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宇宙观之全息投影

2011-09-11

微观量子在视界的波动会编码黑洞内部信息,故当黑洞蒸发消失时信息并没有离奇失踪。一个全息的宇宙是一个模糊的宇宙。我们原来以为的真实世界,可能仅仅是我们的看法而已。只能通过我们所掌握的信息去了解这世界。
   

 

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我们所处的三维世界有可能是宇宙的终极幻象吗?(2010-12-24 豆瓣)
  我们所处的三维世界有可能是宇宙的终极幻象吗?Marcus Chown称一台德国探测器捕捉信息的分析结果暗示:人类的存在都只不过是投影。
  
  驾驶在德国汉诺威巿南部的乡村,容易错过的景点莫过于引力波探测计划GEO600所在地。它的外貌并不起眼:角落里建着一栋配套的方形临时建筑,两条覆盖着波纹钢的沟渠以适当的角度向外延长,沟渠里则安装着长达600米的探测器。引力波由超新星爆发、黑洞相撞等产生,使空间和时间变形,当通过地球时挤压和膨胀物质。不过,引力波的影响力很弱,在Geo600实验室,引力波只能令探测器的臂部摇动相当于原子核直径的一万分之一,但改装后可以探测到如此细微的变化。【关于GEO600引力波探测器:探寻宇宙涟漪 】

 

黑洞与中子星相碰撞释放出引力波的模拟图    德国GEO600探测器
  在过去的7年间,这项德国计划一直在寻找引力波,一种由像中子星和黑洞这样超密度天体的引起时空波动。虽然目前为止还未有发现任何引力波,但它可能已在无意中获得了半世纪以来物理学中最重要的发现。
  几个月来,GEO600的研究人员一直对这个巨型探测器中挥之不去的噪音困扰不已,直到某天,一位研究员灵光闪现,才对噪音的存在作出了合理的解释。事实上,在这位研究人员在知道他们测得噪音之前就已经预测了它的存在。而根据一位工作在伊利诺斯州巴达维亚的费米实验室粒子物理分部的物理学家Craig Hogan的推测,其实GEO600的研究人员已经无意中发现时空的极限,处于这一极限的时间和空间的行为更像粒子,而非爱因斯坦所描述的处于平滑的连续状态,好比一幅报纸图片放大到一定倍数时你就会发现它是由像素点组成。“看起来好像探测器正遭受微观量子振动的袭击”Hogan解释道。
  如果这都让你无动于衷的话,那么已被任命为费米实验中心粒子天体物理学主任的Hogan的这句话应该会让你大吃一惊:“假如GEO600得到的结果和我的推测吻合,那么可以判断,我们都生活在一幅巨大的宇宙全息图中。”
  

  这一观点听起来荒谬,但却是我们对某些事物理解的自然延伸,这些事物中包括黑洞以及拥有坚实理论基础的事件。同时,这一观点也给物理学家努力研究宇宙在最基本的层次上的运动状态时提供了十分有用的帮助。
  信用卡和纸币上的全息图印刻在平面的塑胶膜上,当光线从全息图上反射时便会产生立体图像。上世纪九十年代,物理学家Leonard Susskind和诺贝尔奖获得者Gerard''t Hooft共同提出:全息原理或许能应用于整个宇宙,我们的日常生活体验可能就是一幅来自遥远地区二维平面反射的全息投影图。
  GEO600的激光是否已经证明时空的基本模糊性?
  全息原理让人难以接受。难以想象的是宇宙的另一边正发生的事情控制着你起床、刷牙和阅读这篇文章等等行为。虽然理论家有足够的理由相信在很多方面全息原理的存在是真实可信的,但是却没有人知道人类生活在全息图中这一假设到底意味着什么。
  
  Susskind和Hooft这一非凡观点的灵感来源于以色列耶路撒冷希伯莱大学的Jacob Bekenstein和剑桥大学的Stephen Hawking,后两者对黑洞的研究具有开创性的贡献。七十年代中期,Hawking证明黑洞并非完全“黑不见底”,而是缓慢地释放出辐射,如此导致的结果是黑洞最终蒸发消失。然而,谜题随之出现:称之为霍金辐射的热辐射本身并不携带黑洞内部的任何信息,当黑洞消失之后,坍塌为黑洞的恒星的全部信息也随之消失,如此推导的结果与信息永不消失这一被广泛接受的原理相悖。对于解决这个“黑洞信息悖论”,Bekenstein的研究提供了重要的线索,他发现黑洞熵值,也就是黑洞的信息容量,正比于其“视界”表面积,视界是黑洞在理论上的外表面,它笼罩着洞口,标出了界限,任何逾越这道界限的物质和光都无法从中逃脱。【关于“黑洞信息悖论”:亦称“霍金悖论”,参见百度百科金山词典。】
 
