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玻姆的隱含序與全息宇宙 轉自“后學星環(huán)”，鏈接：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f43884d0100fj5p.html 微觀量子世界中有這樣一種現象，兩個或兩個以上的微觀量子，如果他們進入一種“糾纏”的狀態(tài)，就能產生一種心靈感應般的信息溝通能力。無論他們之間的間隔有多遠，哪怕遠至宇宙兩端，只要我們對其中一個進行測量使其彌散的波函數發(fā)生坍縮，另一個遠在天邊的糾纏粒子也立即瞬間發(fā)生同樣的變化。好像兩個粒子具有某種“智能”和“默契”，能夠進行瞬間的信息交換，其交換速度遠大于光速，這就違反了狹義相對論的準則。所以，愛因斯坦在跟波爾的交鋒中拿它說事兒，稱之為“幽靈般的相互作用（spooky action-at-a-distance）”，認為這是一個量子力學無法自圓其說的悖論。 哥本哈根學派對于這種超光速的信息傳遞現象也比較撓頭，他們的傳統(tǒng)解釋出發(fā)點是量子假設，強調微觀領域內每個原子過程或基元中存在著本質的不連續(xù)，其核心思想是玻爾的互補原理，還接受了玻恩對態(tài)函數的概率解釋，并把這種概率理解為是同一個粒子在給定時刻出現在某處的概率密度。說起來挺復雜，直白點就是量子不是真的出現在檢測的地點，而僅僅只是一種出現在那兒的概率，波爾還提出很多哲學上的解釋來配合自己的觀點，雜糅到一起來解釋，最后大家還是一頭霧水，普遍認為沒有解釋清楚現象的本質。 反主流新星的誕生 在愛因斯坦和波爾早期交鋒的時候，一個天才青年拜入原子彈之父奧本海默門下，進入著名的曼哈頓計劃的部分研究課題，他的名字叫戴維?約瑟夫?玻姆（David Joseph Bohm）。玻姆從小就對宇宙、科學非常著迷，還發(fā)明過一些小玩意兒，長大后更是常常思索宇宙、精神和物質這些深奧的問題。他在課題期間完成博士論文之余，也悉心研究了量子力學的理論，毫無懸念的成了波爾的粉絲。充滿了對偶像的敬意，玻姆下定決心要寫一本關于量子物理的書，試圖從玻爾的觀點來闡明量子力學抽象數學的內在物理意義，以達到通曉量子力學的目的。正趕上美國在二戰(zhàn)后的一段時間里盛行麥肯錫主意，一幫神經質的政客在社會各界到處找茬清洗赤色分子，巧不巧的他們就懷疑到了當時在普林斯頓大學的玻姆，認為他是蘇聯間諜。玻姆的申辯被駁回，于是他無端受到了廣大師生們的強烈鄙視，以至于長期沒有勇氣在校園里露面。在這段艱難時間里，他的書歷經艱辛終于完成了，這就是后來十分著名的《量子理論》。 于是，滿懷期待的玻姆將他的書分寄給了幾位自己最尊敬的科學家：愛因斯坦、玻爾和泡利。泡利熱情地稱他寫得好；愛因斯坦則邀請玻姆到他寓所作深入的討論；而他的偶像波爾，不知道處于何種原因，壓根兒就沒理他這茬兒，一個字母也沒給回。 很明顯，玻姆熱臉貼了個冷屁股，再加上愛因斯坦雪中送炭的向他拋出了橄欖枝，他逐漸投向了愛因斯坦這邊兒。他們在一起通過多次深入熱烈的討論，極大地強化玻姆這樣一種信念：就物理學應該對實在做出客觀而完備的描述而言，在量子理論中缺少了某種基本的東西。在愛因斯坦的直接激勵下，玻姆相信量子理論是不完備的，需要找到量子理論的決定論擴展。他認為，量子的運動就是有其精確的軌道的，而不是那些虛無縹緲的概率，只能在數學方程上被大致描述。一定有其它隱含的因素導致了量子波函數坍縮的關聯性，微觀世界的運動其實還是簡單的、經典的。 而這時，美國的麥卡錫主義政治更加嚴重，玻姆雖然辭職跑到巴西去工作，但還是被美國政府吊銷了護照。于是他過上了一邊兒在國外四處流亡，一邊兒給量子力學找茬、苦苦思索宇宙本質的新生活。 