佛教與量子物理學

2021-01-13 加措上師語錄

推薦


量子理論詮釋的是,基本粒子其自性是空無的,其存在的可能性並不確定;直到意識與其相互作用並給予其意義,否則不會現為真實的存在。今天把這篇文章推薦給大家。---加措活佛



量子物理學的實驗似乎表明,需要一個觀察者存在,以使潛在的可能性成為現實。

 

量子物理學是在基本粒子層面上,對物質和能量的表現形式,成功地用數學方式作出清晰描述的一門科學。迄今為止沒有發現量子理論的預測和實驗觀察之間,存在任何差異[彭羅斯1990 a]。

 

但應該注意的是,對一種科學理論價值的評判,通常取決於其預測能力,而不是靠其描述的能力。僅僅是描述性的理論而不具可測試性的預測,很少具有科學價值或者甚至可以說沒有任何科學價值。

 

需要特別強調的是,量子物理學的數學方程式並不描述真實的存在,但卻可以預測其存在的可能性。對於一個由基本粒子組成的系統,通過建立量子力學方程式,便可得到粒子可能出現的範圍、量值和隨時間進化及變化的屬性。

 

但是對於任何系統,只有一個可能性能夠真實出現。這是量子物理學的革命性發現,即由於觀察者預測的存在,才使得這些狀態變為可能。

 

物質和能量並不如它們所表現的那樣,那只是觀察時所得到的結果。

 

下面的實驗,在最基本層面上,給出意識與物質如何相互作用的一些感覺:

 

1、雙狹縫悖論

 

雙狹縫實驗包含一個裝置(發射器),它將電子從原子上剝離並將它們發射在屏幕上。屏幕上覆蓋著成千上萬的微小螢光點(類似一個電視屏幕),當一個電子擊打這些螢光點時,它們會發光。為了獲得實驗結果的永久性記錄,我們可以把一張感光紙放在屏幕的背後。

 

1.1單縫在上方位置——由電子產生的發光強度

 

 

我們放一張鋁箔紙,它可以將電子阻止在發射器與屏幕之間。紙上有一個很窄的單縫,恰好在發射器水平位置的上方。這時向屏幕上看,我們可以看到所期望的結果——大部分屏幕是黑的,但在狹縫的後面有一個發光帶。在此,電子得以通過並且撞擊螢光點。發光帶、狹縫和發射器都在一條直線上。

 

1.2單縫在底部位置——由電子產生的發光強度

 

 

 我們用另一張鋁箔紙更換第一片鋁箔,其中有一個很窄的狹縫低於發射器的水平位置。此時觀察屏幕,我們可以看到所預期的結果,那幾乎同我們在第一個狹縫中所看到的一樣。大部分的屏幕是黑的,但在狹縫後面有一個發光帶,電子在此通過並撞擊螢光點。發光帶、狹縫和發射器都在同一條直線上,發光帶的位置比第一次狹縫的發光帶位置稍微低些。

 

1.3雙狹縫一束粒子流——預期的效果

 

 

現在我們用含有兩個狹縫的鋁箔取代剛才那張,其大小和位置與前面的那兩張完全相同。常識告訴我們,我們應該看到兩個單獨狹縫疊加的效果。應該有兩個發光帶,每一個與先前的位置相同(即一個在上面,一個在下面)。

 

但常識是錯誤的——這樣的結果不會發生!

...

 

1.4雙狹縫一束粒子流——實際結果

 

 

但結果與預期完全不同。與前面兩次獨立的單狹縫位置有所不同,我們在許多不同的位置上看到了不同的發光帶。在前兩次實驗中為黑暗的區域變亮,原來發光的區域變暗,事實上,電子呈現出幹涉的效果,這是典型的波的特點。在通過兩條不同的路徑之後,波在波峰和波谷同時聚集的地方表現出很高的能量狀態,而零能量的點是波谷與波峰能量一致並相互抵消的地方。

 

將常識擴展一些,我們可以得出結論:引入的第二個狹縫在某種程度上,迫使電子表現為波的特性而不是粒子的特性。

 

波的特點之一是它們可以傳播。但如果我們密切觀察屏幕就會注意到,輝光並沒有傳播。單獨的光點依然瞬時發光,可其附近很大可能保持黑暗,電子是以粒子的特性到達(屏幕)的。所以我們可以得出結論:電子以波的形式傳遞,並且與一個又一個電子互相干涉。但是當它們遇到探測器時,則立即還原為粒子的特性。

 

1.5兩個狹縫,每次一個粒子

 

擺脫幹涉影響的有效方式,是確保在任何一個時間只有一個電子通過。如果我們令每個電子這樣做的話,電子會暢通無阻地通過,之後,我們應該看到建立了一個如同兩個單狹縫疊加在一起的結果。

 

為此,需要降低發射器的功率。做到只有在第一個電子撞擊到屏幕後,才發射第二個電子,這樣便可以消除可能的幹涉。實際上我們可以坐著觀看每個獨立的電子到達屏幕過程,但這會很費時。取而代之,我們可以把感光紙貼在屏幕上,並停留一段時間。

