장10 9장 측정 문제

하나 우리는 Cuomo 회의에서 Feng을 만났습니다.현대 컴퓨터의 창시자 중 한 명인 존 폰 노이만은 20세기의 가장 뛰어난 수학자입니다.그에 대한 온갖 전설은 과학계의 오래가는 전설과 같아서 점점 더 널리 퍼지고 점점 더 신비로워진다. 8세에 미적분, 12세에 미적분학, 19세에 기능해석에 능통하여 혹자는 사진기억력이 있고 역사에 능하다는 말도 있다. 그의 암산 능력이 얼마나 놀라운지 설명하기 위해.어떤 사람들은 그가 10살 때까지 5개 언어를 알고 각각의 언어로 우스꽝스러운 독어를 쓸 수 있었다고 말합니다. 다른 언어에서는 7개로 밝혀졌습니다.어쨌든 이 사람이 한 세기에 보기 드문 천재라는 건 모두가 인정한다.

집합론에서 수학의 기초에 대한 연구, 연산자 고리에서 에르고딕 이론, 게임 이론에서 수치 분석에 이르기까지 그의 뛰어난 업적을 열거하는 데는 많은 시간이 걸릴 것입니다.그러나 여기서 우리는 양자 이론에 대한 그의 공헌에만 초점을 맞추며, 그것만으로도 우리 역사에서 그에게 자리를 주기에 충분합니다. 위에서 언급했듯이 Dirac은 1930년에 유명한 "Principles of Quantum Mechanics" 교과서를 출판하여 양자역학의 보편적인 종합을 완성했습니다.그러나 순전히 수학적 관점에서 볼 때 양자 이론은 여전히 ​​공통적이고 엄격한 기초가 부족하며 이 결함은 폰 노이만에 의해 보완되었습니다.1926년 괴팅겐에 와서 유명한 힐베르트의 조수로 일했고, 두 사람은 노드하임과 함께 곧 공동으로 "양자역학의 기초"라는 논문을 발표했는데, 여기에는 힐베르트의 연산자 이론이 양자론에 도입되었다 , 이 물리적 시스템을 수학적으로 엄격하게 만듭니다.1932년 폰 노이만은 이 작업을 다시 개발하여 "양자역학의 수학적 기초"라는 유명한 책을 출판했습니다.이 책은 1955년에 Princeton에서 영어로 출판되었으며 여전히 고전 교과서입니다.우리는 수학에 너무 깊이 들어갈 생각은 없지만 von Neumann은 몇 가지 흥미로운 결과, 특히 우리의 측정 동작에 대한 몇 가지 흥미로운 결과를 증명했으며, 이는 한 세대의 물리학자들이 파동 함수의 붕괴에 대해 생각하는 방식에 깊은 영향을 미쳤습니다.

우리는 지난 장에서 우리를 괴롭혔던 측정 문제를 아직도 기억합니다: 우리가 관찰할 때마다 시스템의 파동 함수가 무너지고 실제 결과는 확률에 따라 튀어나오고 우리가 관찰하지 않으면 엄격하게 방정식 .이것은 완전히 다른 두 가지 프로세스입니다. 후자는 연속적이고 수학적으로 가역적이며 완전히 결정론적인 반면 전자는 붕괴이며 무작위적이고 비가역적입니다. 내부 메커니즘이 무엇인지는 아직 명확하지 않습니다.이 두 프로세스는 어떻게 변환됩니까?파동 함수의 급격한 변화를 유발하는 요인은 무엇입니까?관찰인가요?그러나 우리가 이렇게 말할 때 우리가 사용하는 언어는 일상적이고 모호하며 모호합니다.우리는 정확한 정의를 내리지 않고 관찰이라는 단어를 당연하게 사용해 왔습니다.어떤 종류의 행동이 관찰로 간주됩니까?눈을 뜨고 보는 것을 관찰이라고 한다면 눈을 감고 손으로 만지는 것은 어떨까?막대기로 찌르는 건 어때?악기로 녹음하는 것은 어떻습니까?사람을 관찰자로 볼 수 있다면 고양이는 어떨까?컴퓨터는 어떻습니까?가이거 계수기는 어떻습니까?

펑.노이만은 우리가 물체를 측정하는 데 사용하는 도구 자체가 자체 파동 함수를 가진 불확정 입자로 구성되어 있다고 예리하게 지적했습니다.우리가 관측을 위해 도구를 사용할 때 이것은 단지 도구 자체를 이 퍼지 중첩 상태에 포함시킬 것입니다.음, 전자가 왼쪽 슬릿을 통과했는지 오른쪽 슬릿을 통과했는지 측정하려면 기기를 사용하여 측정하고 이 결과를 표시기가 흔들리는 방향으로 보고합니다.그러나 사람들을 웃기고 울게 만드는 것은 이 악기 자체에도 자체 파동 함수가 있기 때문에 악기 자체를 관찰하지 않으면 파동 함수도 퍼지 중첩 상태에 빠지게 된다는 것입니다!노이만의 수학적 모델은 기기가 전자를 측정할 때 전자의 파동함수는 무너지지만 좌우 중첩은 기기에 그대로 전달된다는 것을 보여줍니다.이제 우리 악기는 왼쪽 또는 오른쪽을 가리키는 표시기의 중첩 상태에 있습니다!다시 악기 A를 측정하기 위해 악기 B를 사용하면 음, 이제 A의 파동함수는 다시 붕괴되어 그 상태가 확정되지만 B는 다시 모호성에 빠진다. 체인의 마지막 도구는 항상 불확실한 상태에 있으며 이를 무한 회귀라고 합니다.또 다른 관점에서 전체 시스템에 측정 장비를 추가하면 이 대규모 시스템의 파동 함수가 완전히 붕괴된 적이 없습니다!

그러나 기기에서 보고된 결과를 보면 프로세스가 끝났다고 상당히 확신합니다.우리 자신은 터무니없는 중첩 상태에 있지 않을 것입니다.우리의 뇌가 측정된 정보를 수신하면 게임이 종료되고 파동 기능이 더 이상 엉망이 되지 않습니다. 인간 의식의 참여가 파동함수 붕괴의 원인이 아닐까?전자의 임의적 선택의 결과가 실현되어야 진정한 현실이 되고 파동함수에서 세상으로 나온다.그리고 의식하지 않는 한 파동함수는 불확실한 상태로 유지되며 단지 한 곳에서 마지막 측정기로 이동할 뿐입니다.Neumann의 관점에서 파동함수는 Hilbert 공간의 벡터로 간주될 수 있으며 붕괴는 특정 방향으로의 투영입니다.그러나 무엇이 이러한 예측을 야기합니까?그것은 우리의 자유감입니까?

즉, 악기는 포인터가 왼쪽을 가리키는지 오른쪽을 가리키는지 알 수 없기 때문에 왼쪽/오른쪽 믹스에 포착되어야 합니다.고양이는 자신이 살아 있는지 죽었는지 알 수 없기 때문에 죽은/살아 있는 하이브리드 상태에 갇힐 수 있습니다.그러나 당신과 나는 전자가 왼쪽인지 오른쪽인지, 우리가 살아 있는지 죽었는지 깨달을 수 있으므로 파동 함수는 마침내 여기에서 완전히 무너지고 세계는 마침내 현실이되어 우리의 의식을 혼동하지 않습니다. 미친?불합리?무의미한 말?믿을 수 없는?아마 누구에게나 이런 충격이 있을 것입니다.자연과학, 가장 자랑스러운 귀족, 우주의 입법자, 자연의 궁극의 신비에 대한 지칠 줄 모르는 탐험가, 항상 가장 객관적이고 가장 엄격하며 가장 꼼꼼하고 주관적 의식에 대해 가장 관용적이지 않다고 주장하는 재판관, 지금 뜻밖에 인간의 의식, 즉 영혼을 우주의 중심에 두다!코페르니쿠스가 인간을 우주의 중심에서 추방했는데, 이제 인간은 다른 모습으로 돌아온다?그것은 모든 과학자를 전율시키기에 충분합니다.