 

  
  理论家由此证明微观量子在视界的波动会编码黑洞内部的信息,故当黑洞蒸发消失时信息并没有离奇失踪
  重要的是,此结论深化了对物理学的理解:坍塌为黑洞的恒星的三维信息能够完整地被编码在黑洞的二维视界上,这与将物体的立体图像编码在二维的全息图上并无不同。Susskind和Hooft进一步解释到:宇宙作为一个整体,同样有其视界,来自视界另一面的光线在宇宙137亿年的寿命期间内是无法到达地球的。
  另外,多个弦论学家,尤其是来自普林斯顿高等研究院的Juan Maldacena的工作已经证明,以上的研究方向是正确的,并证明了物理规律在设想的形似普林格薯片的五维宇宙中与在四维空间中毫无二致。
 
  


  根据Hogan的推断,我们对时空的认识会因此得到根本性的改变。理论物理学家长期以来都认为量子效应会在最小的尺度上引起时空的严重扭曲,在这个倍率上,时空的基本结构趋向粒子,并且是由类似像素、但是比质子还小一千亿亿倍的微小单元构成的。这个单元的长度称作普郎克长度,为1×10-35米,如此微小的长度在任何实验条件下都无法实现,以至于没人可以想象能够亲眼看到组成时空的粒子。
  “看似量子的剧烈运动会衍生横向的振动,难以置信的是实验捕获了由这些振动引起的噪音。
  直到Hogan意识到全息原理会给世界带来翻天覆地的变化时他才确认自己的推断是正确的。如果时间和空间都是由粒子构成的全息图,那么你可以把宇宙想成一个球体,它的外表面覆盖着普朗克长度见方的正方形,每一片正方形都包含一比特的信息。根据全息原理,宇宙外表面包含的信息数量必须与宇宙内部所容纳的比特数相符
  然而考虑到球形宇宙的体积大大地大于它的外表面,要实现这一点可能吗?Hogan意识到要实现宇宙内外比特数一致,则组成宇宙内部物质的粒子直径必须较普朗克长度长,Hogan用另一种说法解释到:一个全息的宇宙是一个模糊的宇宙
  

  对于任何致力于证明时空最小单元的人这都是个利好消息。“虽然与设想的情况相反,但它使在现有的实验条件下观测量子的微小结构成为可能。如果你生活在全息图中,你就能通过测量宇宙的模糊程度来得知这一点。”Hogan如是说。所以既然普朗克长度小到无法实验测量,那么就测量其大到近10-16米的全息投影。
  当Hogan初次意识到这一点时,他还在犹豫是否存在这样的实验能够探测到时空的全息模糊性,然后GEO600进入了我们的视线。
  类似于GEO600这样的引力波探测器从本质上讲都是非常灵敏的标尺。它的工作原理如下:当引力波通过GEO600时,它就会引起空间在一个方向伸展和另一个方向收缩的交替运动,为检测空间运动的存在,GEO600会发射单一的激光束并使之透过称为分束器的半镀银镜,此后激光被分为两束,分别进入装置中600米长的互相垂直的两臂,激光经多次反射后回到分束器并生成干涉图,干涉图上亮区表示光波相互叠,暗区表示光波相互抵消,亮区和暗区的任何移动则表明两臂的长度已经发生了改变。
  “实验的关键在于,标尺对远小于质子直径长度的变化非常灵敏。”Hogan说。
  
  那么引力波探测器有可能探测到粒子状时空全息投影吗?
  Hogan认为全世界五个引力波探测器中,英德合作的GEO600应该是最能满足他的要求。他预测到,如果实验的分束器受到时空量子波动的冲击,那么检测的结果就会显示出来(《物理评论D》, vol 77, p104031)。“无规则振动产生的噪音会混合在激光信号中。”
  Hogan曾在六月份将自己的预测发送给GEO600的研究团队。“不可思议,我发现实验装置那时检测到莫名的噪音。”Hogan说。工作在德国波茨坦市马克斯.普郎克重力物理学研究院和汉诺威大学的GEO600项目负责人Karsten Danzmann承认,额外噪音的频率在300到1500赫兹之间,已经困扰了项目团队有好长一段时间。
  Karsten Danzmann回复了Hogan的来信,并给他发送了一幅噪音的波谱图。“跟我的预测如出一辙,就好像是分束器在作额外的振动。”Hogan说。
  然而,即便是Hogan也不能断定GEO600已经发现证据证明我们生活在一个全息的宇宙,现在还为时尚早。Hogan认为:“噪音源可能平凡无奇。”
  
