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没有时间的世界将是什么样的世界?看量子纠缠和量子叠加如何揭开神话故事的面纱?

如果说经典力学找到了物质世界的规律性;量子力学可能会找到精神世界的规律性!


牛顿说凡是有质量的两个物质间必有引力,这基本上能完整解释宏观世界的常规物理现象。

 

爱思斯坦在万有引力基础上,把牛顿力学推导至极限,建立起能量和质量、速度之间严格关联的质能方程式:E=MC2

 

由于能量等于质量乘以光速的平方,即使光速快至30万公里每秒,仍是空间与时间的比值,所以狭义相对论实际上建立起能量和质量、空间、时间三者的关系。

 

严格来说,E=MC2还在牛顿力学范畴内,但又有了超越牛顿力学之外、不可思议、无法解释的诡异现象。比如:

 

1、任何物质的速度均不能超越光速,即使是给无质量的光子施加极大能量也不能。

 

2、当速度达到光速时,时间静止;快过光速时,时间将倒流逆行。至少在公式的数学表达上显示了这样的结论。

 

上述第1点至今未能被科学证明有误。但第2点却明显超越了牛顿力学,违背了人类固有的认知,即时间消失和时间逆行是“不可接受”的。

 

所以,狭义相对论的诡异性表现在:

如果第2点(时间消失或倒流)不是为了证明第1点(光速不可被超越)或证明质能方程式有错误,(这相当于用一个真理来证明真理自身不是真理,即使用E=MC2来证明E=MC2是不正确的,这显然更不符合逻辑),也就是说上述两点不是自相矛盾的。那么,剩下的唯一解释就是:继承狭义相对论的已知状态,物质世界还存在一个人类未知的物理特性作用于我们的世界,而这个物理特性很可能是没有时间维度的,或者说那个未知世界里的时间与牛顿力学的时间至少不是同一个概念!

 

于是,广义相对论为补足狭义相对论而诞生。

 

质量导致时空弯曲,而弯曲的时空又决定物质的运动”“Matterdecides times and space, time and space decides the movement of matter”。这是广义相对论最简单的描述。

 

广义相对论表明,在不同的惯性系里,例如地球和某高质量惯性系,只是质量不同带来的引力导致了时间和空间在不同程度上被放大和缩小了而已,不存在绝对时间的倒流,时间的快慢也变成了相对存在,所谓的倒流,仅仅是大质量、大引力、高速度相对于低质量、低引力、低速度而言,前者时间慢一些,后者时间快一些,因此前者相对于后者而言,时间在往后流淌。

 

在相对论里,光速只是一个合适的相对不变量,它使得同一个物质运动事件在不同惯性系看来,不仅能推导出相同的物理定律,而且能测量出相同的光速。例如,一个光速运行的物质,在地球惯性系看,运动时长8秒,两点距离应为8倍光速;换某高质量惯性系看,完成这两点空间跨越可能只需要2秒。广义相对论认为,导致这样的结果,并不是速度达到4倍光速,而是速度不变或者小于光速的情况下,由于质量而来的引力作用在时空上,使空间距离缩小至地球惯性系底下的4分之1甚至更短。因此得出了8秒与2秒发生的运动事件相当。

 

这个关于广义相对论的科学例子,跟神话故事里所说的天上一日地上一年,是何其相似。

 

狭义相对论在超越牛顿力学的极限临界点上,显示了其不可思议的诡异性。而广义相对论实际上是在为狭义相对论的诡异现象找到了合理性。广义相对论也因此揭开了一个相对于低速度世界的高速度世界,而量子力学显然是属于“高速度世界”,其物理特性超越牛顿力学的低速度世界也就不足为奇了,我认为广义相对论实际上是拿到了一条通往“神学”殿堂的一把钥匙!

 

三位科学家共同完成的EPR佯谬为狭义相对论的“诡异性”找到了似是而非、感性认知的模糊答案。就连爱恩斯坦在形容当时未知的量子纠缠时,也无奈地使用“鬼魅般的超距离作用”来形容其结论的不可理喻,且底气不足,甚至不相信这个有违狭义相对论的推断。

 

那么,这个高速度世界到底是怎么回事?