아니, 말도 안 되는 소리임에 틀림없고, 그런 말을 한 사람이 미쳤거나, 물리학 바보임에 틀림없다.물리학에 의식이 필요합니까?이것은 세기의 가장 큰 농담입니다!하지만 잠깐만요, 이런 말을 한 사람이 당신보다 훨씬 똑똑할 수도 있고, 노벨 물리학상 수상자일 수도 있습니다. 유진.Eugene Wigner는 1902년 11월 17일 헝가리 부다페스트에서 태어났습니다.그는 루터교 중등학교에 다니던 중 후배인 폰 노이만을 만났습니다.둘 중 하나는 수학을 더 잘하고 다른 하나는 물리학을 더 잘하며 오랫동안 상당히 보완적인 조합이었습니다.위그너는 20세기의 가장 중요한 물리학자 중 한 사람으로 군론을 양자역학에 적용하여 원자핵 모델을 확립하는 데 중요한 역할을 했습니다.그는 Dirac, Jordan 등과 함께 양자장 이론의 창시자가 되었으며, 그의 여동생은 Dirac과 결혼하여 그의 처남이 되었습니다.그는 맨해튼 프로젝트에 참여하여 핵반응 이론에 뛰어난 공헌을 했습니다.1963년에 그는 노벨 물리학상을 수상했습니다.

양자 이론의 관찰 문제에 대해 Wigner의 의견은 다음과 같습니다. 의식은 의심할 여지 없이 파동 함수를 유발하는 데 중요한 역할을 합니다.사람들이 여전히 슈뢰딩거의 불행한 고양이에 대해 논쟁을 벌이는 동안 Wigner가 나와서 더 큰 말벌의 둥지를 찔렀습니다. 소위 Wigner의 친구입니다. Wigner의 친구는 가상의 지인이며 (모델은 Dirac 또는 von Neumann입니다!) 방독 마스크를 착용한 사람도 고양이를 관찰하기 위해 상자에 머물 렀습니다.Wigner 자신은 상자에서 무슨 일이 일어나고 있는지 관찰하기 위해 방에서 물러났습니다.이제 방의 상황에 대해 아무것도 모르는 Wigner에게 상자가 (살아있는 고양이의 행복한 친구) AND (죽은 고양이의 슬픈 친구)가 혼합된 상태라고 가정할 수 있습니까?하지만 나중에 그 친구에게 물어보면 친구는 이 중첩 상태를 분명히 부정할 것이다.Wigner는 친구의 의식이 전체 시스템에 포함될 때 중첩이 적용되지 않는다고 결론지었습니다.그 자신은 문 밖에 있어도 상자 안의 파동함수는 친구들의 관찰에 의해 끊임없이 만져지고 있기 때문에 순수한 상태는 살아 있는 고양이와 죽은 고양이 두 가지뿐이다.

Wigner는 의식이 외부 세계에 작용하여 파동 기능이 무너지는 것은 놀라운 일이 아니라고 주장했습니다.외부 세계의 변화는 우리 의식의 변화를 일으킬 수 있기 때문에 작용과 반작용의 원리인 뉴턴의 제3법칙에 따르면 의식도 역으로 외부 세계에 작용할 수 있어야 한다.그는 논문 제목을 "심신 질문에 대한 언급"(Remarks on the mind-body question)이라고 명명하고 1967년 에세이집에 모았다. 양자 이론이 너무 나갔습니까?이 미묘한 개념인 의식이 정말로 물리학의 신성한 영역을 차지하고 우리 이론의 핵심이 될까요?사람들은 마음속 깊은 곳에서 이 끔찍한 생각을 거부하곤 하는데, 피터 코베니와 로저 하이필드는 디멘션 가너의 주장에 대해 이야기하는 『시간의 화살』(The Arrow of Time)이라는 책을 썼다.그러나 이 책의 중국어판에서 번역자는 독자의 주석을 특별히 추가하여 이러한 의식 기반 설명은 억지스럽고 일련의 측정 도구로 관찰할 수 있으므로 완전히 객관적이라고 주장합니다.그러나 이 주장은 기기가 von Neumann의 무한 후퇴 사슬에 링크를 추가할 뿐이므로 기기를 관찰하지 않으면 여전히 중첩된 파동 함수에 있기 때문에 분명히 지지할 수 없습니다.

그러나 문제는 의식이 정확히 무엇인가 하는 것입니다.이것은 우리의 파동 함수 자체보다 훨씬 더 많은 문제를 제기하며 성과를 거두지 못하는 전략입니다.의식은 물질과 독립적인가?물리법칙을 준수하는가?하등 동물에게 의식이 존재할 수 있습니까?기계에 존재할 수 있습니까?우리를 속수무책으로 삼키는 더 많은 문제의 홍수는 어떻게 파동 함수가 무너질지 걱정하는 것보다 낫지 않습니다. 사실 이런 종류의 문제에 대해서는 게으른 철학자들만 이야기하고 실제 뇌과학자나 신경과학자들은 이를 무시하거나 무관심한 경우가 많다.의식의 문제가 양자이론의 설명으로 끌어들여졌을 때, 물리학을 소개하는 많은 책들이 뇌의 단면 다이어그램을 제시하여 피질의 다양한 분할, 신경 매듭의 연결 및 해마를 설명했습니다. 흥미로운 광경.!다음으로 이 의식 문제에 대해 몇 가지 간단한 토론을 하는 것이 좋겠지만 여기에 너무 많은 시간을 할애하고 싶지는 않습니다. .

이 섹션의 끝에서 의식이 외부 세계에 미치는 영향은 가능한 진술일 뿐임을 특별히 언급해야 합니다.이것은 모든 종류의 소위 초자연적 힘, 텔레파시, 염력, 원거리에서 숟가락 구부리기 등이 이론적 근거를 가지고 있음을 의미하지는 않습니다.이러한 경우 특히 기이한 주장은 특히 강력한 증거로 뒷받침되어야 하며 각 개별 사례에 대해 엄격하고 재현 가능한 이중 맹검 실험이 필요하다는 원칙을 고수하는 것이 가장 좋습니다.내가 아는 한, 유사한 테스트를 통과한 심령 기능의 예는 없습니다. 저녁식사 후 잡담: 하이젠베르크와 독일의 원자폭탄 프로그램(6) 임계 질량의 크기를 계산하는 것은 본질적으로 통계적 문제입니다.너무 많은 중성자가 탈출하여 연쇄 반응을 멈추기 전에 충분한 우라늄-235 분자가 분리되도록 하려면 최소 2^80개의 분자(약 1몰)가 반응하도록 할 수 있어야 합니다. 즉, 80분할을 유지해야 합니다.이 범위는 얼마나 큽니까?이는 사람(분자)이 무작위로 80번 앞뒤로 이동한 후 머무를 대략적인 반경을 묻는 것과 같습니다.이것은 매우 유명한 음주 보행 문제이며, Gamow의 오래된 대중 과학 서적 "From One to Infinity"를 읽으면 여전히 약간의 인상을 받을 수 있습니다.하이젠베르크는 거리를 계산했다. 54센티미터는 우라늄-235 13톤과 맞먹는 거리로, 그 당시에는 그렇게 많이 분리하는 것은 상상조차 할 수 없었다. 그러나 54센티미터라는 수치는 상한선으로, 최악의 경우 반지름 54센티미터의 우라늄 235만 있으면 된다.실제로 중성자의 흡수와 같은 많은 특정한 경우 또는 훨씬 적은 경우 연쇄 반응은 계산에서 무시할 수 있으며 Heisenberg가 무시하기에는 너무 영리한 여러 가지 중요한 제약이 있습니다.