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朱清時院士：不可思議的量子意識

點擊：  作者：朱清時    來源：量子意識(節選)  發布時間:2016-06-06 15:31:25

 

 　　量子意識(節選)

　　作者:朱清時院士

　　剪輯：緣和

　　朱清時，中國科學技術大學前校長、中國科學院院士，1994年獲海外華人物理學會亞洲成就獎和湯普遜紀念獎。

　　朱院士介紹了二十世紀人類科學的最高成就——“量子力學”，指出人的意識不但和客觀世界不能分開，反而可能是自然科學理論中最為基礎的，客觀物質世界正是意識產生的結果。

　　朱清時：

　　南老師(南懷瑾)說，人的每個念頭、每做一件事，都被記錄在(第八識)的種子里頭了，這些種子一旦有緣就會發芽開花。意識怎么會是量子?量子這個東西大家可能都覺得很神秘，實際上一點兒也不神秘。二十世紀被最精密地證實的自然科學理論就是量子理論。二十世紀有大量的科技成就和社會的技術發展，都是跟量子理論有關的，像核能、半導體，我們現在用的手機、計算機，這些都和量子理論有關。下面我再簡要介紹量子理論。

　　那么意識是什么呢?學自然科學的人都知道，意識是被科學拒之門外、唯恐避之而不及的東西。我們這代人都知道一句老話，叫做：“科學研究的是不以人的意志為轉移的客觀規律。”但是人類發展到今天，發現意識是規避不了的。

　　量子力學的詭異現象

　　這部分講量子力學。當然我不是講授量子力學，我力求向南老師學習，把它講得通俗，大家都易懂。

　　量子力學這個理論非常之怪，剛才說了二十世紀人類物質進步的每一個重大環節，都跟量子力學有關。量子力學也是自然科學史上被實驗證明最精確的一個理論，但是量子的觀念，沒有人能夠理解。我說的沒有人能夠理解，絕不是指像我們這個層次的人，而是說連量子力學的創始人都不能理解。

　　量子力學創始人有兩個，一個是愛因斯坦，一個是玻爾。他們一輩子都在爭論量子力學的問題，“世紀大辯論”，結果還是不能理解。玻爾就說了，如果誰說他懂了量子力學，他就沒有真懂，因 為量子力學連我們都沒有搞懂，這就是他們的觀點。

　　那么量子力學最不好懂的是些什么問題呢?我先把量子力學中人們最不好懂的東西介紹給大家，而最不好懂的東西最后恰好是證明了：意識不能被排除在客觀世界之外，一定要把意識加進去你才能夠認識搞懂它。

　　1、迭加態與坍縮

　　量子力學的第一個詭異現象叫做態迭加原理和坍縮。

　　為了解釋量子力學觀念，我先說說普通人的日常經驗。一個物體在某個時刻，一定會處在某個固定的狀態。比如說，我的女兒現在在客廳里面，或者說我的女兒現在不在客廳里面，兩者必居其一。只有一個對，要么在客廳里頭，要么不在客廳里頭。這就是普通人的關于狀態的概念。一般人認為客觀物體一定要有一個確定的空間位置，這種存在，是不以人的意志為轉移的、是客觀的。這個客觀的定義，所有人都理解，而且認為這是天經地義的。

　　但在量子力學里就不一樣了。

　　量子力學的基本原理就是微觀粒子可能處在迭加態，這種狀態是不確定的。例如電子可以同時處于兩個不同地點，電子有可能在A點存在，也可能在B點存在，電子的狀態是在A點又不在A點的迭加。這個話大家就不太理解了。聰明的人會說，你說電子既在A點又不在A點，就像說你的女兒既在客廳又不在客廳，女兒在不在客廳，你一看不就明白了嗎?這還用辯論什么?