  引力波探测器极其灵敏,所以操作人员必须倍加细致才能排除噪音的干扰。他们必须考虑到头顶云层的流动、远处车辆的往来、地壳的震动和其它各式各样可能遮蔽真正信号的干扰源。“日常的灵敏度改进操作往往不可避免地产生噪音,我们的工作还包括鉴别噪音来源、消除其影响,然后继续跟踪另一噪音源。”Danzmann说。由于目前为止没有明确的噪音源能解释GEO600的噪音,故Danzmann还谈到:“我认为当前情况并不乐观,但不是真正令人担忧。”
  GEO600团队曾一度以为Hogan在意的噪音是由于分束器上的温度波动,然而计算结果表明温度波动产生的噪音顶多占三分之一。
  Danzmann提到会对GEO600进行若干项有计划的升级以提高其灵敏度,并消除几种可能的噪音源,他说“如果在采取这些措施之后,情况仍得不到改善,那我们就不得不重新思考了。”对于引力波研究者来说,如果GEO600确实发现了源于时空量子波动的全息噪音,那么不得不说这是一把双刃剑:一方面,噪音会阻碍团队对引力波的探测,另一方面,它又代表着一项更加重大的发现。
  如此情形并非史无前例。研究者们曾为寻找质子衰变时放出的辐射建造巨型探测器,结果探测器却没有找到这样的辐射。,但它们发现了中微子会在不同形态之间相互转换,应该说此发现尤为重要些,因为我们可以从中得知宇宙为何是由物质而非反物质组成(《新科学家》, 2008年4月12日, p26)。
  如果一台设备是建来探测天体物理学中引力波源那样大的事物,但一个不留神却发现小的不能再小的时空粒子,那可真是适得其反。“身为一名基础物理学家,在我看来,发现全息噪音要有趣得多。”
  
  尽管Hogan的判断正确,而且全息噪音的确会影响GEO600对引力波检测的灵敏度,但Danzmann还是乐观的,他说:“即便是噪音限制了GEO600在某些频率段的灵敏度,但相对于能够首次发现时空的粒子性,这只是微小的代价。我们应当高兴,毕竟在很长一段时间内这都会是极其重要的发现之一。”
  然而Danzmann对Hogan的想法依然持谨慎态度,并认为相关理论工作有待跟进,他说:“这顶多只是个新鲜有趣的想法,还构不上真正的理论”。Danzmann和很多人都认为现在做出确切的说明还为时尚早,“至少早了一年,让我们走着瞧。”Danzmann说。
  谜题存在的时间越久,人们的建造专属设备详细调查全息噪音的动机就越强烈。来自西雅图华盛顿大学的John Cramer认为,Hogan的预测能跟GEO600项目实验联系起来是一件“侥幸”事件,他说:“事情再清楚不过了,如果他们有意识地专注于全息噪音的测绘、特征性质的研究和相关的实验现象,那么实验结果会好得多。”
  根据Hogan所说,有一种可能是利用一种叫原子干涉仪的设备来探测全息噪音,其原理与激光探测器相同,但使用的光束由超冷原子制成,而非激光。因为原子**长远小于光**长,所以比起引力波探测器,原子干涉仪的体积明显缩小,价格也更便宜。
 

  那么如果全息噪音确实被发现了又意味着什么?Cramer把它比喻成1964年新泽西州贝尔实验室天线接收的未知噪音,此噪音结果被证明是大爆炸后的馀晖:宇宙微波背景辐射,他说:“这一发现不仅使Arno Penzias 和Robert Wilson获得诺贝尔奖,而且证实了大爆炸的存在,从此开辟了一片新的宇宙学领域。”
  Hogan说得更具体:“忘记《微量情愫》(Quantum of Solace,即“007量子危机”)吧,我们可以直接观察到时间量子,也就是可能的最小时间间隔,其定义为一颗光子以光速行进过普朗克长度的距离所花的时间。”
  更为重要的是,全息原理的确立对尝试统一量子力学和爱因斯坦引力理论的研究者有很大的帮助。现在研究量子引力学最流行的方向是弦理论,研究者希望通过弦理论来描述宇宙在最基本的层次上的事件。不仅如此,Cramer还说到:“全息时空可被应用于与弦理论有密切联系的重力量子化过程中,结果是,量子引力学里某些理论可能被证明是错误的,而另一些理论则得到加强。”
  Hogan认为全息原理一旦得以确认,就会排除所有与全息原理相悖的研究量子引力的方向,反过来说,对于那些与之相容的方向,包括一些基于弦理论的方向和名为“矩阵理论”的方向,这也是一个催进。“最终,我们会从量子理论中揭开时空的真空面目。”随着研究的继续,我们再难有更惊人的发现了。”。  

