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第 15 课 · 深入分析 · 量子物理与意识

量子物理、非定域性与意识

1964 年,物理学家约翰·贝尔证明了宇宙在根本上是非定域的,也就是说,相隔遥远的粒子之间能以任何经典理论都无法解释的方式相互关联。2022 年,诺贝尔物理学奖授予了以实验证实这一点的工作。这项发现告诉了我们关于实在界,以及关于意识的什么?

两颗发光的光粒子在浩瀚星野中被一条闪烁的金色丝线连在一起

EPR 佯谬:一切的起点

1935 年,阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基与内森·罗森发表了一个思想实验,意在表明量子力学是不完备的。他们的论证是这样的:

取两个曾经相互作用、因而变得“纠缠”的粒子。把它们分开任意远的距离,哪怕相隔数光年。量子力学预言,测量其中一个粒子,会立刻影响你在测量另一个粒子时所得到的结果。爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”,并且拒绝接受。他相信必定存在“隐变量”,也就是粒子随身携带的、事先就已确定的性质,就像分装在两个盒子里的一双手套。

如果粒子在被测量之前就已经具有确定的性质,那就不需要任何神秘的联系。量子力学只不过是不完备而已,缺少了关于这些隐变量的信息。

贝尔定理:那个证明

1964 年,物理学家约翰·斯图尔特·贝尔做了一件了不起的事。他推导出一个数学上的不等式,如今称为贝尔不等式;如果爱因斯坦的隐变量解释是正确的,这个不等式就必定成立。具体来说,如果粒子携带着预先确定的数值,并且它们之间不存在超光速的通信,那么测量结果之间的统计关联就必须保持在某个上限之下。

贝尔接着表明,量子力学预言这个上限会被违反。局域隐变量与量子力学这两种观点,作出了不同的、可以检验的预言。

  • 1
    如果局域隐变量是正确的:对纠缠粒子的测量结果之间的关联,必须满足贝尔不等式(一个特定的数学界限)。
  • 2
    量子力学预言:这些关联会违反贝尔不等式,超出该界限。
  • 3
    由实验来裁决。从阿兰·阿斯佩 1982 年的里程碑式实验开始,经过一系列日益严密的检验,直到 2022 年诺贝尔奖所表彰的阿斯佩、克劳泽与蔡林格的工作,结果是明确无误的:贝尔不等式被违反了。自然界是非定域的。
🏆 2022 年诺贝尔物理学奖

2022 年的诺贝尔奖授予阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽与安东·蔡林格,“表彰他们以纠缠光子进行的实验,确立了贝尔不等式的违反,并开创了量子信息科学”。他们的工作证实了物理学中最深刻的发现之一:实在界的行为方式,并不像经典的、定域的、唯物主义的直觉所设想的那样。

非定域性意味着什么

贝尔不等式被违反,告诉了我们一些关于实在界结构的深刻之事。至少,它意味着:

  • 1
    空间上的分隔并不是根本性的。相隔任意距离的两个粒子,都能表现出超过任何定域机制所能产生的关联。然而这些关联无法用来发送信号,它们只有在把两边的测量结果加以比对时才会显现出来。
  • 2
    局域隐变量被排除了。爱因斯坦的期望,即粒子携带着预先确定的性质来解释它们之间的关联,已经被实验所证伪。不管究竟发生了什么,它都不是经典的。
  • 3
    各种诠释之间的取舍仍然悬而未决。物理学家对非定域性意味着什么并无共识。哥本哈根诠释诉诸波函数坍缩。多世界诠释设定了不断分岔的实在。导波理论则坦然接受明确的非定域性。它们对同一套数学形式作出了不同的诠释。

对唯物主义的挑战

标准的唯物主义把实在界设想为由定域的实体所构成,这些实体通过以不超过光速传播的力相互作用。量子纠缠直接挑战了这幅图景。

相隔数光年的两个粒子,怎么可能在没有任何信号往来的情况下,表现出超过经典极限的关联?唯物主义的标准回应,是把非定域性接受为一项基本事实,即量子场就是这样运作的,既不需要、也没有更深层的解释。

但这是一个重大的让步。它意味着唯物主义框架无法解释实在界为什么具有这样的结构。贝尔定理所揭示的非定域联系确实存在,但在一种把空间分隔与定域因果视为根本的世界观里,它们在哲学上仍然令人困惑。