　　但是恰好量子力學就認為，你要去看這個女兒在不在，你就實施了觀察的動作。你一觀察，這個女兒的存在狀態就坍縮了，她就從原來的，在客廳又不在客廳的迭加狀態，一下子變成在客廳或者不在客廳的唯一的狀態了。

　　所以量子力學怪就怪在這兒：你不觀察它，它就處于迭加態，也就是一個電子既在A點又不在A點，既在B點又不在B點。好，你說我去觀察一下它在A點還是在B點。你一觀察，它這種迭加狀態就崩潰了，它就真的只在A點或者真的只在B點了，只出現一個。

　　那有人就會說了：你這是詭辯，你怎么知道電子不觀察它的時候，它既在A點又不在A點呢?好，這就是量子力學發展過程中，很多實驗確證的事情，其中一個最著名最重要的干涉實驗

　　我先說一下干涉實驗的概念(如上圖)。如果有一個波，經過了兩個狹縫，出來就變成兩個子波了，這兩個子波在隨后傳播過程中就會出現干涉。

　　干涉的意思就是這兩個子波在每個點都迭加，在有些點上兩個波的運動方向相同，波的振幅就加強;在有些點上兩個波的運動方向相反，振幅就減低，或者抵消為零。所以最后你觀察到的波就是一些干涉條紋。如果看到干涉條紋，你就知道你觀察到的是個波，而且這個波是在兩個狹縫同時出現的，也就是既在A點又在B點，因為只有這樣的情況，波才能出現干涉。

       如果用電子來做實驗(如上圖)，當每次只發射一個電子的時候，這個電子通過雙狹縫打到電子屏上，激發出一個小亮點，這是電子的粒子性。 但是事先也不知道電子會出現在屏幕上的什么地方，結果多次重復，經過大量的觀察發現，這些電子不是完全沒有規律的。它有時出現在這里，有時出現在那里，在某些地方出現的可能性要大一些，在另一些地方則小一些。

　　電子的規律就是，它出現頻率高的地方，恰好是波動規律所預言的干涉條紋的亮處，而它出現頻率低的地方，對應于干涉條紋的暗處。所以，大量的實驗證明：電子盡管是粒子，但是其運動像個波，而且每個電子必須同時出現在兩個小孔。因為只有同時出現在兩個小孔，它才能干涉。就如剛才說的，你沒有觀察它的時候，電子一定不會取一個確定的狀態，它一定是所有狀態都要同時存在，這樣它才能干涉起來。

　　這就是量子力學詭異的地方。這個性質，隨后有很多很多應用。

　　剛才說了，電子一定要同時存在于兩個可能的狀態，電子才能與自己干涉起來。那么如果我們觀察它，比如在兩個狹縫處設置探測器，電子會怎么樣呢?電子一被觀測，就只出現在一個狹縫上了，干涉條紋立刻消失。這個狀態就叫做波函數的坍縮。

　　就是你一觀察，電子就在一個確定的地方出現了。那么有些人就想，我觀測它出現在確定的地方，它是不是早就出現在這個確定的地方，只不過我們不知道而已?

　　不對，剛才的干涉實驗告訴我們，在沒有干涉之前，它肯定出現在所有地方。假如, 當我們不觀察時，電子真的存在于某個地方，它便只能通過一道狹縫，這就不能解釋實驗中觀測到的干涉條紋。其實，嚴格的實驗已經完全排除了這種可能。電子在沒有觀測的時候，沒有確定的狀態。所以這件事是量子力學最詭異的事情。

　　懂了這個，就懂了量子力學最詭異的東西，而且隨后我們就能來證明：量子力學離不開意識，意識是量子力學的基礎。

　　搞物理學的人開個玩笑，說觀測為什么能夠改變電子的狀態呢?就好像一個男的和一個女的在戀愛時，不知道結婚的結果是好是壞，可能是好也可能是壞，是好與壞的一種迭加狀態。這個時候你想要確定是好是壞怎么辦呢?只有結婚試試吧。一結完婚，狀態就改變了，就再也不是原來的狀態了，變成只有一個狀態了，要么好要么壞。

　　剛才我講了半天，實際上就是和這個例子一樣。在觀察之前，大家都不知道電子處于哪個狀態。你去觀察一下，就像結婚了，那電子就出現在一個確定的狀態上了。這就是觀測對系統的影響。

　　2、單體的迭加態：薛定格的貓---證明測量的核心是人的意識

　　剛才說的是量子力學第一個詭異之點，現在我們來看看這個詭異之點往下推論，能夠推出什么結果。最后結果會使大家認識到，意識是量子力學的基礎，物質世界和意識不可分開的。

　　這個實驗是量子力學的創始人薛定諤提出的，被稱為“薛定諤的貓”。薛定諤的本意是想批駁量子力學和量子力學的態迭加，他認為一個東西既存在這個狀態，又存在那個狀態，像女兒即在客廳，又不在客廳一樣，那是荒謬的。