하이젠베르크는 다소 복잡한 문제를 지나치게 단순화시켰고, 그의 계산에서 알 수 있듯이 빠른 중성자 반응에 대한 철저한 이해 부족으로 인해 그는 수 톤의 우라늄-235를 하한, 즉 최소값으로 취급하게 되었습니다. 품질이 요구되었고 히로시마 폭격 이후까지 이 견해를 유지했습니다(펄스는 자신도 모르게 1939년에 이미 올바른 결과를 내놓았습니다!). 이런 실수는 하이젠베르크 같은 일류 물리학자는 말할 것도 없고 평범한 물리학도가 범해서는 안 되는 실수다.그리고 아무도 그의 결과를 반박하지 않았습니다!이것은 필연적으로 어떤 사람들은 하이젠베르크가 그의 상관들을 속이고 원자폭탄 제조를 막기 위해 그러한 실수를 특별히 꾸며냈다고 생각하게 합니다.불행히도 모든 상황에서 볼 때 Heisenberg 자신이 이것을 확신했습니다. 1945년 8월 6일 팜홀에 수감된 독일 과학자들은 히로시마 소식에 충격을 받았다.하이젠베르크는 서두에서 논평했다. 나는 원자폭탄 소식을 전혀 믿지 않는다. 물론 내가 틀렸을 수도 있다.나는 그들(동맹국)이 10톤의 농축 우라늄을 가지고 있을 것이라고 생각했지만 그들이 10톤의 순수한 우라늄 235를 가질 것이라고는 예상하지 못했습니다!하이젠베르크는 여전히 핵폭탄을 만들기 위해서는 몇 톤의 우라늄-235가 필요하다고 믿었습니다.Hahn은 폭탄을 만드는 데 아주 적은 양의 우라늄이 필요할 것이라고 생각했기 때문에 이 발언에 충격을 받았습니다. .하이젠베르크는 이 견해를 수정한 다음 연합군이 동위원소를 효율적으로 분리할 수 있는 방법을 찾았을 것이라고 추측했습니다(그는 여전히 연합군이 그렇게 많은 우라늄-235를 분리했다고 생각했지만 자신의 추정이 틀렸다는 것이 아닙니다!). 9시 정각에 모두가 함께 BBC 뉴스를 듣고 활발한 토론을 가졌습니다.Heisenberg는 몇 가지 정확한 분석을 했지만 54cm 추정치를 내놓았습니다.다음날 모두가 각서의 초안을 작성하기 시작했습니다.3일째 하이젠베르크와 워즈는 우라늄 폭탄의 가능성에 대해 논의했다.하이젠베르크는 우라늄이 생각보다 쉽게 ​​쪼개질 수 있다고 느꼈지만(그는 원자폭탄이 크지 않다는 것을 신문에서 배웠다) 독일에는 원자로가 없기 때문에 정보가 없었다. 우라늄을 생산합니다.이 때까지 하이젠베르크는 여전히 우라늄 폭탄의 품질이 몇 톤이 되어야 한다고 생각했습니다. (이 주제는 하나의 섹션으로 끝납니다, 하하.) 둘 의식이 파동함수를 붕괴시킨다?그러나 의식이란 무엇입니까?그것은 철학자들이 가장 많이 논의하는 질문 중 하나이지만 과학계의 반응은 상대적으로 미지근했습니다.심리학 분야에서 존 B. 왓슨과 BF 스키너로 대표되는 행동주의 학파는 실험으로 확인할 수 없는 의식 자체를 무시한 채 연구를 위해 정신적 사건을 기꺼이 자극과 반응으로 분해하려 한다.실제로 의식에 대한 정확한 정의를 내리는 것조차 어렵습니다. 의식이 어디서 발생하고, 어디에서 작용하며, 우리 몸에 어떻게 작용하는지 여전히 미스터리입니다.사람들은 일반적으로 뇌의 모든 활동이 의식적인 것은 아니라는 데 동의할 수 있으며 실제로 많은 뇌 활동이 우리에게 무의식적입니다.내 귀에 "교향곡 9번"이 들리면 중학생 시절이 갑자기 내 눈앞에 나타났는데 내 뇌가 어떻게 이 과정을 차근차근 완성했는지 알 수 없었다.때때로 나는 궁금해합니다. 왜 그렇게 생각합니까?또한 많은 사람들은 의식이 우리의 주의력과 밀접한 관련이 있는 것으로 보이며 일관된 행동을 완료하기 위해 일정한 기억 능력도 필요하다는 점을 인정합니다. 확실히 의식은 구체적인 물리적 현실이 아닙니다.뇌수술을 하는 동안 두개골 안에서 유형의 의식을 발견한 사람은 아무도 없습니다.뇌의 한 부분의 기능입니까?그렇게 보이겠지만 어느 부분이 의식을 담당하는지는 논쟁거리입니다.뇌는 다양하고 복잡한 의사소통 기능을 가지고 있고, 몸을 지배하는 소뇌가 더 자동 기계처럼 생겼기 때문에 뇌라고 말하는 사람들도 있다.우리가 수영을 배우거나 자전거를 탈 때, 우리는 항상 처음에는 조심해야 하고, 몸의 모든 자세의 조절에 주의를 기울여야 하며, 모든 움직임 전에 신중하게 생각해야 합니다.그러나 일단 능숙해지면 소뇌가 몸의 움직임을 이어받아 본능적인 행동으로 바꾼다.예를 들어, 자전거를 타는 데 익숙한 사람은 자신의 모든 움직임을 항상 의식할 필요가 없습니다.사실 우리 의식의 반응은 상당히 느리다.(실험에 따르면 0.5초의 딜레이가 있다고 한다.) 피아니스트가 능숙하게 연주할 때 생각 없이 한번에 하는 경우가 많다. 행동, 우리가 일반적으로 말하는 것처럼: 그것은 당신이 그것에 대해 생각조차 하지 않을 정도로 친숙합니다.그리고 이렇게 습득한 신체적 기술이 종종 오랫동안 잊혀지지 않을 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 또한 뇌는 의식이 없고 신체의 작용을 지시할 뿐이라고 합니다.한 실험에서 우리는 피험자의 오른손을 움직이도록 뇌의 특정 영역을 자극했지만 피험자는 그것을 움직이고 싶어하지 않았습니다!그러면 우리가 의식적으로 오른손을 움직이고자 할 때 어디선가 그 욕망이 의식에 의해 생성되어야 하고, 그런 다음 전기 신호에 의해 특정 피질로 전달되고, 마침내 움직임 자체로 이어집니다.실험자들은 중뇌와 시상이 이 자유로운 의식의 자리라고 믿습니다.그러나 다른 사람들은 그것이 세망 또는 해마라고 생각합니다.많은 사람들은 또한 뇌의 왼쪽 반구는 의식이라고 할 수 있고 오른쪽 반구는 자동 장치라고 믿습니다. 이러한 특정 주장을 제쳐두고 더 높은 수준에서 질문을 살펴 보겠습니다. 본질적으로 의식이란 무엇입니까?그것은 우리의 몸과 뇌에서 완전히 존재하며 우리를 사로잡았을 때만 의식을 얻는 신비한 무형의 유령입니까?분명히 대부분의 과학자들은 이 말에 동의하지 않을 것이다 암묵적 견해는 의식이란 전적으로 물질적 기반(우리의 뇌)에 기초하여 존재하는 구조적 모델이지만 그것을 이해하기 위해서는 더 높은 수준의 법칙이 필요하다고 설명한다.이것이 소위 전체주의 설명입니다. 의식이란 무엇입니까?이것은 질문과 같습니다. 정보란 무엇입니까?메시지는 정보의 일종이지만 메시지 전달자 자체는 정보가 아니라 포함된 내용입니다.레이커스가 오늘 패배했습니다. 이 8개의 문자는 그 자체로 정보가 아니지만 실제 정보는 레이커스가 패배했다는 사실입니다.