 

但是當我們將感光紙顯影時,會發現與我們看到過的,許多電子同時通過狹縫時完全同樣的幹涉現象!雙狹縫實驗中黑暗的區域保持黑暗,儘管它們在單縫實驗中是發光的。

 

如此一來,我們原來認為的,電子通過抵消與加強,致使彼此相互幹涉的見解是錯誤的。當兩個狹縫是開放的時候,每一個電子抵消、加強自身,但當只有一個狹縫是開著的時候並非如此。剩下的唯一合乎邏輯的解釋是,一個單獨的電子必須同時穿過兩個狹縫。我們可以在狹縫後面安裝探測器來證實此事。

 

1.6檢查兩個狹縫

 

我們把高靈敏度的粒子探測器放在每一個狹縫的後面,然後設置發射器釋放單個電子。我們等待觀察同時到達兩個粒子探測器的兩小塊電子。我們等待著……等啊等…一直等待。結果我們看到的是,任何一個粒子探測器,可以捕捉一個電子或另一個電子,但從不同時捕捉兩個電子。單個電子只能穿越其中一個狹縫或者另一個狹縫。

 

如果電子沒有穿越這兩條途徑,它如何才能『知道』另一個狹縫存在呢。一個明顯的、再簡單不過的事實是電子並不知道另一個狹縫的存在。

 

在這一系列實驗中,第二個狹縫的存在是由具有深層知識的人設置的,比起實際粒子的軌跡及其他物理事件,可能性的知識似乎更需要由物體的特性來確定。但如果電子不具備對其周圍環境的認知,那麼唯一的能夠具有此知識的另外一個地方,是在觀察者的腦中。因此觀察者的意識,在某種程度上決定了觀察的結果。

 

實驗者觀測時,若認為結果是粒子會以波的形式出現,那麼他所看到的就是,粒子將以波的形式出現。如果他認為實驗結果是,粒子將以 『粒子』的形式出現,那麼他就會看到粒子樣的特性。

 

因為採用這種做法的實驗者有了電子是『粒子』概念,因此儘管兩個狹縫保持開放,只有一個路線是通暢無阻的,則即使把粒子探測器只放在一個狹縫的背後,也會消除幹涉模式。雙狹縫悖論更詳細的描述可參見羅傑•彭羅斯的《皇帝新腦》[彭羅斯1990 b] 和大衛•林德利《命運之神應置何方?》 [林德利1997 a]。

 

2、斯特恩和格拉赫的磁鐵

 

最早觀察量子系統的性質(而非僅僅觀察已經存在的那些現象)屬于波還是粒子的演示之一,是從斯特恩和格拉赫開始的。

 

許多次原子粒子可視為微小的磁鐵,其北極和南極的磁力相等。我們從一個隨機的磁源,如熱導線獲得一束粒子流,然後期待他們能夠隨機排列成一條直線。南北軸向可能是自上而下、自左而右、自後向前,或反之亦然,或任何中間方向。事實上,我們只能期望有很小的比例準確地上下排成一線,絕大多數會在兩者之間。

 

斯特恩和格拉赫建立了一種特殊類型的磁場,其中磁場的強度隨著距離快速地下降。在磁場的特定區域內粒子應該根據其(磁場)方向偏轉。

 

該機制的原理如下:假設粒子經過裝置頂部的北極,因粒子的北極朝上,預期其會向下偏轉非常大的幅度,因為其北極的斥力會比南極的吸引力大(此時粒子的南極遠離儀器的北極,所以處在較弱的磁場中)。相反,此粒子向上的南極將會向上偏轉。

 

然而,絕大多數的粒子不會直接向上或向下成一直線,而是在兩者之間。這些粒子的偏轉強度會減弱,大批的粒子或多或少會成一線,與磁場成直角的粒子很少或幾乎不發生偏轉。

 

2.1斯特恩-格拉赫——預期結果

 

 

仔細檢查經過磁場後的光束(採用放一個感光屏幕的方式),我們預想會有一個細長的形狀的最亮的區域(大多數粒子)且處於中央無偏轉的地方。但這種情況根本沒有發生!

...

 

2.2斯特恩-格拉赫——實際結果

 

 

所有的粒子以50:50的比例向上偏轉或同樣地向下偏轉,沒有中間位置。

 

改為:因此結論只可能有以下三個:

 

(1)粒子偏轉之前,被強迫與磁場平行並排成一行。

(2)粒子並非以隨機方向發射,而是以上或下的方式產生。

(3)粒子直到它被觀察到之前是沒有方向的,觀察的行為本身,使它產生了方向。

 

可以否定被強迫定位的結論,因為沒有已知的兩位置機械裝置,會令磁場等到所有的小型磁鐵(即粒子),在決定轉向之前排成一行。

 

同時,由於磁場會逐漸弱化,預計一些粒子會逃離排列成行的過程,但是這個現象並沒有發生。在實驗測量範圍內的粒子,都以相同的程度,準確地向上或向下偏轉。

 