　　他就想了個辦法來批駁量子力學，結果沒有批駁好，最后反而證明了量子力學最詭異的地方，也就是意識和物質不可分開。

　　現在我來說薛定諤的實驗是什么(如上圖)：把一只貓放進一個封閉的盒子里，然后把這個盒子接到一個裝置上，這個裝置包含一個原子核和一個毒氣設施。原子核有百分之五十的可能性發生衰變，衰變的時候就會發射出一個粒子來，這個粒子一發出來就會觸發毒氣設施，毒氣一觸發就會殺死這只貓，這是他想象中的一個實驗。

　　根據剛才說的量子力學的態迭加原理，沒有觀察的時候，原子核是處于已經衰變和沒有衰變的迭加狀態，就是它既可能衰變了又沒有衰變，它是兩種狀態的迭加，就像電子既在A點又不在A點一樣，這個原子核既衰變又沒有衰變，50%幾率衰變，50%幾率不衰變。這個時候貓的狀態是可能活著，也可能死了，就是說貓也處于這種既死又活的迭加狀態。

　　貓可能處于這種狀態嗎?聰明人可能會說：那你打開盒子一看不就行了嗎?但是打開盒子一看，就是作了觀測，貓就只能是死或者活了。這個問題一提出來，物理學家一個個都驚呆了，原來以為只有微觀世界才有這種態迭加，就是狀態不確定，既處于這個狀態，又不處于這個狀態。現在宏觀世界也一樣了，貓不就是這樣嗎?有一只既死又活的貓。

　　大家都不承認有這種狀態。但是量子力學的詭異之點，量子力學的態迭加原理就是說：你在觀察之前，貓就是處于既死又活的狀態。這個問題爭論了很長時間。怎么辦?

　　量子理論很確定，這是毫無疑問的，如果沒有揭開蓋子沒有觀察，那薛定諤的貓的狀態是死與活的迭加，這只貓永遠處于同時是死又是活的迭加態。這與我們的經驗嚴重違背。這個實驗實際上就是“女兒在客廳里，女兒不在客廳里”變了個樣子說出來。

　　這個貓是死了還是活著?既死又活是同時存在的，量子力學就認為兩者同時存在。那么怎么可能既死又活同時存在呢?人不能想象這種狀態，于是大家就把這個實驗進一步討論下去。1963年獲得諾貝爾物理學獎的維格納想了一個新的辦法，他說：我讓個朋友戴著防毒面具也和貓一起呆在那個盒子里面去，我躲在門外，對我來說，這貓是死是活我不知道，貓是既死又活。

　　事后我問在毒氣室里戴防毒面具的朋友，貓是死是活?朋友肯定會回答，貓要么是死要么是活，不會說是半死不活的。他這個說法一出來大家就發現，問題在哪兒呢?一個人和貓一起呆在盒子里，人有意識，意識一旦包含到量子力學的系統中去，它的波函數就坍縮了，貓就變成要么是死，要么是活了。也就是說貓是死是活，只要一有人的意識參與，就變成要么是死，要么是活了，就不再是模糊狀態了。

　　維格納總結道，當朋友的意識被包含在整個系統中的時候，迭加態就不適用了。即使他本人在門外，箱子里的波函數還是因為朋友的觀測而不斷地被觸動，因此只有活貓或者死貓兩個純態的可能。維格納認為，意識可以作用于外部世界，使波函數坍縮是不足為奇的。維格納這個認識已經是量子力學界的共識了，確實只能這樣認為。因為外部世界的變化可以引起我們意識的改變。

　　大家想過沒有，牛頓第三定律說作用力與反作用力是相等的。我們的意識能夠受外部世界的影響而改變，大家都覺得沒有問題，對吧?人的意識就是受外界客觀世界的影響改變了，隨時都在變化。那為什么客觀世界就能改變意識，意識就不能改變客觀世界呢?他就說意識是能夠改變客觀世界的，意識改變客觀世界就是通過波函數坍縮，就是使不確定狀態變成確定的狀態，這樣來影響的。

　　所以波函數，也就是量子力學的狀態，從不確定到確定必須要有意識的參與，這就是爭論到最后大家的結論。自然科學總是自詡為最客觀、最不能容忍主觀意識的，現在量子力學發展到這個地步，居然發現人類的主觀意識是客觀物質世界的基礎了。因為量子力學是我們客觀物質世界最基礎的理論。剛才說過了，二十世紀人類技術進展都跟量子力學有關，而且量子力學經過了最精確的實驗驗證。