 

霍金的黑洞信息悖论---信息守恒的背后故事(2004-10-25 新华网+中科院科普网)
  2004年7月21日,英国科学家霍金宣称他已经解决了黑洞信息悖论(又称黑洞信息佯谬),这立即成为轰动一时的头条新闻。然而近三个月以来,知名科学家纷纷对他的新论表示怀疑,物理学界对于霍金新论的反应可以用一句话来概括:“请告诉我们具体的证明方法”。
  在都柏林举行的第17次广义相对论研讨会上,尽管霍金提交了描述这一新理论的提纲,但以数学方法研究物理问题著称于世的他,至今并未发表论文阐释其理论的具体数学推演步骤。  


  神奇的黑洞              迄今發現的最大最古老的黑洞
  

  黑洞信息悖论是他本人于1976年发现的。所谓黑洞,是时空的一个区域,这个区域内的引力非常强大,以至于任何东西,甚至光都不能从中逃逸出来。长期以来,科学家们认为黑洞会吞噬一切。但1974年,霍金提出,黑洞一旦形成,就会“蒸发”辐射出能量,同时损失质量,这种辐射亦称为“霍金辐射”(见左图)。
  
  霍金这一理论是黑洞研究中的一个重大进展。但与此同时,他又制造出了一个新的难题。霍金在1976年的另一篇论文中对此做出阐述:黑洞辐射并不含有任何黑洞内部的信息,在黑洞损失殆尽之后,所有信息都会丢失。而根据量子力学的定律,信息是不可能被彻底抹掉的,霍金的说法产生了矛盾,这就是“黑洞信息悖论”。
  当时霍金辩称,黑洞的引力场过于强大,量子力学的定律并不适用,但他这种解释并不令学术界感到信服。哈佛大学物理学家施特勒明格就直言“我并不相信霍金1976年的理论,尽管我不知道他的计算到底错在哪里”。(见下图)
  大约10年前,物理学家发现了用弦理论分析黑洞的方法,这种方法得到科学界的普遍认可。分析结果显示,弦理论同霍金的理论产生了冲突。不幸地是,弦理论也并未表明霍金1976年的推演错在哪里。那么结果自然是:要么霍金错(但物理学家认为他的论证简洁而优美),要么弦理论的假设之一是错误的(该理论本应是对世界本源的一个巨大发现)。
  
  和1976年的分析方法不一样,霍金新理论所使用的方法是基于普林斯顿大学理论家马德西纳的最新研究成果。简言之,霍金认为,假如经过很长的时间段,黑洞完全蒸发时,幺正性(量子物理学的最基本属性)和信息都能被令人满意地保存住。仅仅在中间阶段,那时黑洞仍在蒸发,将出现信息丢失的情况。但是这一分析并未详细表明信息如何出现,也未表明他是怎样调和1976年理论与较近时弦理论计算结果间的矛盾。
  
  这令许多物理学家丈二和尚摸不着头脑。耶路撒冷希伯来大学的贝肯施泰因教授说,“我当时虽在都柏林与会,但根本不知所云,我的同行们也有同感”。加州理工大学索恩教授称,这“可能需要专家们费时数年才能达成一致看法”。有一些专家对霍金尚未发表论文就急下断言的态度表示不满,但也有一些人对霍金现在终于赞同弦理论家坚持了10年的理论而感到暗自得意——尽管霍金的本意并非如此。像贝肯施泰因这样的一些人认为,早在霍金新论出现之前,信息悖论就已经被解决了。
  但其他人则认为,即使是由霍金和线性理论一起来论证,也未必就已万事大吉。哈佛大学物理学家瓦法认为,若要清楚地解决这一悖论还有许多研究要做:“黑洞幺正性问题牵涉这么多方面,很难相信一篇论文就能全部解决——不管这篇论文的作者是谁!”
  我国黑洞研究专家,北京师范大学的赵峥教授。赵教授说,目前霍金关于黑洞的最新研究成果只有媒体消息,学术论文还没有发表,所以这一新的理论还有待证实。1974年霍金证明黑洞有温度、有辐射。霍金辐射的发现使黑洞和霍金本人都变得家喻户晓;霍金提出的“黑洞热辐射”理论是20世纪最杰出的理论物理成就之一,但当时这一理论的一些观点受到了量子物理学者的质疑。此次霍金提出的新观点―――黑洞在某一时间,将会把它吞掉的信息释放出来,从表面上看弥补了他以前理论的缺陷,但是这也不足以肯定这一理论就是正确的。赵教授解释,物质所包含的信息并不像质量或能量一样具有守恒的性质,因此霍金此前的信息消失理论并不是完全无法接受的。  