 

我猜想,面对这样的问题,人类会永远问下去,且无穷无尽,找不到终极。也就是说,永远会有已知与未知,也即我们所谓的科学与宗教,当我们根据物理定律和数学公式计算证明其逻辑并能有效掌控这个逻辑时,我们谓之科学;反之,无法使用物理定律和数学计算获得逻辑和掌控逻辑的,我们都归为宗教范畴。过去,生与死,精神与灵魂,梦境,意识,第六感,心灵感应等,我们都归为、也只能归为宗教上所认定的神之杰作

 

但是,科学的发展,日益模糊科学和宗教想象(信仰),人类的好奇心和探索精神,不断地把未知变为已知,这个过程实际上也是把“神之杰作”变为逻辑清晰的“科学证实”。我相当怀疑,到底是谁为人类“安装”了“好奇心”和“直觉”,促使人类总是能靠“直觉”模糊地感知到结论,然后勾引起其“好奇心”探索出合乎逻辑的过程,从而获得改造这个世界的能力。

 

那么,到目前为止,关于科学的边界,人类探索进展到哪里了?

 

综上所述,我认为,更恰如其分地描述这个复杂已知世界,与其用宏观、微观、超微观这类描述词,不如使用“低速、光速、高速”这类描述词来描述世界。以我的物理认知,从大处着眼,这个边界为“量子力学”,往更小更具体处说就是部分认知“量子叠加”和“量子纠缠”这两个物理特性,所谓部分认知是指被人类部分地理清了逻辑,我们通过掌控这个逻辑,发展和应用于量子计算机,量子通信等领域。

 

这个认知边界实际上已超越了牛顿力学和狭义相对论,接近于用科学的力量打开了神学殿堂的大门。

 

如上所述,一方面,狭义相对论被宏观世界里的无数科学实践证实正确无误;另一方面,狭义相对论也带出了新的未知。这个新的未知可描述为:高速世界里的时间哪里去了?当时间快慢也变成了相对存在的时候,空间表现为何物?如果质能方程式在描述这个世界的时候具备普遍的客观真理性,那么,我们该承认微观世界里的量子可以快过光速吗?还是应该承认暗物质及暗能量作用之下,把遥远距离坍塌成极短距离,使之产生了近距离的关联影响,从而使时间比常规的宏观世界更慢?

 

 

薛定谔的猫被置于一个封闭的盒子里,里面有一个毒药装置决定猫的生或死,装置由量子,即放射性原子的原子核衰变控制,由于原子核衰变的状态是不可确定的随机状态,这个思想实验把微观世界里的量子态与宏观世界里的猫的生死状态关联起来了。旨在向人们说明:盒子里不可观察的猫与不可确定的原子衰变同理,在不观察的状态下,猫的生或死无从得知,它处在忽生忽死的状态,只有被观察时才会盖棺定论死或生。实验让微观世界的不确定性原理变成了宏观世界的不确定性原理,这几乎等同说世界是随机无序的,显然无法让人接受,也难怪爱因斯坦会说:‘上帝’不会掷骰子。

 

尽管在宏观世界里表现荒谬,但实验有它科学的现实意义,实验向人们展示了微观世界里量子具备叠加状态,所谓量子叠加,就是说宏观(低速)世界里,物质的状态是唯一固定,而在微观(高速)的世界里,量子具备不同的双态或多态。例如上面所说的生或死两种状态同时存在。这就是今天被证明存在的量子叠加态。

 

量子叠加是否超越了或违背了广义相对论呢?

 

未必

 

广义相对论认为30万公里每秒的光速是一个不变的速度常量,但这个常量不可被超越是相对而言的,它是建立在时间和空间膨胀(增大)和坍塌(缩小)基础上的。基于这点,我们凭直觉可以假设,在微观世界里,能量、质量以及组成速度的时间和空间,这四个要素相互作用之下,极小的质量和极高的速度,甚至还包含着不可预知的内部暗能量作用,使得量子世界里没有了时间这个维度,按照质能方程式,量子世界里的条件完全有可能满足时间维度相对消失的数据要求,没有了时间,空间也就无从谈起,相同的量子在空间的A位置和B位置同时出现就不足为奇,而这正是已被科学证明的量子相干性和叠加态。

 

我们继承广义相对论,沿袭着广义相对论换一种方式来描述“薛定谔的猫”就会发现,恰恰是广义相对论作用于微观世界,才使得微观世界里具备了“量子叠加”态。

 

如果我们把不可观察这个状态改变为时间维度消失这个状态,薛定谔的猫与孙悟空的定身术表达的几乎是同一个意思。

 