　　量子力學的基礎就是：從不確定的狀態變成確定的狀態，一定要有意識參與。這是物理學的一個重大成就。到此為止我講的全都是物理學。大家有興趣的可以去買關于薛定諤的貓等量子力學詭異現象的通俗讀物，現在出的這種書已經很多很多了，我講的這些都是上面的說法。

　　到這一步，我們對量子力學的詭異已經有所了解了，詭異的基礎實際上是：意識和物質世界不可分開，意識促成了物質世界從不確定到確定的轉移。這點很像在佛學中，一個念頭一下子使物質世界產生出來了，這樣的概念。物質世界產生出來實際上是從不確定一下子變成確定的，這兩者很類似。

　　剛才講了量子力學兩個詭異之點，詭異之點到最后就達到了物質世界離不開意識，意識是物質世界的基礎，意識才使物質世界從不確定到確定，發生這樣的坍縮，也就是變化。

　　3. 多體的迭加態：量子糾纏

　　現在再來講量子力學第三個詭異之點，這個和前面講的狀態有關，是它們的直接結論，叫做量子糾纏。

　　量子糾纏與“薛定諤的貓”是類似的，只不過“薛定諤的貓” 講的是同一個東西處于不同的狀態的迭加，量子糾纏講的是如果有兩個以上的東西它們都處于不同的狀態的迭加，它們彼此之間有什么關聯。這就是量子糾纏。

　　量子糾纏最典型的例子是：如果有一個原子在空中爆炸，它變成了兩個碎片向兩個方向飛去。這兩個碎片的狀態一定有明確的關系，比如角動量守恒就告訴我們，這兩個碎片的狀態，如果一個角動量是正的，另一個角動量一定是負的，這樣它們的和才是零。

　　在沒有被人檢測的時候，兩個碎片都是處于不確定的狀態，比如它們的角動量既可能是正，也有可能是負。而一旦被人檢測，受測的碎片馬上選擇一個確定的角動量，或者正的，或者負的;另一個未檢測的碎片，也馬上選擇與之相反的狀態，或者正的，或者負的。

　　這就是剛才講的兩個的狀態從不確定到確定。關于這種關聯，可以打個比方，我們從北京買了一雙手套，把手套中的一只寄到香港，另一只寄到華盛頓，那么寄到香港的是左手戴的還是右手戴的?誰都不知道，如果香港的人收到了打開一看，是左手的，那華盛頓的人不用看就知道收到的是右手的，因為手套是左右配對的，這是個規則。

　　一旦寄出去了，寄的過程中不確定，但是一個人只要觀測了他收到的手套是左手的還是右手的，另一個人不用觀測就知道了。這就是糾纏的一個例子。大家可以說，手套在寄的過程中，只不過大家不知道而已，是左手右手早就確定了的。

　　這就和“女兒在客廳里還是不在客廳里”一樣，大家覺得在不在客廳里是早就確定了的，只不過你沒有去觀察。手套也是一樣，大家會認為，你看沒看它沒關系，它早就確定了。但量子力學大量實驗證明，如果把同一個量子體系分開成幾個部分，在未檢測之前，你永遠不知道這些部分的準確狀態;如果你檢測出其中之一的狀態，在這瞬間其他部分立即調整自己的狀態與之相應。這樣的量子體系的狀態叫做“糾纏態”。

　　就好比這個手套在寄出以后，在還沒被觀測之前，它是不是確定呢?肯定不確定。只有在你確定了其中某一個的狀態，另一個的狀態立刻就變化了，也變得確定起來了。這種關聯就叫作量子糾纏。

　　大家也許很難理解這個糾纏，說實話，這個已經超出了我們人類的理解能力的范圍之外，你只能去試圖想他、接受他，跟我們日常生活中的客觀經驗已經不符了。r> 我再舉個例子。人跟人之間的關系也是有這種糾纏關系，比如我跟我兒子之間的關系。我們一個父一個子，如果有一天媳婦生了一個孩子，雖然我完全不知道，但是我也馬上晉級為爺爺了。晉級跟我知不知道沒有關系，兒子晉級了，做爸爸了，我作為爺爺的狀態也就馬上明確了，這個也是一種糾纏。