 Amitakh对垒Sitchin:阿奴纳奇 健身养生:叩齿吞津手抓空气 太阳:星际时空之门

 

宇宙是意识的反映?宇宙只是幻象!(爱的频率)
  一个世纪以来,物理学家们一直在思考这个问题:支配着无限小的规律似乎难以理解。然而,如果我们承认量子现实只是一种错觉的话,那么一切就清楚了!这一认识将掀起一场全面的革命。
  “我们应该修改物理学教材了!”2005年8月,在德国康斯坦茨湖畔一所大学的最高建筑的顶楼,美国物理学家克里斯托弗·福熙(Christopher Fuch)用这样一个大胆的提议作为其组织的系列研讨会的开场白。康斯坦茨大学出资邀请了50多位美国、加拿大、英国以及意大利、法国和澳大利亚的物理学家和哲学家来参加这一为期一周的会议。他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家。其中的一些学者极具威望,但他们也毫不犹豫的推翻了自己曾经持有的观点。作为门外汉,我们无法深入理解研讨会期间专家们彻夜争论的深奥的数学问题。不过,他们讨论都是围绕着这样一个观点展开的:物理学为我们描绘的世界也许并不是真实的物质世界,而很可能只是一个巨大的幻象!
  这让我们一下子坠入了云雾之中。在我们一贯的观念中,物理学的目的,正如字典里所清晰定义的那样,不就是“研究物质的属性”吗?物理学家们的确是通过对如同康斯坦茨湖畔的石头一般真实存在的物体的考察和研究,才得以提出了现有的物理学理论。那么凭什么说物理学描绘的只是一个幻象呢?很简单,这是因为物理学家们在抽丝剥茧般梳理“客观现实”这块织物的“纤维”时,令其支离破碎了。而物理学的本义,也因此突然变得支离破碎了。

  
  这种观点最早是在20世纪初提出的,当时物理学家们刚刚能够深入探寻我们这个物质世界的奥妙。他们为自己的发现感到惊奇。在此之前,人们已经习惯性的认为,物体要么是波动,就像海面上荡漾的波浪;要么是在时空中运动着的粒子,就像绿色球台上滚动着的台球。然而,物理学家们进行了更加深入的考察,他们发现光、原子或电子的运动似乎并非如此。比如,在某些条件下,通常被看作波动的光却会像粒子一样的运动;同样,通常被当作粒子的电子有时则会像波一样运动!
  
⊙还物理学一个真相  
  短短几年间,物理学家们在创造概念方面作出了史无前例的努力,他们以纯经验论的方式渐渐构造起了一个数学大厦,用以描绘那种种“令人难以置信”的物质运动。就这样,量子力学在1925年正式诞生了,从此不可动摇。但是,要承认量子力学,就意味着必须抛弃海浪和台球,而承认物体——包括电子、原子、分子以至石头——都是由一个极其复杂的代数概念(即“希尔伯特Hilbert空间的态矢量”)组成的。这也意味着还必须接受一套支配物体演化的新规则,使物体之间能以超越空间和时间的方式发生联系,并同时具有几种不同的态,而当人们对它们进行观察时又会根据某些非常精确的概率法则任意缩减为一个单一态。物理学家们不得不接受这些如此“离奇”的概念。因为,据说,这个奇异的量子世界正是我们所处的世界,这一理论从来没有受到怀疑;而且这一理论确实也曾成功的预言了各种化学元素的属性、激光和电子芯片的特性、DNA的稳定性甚至核反应的“爆炸性”。尽管康斯坦茨湖中的鹅卵石看起来似乎并未表现出这些奇异的特性(这些特性只在微观系统能够观察到),但量子力学的使命的确就是描述围绕在我们身边以及构成我们的物质的内部运动。
  而在这里,我们显然看到了一个大问题!量子力学作为物理学领域中描述物质最深刻的理论,为什么它距离我们的传统观念如此遥远?为什么这一学说最基本的理论都如此难以理解?现实真的是如此超出我们的想象吗?30年来,每年都要举行一些大型的国际学术研讨会,目的是通过对目前掌握的十几条线索进行分析,再现能与当代物理学研究数据相一致的真实世界的面貌。然而问题的关键在于,每一种对于世界的“现实的”诠释看上去都那么超现实!最著名的一种诠释是1957年美国物理学家休·艾福雷特(Hugh Everett)提出的:针对“为什么量子物体能同时具备多态,但在人们对其加以测量时又缩减为单一态”这一问题,艾福雷特解释说,其他所有的态确实存在,只不过它们存在于平行世界中。而在克里斯托弗·福熙看来,这些研究工作都误入了歧途:“我们的任务并不是要为了证明量子理论的意义,而去额外的制造更多的结构、更多的定义和更多像科幻一般的假设。我们的任务恰恰是要将这一切统统抛弃、重新从零开始。然而,要做到这一点,我认为就必须把目光投向量子信息学理论的著作、技术和含义。”
  