당신에게 알리기 위해 한 줄을 쓰거나, 당신에게 이메일을 보내거나, 몸짓을 하는 등 같은 정보가 다른 통신사에서도 표현될 수 있습니다.따라서 리서치 캐리어 자체가 관련 정보에 대해 유용한 결론을 도출할 수 없으며, 이 8자를 획으로 분해하고 철저히 연구하더라도 레이커스 손실의 의미를 이해하는 데 도움이 되지 않습니다.각 문자에 정보가 존재하는 것이 아니라 이 8개의 문자의 조합으로 그 설명이 단일 문자보다 더 높은 수준의 언어와 규칙을 요구합니다. 베토벤 교향곡 9번은?일련의 음표에 지나지 않습니다.그러나 음표 자체는 교향곡이 아닙니다. 이 위대한 작품을 설명하려면 음표의 패턴을 다루고 있습니다!헤밍웨이의 노인과 바다란?그것은 일련의 문자에 지나지 않습니다.그러나 글자 자체는 허구가 아니라 패턴입니다!글자가 소설이 아니라 조합 패턴이 소설의 개념이라는 것을 더 잘 이해하기 위해 우리는 가장 간단한 인코딩 방법이 작품 "노인과 바다"를 암호화하는 데 사용된다고 가정합니다. 해당 기호.예를 들어 A는 원으로, B는 정사각형으로, C는 삼각형으로 바뀌는 식입니다.이상한 기호로 가득 찬 책을 손에 쥐었으니 묻겠습니다. 이것이 여전히 The Old Man and the Sea입니까?대부분의 사람들은 인정해야 합니다.원본 책에서 정보 손실이 없기 때문에 조합 모드는 그대로 유지되지만 기본 수준에서 다른 표현으로 변경되고 다시 디컴파일될 수 있습니다."노인과 바다"의 이 암호화 버전은 원본 "노인과 바다"와 완전히 동일합니다! 질문으로 돌아가서: 의식이란 무엇입니까?의식은 뇌를 구성하는 원자 그룹의 구성 패턴입니다!우리 뇌의 물질적 기초는 탄소, 수소, 산소의 동일한 원자로 구성된 암석과 다르지 않습니다.우리의 뇌를 구성하는 전자는 암석을 구성하는 전자와 정확히 동일하며, 서로 바뀌더라도 머리가 암석으로 변하지는 않습니다.우리의 의식은 전적으로 뇌의 구조적 패턴에 기반을 두고 있습니다!한 무리의 원자가 특정한 방식으로 배열되는 한 그것은 우리의 의식을 형성할 수 있습니다. 마치 문자의 무리가 특정한 방식으로 배열되어 "노인과 바다"를 형성할 수 있는 것과 같습니다.헤밍웨이의 영혼이 편지 더미에 붙어 있을 때에만 그것은 노인과 바다가 될 수 있습니다.단 하나의 뇌세포는 분명히 아무것도 의식할 수 없지만 많은 뇌세포가 특정한 패턴으로 결합되어 있고 그 결합 속에서 의식이 일어납니다. 글쎄요, 이 시점에서 대부분의 사람들은 이 다소 물질적인 진술에 만족해야 합니다.그러나 몇 걸음만 더 내려가면 등에 식은땀을 흘리는 사람이 많을 것입니다.의식이 전적으로 원자가 조립되는 방식에 달려 있다면 첫 번째 추론은 복제될 수 있다는 것입니다.출판사는 The Old Man and the Sea를 수천 부 인쇄했는데 왜 원자를 복사할 수 없습니까?우리의 기술이 일정 수준까지 발전하여 체내 모든 원자의 위치와 상태를 스캔하고 다른 곳에서 재결합할 수 있다면 이 새로운 사람이 당신입니까?그는 당신과 같은 의식을 가질 것인가?아니면 단순히 당신과 같은 사람입니까?의식이 전적으로 원자 배열 패턴에 기반한다는 것을 인정한다면 우리의 대답은 의심할 여지 없이 YES입니다!이것은 인간 복제와는 다른 두 가지 개념입니다 인간 복제는 당신의 유전자만 물려받지만, 이 복제 인간은 당신의 의식, 당신의 기억, 당신의 감정, 당신에 대한 모든 것을 가지고 있습니다. 최근 몇 년 동안 우리는 양자 통신 분야에서 큰 발전을 이루었습니다.알 수 없는 양자 상태를 그대로 두 번째 양자 상태로 전송하는 것이 이미 가능하며 실제로 많은 구체적인 프로토콜이 제안되었습니다.그나마 위안이 되지만 양자 상태를 전송하면서 원본 원본을 파괴해야 한다는 무복제 정리(Wootters, Zurek, Dieks가 1982년 제안)라는 원리가 있다.즉, 양자 상태는 잘라내기 및 붙여넣기만 가능하고 복사 붙여넣기는 불가능하므로 두 사람이 나타나지 않습니다.그런데 문제는 당신이 파괴되었다가 다른 곳에서 재건된다면 이것이 원래의 당신이라고 생각하는가? 또 다른 추론은 조합 모드 자체가 나타나는 데 특정 재료 기반이 필요하지 않다는 것입니다.우리는 "The Old Man and the Sea"를 다른 기호 세트로 완전히 다시 작성할 수 있음을 확인했습니다. 이는 실질적인 차이를 만들지 않습니다.영화의 경우 필름이나 비디오 테이프, VCD, LD 또는 DVD에 녹화할 수 있습니다.물론 일부 사람들은 압축이 실제로 정보 손실을 초래했다고 이의를 제기할 것입니다 VCD 버전의 Matrix는 더 이상 영화 버전의 Matrix가 아닙니다 CMY, HSI, YUV 또는 YIQ와 같은 다른 표현 시스템을 사용하여 표현하다.또 다른 예를 들어, Huffman 코딩과 같은 일부 가역 압축 기술을 사용하여 모든 시퀀스를 압축할 수 있고 문자도 모스 부호로 대체할 수 있으며 노래는 번호 표기법이나 보표로 녹음할 수 있습니다. 다르다. 같다!관심이 있으시면 바둑에서 흰 돌을 사용하여 0을 나타내고 검은 돌을 1로 나타내십시오. 천안문 광장 전체를 덮는 바둑 체스 VCD를 의심할 여지없이 복사할 수 있습니다. 이는 완전히 동일합니다! 그렇다면 우리의 의식 모드의 주요 정보를 담을 수 있거나 그에 상응하는 어떤 종류의 복합 시스템이 있는 한, 의식이 존재하기 위해 반드시 우리의 생물학적 유기체의 육체에 의존할 필요는 없다고 생각해야 합니다!우리 뇌의 모든 정보가 스캔되어 컴퓨터에 저장된다고 가정하면, 이 컴퓨터는 엄격하게 물리 법칙에 따라 다양한 자극에 대한 이러한 분자의 반응을 계산하고 최종적으로 해당 결과를 얻어 응답합니다. 정확히 우리처럼!이 컴퓨터가 실제로 우리의 의식을 가지고 있다고 말할 수 있습니까? 많은 실증주의자들에게 의식이나 사고를 판단하는 기준은 엄격하게 이 모델 구조 이론의 방법을 따른다.의식은 복잡한 패턴 구조나 입력과 출력 사이의 복잡한 알고리즘에 지나지 않습니다.이 알고리즘을 에뮬레이션할 수 있는 모든 시스템은 합리적으로 의식이 있는 것으로 간주될 수 있습니다.그리고 펑.Alan Neumann은 현대 컴퓨터의 창시자이기도 합니다.1950년에 Alan Turin은 컴퓨터가 실제로 인간처럼 생각할 수 있는지 여부를 판단하는 표준을 제안했는데, 이것이 바로 유명한 Turing 테스트입니다.