當時波爾的理論很主流，玻姆接連提出的隱變量和因果機制等理論在學界不是飽受攻擊就是無人問津，使他跟愛因斯坦一樣在學術上被孤立了，更慘的是政治上他還得不停流亡。1955年秋，玻姆離開巴西，跑到色列哈法大學技術學院當教授，兩年后他又來到英國，最終在倫敦大學伯克貝克學院站穩(wěn)了腳跟。 東西理念合璧 從60年代后，玻姆的理論體系圓融漸入佳境。他一方面接受了愛因斯坦關于量子力學對物理實在的描述不完備的觀點，把探索對物理實在更精細的描述定為研究目標；另一方面采取了玻爾關于量子現象的整體性觀點，強調微觀粒子對于宏觀環(huán)境的全域相關性，以協調量子力學正統(tǒng)理論的矛盾。而且他結交了一位朋友加伙伴，印度哲學家、宗教教育家克里什納默蒂（J.Krishnamurti）。從這位東方哲學家的著作《第一與最后的自由》提到觀察者與被觀察者不可分的觀點，正好是量子理論的論題，引起玻姆的強烈共鳴。不過，印度人克里什納默蒂的理念是唯心的，指的是精神的整體。玻姆由此領悟到量子理論中的情況與精神中的有著很大的相似性。他從東方哲學家那里獲得了逾越物理學去探索人類意識的真諦的巨大力量。于是，一位西方物理學家和一位東方哲學家很快成為了探索實在（包括物質與精神）的整體序的學術摯友。 結合東方整體的、聯系的哲學思想，玻姆將宇宙中全部物體及其運動與相互作用表達成“全運動”（holomovement）。在某些情況下，我們可以抽象出全運動的特殊方面（如光、電子、聲音等），但是一般地說，全運動的所有形式都結合在一起，不能分開所以，全運動是無法規(guī)定的、無法測度的。 這樣，玻姆提出了顯展序和隱卷序（implicate order）的概念來解釋量子態(tài)和這個宇宙的基本結構，在本文中為了不拗口，圖省事兒我姑且暫時稱之為顯序和隱序。 理論大致可以描述為：客觀世界存在兩個層次或兩個維，一個維在生物學和物理學的層面上顯示自己，而另一個則在比較深的層次，我們無法直接認識，只能間接地了解它。對宇宙的正確描述必須包括后者這個根本的層次，玻姆稱之為隱序。隱序的基本特征是，在時間和空間（顯序）中所發(fā)生的一切事都被折迭在內。基本粒子看上去是實體，實際上它們來自基本的“折迭”隱序。 前面提出的全運動是無處不在的，豐富的，處于卷入與展出的無終止的動態(tài)狀態(tài)中，在全運動中存在“總法則”（holonomy）或“整體的規(guī)律”。總法則是隱含的，不可測的，它必須通過萬物所有的序來表現，玻姆也稱之為“必然性的力量”，它決定全運動的過程，引起隱卷序和顯展序的相互轉化。 油桶中的顯、隱序 玻姆用來說明隱序與顯序的典型例子是油墨滴—甘油的實驗，當然，我們也知道這個例子是他從偶然電視上抄的。這種實驗裝置由兩個同軸的玻璃筒組成，在兩個玻璃筒的空隙之間加上很稠的流體如甘油，然后很緩慢地轉動外面的玻璃筒，使粘稠的流體輕微地擴散開來。這時將一滴不易溶解的油墨加入粘稠的流體，再轉動外面的玻璃筒，油墨滴就被托成一條線，“隨機地”擴展到整個流體中。但是，如果反向轉動外面的玻璃筒，這根線一樣的東西又向后縮，突然變成了看得見的與原來基本一樣的一滴油墨。這個實驗說明，油墨滴（染色滴）在似乎是隨機分布的時候仍然具有某種序，這種序被“卷入”或“隱含”在可看見的“灰色片”的流體中，這就是隱卷序；而當外面的玻璃筒反轉時，隱序會逐漸變成顯序：即可看到的油墨滴復現。 同樣，在量子態(tài)的粒子問題上，粒子的波函數使之以一種虛無的概率形式彌散于整個空間中，我們的測量活動又使其坍縮回到一個實體的粒子狀態(tài)，正如反轉甘油桶一樣，油墨由薄霧般的彌散狀態(tài)又回到了實在的一滴墨水的狀態(tài)。