　　這個例子還說明糾纏的一個重要特點：糾纏一方得到的任何信息，另一方也會馬上感到，不需要信息傳遞。這一點很重要，后面要用到。

　　這種糾纏的例子大家還容易理解，但是對于物質世界的糾纏大家不太容易理解，原因就在于大家的觀念都認為一個事物永遠都有個確定的狀態，但是量子力學發現微觀世界的事物，在還沒被觀察之前沒有明確的狀態。

　　大家記住量子糾纏就是對于多個微觀物體，在被觀察之后，它們的狀態會從不確定到確定，作一個有關聯的突變。量子糾纏現在已經變成一個工具了，這個工具可以用來傳輸東西、傳輸信息。

　　我先來說，非量子力學的經典物理學的信息傳輸。比如一位女士有一本書，或者任何信息，她想傳輸到一位男士手上去，這個男士在紐約，兩個人根本看不見。經典物理學的傳輸方式是女士拿掃描儀來掃描這本書，掃描之后通過網絡系統，把信號傳到男士那去，男士再把它打印出來，這就是經典信號傳輸了。但經典信號傳輸有個大缺點，就是不完全。因為一本書在掃描時候只能得到它的部分信息，這本書的顏色、紙張的厚度、紙張的原子分子結構那就傳不過去，傳的只是照相的圖像，這就是經典物理學的信號傳輸。

　　量子信號傳輸就完全不同了。量子信號的傳輸利用量子糾纏態。

　　如果這位女士與男士離得很遠，一個在火星上，一個在地球上，他們可以用量子糾纏來傳輸信息。如果女士在A點，她有光子A;男士在B點，他有光子B。光子A和B處于糾纏態，對A光子施加的任何作用或給她的任何信息，B光子都馬上得到。如果把這本書的全部信息作用于A光子，那么B光子也馬上得到。這就是量子隱形傳輸中，最后的B點得到的是和原來完全一樣的信息。

　　經典物理傳輸后所復制出來的，只是紙上圖像的信息，沒有復制出任何“實體”本身。而量子隱形傳輸卻是從“實體”得到完整的信息，從而復制出了“實體”本身，盡管只是一個小小的量子態!這個過程要講的話比較復雜一點，我就舍棄這些細節。

　　這個工作現在在全世界做得最領先的是歐洲國家，然后就是中國。中科大有個年輕教授叫潘建偉，他做這個在全世界很有名，做得很好。這個量子隱性傳輸能夠實現，就使得人類有這種可能：

　　可以把在地球上某個東西的全部信息傳到火星上去，而且瞬間就傳播了。現在傳播的是某個東西的全部信息，總有一天能實現把一個人的全部信息傳遞到火星上去，然后在那個地方用原子組裝出來，不就變成傳輸了一個人了嗎?

　　這個超遠距離隱性傳輸，就類似于中國古典小說中的幻想。

　　我講這個，主要想讓大家理解并記住，如果兩個地方的物質處于糾纏態，從糾纏的一方的所有信息可以瞬間傳遞到糾纏的另一方去，這種傳輸沒有時間空間的限制，是瞬間傳播的。

　　這是量子力學第三個詭異的地方。

　　意識是量子物理現象

　　因此是念頭產生了“客觀”，念頭就是測量，客觀世界是一系列復雜念頭造成的。所以我們說人的念頭和量子力學的測量很類似，意識在不測量的時候是空空靈靈的、清清楚楚的、沒有產生任何妄想雜念、是對境無心的，看花不是花。但是一旦你產生念頭了，對它進行測量了，于是花就固定為一種形態而跳出來了，你就認出它是花了。這就是人的意識。這就是意識和量子力學測量的類似之處。

　　在量子物理中，這種沒有確定的狀態，一被觀測，也就是人的意識一參與，基本粒子的波函數就開始坍縮了，電子就會出現在個確定的位置，就出現某種客觀實在，所以客觀實在產生于意識參與的測量。在量子力學中，物質是由測量而產生的，而起心動念的實質我們也可以把它叫做一種測量。

　　起心動念的時候意識本身就不再自由了，它突然就坍縮到個具體的概念之上了。也就是說，整個世界也都這樣，一旦有了意識，才可能有確定的狀態出現。但這個問題太大了，究竟怎么理解，物理學還遠遠沒有走到這一步。我想，把心和意識掛鉤起來，而在量子力學看來，一切是意識產生的結果，那這個意思就比較接近了。

　　好，謝謝。

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