그는 질문자의 질문에 답하기 위해 배후에 숨어있는 슈퍼컴퓨터와 인간을 상상하고 질문자는 누가 인간이고 누가 컴퓨터인지 구분하려고 합니다.튜링은 컴퓨터가 너무 잘 위장되어 있어 아무도 실제 사람과 구별할 수 없다면 컴퓨터가 인간처럼 생각하거나 의식할 수 있다고 주장할 수 있다고 주장했습니다.(그의 원래 단어는 지혜였습니다) .현대 컴퓨터는 이미 체스 그랜드마스터를 이길 수 있지만(가엾은 Kasparov!) 테스터를 진정으로 속이는 날이 언제 올지는 알 수 없습니다. 컴퓨터가 충분히 복잡해지면 실제로 의식을 가질 수 있다는 견해를 가진 사람들을 종종 강력한 인공 지능이라고 합니다.그들의 관점에서 인간의 뇌는 본질적으로 매우 복잡한 컴퓨터이지만 트랜지스터나 집적 회로로 구성되지 않고 생물학적 세포로 구성됩니다.그러나 세포는 미세한 전류로도 작동합니다. 우리가 어떻게 작동하는지 완전히 이해하지 못하더라도 세포에 초자연적인 현상이 있다고 생각할 이유가 없습니다.슈뢰딩거의 유명한 팜플렛 "생명이란 무엇인가"에 나오는 비유처럼 처음으로 전기 모터를 본 증기 엔지니어는 이 기계가 자신이 알고 있는 열역학 기계와 매우 다르다는 사실에 놀랄 것입니다. 그는 자신이 이해하지 못하는 어떤 원리에 대해 연구하고 있었고 모든 것을 운전하는 유령에 대해 소란을 피우지 않을 것입니다. 의식으로 자격을 부여하는 알고리즘이 얼마나 복잡한지 물을 수 있습니다.이것은 파동 함수가 언제 붕괴되는지 이해하는 데 실질적인 이점이 있습니다!그러나 이것은 유명한 역설과 같은 또 다른 문제일 가능성이 높습니다. 하나의 모래 알갱이는 모래 더미가 아니며 두 개의 모래 알갱이는 모래 더미가 아니지만 십만 개의 모래 알갱이는 확실히 모래 더미가 될 것입니다.그렇다면 어떤 모래알이 땅에 닿을 때 모래 더미를 형성할까요?고양이나 대장균이 의식이 있느냐를 따지듯 우리는 여전히 파동함수에 대해 헤매고 있다! 물론 어떤 종류의 알고리즘을 실행하는 모든 시스템이 어느 정도 의식이 있는 것으로 간주될 수 있다는 좀 더 극단적인 견해도 있습니다!예를 들어, 나침반은 남쪽을 가리키는 것을 좋아하고, 순서가 어긋나면 싫증이 나서 이 상태를 피하려고 하고, 좋아하는 상태로 돌아간다고 주장할 것입니다.다소 범신론적인 이 관점에서는 모든 것이 다양한 정도로 의식적입니다.의식이란 쉽게 말해 확률이 높은 것은 좋아하고 확률이 낮은 것은 싫어하는 체계적인 알고리즘이다.Phototaxis가있는 아메바도 의식이 있지만 의식의 복잡성은 우리보다 몇 배나 낮습니다. 당신은 이 말을 믿지 않을 수도 있지만, 일단 의식이 물질을 기반으로 한 배열 패턴이라는 것을 인정하면 우리가 언급한 이상한 속성 중 일부를 부인하기가 어렵습니다.죽은 후에도 의식이 지속되는 것이 가능한가 하는 두려운 질문에 대해서도 우리의 대답은 원칙적으로 '그렇다'여야 합니다!마치 콘서트가 끝난 후에도 교향곡 9번이 라이브로 연주되느냐고 묻는 것과 같습니다.분명히 배열 정보를 유지하는 한 언제든지 다른 방법을 사용하여 구체적으로 재현할 수 있습니다(언제든지 탄소 원자 또는 수소 원자가 부족하지 않음).물론 우리의 기술력이 아직 모든 결합된 정보를 획득하고 보유할 수 없기 전에(어쩌면 우리는 이 기술을 결코 가질 수 없을 것입니다), 사람들은 콘서트 후에 모든 악보를 불태우듯이 사망 후 자연적으로 의식을 잃게 될 것입니다. 자연스럽게 음악이 사라집니다. 당신은 어리둥절했을지 모르지만 우리의 진술은 의식을 완전히 객관적이고 물질적인 기반에 기초하고 있으며 실제로 그것은 가장 덜 가식적이지 않은 신비한 것입니다!意識不是一個獨立的存在，而是系統複雜到了一定程度後表現出來的客觀性質。它雖然是一種組合機制，但脫離了具體的物質（暫時肉體是唯一可能）它也無法表現出來。就像軟體脫離了硬體無法具體運行一樣，意識的體現不可能脫離物質而進行。假如我們被迫去尋找一種獨立於物質的意識的話，那未免走得太遠了。 當然，對於習慣了二元論的公眾來說，試圖使他們相信靈魂或者意識只是大量神經原的排列和集體行為是教他們吃驚的。對於徹底的唯物論者，試圖使他們相信意識作為一種特定的排列資訊可能長期保存並在不同平臺上重現也是艱難的任務。心理學家和神經科學家克里克（Francis Crick）不得不把這一論斷稱為驚人的假說（見《驚人的假說：靈魂的科學探索》）。但對於大多數科學家來說，這也許是一種理所當然的推論。當然也有某些人認為意識或者靈魂並非複雜性造就的一個客觀的副產品，它並不一定能夠用演算法來類比，並的確具有某種主動效應！這裡面包括牛津大學的羅傑．彭羅斯（Roger Penrose），諸位如果有興趣瞭解他的觀點，可以閱讀其著作《皇帝新腦》（The Emperor's New Mind）。 삼 我們在意識問題那裡頭暈眼花地轉了一圈回來之後，究竟得到了什麼收穫呢？我們弄清楚貓的量子態在何時產生坍縮了嗎？我們弄清意識究竟是如何作用於波函數了嗎？似乎都沒有，反倒是疑問更多了：如果說意識只不過是大腦複雜性的一種表現，那麼這個精巧結構是如何具體作用到波函數上的呢？我們是不是已經可以假設，一台足夠複雜的電腦也具有坍縮波函數的能力了呢？反而讓我們感到困惑的是，似乎這是一條走不通的死路。電子的波函數是自然界在一個最基本層次上的物理規律，而正如我們已經討論過的那樣，意識 所遵循的規則，是一個大量原子的組合才可能體現出來的整體效果，它很可能處在一個很高的層次上面。就像你不能用處理單詞和句子的語法規則去處理小說情節一樣，用波函數和意識去互相聯繫，看起來似乎是一種層面的錯亂，好比有人試圖用牛頓定律去闡述經濟學規則一樣。 如果說意識使得一切從量子疊加態中脫離，成為真正的現實的話，那麼我們不禁要問一個自然的問題：當智慧生物尚未演化出來，這個宇宙中還沒有意識的時候，它的狀態是怎樣的呢？難道說，第一個有意識的生物的出現才使得從創生起至那一剎那的宇宙歷史在一瞬間成為現實？難道說智慧的參與可以在那一刻改變過去，而這個過去甚至包含了它自身的演化歷史？ 一九七九年是愛因斯坦誕辰一百周年，在他生前工作的普林斯頓召開了一次紀念他的討論會。在會上，愛因斯坦的同事，也是玻爾的密切合作者之一約翰．惠勒（John Wheeler）提出了一個相當令人吃驚的構想，也就是所謂的延遲實驗（delayed choice experiment）。在前面的章節裡，我們已經對電子的雙縫干涉非常熟悉了，根據哥本哈根解釋，當我們不去探究電子到底通過了哪條縫，它就同時通過雙縫而產生干涉，反之，它就確實地通過一條縫而順便消滅干涉圖紋。惠勒通過一個戲劇化的思維實驗指出，我們可以延遲電子的這一決定，使得它在已經實際通過了雙縫螢幕之後，再來選擇究竟是通過了一條縫還是兩條！ 