眼见为实?物理学家:你猜

作者: Rachel Thomas

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-03-10 11:45:54

物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒提出了“存在来自于比特”的概念,认为物理学特别是量子物理学不是为了解释存在,而是我们对所观察到的东西的最佳描述。这一观点对量子物理学的理论和实验研究产生了深远影响,强调了观察者在定义现实中的重要性。

科学家切特·雷莫在本书中探寻到科学与信仰的深处,探究天文学中所包含的人类精神性及其意义的奥秘。通过天上繁星的排列以及几千年来人类口口相传的关于它们的故事与神话,雷莫带领读者踏上了一场“追寻黑夜的灵魂的朝圣之旅”。切特·雷莫的优雅笔触将夜空中的神秘现象与人类的思想和精神联系起来,其所涉猎的内容包含神话、文学、宗教、历史及人类学等多个领域。

这本书对于那些对科学与信仰之间的关系感兴趣的读者来说是一部必读之作。

一棵树倒在树林里,假如没有人在那听着,树倒下时会有声音吗?事物只有在被感知时才存在吗?物理学能告诉我们什么是现实吗?这些都是物理学和哲学中最艰深的问题,人们争论了几十上百年,至今仍然没有答案。有人甚至怀疑这些问题是否能得到解答,但有一位物理学家敢于尝试:他就是约翰·阿奇博尔德·惠勒。

惠勒把他漫长而成果丰硕的物理学生涯分为三个时期:“一切都是粒子”,“一切都是场”,“一切都是信息”。第三个时期的思想是由他对古老问题的思考所激发的:“存在从何而来?”他的答案是:存在来自于比特,1989年他将这一结果发表在一篇很好的论文中。

惠勒的“存在来自于比特”的概念意味着物理学,特别是量子物理学,并不是为了解释存在,而只是我们对所观察到的东西的最佳描述。没有“量子世界”,只有我们对事物如何呈现在我们面前的最好描述。正如量子理论的奠基人之一尼尔斯·玻尔所说:“如果你认为物理学的任务是发现自然界的本质,那你就错了。物理学关心的是对于自然我们可以说什么。”

量子光学与量子信息研究所所长安东·齐林格解释说:“我对‘存在来自于比特’的解释是,为了定义现实,人们必须考虑到信息的作用:主要原因是我们在科学中所做的一切都是基于我们以任何方式接收来自于自然的信息。”但我们能更深入么?我们能说现实就是信息吗?它们是同一种事物吗?齐林格并不这么认为:“不,我们【需要】现实和信息这两个概念。

但在基础上严格区分这两个概念是非常困难的,也许这告诉了我们更多的东西,相反,我们需要同时考虑现实和信息,两者之间会相互影响。”

“存在于比特”的一个明显结果是要考虑观察者的重要性:现实需要一个观察者。“我认为惠勒非常激进,”齐林格说,“他谈到了参与者的宇宙,在那里,观察者不仅进行观察,而且在某些情况下,观察者使现实发生。

”在观察量子粒子(如盒子中的单个粒子)之前,它处于叠加状态,同时处于盒子中的多个不同位置。我们所知道的就是我们在这些位置中找到粒子的概率。但是当我们进行测量时,我们只会在一个位置找到粒子。量子物理学并没有如实地描述现实,现实是被观察者所感知的。它根本无法回答诸如“粒子在没有被观测时处于什么状态?”这类问题。

惠勒的想法不仅使量子物理学的理论方面受益。

齐林格是实验物理学家,他说惠勒的“存在来自于比特”的观点对他和他的同事设计实验的想法产生了影响。“他对量子力学的发展提出了巨大的挑战,这一挑战非常重要,”齐林格说。“在某些方面,他的想法可能会被证明过于激进—现在下结论还为时过早。但这是科学进步的过程!在科学上,有时需要采取激进的立场。当这些立场受到挑战,我们就能发现一个人能走多远,这就是进步。这就是科学的运作方式。”

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