孙悟空把牛魔王以定身术定住,把它从广州移动到北京、上海、杭州、深圳,然后再解除定身术,这个过程中,在我们的宏观低速世界里观察,时间可能流淌了数十个小时,但是,在牛魔王的世界里,它就是一个量子,其速度等于或大于光速,在五地之间穿越不需要耗费任何时间,被定住和唤醒之间是毫无时间差的同一个时间,它甚至不知道自己为何同时间消失在广州,同时间又在深圳出现;更加不知道在同时间里,它还有北京、上海、杭州三个叠加在一起的状态。这跟薛定谔的猫既生且死的状态同时存在是一个道理。

 

所以,我们完全可以大胆猜想,量子表现出来的相干性叠加态纠缠态完全有可能是时间消失、空间不复存在,甚至质量也近乎没有的一种状态,这种状态下,质能方程式包含的四要素中,只余下能量这一个单一要素。这与世界由能量构成不谋而合。

 

不止一个科学家表示过:如果你没有被量子力学吓到,证明你根本还没有搞懂它,如果你没有被量子力学搞得心神不宁,证明你根本不明白它是什么。

 

尽管量子力学充满着未知,但它已经向人类打开了一扇解决无数不可思议难题的大门,至少让人类越来越确信科学与神话、宗教想象之间有着合乎逻辑的关联,只是我们还没有彻底理清发生关系的机理罢了。

 

以下这些问题和答案有可能吓到你。

 

世界由能量构成,包括意识在内,均是能量,所谓物质只不过是能量相互作用的结果?

除了上述,科学已经证明,持续放大原子,原子是没有实物结构的,只有看不见的能量,是嗡嗡跳跃的概率云,而物质由原子构成,是能量作用的结果,也就是说原子的形态是“波”而不是“粒子”。思考是一种能量,故哲学上认为“我思故我在”,看见是一种能量,故哲学上说“存在即合理”,在科学的层面上似乎获得了证明,物质是虚幻的,只是能量之间作用的结果,即思想意识与外界能量互动的一个结果。

 

量子纠缠是什么?

量子叠加态指的是一个量子在相同的时间里表现出不同的状态。就像被定身的牛魔王瞬间经历多个城市一样,在牛魔王的世界里,自己就像鬼魅般以超光速完成了五个城市的游历,不花费任何时间,五个城市的状态同时间叠加在一起了。

量子纠缠发生在两个或以上成对的量子之间,一量子发生变化,另一个也有规律地被影响发生变化,无论两个粒子间隔距离有多远,这种影响的发生也是没有时间间隔的。所以,爱因斯坦称之为鬼魅般的超距离作用。延伸到宏观世界表述这种现象,牛魔王与铁扇公主是一对纠缠态的量子,牛魔王在深圳发生车祸重伤,远在北京的铁扇公主同时间感到丈夫大事不妙,这种现象就是量子纠缠态。这跟我们日常所说的“第六感”或“心灵感应”何其相似。量子纠缠已经不是诡异的预测,而是在科学实验中获得的现象。人们似乎已经没有理由不相信通常容易发生在母女或孪生双胞胎之间的“心灵感应”是“量子纠缠”一种现象,因为母女或双胞胎之间的量子特性更为接近。

 

到底心灵感应第六感是不是一种量子纠缠,人类仍然面临着未知需要去探索:

 

量子叠加的多状态同时存在和量子纠缠的相互影响同时发生,这个同时是绝对的同时吗?

 

我相信这个绝对同时是不存在的,只不过是时间短到一个极限状态的表征,它可以在意识里虚拟存在。上述的同时,只是基于量子的质量极小、速度极快、空间极小,才使得量子在空间的不同位置出现貌似是不需要时间消耗的,薛定谔的猫实际上支持这个论断,不观察时,我们在意识上认为猫的生或死两个状态在同时间叠加在一起了,可一旦观察,时间被介入了,马上得出“非死即生”的唯一状态。有理由得出这样的猜想,“同时间”只是一个时间无限短的极限状态,用科学述语表述,就是时间切分短到超越了数学的计算能力实现。例如,可能是10的负几千次方秒,尽管短到可忽略不计,认为是“同时间”,但实际上,两个状态之间切换或量子纠缠的相互影响是有时间间隔的。在宏观世界里,百米跑冠军在电视上跑动时出现拖尾现象,不能认为运动员在电视上出现了绝对的两个状态,只是因为电视CPU的计算能力和人眼识别的计算能力过慢导致的貌似同一个运动员同时出现在画面上两个位置,实际上是不同时刻的两个身影。

 

这个世界到底是偶然的还是必然的?