這個實驗的基本思路是，用塗著半鍍銀的反射鏡來代替雙縫。一個光子有一半可能通過反射鏡，一半可能被反射，這是一個量子隨機過程，跟它選擇雙縫還是單縫本質上是一樣的。把反射鏡和光子入射途徑擺成四十五度角，那麼它一半可能直飛，另一半可能被反射成九十度角。但是，我們可以通過另外的全反射鏡，把這兩條分開的岔路再交匯到一起。在終點觀察光子飛來的方向，我們可以確定它究竟是沿著哪一條道路飛來的。 但是，我們也可以在終點處再插入一塊呈四十五度角的半鍍銀反射鏡，這又會造成光子的自我干涉。如果我們仔細安排位相，我們完全可以使得在一個方向上的光子呈反相而相互抵消，而在一個確定的方向輸出。這樣的話我們每次都得到一個確定的結果（就像每次都得到一個特定的干涉條紋一樣），根據量子派的說法，此時光子必定同時沿著兩條途徑而來！ 總而言之，如果我們不在終點處插入半反射鏡，光子就沿著某一條道路而來，反之它就同時經過兩條道路。現在的問題是，是不是要在終點處插入反射鏡，這可以在光子實際通過了第一塊反射鏡，已經快要到達終點時才決定。我們可以在事情發生後再來決定它應該怎樣發生！如果說我們是這齣好戲的導演的話，那麼我們的光子在其中究竟扮演了什麼角色，這可以等電影拍完以後再由我們決定！ 雖然聽上去古怪，但這卻是哥本哈根派的一個正統推論！惠勒後來引玻爾的話說，任何一種基本量子現象只在其被記錄之後才是一種現象，我們是在光子上路之前還是途中來做出決定，這在量子實驗中是沒有區別的。歷史不是確定和實在的除非它已經被記錄下來。更精確地說，光子在通過第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間到底在哪裡，是個什麼，是一個無意義的問題，我們沒有權利去談論它，它不是一個客觀真實！惠勒用那幅著名的龍圖來說明這一點，龍的頭和尾巴（輸入輸出）都是確定的清晰的，但它的身體（路徑）卻是一團迷霧，沒有人可以說清。 在惠勒的構想提出五年後，馬里蘭大學的卡洛爾．阿雷（Carroll O Alley）和其同事當真做了一個延遲實驗，其結果真的證明，我們何時選擇光子的模式，這對於實驗結果是無影響的（和玻爾預言的一樣，和愛因斯坦的相反！），與此同時慕尼克大學的一個小組也作出了類似的結果。 這樣稀奇古怪的事情說明了什麼呢？ 這說明，宇宙的歷史，可以在它實際發生後才被決定究竟是怎樣發生的！在薛定諤的貓實驗裡，如果我們也能設計某種延遲實驗，我們就能在實驗結束後再來決定貓是死是活！比如說，原子在一點鐘要麼衰變毒死貓，要麼就斷開裝置使貓存活。但如果有某個延遲裝置能夠讓我們在二點鐘來延遲決定原子衰變與否，我們就可以在二點鐘這個未來去實際決定貓在一點鐘的死活！ 這樣一來，宇宙本身由一個有意識的觀測者創造出來也不是什麼不可能的事情。雖然宇宙的行為在道理上講已經演化了幾百億年，但某種延遲使得它直到被一個高級生物所觀察才成為確定。我們的觀測行為本身參與了宇宙的創造過程！這就是所謂的參與性宇宙模型（The Prticipatory Universe）。宇宙本身沒有一個確定的答案，而其中的生物參與了這個謎題答案的構建本身！ 這實際上是某種增強版的人擇原理（anthropic principle）。人擇原理是說，我們存在這個事實本身，決定了宇宙的某些性質為什麼是這樣的而不是那樣的。也就是說，我們討論所有問題的前提是：事實上已經存在了一些像我們這樣的智慧生物來討論這些問題。我們回憶一下笛卡兒的第一原理：不管我懷疑什麼也好，有一點我是不能懷疑的，那就是我在懷疑本身。我思故我在！類似的原則也適用於人擇原理：不管這個宇宙有什麼樣的性質也好，它必須要使得智慧生物可能存在於其中，不然就沒有人來問宇宙為什麼是這樣的？這個問題了。隨便什麼問題也好，你首先得保證有一個人來問問題，不然就沒有意義了。 舉個例子，目前宇宙似乎是在以一個恰到好處的速度在膨脹。只要它膨脹得稍稍快一點，當初的物質就會四散飛開，而無法凝聚成星系和行星。反過來，如果稍微慢一點點，引力就會把所有的物質都吸到一起，變成一團具有驚人的密度和溫度的大雜燴。而我們正好處在一個臨界速度上，這才使得宇宙中的各種複雜結構和生命的誕生成為可能。這個速度要準確到什麼程度呢？大約是10^55分之一，這是什麼概念？你從宇宙的一端瞄準並打中在另一端的一隻蒼蠅（相隔三百億光年），所需準確性也不過10^30分之一。類似的驚人準確的宇宙常數，我們還可以舉出幾十個。 我們問：為什麼宇宙以這樣一個速度膨脹？人擇原理的回答是：宇宙必須以這樣一個速度膨脹，不然就沒有你來問這個問題了。因為只有以這樣一個速度膨脹，生命和智慧才可能誕生，從而使問題的提出成為可能！顯然不會有人問：為什麼宇宙以一米／秒的速度膨脹？因為以這個速度膨脹的宇宙是一團火球，不會有人在那裡存在。 參與性宇宙是增強的人擇原理，它不僅表明我們的存在影響了宇宙的性質，更甚，我們的存在創造了宇宙和它的歷史本身！可以想像這樣一種情形：各種宇宙常數首先是一個不確定的疊加，只有被觀測者觀察後才變成確定。但這樣一來它們又必須保持在某些精確的範圍內，以便創造一個好的環境，令觀測者有可能在宇宙中存在並觀察它們！這似乎是一個邏輯迴圈：我們選擇了宇宙，宇宙又創造了我們。這件怪事叫做自指或者自啟動（self-exciting），意識的存在反過來又創造了它自身的過去！ 請各位讀者確信，我寫到這裡已經和你們一樣頭大如鬥，嗡嗡作響不已。這個理論的古怪差不多已經超出了我們可以承受的心理極限，我們在意識這裡已經筋疲力盡，無力繼續前進了。對此感到不可接受的也絕不僅僅是我們這些門外漢，當時已經大大有名的約翰．貝爾（John Bell，我們很快就要講到他）就嘟囔道：難道億萬年來，宇宙波函數一直在等一個單細胞生物的出現，然後才坍縮？還是它還得多等一會兒，直到出現了一個有資格的，有博士學位的觀測者？要是愛因斯坦在天有靈，看到有人在他的誕辰紀念上發表這樣古怪的，違反因果律的模型，不知作何感想？ 就算從哥本哈根解釋本身而言，意識似乎也走得太遠了。大多數主流的物理學家仍然小心謹慎地對待這一問題，持有一種更為正統的哥本哈根觀點。然而所謂正統觀念其實是一種鴕鳥政策，它實際上就是把這個問題拋在一邊，簡單地假設波函數一觀測就坍縮，而對它如何坍縮，何時坍縮，為什麼會坍縮不聞不問。量子論只要在實際中管用就行了，我們更為關心的是一些實際問題，而不是這種玄之又玄的闡述！ 但是，無論如何，當新物理學觸及到這樣一個困擾了人類千百年的本體問題核心後，這無疑也激起了許多物理學家們的熱情和好奇心。的確有科學家沿著維格納的方向繼續探索，並論證意識在量子論解釋中所扮演的地位。這裡面的代表人物是伯克利勞倫斯國家物理實驗室的美國物理學家亨利．斯塔普（Henry Stapp），他自一九九三年出版了著作《精神，物質和量子力學》（Mind, Matter, and Quantum Mechanics）之後，便一直與別的物理學家為此辯論至今（大家如果有興趣，可以去他的網頁http:／／www-physics.lbl.gov／~stapp／stappfiles.html看看他的文章）。這種說法也獲得了某些人的支持，去年，也就是二○○三年，還有人（阿姆斯特丹大學的Dick J. Bierman）宣稱用實驗證明了人類意識的確使波函數坍縮。