🎬 观看:反对量子唯物主义的论证

这段 18 分钟的视频来自基督教频道 InspiringPhilosophy,它把你刚刚读到的那一节背后的实验记录汇集起来,也就是那些抗拒任何定域的、唯物主义的实在图景的量子实验结果,并论证最融贯的出路是把心智而非物质视为根本。它的标题把结论说得比本课直白得多:观看时请记住下面的“这意味着什么,以及它不意味着什么”一节,并记住这里的论证是关于哪一种诠释更为融贯,而不是关于科学上的证明。视频最后的那一步,即从唯物主义的失败走向以心智为根基的实在,正是下一节要展开的内容。

Quantum Physics Debunks Materialism (v2) · InspiringPhilosophy · 在 YouTube 上观看 · 本视频为英文;YouTube 提供中文字幕,可通过字幕按钮开启。

意识与本体论根基

越来越多的哲学家和物理学家提出,如果我们重新思考意识与物理世界之间的关系,实在界的非定域结构就会变得不那么令人困惑。

这个论证是这样展开的:

  • 1
    非定域性表明,空间上的分隔并不是实在界最深层的特征。纠缠粒子的行为,就好像它们之间的空间在某个根本层面上是无关紧要的。
  • 2
    如果物理实在奠基于一个更深的、非空间性的实在,也就是一个本身超越时间、非空间性的有意识根基,那么非定域的关联就成了意料之中的事,而不再是佯谬。那些在空间中看似分离的粒子之所以仍然相连,是因为它们的存在源自一个超越空间分隔的共同根基。
  • 3
    这也回应了意识的“难题”。哲学家戴维·查尔默斯提出了这个难题:物理过程为什么会产生主观经验?如果意识是根本的而不是突现的,如果它是根基而不是副产品,那么这道解释上的鸿沟就消解了。

这一思路的推进者包括分析唯心论者贝尔纳多·卡斯特鲁普、从事泛心论研究的哲学家菲利普·戈夫,以及查尔默斯与麦奎因对“意识导致坍缩”诠释的探讨。它也呼应了大卫·玻姆的“隐缠序”概念,即一种底层的、不可分割的整体性,物理对象表面上的彼此分离由此展开而来。

💡 类比:海洋与波浪
设想在一片海洋的两端,有两道波浪以完美的同步方式起伏。从表面看,它们像是彼此分离的现象。但它们都是同一片底下海洋的表现。一旦你明白它们共享同一个根基,它们之间的关联就不再神秘了。在这个类比中,海洋就是那个更深层的实在,而纠缠粒子就像是同步的波浪,只有当你忘了海洋的存在时,它们之间的联系才显得像是佯谬。

这意味着什么,以及它不意味着什么

让我们把这个论证的适用范围讲清楚:

  • 它确实意味着:贝尔定理及其实验证实揭示出,实在界具有一种在标准唯物主义预设之下无法完全理解的结构。那些非定域的联系是真实的、经诺贝尔奖确认的,并且在哲学上意义重大。
  • 它确实意味着:一个把意识视为根本、而不是物质之偶然副产品的框架,使这些非定域的联系变得更可理解,而不是更不可理解。
  • 它并不意味着:量子物理学“证明”了神存在。这是一个关于解释融贯性的哲学论证,不是科学上的证明。所有量子诠释都预言相同的实验结果,问题在于哪一幅本体论图景最能说明我们所观测到的现象。
  • 它并不意味着:人的意识创造了物理实在。这里的提议是:根本性的意识,也就是一个超越性的、自存的有意识根基,托住并产生了物理秩序,而不是说你的大脑在操控量子实验。
📎 与有神论的关联

物理实在奠基于一个超越性的、有意识的、理性的根基,这一想法与古典有神论惊人地契合。归给这一根基的种种属性,即超越时间、非空间性、统一性、内在的理性,正是伟大的哲学传统一向归给神的那些属性。贝尔定理并没有证明神。但它揭示出一种实在结构,而有神论早在量子力学被构想出来之前很久,就已经预期到了它。