而這種隨機性以及粒子位置的無數可能性其實并不雜亂無章也絕沒有偶然性，他們其實受到了甘油桶旋轉規(guī)律的引導，在未來的固定時間內存在固定的顯示位置和狀態(tài)。 當我們先后把無數滴油墨滴入甘油桶中再加以旋轉，就猶如我們這個世界上的無數物質在時空中的運動狀態(tài)，每一個物體都有化為波函數無限彌散出去的可能性，但由于隱序在背后引導其運轉，物體在空間上導致由波函數坍縮成唯一的穩(wěn)定存在，在時間上同樣也受其引導而產生萬事萬物都是注定的結果。 魚缸中的全息現象 玻姆認為，宇宙中的物體運動無不涉及顯序和隱序的相互作用。在可以觀察到的顯序世界中，物質粒子的運動不斷地受到隱序的引導。這種引導通過一種叫做量子潛能的“引導波”（pilot wave）發(fā)生，這種量子潛能就像引力常數一樣充滿整個時空，甚至超越了時空，能夠同時作用于過去和未來。因為時間作為一個維，它的序同樣也來自于隱序，也是被注定了的。由此玻姆提出了全息宇宙的理論，其核心思想是，宇宙是一個不可分割的、各部分之間緊密關聯的整體，任何一個部分都包含整體的信息。 全息理論很好地解釋了量子糾纏的超距作用原理。為了便于理解，玻姆用“魚缸里的魚”來做比喻（個人認為這個例子比油桶的好的多）：在一個長方體玻璃魚缸中放進一條魚，兩臺相互垂直的攝像機"觀察"魚的活動，圖像直接在兩臺電視機上播放出來。在電視機里我們可以看到，“兩”條魚分別作著方向相反、速度相等的游動。玻姆以此展開對超距作用的解釋：“兩個糾纏粒子應當被視為同一高維現實的兩個不同的低維投影，在三維空間看來，二者沒有相互接觸，毫無因果關聯; 而實際情況是，兩個粒子之間相互關聯的方式，非常類似于上面所說的魚的兩個電視圖像之間相互關聯的方式。因此普遍地說，隱序必須被擴展到一個高維現實，這個高維原則上是不可分割的整體，其包含整個具有其全部‘場’和‘粒子’的整體宇宙。于是我們必須說，全運動在高維空間中卷入與展出，其維數實際上是無限的?！?br> 通過量子潛能的作用，現實世界的整體成了隱序產生的表現形式。進一步說，因為所有的東西都在隱序中產生，所以在自然界中就不存在偶然事件；顯序中發(fā)生的每一件事都是隱序王國中序的表現。銀河系、有機體、原子和夸克永遠都是包含于觀察和經驗世界中序的組成部分，它們的過去、現在和未來都被隱序所指引，而隱序背后還有隱序，無法窮盡。 玻姆的理論給量子糾纏提供了一種比較有說服力的解釋，使人們能更為直觀地把握量子實在的本質特征。對于量子力學本體解釋的重新表述使量子勢的形式特征得到了強調，致使量子勢因果解釋能較好地推廣到相對論領域和量子場論的情形之中。他寓西方科學精神與東方哲學于一體，堅持受到現代科學支持的整體性實在觀，超越了傳統(tǒng)科學與傳統(tǒng)哲學的疆域，對于科學和人類文明的未來具有潛在的深遠影響力。為此后來美國政府特地恢復了他的護照，但玻姆毫不猶豫的拒絕了這種見風使舵的馬后炮行為，在英國大學繼續(xù)耕耘直到1992年去世。 量子糾纏態(tài)的概念最早出現在1935年薛定諤關于“貓態(tài)”的論文中，到現在已經70多年了近年來已在量子遠程通信、量子信息等一些前沿領域中得到應用。目前，我國科學家潘建偉已經成功的制備了5粒子最大糾纏，在態(tài)量子通訊領域方面已經在競爭激烈的世界科學前沿牢牢地占據一個立足點乃至制高點。我們就用潘教授的一段原話作為結尾：“愛因斯坦的相對論全世界只有5個人懂，而量子力學沒有一個人懂，因為現在這些研究量子的科學家們也只知道量子是什么樣子，但是并不知道量子為什么是這個樣子?！? |
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