不過這一派的支持者也始終無法就意識建立起有說服力的模型來，對於他們的宣稱，我們在心懷懼意的情況下最好還是採取略為審慎的保守態度，看看將來的發展如何再說。 我們沿著哥本哈根派開拓的道路走來，但或許是走得過頭了，誤入歧途，結果發現在盡頭藏著一隻叫做意識的怪獸讓我們驚恐不已。這已經不是玻爾和哥本哈根派的本意，我們還是退回到大多數人站著的地方，看看還有沒有別的道路可以前進。嗯，我們發現的確還有幾條小路通向未知的盡頭，讓我們試著換幾條道路走走，看看它是不是會把我們引向光明的康莊大道。不過讓我們先在原來的那條路上做好記號，醒目地寫下意識怪獸的字樣並打上驚嘆號以警醒後人。好，現在我們出發去另一條道路探險，這條小道看上去籠罩在一片濃霧繚繞中，並且好像在遠處分裂成無限條岔路。我似乎已經有不太美妙的預感，不過還是讓我們擦擦汗，壯著膽子前去看看吧。 飯後閒話：海森堡和德國原子彈計畫（七） 海森堡不久便從報上得知了炸彈的實際重量：二百千克，核心爆炸物只有幾千克。他顯得煩躁不已，對自己的估計錯在何處感到非常納悶。他對哈特克說：他們是怎麼做到的？如果我們這些曾經幹過同樣工作的教授們連他們（理論上）是怎麼做到的都搞不懂，我感到很丟臉。德國人討論了多種可能性，但一直到十四號，事情才起了決定性的轉變。 到了八月十四號，海森堡終於意識到了正確的計算方法（也不是全部的），他在別的科學家面前進行了一次講授，並且大體上得到了相對正確的結果。他的結論是六.二釐米半徑十六千克！而在他授課時，別的科學家對此表現出一無所知，他們的提問往往幼稚可笑。德國人為他們的驕傲自大付出了最終的代價。 對此事的進一步分析可以在一九九八年出版的《海森堡與納粹原子彈計畫》（Paul Rose）和二○○○年出版的《希特勒的鈾俱樂部》（Jeremy Bernstein）二書中找到非常詳盡的資料。大體上說，近幾年來已經比較少有認真的歷史學家對此事表示異議，至少在英語世界是如此。 關於一九四一年海森堡和玻爾在哥本哈根的會面，也就是《哥本哈根》一劇中所探尋的那個場景，我們也已經有了突破性的進展。關於這場會面的討論是如此之多之熱烈，以致玻爾的家屬提前十年（原定保密五十年）公佈了他的一些未寄出的信件，其中談到了一九四一年的會面（我們知道，玻爾生前幾乎從不談起這些），為的是不讓人們再誤解它們的內容。這些信件於二○○二年二月六日在玻爾的官方網站（http:／／www.nbi.dk ）上公佈，引起一陣熱潮，使這個網站的日點擊率從五十左右猛漲至一萬五千。 在這些首次被披露的信件中，我們可以看到玻爾對海森堡來訪的態度。這些信件中主要的一封是在玻爾拿到Robert Jungk的新書《比一千個太陽更明亮》之後準備寄給海森堡的，我們在前面已經說到，這本書讚揚了德國人在原子彈問題上表現出的科學道德（基於對海森堡本人的採訪！）。玻爾明確地說，他清楚地記得當年的每一句談話，他和妻子瑪格麗特都留下了強烈的印象：海森堡和魏紮克努力地試圖說服玻爾他們，德國的最終勝利不可避免，因此採取不合作態度是不明智的。玻爾說，海森堡談到原子彈計畫時，給他留下的唯一感覺就是在海森堡的領導下，德國正在按部就班地完成一切。他強調說，他保持沉默，不是海森堡後來宣稱的因為對原子彈的可行性感到震驚，而是因為德國在致力於製造原子彈！玻爾顯然對海森堡的以及Jungk的書造成的誤導感到不滿。在別的信件中，他也提到，海森堡等人對別的丹麥科學家解釋說，他們對德國的態度是不明智的，因為德國的勝利十分明顯。玻爾似乎曾經多次想和海森堡私下談一次，以澄清關於這段歷史的誤解，但最終他的信件都沒有發出，想必是思量再三，還是覺得恩恩怨怨就這樣讓它去吧。 這些檔可以在http:／／www.nbi.dk／NBA／papers／docs／cover.html 找到。 容易理解，為什麼多年後玻爾夫人再次看到海森堡和魏紮克時，憤怒地對旁人說：不管別人怎麼說，那不是一次友好的訪問！ 這些檔也部分支援了海森堡的傳記作者Cassidy在二○○○年的Physics Today雜誌上的文章（這篇文章是針對《哥本哈根》一劇而寫的）。Cassidy認為海森堡當年去哥本哈根是為了說服玻爾德國佔領歐洲並不是最壞的事（至少比蘇聯佔領歐洲好），並希望玻爾運用他的影響來說服盟國的科學家不要製造原子彈。 當然仍然有為海森堡辯護的人，主要代表是他的一個學生Klaus Gottstein，當年一起同行的魏紮克也仍然認定，是玻爾犯了一個可怕的記憶錯誤。 不管事實怎樣也好，海森堡的真實形象也許也就是一個普通人毫無準備地被捲入戰爭歲月裡去的普通德國人。他不是英雄，也不是惡棍，他對於納粹的不認同態度有目共睹，他或許也只是身不由己地做著一切戰爭年代無奈的事情。儘管歷史學家的意見逐漸在達成一致，但科學界的態度反而更趨於對他的同情。Rice大學的Duck和Texas大學的Sudarshan說：再偉大的人也只有十％的時候是偉大的重要的只是他們曾經做出過原創的，很重要，很重要的貢獻所以海森堡在他的後半生是不是一個完人對我們來說不重要，重要的是他創立了量子力學。 在科學史上，海森堡的形象也許一直還將是那個在赫爾格蘭島日出時分為物理學帶來了黎明的大男孩吧？（終） 四 吃一塹，長一智，我們總結一下教訓。之所以前頭會碰到意識這樣的可怕東西，關鍵在於我們無法準確地定義一個觀測者！一個人和一台照相機之間有什麼分別，大家都說不清道不明，於是給意識乘隙而入。而把我們逼到不得不去定義什麼是觀測者這一步的，則是那該死的坍縮。一個觀測者使得波函數坍縮？這似乎就賦予了所謂的觀測者一種在宇宙中至高無上的地位，他們享有某種超越基本物理定律的特權，可以創造一些真正奇妙的事情出來。 真的，追本朔源，罪魁禍首就在曖昧的波函數坍縮那裡了。這似乎像是哥本哈根派的一個魔咒，至今仍然把我們陷在其中不得動彈，而物理學的未來也在它的詛咒下顯得一片黯淡。拿康奈爾大學的物理學家科特．戈特弗雷德（Kurt Gottfried）的話來說，這個坍縮就像是一個美麗理論上的一道醜陋疤痕，它雲遮霧繞，似是而非，模糊不清，每個人都各持己見，為此吵嚷不休。怎樣在觀測者和非觀測者之間劃定界限？薛定諤貓的波函數是在我們打開箱子的那一剎那坍縮？還是它要等到光子進入我們的眼睛並在視網膜上激起電脈衝信號？或者它還要再等一會兒，一直到這信號傳輸到大腦皮層的某處並最終成為一種精神活動時才真正坍縮？如果我們在這上面大鑽牛角尖的話，前途似乎不太美妙。 那麼，有沒有辦法繞過這所謂的坍縮和觀測者，把智慧生物的介入從物理學中一腳踢開，使它重新回到我們所熟悉和熱愛的軌道上來呢？讓我們重溫那個經典的雙縫困境：電子是穿過左邊的狹縫呢，還是右邊的？按照哥本哈根解釋，當我們未觀測時，它的波函數呈現兩種可能的線性疊加。而一旦觀測，則在一邊出現峰值，波函數坍縮了，隨機地選擇通過了左邊或者右邊的一條縫。量子世界的隨機性在坍縮中得到了最好的體現。 要擺脫這一困境，不承認坍縮，那麼只有承認波函數從未選擇左還是右，它始終保持在一個線性疊加的狀態，不管是不是進行了觀測。可是這又明顯與我們的實際經驗不符，因為從未有人在現實中觀察到同時穿過左和右兩條縫的電子，也沒有人看見過同時又死又活的貓（半死不活，奄奄一息的倒有不少）。事到如今，我們已經是騎虎難下，進退維谷，哥本哈根的魔咒已經纏住了我們，如果我們不鼓起勇氣，作出最驚世駭俗的假設，我們將註定困頓不前。 