即逝的模式，是噪音中的信號。深入的探究向我們展示了物質(zhì)之路；而在它下方，是虛無?！拔蚁氲搅俗詈?，”萊德曼說，“我們會發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成這個世界的一切其實都不存在?！?/p> 但即便如此，我們也可以指出某一模式，并加以命名。模式越復雜，我們通過對其微觀描述的簡化，可以得到的就越多，這個模式的獨特性也越大。比如一個大腦——那里面擁有和星系中的恒星一樣多的神經(jīng)元，它們之間有數(shù)萬億的連接，它是宇宙間最復雜的物體。請簡化它，我們可以稱其為馬丁·蓋爾。再進一步，用一個詞，一個字，那就是： 我。 阿曼達·格芙特 文 / 老孫 譯 |
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