薛定谔的猫实验显示,猫的生或死由原子的衰变决定,而这个衰变却是不可测定的,不观察时,它是多状态的,观察时才会是唯一状态,于是,微观世界里概率性决定了宏观世界的偶然性,爱因斯坦显然不信邪,于是有了和玻尔的著名争论。爱因斯坦说:玻尔,上帝不会掷骰子;而代表量子理论的玻尔反击说:爱因斯坦,请你不要指挥上帝做事!

 

玻尔的意思是,无论爱因斯坦如何不喜欢,量子运动就是状态不可测定的波函数,是一堆概率云,这是不用争议的事实;而爱因斯坦认为,量子力学不可能超越广义相对论的约束,不接受不可测定原理。这说明到目前为止,广义相对论和量子力学理论还有着巨大的鸿沟,但又有着似是而非的密切关联。薛定谔实验表现得最为明显的悖论难题是:当猫的生死与微观世界的量子运动产生关联后,不可观察的猫的生死状态和表达微观世界量子运动的波函数一致,处在生和死的叠加状,忽生忽死的猫已经让人难以接受,而一旦猫被看了一眼,猫就呈现出唯一状态:生或死,用科学术语说就是波函数坍塌了。问题是,没有一个数学公式可描述这种突然间的坍塌。这把人类难倒了。

 

人类只对不确定性感到恐惧,这也是大多数安全感欠缺的来源,为求必然性,减少更多的偶然性,人类一定会刨根问底般探索下去,目前为止,人类也仅仅是观察并证实了量子的一些特性,至于为何会有这些特性,必然的逻辑关系发现并不多。例如:

发现了同一个铍离子在相距80纳米距离的两个空间同时存在,证明了量子相干性。如果把宏观世界的人和猫变成量子,在微观世界里,猫确实可以同时死和生;在量子世界里,你可以在广州工作的同时,另一个你同时出现在北京酒吧里喝酒,量子相干特性形成了量子叠加态。

 

量子纠缠的速度明显快过光速几个数量级,为何相对论所说光速不能被超越仍然成立?

量子纠缠也只是被证实的现象,没有必然的物理公式和数学逻辑完整解释为什么会这样,更何况,如果把纠缠态的量子之间看作一条隐形传输信道,这个信息传输通路是不可被干涉和利用的,也就是无法使用这个“快速信道”传送信息,一旦被干涉,纠缠态马上消失,无法传递信息的超光速是没有意义的。也就是说,仍然没有物质的运动速度快过光速,所以相对论仍然成立。

 

宏观世界里的物品能实现和量子纠缠一样的隐形传输吗?

我相信会有这么一天。经过历史和现实总结,我确信,人类脑海里呈现的奇思妙想最终都会被实现,过去人类曾渴求的飞天、顺风耳和千里眼,今天都实现了。

未来数百年内,人类应该有能力制造出这样的一个装置:它可以把一些物品或者生物解构成一团具备独一无二特性的“能量云”,然后通过量子通信装置发送到“异地”,重构还原,实现另一种形式的隐形传输。至于这团“能量云”是否能够被完全复制,不敢想象,也许是宇宙唯一存在,也许可以收集能量复制重构。实现宏观物体隐形传输前,利用巨大计算能力的量子计算机实现宏观世界物品的3D打印会是一个必经阶段,一切处决于计算速度。人类的计算能力最终将能够同时解构和组装包括精神和灵魂在内的一个“能量包”。如果物品可以被解构成“能量云”同时实现量子隐形传输并重构,这跟孙悟空的“筋斗云”又是何其相似。如果这个包含着灵魂和肉体的“能量云”可以被控制重组,向下兼容更小的“能量云”,重构成其它不同的物品,这又跟孙悟空的72变何其相似。

 

人类认知越多,需要面对解决的问题也越多,这是一个万劫不复的死循环,量子力学仅仅是一个开始!

 

爱恩斯坦相信上帝是一个简单的人,因而,在牛顿万有引力基础上深究之下发现光速这个常量,建立起解释宏观世界的质能方程式:能量等于质量乘以光速的平方,解开了宏观世界里的迷雾;到底有没有一个同样的简单的规律,证明微观世界里的质量、时间、空间无限缩小的情况下,是否剩余能量一个维度,这个能量又有着什么特性,遵循什么规律,能量又是如何构成宏观世界物质的,能量到底如何作用于我们非物质的精神世界,例如意识与能量有什么关系?量子纠缠这种超距离鬼魅般作用是不是就是物质在微观世界里表现出来的意识?这个特性被科学证实,是否就意味着佛说的“万物皆有灵性”被科学证明了?搞清楚这些问题,人类也许会获得一个描述这个一叶障目花花世界的简单公式。

 

量子力学如何解释孙悟空的定身术?