如果波函數沒有坍縮，則它必定保持線性疊加。電子必定是左／右的疊加，但在現實世界中從未觀測到這種現象。 有一個狂想可以解除這個可憎的詛咒，雖然它聽上去真的很瘋狂，但慌不擇路，我們已經是nothing to lose。失去的只是桎梏，但說不定贏得的是整個世界呢？ 是的！電子即使在觀測後仍然處在左／右的疊加，但是，我們的世界也只不過是疊加的一部分！當電子穿過雙縫後，處於疊加態的不僅僅是電子，還包括我們整個的世界！也就是說，當電子經過雙縫後，出現了兩個疊加在一起的世界，在其中的一個世界裡電子穿過了左邊的狹縫，而在另一個裡，電子則通過了右邊！ 波函數無需坍縮，去隨機選擇左還是右，事實上兩種可能都發生了！只不過它表現為整個世界的疊加：生活在一個世界中的人們發現在他們那裡電子通過了左邊的狹縫，而在另一個世界中，人們觀察到的電子則在右邊！量子過程造成了兩個世界！這就是量子論的多世界解釋（Many Worlds Interpretation，簡稱MWI）。 要更好地瞭解MWI，不得不從它的創始人，一生頗有傳奇色彩的休．埃弗萊特（Hugh Everett III，他的祖父和父親也都叫Hugh Everett，因此他其實是埃弗萊特三世）講起。一九三○年十一月九日，愛因斯坦在《紐約時報雜誌》上發表了他著名的文章《論科學與宗教》，他的那句名言至今仍然在我們耳邊迴響：沒有宗教的科學是跛足的，沒有科學的宗教是盲目的。兩天后，小埃弗萊特就在華盛頓出生了。 埃弗萊特對愛因斯坦懷有深深的崇敬，在他只有十二歲的時候，他就寫信問在普林斯頓的愛因斯坦一些關於宇宙的問題，而愛因斯坦還真的覆信回答了他。當他拿到化學工程的本科學位之後，他也進入了普林斯頓攻讀。一開始他進的是數學系，但他很快想方設法轉投物理。五十年代正是量子論方興未艾，而哥本哈根解釋如日中天，一統天下的時候。埃弗萊特認識了許多在這方面的物理學生，其中包括玻爾的助手Aage Peterson，後者和他討論了量子論中的觀測難題，這激起了埃弗萊特極大的興趣。他很快接觸了約翰．惠勒，惠勒鼓勵了他在這方面的思考，到了一九五四年，埃弗萊特向惠勒提交了兩篇論文，多世界理論（有時也被稱作埃弗萊特主義-Everettism）第一次亮相了。 按照埃弗萊特的看法，波函數從未坍縮，而只是世界和觀測者本身進入了疊加狀態。當電子穿過雙縫後，整個世界，包括我們本身成為了兩個獨立的疊加，在每一個世界裡，電子以一種可能出現。但不幸的是，埃弗萊特用了一個容易誤導和引起歧義的詞分裂（splitting），他打了一個比方，說宇宙像一個阿米巴變形蟲，當電子通過雙縫後，這個蟲子自我裂變，繁殖成為兩個幾乎一模一樣的變形蟲。唯一的不同是，一個蟲子記得電子從左而過，另一個蟲子記得電子從右而過。 惠勒也許意識到了這個用詞的不妥，他在論文的空白裡寫道：分裂？最好換個詞。但大多數物理學家並不知道他的意見。也許，惠勒應該搞得戲劇化一點，比如寫上我想到了一個絕妙的用詞，可惜空白太小，寫不下。在很長的一段時間裡，埃弗萊特的理論被人們理解成：當電子通過雙縫的時候，宇宙神奇地分裂成了兩個獨立的宇宙，在一個裡面電子通過左縫，另一個相反。這樣一來，宇宙的歷史就像一條岔路，每進行一次觀測，它就分岔成若干小路，每條路對應於一個可能的結果。而每一條岔路又隨著繼續觀察而進一步分裂，直至無窮。但每一條路都是實在的，只不過它們之間無法相互溝通而已。 假設我們觀測雙縫實驗，發現電子通過了左縫。其實當我們觀測的一瞬間，宇宙已經不知不覺地分裂了，變成了幾乎相同的兩個。我們現在處於的這個叫做左宇宙，另外還有一個右宇宙，在那裡我們將發現電子通過了右縫，但除此之外一切都和我們這個宇宙完全一樣。你也許要問：為什麼我在左宇宙裡，而不是在右宇宙裡？這種問題顯然沒什麼意義，因為在另一個宇宙中，另一個你或許也在問：為什麼我在右宇宙，而不是左宇宙裡？觀測者的地位不再重要，因為無論如何宇宙都會分裂，實際上所有的結果都會出現，量子過程所產生的一切可能都對應於相應的一個宇宙，只不過在大多數蠻荒宇宙中，沒有智慧生物來提出問題罷了。 這樣一來，薛定諤的貓也不必再為死活問題困擾。只不過是宇宙分裂成了兩個，一個有活貓，一個有死貓罷了。對於那個活貓的宇宙，貓是一直活著的，不存在死活疊加的問題。對於死貓的宇宙，貓在分裂的那一刻就實實在在地死了，不要等人們打開箱子才坍縮，從而蓋棺定論。 從宇宙誕生以來，已經進行過無數次這樣的分裂，它的數量以幾何級數增長，很快趨於無窮。我們現在處於的這個宇宙只不過是其中的一個，在它之外，還有非常多的其他的宇宙。有些和我們很接近，那是在家譜樹上最近剛剛分離出來的，而那些從遙遠的古代就同我們分道揚鑣的宇宙則可能非常不同。也許在某個宇宙中，小行星並未撞擊地球，恐龍仍是世界主宰。在某個宇宙中，埃及豔后克婁派特拉的鼻子稍短了一點，沒有教愷撒和安東尼怦然心動。那些反對歷史決定論的鼻子派歷史學家一定會對後來的發展大感興趣，看看是不是真的存在歷史蝴蝶效應。在某個宇宙中，格魯希沒有在滑鐵盧遲到，而希特勒沒有在敦克爾克前下達停止進攻的命令。而在更多的宇宙裡，因為物理常數的不適合，根本就沒有生命和行星的存在。 嚴格地說，歷史和將來一切可能發生的事情，都已經實際上發生了，或者將要發生。只不過它們在另外一些宇宙裡，和我們所在的這個沒有任何物理接觸。這些宇宙和我們的世界互相平行，沒有聯繫，根據奧卡姆剃刀原理，這些奇妙的宇宙對我們都是沒有意義的。多世界理論有時也稱為平行宇宙（Parallel Universes）理論，就是因為這個道理。 宇宙的分裂其實應該算是一種誤解，不過直到現在，大多數人，包括許多物理學家仍然是這樣理解埃弗萊特的！這樣一來，這個理論就顯得太大驚小怪了，為了一個小小的電子從左邊還是右邊通過的問題，我們竟然要興師動眾地牽涉整個宇宙的分裂！許多人對此的評論是殺雞用牛刀。愛因斯坦曾經有一次說：我不能相信，僅僅是因為看了它一眼，一隻老鼠就使得宇宙發生劇烈的改變。這話他本來是對著哥本哈根派說的，不過的確代表了許多人的想法：用犧牲宇宙的代價來迎合電子的隨機選擇，未免太不經濟廉價，還產生了那麼多不可觀察的平行宇宙的廢料。MWI後來最為積極的鼓吹者之一，德克薩斯大學的布萊斯．德威特（Bryce S. DeWitt）在描述他第一次聽說MWI的時候說：我仍然清晰地記得，當我第一次遇到多世界概念時所受到的震動。一百個略有缺陷的自我拷貝，都在不停地分裂成進一步的拷貝，而最後面目全非。這個想法是很難符合常識的。這是一種徹頭徹尾的精神分裂症對於我們來說，也許接受意識，還要比相信宇宙分裂來得容易一些！ 不難想像，埃弗萊特的MWI在一九五七年作為博士論文發表後，雖然有惠勒的推薦和修改，在物理界仍然反應冷淡。埃弗萊特曾經在一九五九年特地飛去哥本哈根見到玻爾，但玻爾根本就不想討論任何對於量子論新的解釋，也不想對此作什麼評論，這使他心灰意冷。作為玻爾來說，他當然一生都堅定地維護著哥本哈根理論，對於五十年代興起的一些別的解釋，比如玻姆的隱函數理論（我們後面要談到），他的評論是這就好比我們希望以後能證明2×2＝5一樣。在玻爾臨死前的最後的訪談中，他還在批評一些哲學家，聲稱：他們不知道它（互補原理）是一種客觀描述，而且是唯一可能的客觀描述。 受到冷落的埃弗萊特逐漸退出物理界，他先供職於國防部