⊙一片肥沃的土壤
  信息:是的!信息在这里意味着什么?这个概念难以准确定义,但大家从直觉上都知道它到底是怎么一回事:在信息学上,信息就是对能够被按照0和1二进制数进行编码的事件的认知要素。乍一看来,它与量子力学好像没什么关系。不过,在20世纪80年代中期,物理学家们发现,量子法则使人们可以用一种全新的方式处理信息。量子法则实现了两个物体之间的长程关联,这实际上可以被看成一种新的联系渠道,使得人们能够实现信息在两地之间的遥距传输、保障机密信息的安全或同时进行大规模的并行计算。在这些美好前景的吸引下,理论学家和实验学家们便创立了一套新的语言,开拓了物理学的一片充满了活力的新领域——“量子信息学”。
 

(上图:中科大研制成功世界上第一台模拟量子计算机)
  
  然而惊喜并不止这些。从20世纪80年代末开始,出现了这样一种思考:既然我们可以用量子力学来处理信息,那么可不可以反过来,用信息去理解量子力学呢?可不可以不把量子信息学当作量子力学理论的一种运用,而将其视为这一理论的基础呢?这正是科学家们在康斯坦茨大学会议上争论的核心问题:量子力学所揭示的到底是物体本身还是我们所知的关于物体的信息?也许“希尔伯特空间态矢量”所表现的并非光子、分子或石头这些物体本身,而是我们所拥有的关于这些物体的信息。如果确实如此,那不蒂于对物理学理论的一个彻底颠覆!
  粗看之下,这一观点似乎没什么特别,甚至还有些落后:显然,我们只能通过我们贫乏可怜的感知能力获得的信息去了解这个世界:从德莫可立特到康德,哲学家们早就告诉过我们,有一块看不到扯不破的纱幕将我们和现实世界隔开。但如果进一步参考尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔以及沃尔夫冈·泡利等现代物理学奠基者的思想,我们就会发现这一观点极其适合诠释量子力学。这是因为,信息具有与物质完全不同的属性:与鹅卵石相反,信息没有空间和时间的位置,因而我们可以任意的复制它、分享它、总结它、删除它。那些离奇的量子现象,我们一直以为它们是物质的属性;但如果我们从信息的角度对这些现象逐一加以重新考察,就会发现它们再正常不过了
  比如,为什么一个系统能同时存在于好几种状态之中?很简单,这是因为我们已知的信息尚不足以准确的告诉我们它到底处于何种状态。为什么对该系统进行测量,就能使其一下子缩减为单一态?这是因为这种测量使我们获得了新的信息,加深了对该系统的认识。为什么两个系统之间可以发生超时空的关联?这是因为这两个系统之间存在着共同点,我们从一个系统获得的信息可以立刻让我们了解另一个系统。量子世界里为什么会有偶然的存在?这是因为我们缺乏必要的信息,无法对一些问题作出回答,所以不得不将其划归偶然的范畴。为什么能量不是连续的而是量子化的?这是因为它和信息本身的量子化是对称的,量子化的信息缩减为一些二进制的答案:是或否、0或1。简而言之,正如奥地利物理学家安东·柴林格在几年前曾解释过的那样:“如果我们遵循这样一个原则:量子力学的基础概念就是信息,那么我们就能够很自然的理解量子现象。”这样一来,量子现象就变得合乎我们的常识了。
  