🎬 深入了解:一位物理学哲学家提出这个论证

布鲁斯·戈登博士是一位物理学哲学家,也是发现研究所科学与文化中心(智能设计运动的大本营)的资深研究员。他的学术工作所论证的,正是本节所勾勒的立场:量子力学与物理主义不相容,而量子世界那种非定域的、概率性的行为,若把物理实在理解为奠基于一位超越性的心智,就能得到最好的解释。这是一场完整的学术对谈,而不是一部制作过的纪录片,全长两个多小时,适合想要在博士层次上把握这一论证的学生。同一论证的文字版本,请见视频下方所链接的他的文章。

The Incompatibility of Physicalism with Physics · Apologetics Academy · 在 YouTube 上观看 · 阅读戈登的文章:量子物理学与自然主义的终结 · 本视频为英文;YouTube 提供中文字幕,可通过字幕按钮开启。

贝尔不等式
约翰·贝尔于 1964 年推导出的、对相距遥远的测量结果之间关联所设的数学上限。它在实验中被违反,证明自然界是非定域的。
量子纠缠
一种量子现象:两个粒子以定域的经典物理无法解释的方式相互关联。薛定谔称它是量子力学的决定性特征。
非定域性
经实验证实的事实:在空间上分隔的量子系统之间,会表现出超过经典极限的关联,而它们之间并没有任何信号往来。
难题
戴维·查尔默斯用来指称这一根本问题的术语:物理过程为什么会产生主观经验?唯物主义对此没有令人满意的回答。

常见质疑

❓ 质疑

“你们是在用量子力学夹带神秘主义。这是伪科学。”

✓ 回应

物理学本身并无争议,贝尔不等式、量子纠缠与非定域性都已由实验确立,并得到诺贝尔奖委员会的认可。我们在这里所做的是哲学:追问哪一幅本体论图景最能说明这些已确立的物理事实。而这正是量子力学的奠基者们,玻尔、海森堡、薛定谔与玻姆,毕生所做的事。对物理学作哲学诠释并不是伪科学,基础物理学一向就是这样运作的。

❓ 质疑

“唯物主义完全可以把非定域性当作一项基本事实接受下来。根本不需要意识。”

✓ 回应

在逻辑上,这确实是一个可选的立场。但把某样东西称为“基本事实”并不是解释,而是拒绝解释。问题在于,另一套框架是否提供了更高的可理解性。如果在以意识为先的本体论之下,非定域关联是意料之中的,而在唯物主义之下只是被当作基本事实接受下来,那么以意识为先的观点就具有真正的解释优势,即便两种观点预言的实验结果完全相同。

❓ 质疑

“这个论证是不可证伪的,它只是哲学而已。”

✓ 回应

所有量子诠释都有这个特点,哥本哈根诠释、多世界诠释、导波理论以及基于意识的模型,全都预言完全相同的实验结果。这正是它们被称为诠释而不是彼此竞争的理论的原因。在它们之间作选择必然是哲学性的,评判的标准是融贯性、简洁性与解释力。若把可证伪性当作意义的唯一标准,那就会把每一种主要的量子诠释都排除掉,包括唯物主义者所偏爱的那些。

🤔 想一想
  • 爱因斯坦相信隐变量能够保住定域性。贝尔证明了它们做不到。这告诉我们经典直觉的限度是什么?
  • 为什么把非定域性接受为一项“基本事实”不足以令人满意地充当解释?什么时候接受基本事实是恰当的,什么时候我们应当寻求更深层的解释?
  • 如果意识是根本的,而物理世界是派生的,这会改变你对身心问题的看法吗?
  • 一个有意识根基的超越时间性与非空间性,与传统上归给神的哲学属性有什么关系?
📝 小测验

贝尔不等式在实验中被违反,确立了什么?

🎯 本课要点

贝尔定理及其获得诺贝尔奖的实验证实揭示出,实在界在根本上是非定域的,唯物主义只能把这一特征当作基本事实接受下来,而以意识为先的本体论却能使它变得可以理解。一个超越性的有意识根基所具备的属性,即超越时间、非空间性、统一性与内在的理性,与古典哲学传统一向归给神的属性相吻合。量子物理学并没有证明神,但它揭示出一个远比唯物主义所预期的更为奇异的宇宙。

阅读完整研究论文:非定域性与贝尔不等式的哲学蕴含 →

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