粒子束保持不變,觀察斯特恩—格拉赫磁鐵旋轉90度時會發生什麼,就可以否定第二個結論。此時粒子或者向左或者向右,而不會停留在中間位置。

 

事實上,定位(的方向)完全是隨意的。如果斯特恩—格拉赫磁場與任意軸的方向成一線(如1點/ 7點的方向或2點/ 8點鐘的方向)等,那麼,原來的光束將分裂成兩束,其所有粒子顯示出1點鐘或7點鐘位置的相同偏轉。

 

所以,我們還剩下結論三——方向並不固定存在。定位的屬性在無觀察者時完全是無意義的,方向是觀察者的意識所投射的結果。如果觀察者(想)將一束粒子流的方式定位為上/下,那所有的粒子要被排序為那樣的方向。如果選擇任何其他的方向,那麼這些粒子就會沿著其他方向排序。量子理論在觀察者的意識和要觀察的結果之間,似乎沒有任何根本性的不同。詳細的斯特恩—格拉赫實驗,可參見大衛•林德利《命運之神應置何方?》 [1997 b]

 

3、幽靈似的超距作用——EPR

 

EPR給出了觀察者的意識,與一個量子系統之間互動的最生動的展示——EPR為「愛因斯坦•波多爾斯基•盧森悖論」,或就像有時很多人所知道的那樣,稱為「靈異超距作用」(又譯:幽靈似的超距作用,鬼魅般的超距作用)。實驗證據似乎都表明觀察者的頭腦可以無阻礙地、瞬間到達它的對象,例如在十公裡之內瞬間就可以了知日內瓦的城市概貌(牆、建築物、火車站,非常多!)。

 

其效果不隨著距離減弱。從哥本哈根詮釋的量子理論上說, 「靈異作用」可以瞬間影響一個粒子,無論這個粒子是距觀察者一米之外,還是距他跨越整個宇宙距離的一半。

 

「靈異作用」的觀察要依靠糾纏的概念,我們知道在基本粒子對中,這些粒子將總是具有相互抵消彼此的特性,即使在這些特性沒有被定義時(也是同樣)。這些粒子對被稱為「糾纏」。,當然,糾纏是概念上而非物理上的糾纏,並且這些粒子處於自由狀態,可以移動很遠並相互分離。

 

設想一個實驗,在其中我們創造一個糾纏的磁粒子對。它們的極性永遠相反並在一條直線上。我們允許它們可以分開,然後在其中的一個粒子和觀察者的路徑中,放置一個斯特恩—格拉赫磁鐵,並觀察它穿過時會發生什麼情況。如果它向上偏轉,那麼根據「靈異作用」的假說,其遠處粒子對中的另一個由於類似的磁(場)會向下偏轉。即通過對近處的粒子進行觀察,我們可以瞬間定義遠處粒子的性質。

 

但這並不是說,近處的粒子總是向上而我們並不知道,除非我們想要觀察它;遠處的粒子一定向下,儘管我們當時並不知道。

 

上述說法與量子學理論不相符,因為我們同樣可能會令斯特恩—格拉赫磁鐵處於左/右軸一線,而不是上/下軸成一線。此時,我們可能會調整近處的粒子,令其向左偏轉,同時遠處的粒子會立即向右偏轉。

 

多年來,理論和技術上的原因,使得證實「靈異作用」 是否確實發生變得非常困難。然而,由於約翰•貝爾的理論工作和阿蘭•阿斯派克特巧妙的實驗設計,獲得了在幾米距離內產生此效果的有力證據。

 

若決定對一個糾纏粒子對成員之一的屬性進行觀測,就可以立即確定另一個成員的屬性。

 

自此之後,演示「靈異作用」 的距離不斷增加。最新記錄的觀測距離是10公裡,是由日內瓦大學的尼古拉斯•吉森和他的團隊完成的 [布坎南1997]。從日內瓦火車站附近開始,發送糾纏光子使其沿光纖通過城市,到達相隔10公裡的目的地。結果顯示,觀測粒子對其中一個成員的狀態,便可以同時確定另一個成員的狀態。

 

4、量子空性

 

基本上,量子理論詮釋的是,基本粒子其自性是空無的,其存在的可能性並不確定;直到意識與其相互作用並給予其意義,否則不會現為真實的存在。

 

無論何時何地只要沒有意識的參與,這些粒子就沒有意義並且也不實存。這是一個與大乘佛法教導的空性相類似的結論。

 

量子空性的最終證實是當量子理論應用到整個宇宙時。根據某些宇宙學家的觀點,宇宙最初是以量子波動的形式存在於無限的 「空無」中(哈妥—霍金假設)宇宙是巨大的量子疊加並可以呈現為所有狀態,直到第一個原始意識觀察到它,便使它變成了一種現實。

 

在《參與人擇原理》中討論了這一令人著迷的理論。

 

 

來源:http://www.spiritual-minds.com/articles/Buddhism%20and%20Quantum%20Physics.htm

 翻譯:圓唐

校對:耀安

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