  两年来,这一思想不断的得到充分的发展。在那些聚集在康斯坦茨大学的物理学家们看来,现在已经到了从定律层面上用对量子力学的这种新解释来“改写物理学教材”的时候了。现在的目的,不再是对量子理论加以诠释,而是要重新创立量子理论;不再是被动的接受20世纪初物理学界以经验论方式拼凑出来的那些法则,而是要证明这些法则都是与信息获取、信息表达及信息传播相关并受到这些条件限制而得出的结果。这个领域是一片极其肥沃的土壤!杰弗里·巴伯、阿列克谢·格兰邦、吕希安·哈代和克里斯托弗·福熙认为,在我们这个世界中,信息是受到某些限制的。他们努力尝试搞清楚什么样的理论是不描述现实的本来面貌而是描述我们对现实信息的获取的。结果,他们的答案都指向量子理论!他们四人的研究似乎十分令人困惑,其实非常深刻非常理性,值得我们加以特别关注。他们的出发点各不相同:有的认为,信息是主观的,取决于提问的人;也有的认为,信息是客观的,就像是一种新的实体,不受观察者的主观因素影响。但他们都同意这样一点:从信息的概念出发,很容易导出量子理论。这恰恰说明,量子力学并不是一种描述波、粒子或场的运动属性的现实理论,而是一种描述信息属性的理论
 

(上图:丹麦科学家首次通过将物质转化量子信息,以光子为媒介实现远距离传递)
  
⊙幕后的世界  
  这完全推翻了我们对真实世界的观点。因为,这说明,我们原来所认为的真实世界,可能仅仅是我们的看法而已。这种情况,就好像是一个仅仅通过电脑屏幕来了解外部世界的人一样:他决不能因此断定,外部世界就是他电脑屏幕上的象素!克里斯托弗·福熙认为,我们必须把信息和世界区分开来。我们必须将资料中属于电脑屏幕的因素去掉,这样才能保证剩下的资料反映的是世界的本来面貌。“通过蒸馏净化而保留下来的部分——相对于整套理论来说,它也许非常微小——才是量子力学试图向我们揭示的自然的本来面貌。”他补充道。同时他强调,现在要知道这种“蒸馏净化了的真实”到底是什么样的,为时尚早。
  杰弗里·巴伯的看法则恰恰相反:“关键问题并不在于思考信息指涉的内容是什么。比如,你想把一条消息从你的电脑发到我的电脑中来,那么这条消息包含什么内容并不重要:也许是一幅图片,也许是一篇法语文章,抑或是一篇中文的小说。重要的是,对该消息进行压缩、传送和解码,而不必在乎它反映的是什么。描述信息的交换,在我看来,这才是基础物理学全新而唯一的任务。”
  阿列克谢·格兰邦的立场看起来更为极端。他认为物理学根本不应该继续关注现实——那隐藏在屏幕背后的现实。因为既然我们必须通过屏幕去了解现实世界,那么奢谈幕后的现实又有何意义?“有关真实的存在的问题是物理学家们的一种信仰。然而科学并不取决于信仰,”他语气坚定的说,“物理学的任务就在于对事务进行描述,而不在于求证其描述的事务的真实性,也不必去管这种真实性是否存在。”
  
  尽管有人指责他们不承认自我以外的任何真实,是陷入了一种唯心论唯我论的泥沼;也有人指责他们把理论仅仅当成行动的工具,是坠入了工具主义的迷途,但这100余位宣布要推翻传统物理学的物理学家们还是引起了科学界的反响。巴黎科学技术历史和哲学研究所的基多·巴恰加卢皮说:“虽然这些研究工作清楚的表明,信息的某些特性可以将我们直接导向量子结构,但目前看来,这些特性都还不具有决定意义。因为他们所使用的某些数学假设仍然缺乏确定性。”巴黎综合技术学院认识论研究中心的米歇尔·让波尔则为“这曾经在20世纪70年代主宰物理学的现实主义浪潮的再次涨潮”而感到欣喜,他说:“这些研究工作证明和实践了埃玛纽尔·康德首倡的超验论推论:即只有从认知局限的形式出发,才能实现认知。”
  无论如何,这一观点目前尚不成熟。因为,即使我们原本以为的真实完全是或部分是一种幻象,那还必须要解释,为什么真实会具有这样一种表象而不是别的表象。因此在信息的基本概念上重新建构时间、空间乃至物质的概念,将是这一全新的物理学艰巨的任务。
  