按照广义相对论的说法,定身术可视为特定惯性系里时间处于既不向前也不向后的静止状态,分两种情况,一种是绝对时间停止,这时候空间也就无所谓空间了,因为在一个没有时间的空间里,物质处于没有时间的空间里任何一个位置或者无处不在,都是合理的,因为在空间的跳跃和移动是不需要损耗时间的,这跟薛定谔忽生忽死的猫相类似。而这个场景也跟量子世界里的量子相干和量子叠加的场景是吻合的,被定身者(他的世界里时间被静止了)的状态是多态叠加的,也是随机的,不可测定的,最终会是什么状态,由被唤醒的一刻,也就是被时间介入的那一刻决定,上述牛魔王的例子是五个城市状态叠加,最终唤醒时,他可能在上述五个城市的任何一个都是合理的,但只能是其中之一,这也是玻尔认为上帝其实就是在掷骰子决定这个世界面貌。另一情况是相对的静止,我们常说天上一日地上一年,按照广义相对论的理论,天上和地下若是两个完全不同惯性系的情况下,这是有可能发生的。我们把一个人从“地上”放到“天上”,就会发现这个人静止不动了,如同被定身术定住一样,事实上,那个人不是不动,是动得特别慢,在地上要观察一年,才能看到天上那个人完成一天的动作。反过来看,天上的人观察地上的人,就象我们看电影时按了快进键,地上的时钟飞快转动,天上往下看24小时就看完了人类365天的活动内容。

 

由此可见,广义相对论与量子力学理论有着密切的关联性,也许仅仅是由于量子世界里质量过小、速度过快、空间过小,以致于宏观世界里主要的四要素:能量、质量、时间、空间,在微观的量子世界里变成了一个要素:即波动式的能量。因此出现了经典力学无法解释的各种诡异性,如量子相干、叠加、纠缠。量子的这些物理特性也许超越了经曲力学相对论的描述,也许量子的物理特性恰恰可以通过继承相对论的成果推导而被发现内在逻辑,特别是量子的相干和量子的叠加态。因为按照广义相对论的质能关系,在量子世界里,相对的时间维度消失这个临界点是完全有可能存在的。

 

倒是鬼魅般超距离作用的量子纠缠似乎就真的超越了经典力学可诠释的范畴。这种鬼魅般的超距离作用力来自哪里?

 

宇宙的宿命?

这部分论述,纯属猜想。针对上述人类未知的猜想。

个人的认知认为,无论是狭义还是广义相对论,它在完整诠释这个世界的时候,其局限性很可能就在于“相对”二字,爱因斯坦找到光速这个不变量,很好地解释了宏观世界里许多现象,但这个常量仍然只是一个相对理想的参照数,把这个常量放在不同的惯性系里,均能获得一致的规律性,但它的局限性很可能就在于把不同惯性系作为局域参照体系相对存在,这相当于仍然把宇宙做了一定程度的“分块割裂”,把宇宙规律总结局限在银河系甚至太阳系内,而不是把宇宙作为一个“整体”考量。正是这个局限性,使得相对论无法解释宇宙为何是加速膨胀而不是匀速膨胀,加速的力量来自哪里,为何宇宙能量不守恒,谁在为宇宙提供暗物质和暗能量,这些暗能量在哪里产生等等一系列问题。而量子纠缠这种“鬼魅般的超距离作用力”很可能来源于宇宙统一性赋予量子的特性,直觉认为量子纠缠的远距离作用力与提供宇宙膨胀需要的能量相关,按照宇宙大爆炸理论,宇宙是从一个奇点发生爆炸,然后加速向外膨胀,也就是说,即使宇宙外部毫无阻力,要使得宇宙能实现加速扩张,维持宇宙膨胀的能量很可能由宇宙中心向宇宙边沿施加,而这种远距离的能量传输即使不是“鬼魅般”的瞬间可达,也至少是快过光速的持续加速,才能实现持续作用于宇宙边沿,维持膨胀,因为宇宙中心位置离宇宙边沿越来越远。 

 

量子力学给了人类破解精神世界的诸多问题的一把钥匙,探索路还很远!

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