⊙通向量子引力学?  
  这些物理学家们用爱因斯坦在1905年至1915年间完成的事业为例激励自己。起初,爱因斯坦这位年轻的天才为了建立自己的狭义新相对论而对那些高深玄妙的经验方程(洛伦兹方程)进行了重新诠释。两年后,他在此基础上又创立了广义相对论,成了物理学的一根支柱。广义相对论描述的是空间和时间的对称以及万有引力。然而,就像克里斯托弗·福熙所强调的那样:“很难想象一个人——即便他是爱因斯坦——能够实现从洛伦兹变换这样一个抽象结构到广义相对论的直接飞跃。”
  爱因斯坦创立相对论是一个充满吸引力的记录:对于量子力学的重新诠释会不会在将来的某一天超越这一记录?信息的概念能否协调量子力学与相对论的矛盾,并最终实现朝向“量子引力理论”的飞跃?这可是物理学家们的最高梦想。吕希安·哈代已经走上这条道路。他在康斯坦茨大学首次介绍了他的“通往量子引力学的新途径”。如果他能够坚持到底,那将是对这一观点的真正的确认。尽管这必将会让物理学家们头痛不已,但物理学教材将因此而彻底改变。
  我们曾经以为的客观现实已经被打破,在这片废墟上渐渐诞生了一门“新物理学”:这是一种以信息概念为出发点研究万物的学科。它雄心勃勃的想要重新定义时间、空间和物质。它的最终目标,就是探索一个新的世界——我们的世界。
  “欢迎来到世界的源头。”物理学家们孜孜不倦的研究着在微观层次上主宰着我们世界的法则,他们为我们带来了这样一条令人晕眩的消息。他们承认,量子力学远远不能描述物质的属性,它告诉我们的只是“信息”。结论就是:虽然我们一直以为只要伸手出去就能触及到世界的真实基础,但就在我们伸出手去的那一瞬,这些真实的基础便突然消失了,留在我们眼前的只是一种集体的幻觉、一种由我们自己的研究模式所造成的伪迹
  
  

  这一切不由得让人联想到几年前由沃卓夫斯基兄弟编导的三部曲电影《黑客帝国》(Matrix)。在这部影片中,无处不在的电脑程序控制了人类,让他们以为自己生活在一个安详的世界之中,然而那个世界却是虚拟的。英国剑桥大学的数学家约翰·巴劳在去年发表的一篇文章,就描绘了一个“仅仅比我们的文明先进一点点”的文明世界。在那个文明世界中,人们“能够模拟星辰的升落和星系的形成;通过整合生物化学法则,还能观察生命和意识的进化、见证不同文明的成长并与他们沟通;人们努力的进行研究和探索,想要知道天空中是否存在着一个创造了他们的宇宙的凌驾于一切之上的超级程序员。”简单的说,他提出了一种观点,即我们可能只是一个巨大的电子游戏里的虚拟存在而已,这种观点并不荒谬。只不过,在目前看来,这种观点还谈不上是科学的,而更多的是一种科学幻想,因为我们无法通过实验来证明或驳斥它。和《黑客帝国》中的主人翁们相反,我们可没有什么红色药丸可以让我们穿透电脑屏幕!既然如此,那么构建这样一个可能永远只是假设的“超宇宙”又有什么意义呢?
  不过,几年来信息学的汹涌澎湃对物理学造成了巨大的冲击,这使一些人对该影片剧本的立意产生了浓厚的兴趣。这是因为,如果我们能够恰当把握其表达的思想,就有可能获益良多:我们完全没有必要像这些科幻作品中所描写的那样,为了寻求那超越表象的真实或为了揭开某个虚无飘渺的“超级程序员”的真面目而无畏的耗费我们的精力;相反,我们可以循着这一思路,重新定义我们与世界的物理关系,以便寻找一条与世界和谐相处的途径。
  我们应该记住这样一个道理,尽管这个道理好像是一句罗嗦的废话:我们只能通过我们所掌握的关于现实世界的信息去了解这个现实世界。“信息是物质与抽象、真实与理想之间的中介,”美国物理学家汉斯·克里斯蒂安·拜耶强调,“真实的物体,不管是一个原子、一个DNA分子,还是一本书或一架钢琴,都是从信息这种奇特的可压缩的实体中迸发出来的,而信息,在进行了一系列复杂的转换后产生了意义,扎根在我们的大脑、我们的理智之中。”。  

 

★“物质、时间、空间、宇宙,其实都是人类的幻觉而已。”——爱因斯坦
  。  


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