在二十一世紀初科學界評選得令人頭皮發炸的十大實驗中,這個實驗高居榜首。用“毛骨悚然”來形容一點也不為過。 這個實驗就是電子的雙縫干涉實驗,這個實驗幾乎顛覆了幾千年來人們對客觀世界的主流認識,具體而言,就是在人類認識世界的過程中,人的意識決定著客觀對象的呈現方式。 在經典的科學認識方法中,我們強調認識活動中主體與客體的分離,客體是獨立于主體的存在,主體的認識活動不能對客體產生任何影響。千百年來,這條原則制約和指導著人類的認識活動,并在牛頓那里得到升華和發揚光大,確立了牢不可破的地位。 然而,隨著人們對世界認識的深入,隨著人們認識領域的不斷擴展,當人們的認識來到亞原子的層面時,人們終于發現了問題。這其中具有標志性和里程碑意義的一件事就是電子的雙縫干涉實驗。 1907年,托馬斯.揚完成了光的雙縫干涉實驗,再次引發了光的本質究竟是粒子還是波的爭論,但此時的爭論仍局限在經典物理的范疇內。1961年,蒂賓根大學的克勞斯·約恩松不知道哪根筋搭錯了突發奇想用電子來進行雙縫干涉實驗,從而打開了量子領域的一個潘多拉盒子。 約恩松首先用電子流朝著并列的雙縫轟擊,按照設想,電子流通過雙縫后應該在后面的屏幕上留下兩條與雙縫對應的亮紋。然而,神奇的是,在屏幕上出現的并不是兩條亮紋,而是多條明暗相間的干涉條紋。約恩松很好奇,他設想是否是因為電子在電子流中互相擁擠碰撞,進而造成了多條干涉條紋。于是,他使用發射器將電子一個一個發出,這下就不會有碰撞了,然而神奇的是,在雙縫后面的屏幕上仍然留下了一條條明暗相間的干涉條紋。經過爭論,人們認為電子也具有波粒二象性,事情似乎是告一段落。 然而,1974年,米蘭大學的梅里教授又突發奇想,他對實驗結果還是不滿意,他老想看看電子到底是怎樣通過雙縫的,看看干涉條紋到底是如何形成的。沒想到這下壞了事。他在雙縫的入口安裝了高精度的監視器,可以清晰地看清電子的出入。準備完成后,他仍然通過發射器將電子一個一個發出。結果這不看不要緊,一看,壞了。屏幕上的一條條干涉條紋不見了,只剩下了兩條亮紋,而且通過監視器可以清晰地看到電子如粒子般一個個通過左縫或右縫,在屏幕上形成兩條亮紋。 前面說過單個電子流在屏幕上應該形成多條干涉條紋,為什么試圖觀察電子通過雙縫的行為時,干涉條紋就消失了呢?梅里也很疑惑,于是他將監控關閉,結果屏幕上又出現了神奇的干涉條紋;再將監控打開,條紋又消失了;……如此往復。 這個實驗可怕在哪里呢?從實驗過程看,目標是看清電子干涉中通過雙縫的行為,但當你要看時,干涉條紋就消失了;當你不看時,干涉條紋就出現了。總之,電子就好像有了意識一樣,和人玩起了躲貓貓,總之,不讓你看到干涉情況下的行為。 這個實驗在科學界引起了巨大震動。為了解釋這個實驗,人們不得不再次審視千百年來在科學研究中被摒棄的一個觀念:“意識”。在傳統的科學研究中,“意識”是不會對客體產生影響,是不應被引入到科學研究中的。然而,由于電子的雙縫干涉實驗,“意識”不僅被引入了科學研究,而且一定程度成為實驗結果的決定因素,即實驗者的意識決定著實驗對象的呈現方式。 這才是電子的雙縫干涉實驗真正讓人毛骨悚然的地方。按照量子力學主流的哥本哈根解釋,在雙縫干涉實驗中,電子本身是既是粒子,又是波,即波粒二象性。當電子以波的形式通過雙縫時,處于左縫和右縫疊加的狀體,可以用波函數加以描述。當人們不對雙縫加以觀測時,電子呈現出波的特性,在屏幕上形成多條干涉條紋,此時可以認為人的意識中已將電子認定為波;而當人們觀察雙縫時,其意識中已經默認電子是粒子,其結果是在觀測的瞬間,電子的波函數“坍縮”為一個確切的值,電子真的按照人的意識表現為粒子,干涉條紋因而消失了,僅形成兩條亮紋,盡管此時人的目的是想得到干涉條紋。總之,是人觀測或不觀測的行為,或者說是人將電子當作粒子或波的意識,決定著電子最終呈現為粒子還是波。 這個實驗結果是顛覆性的,千百年來科學研究的根基幾乎被摧毀。很多人接受不了,紛紛舉起反抗的大旗。其中代表人物就是愛因斯坦,他提出隱變量的假說,試圖否認意識的作用,然而就目前而言,隱變量似乎仍未找到可信的依據。還有其他人物,也提出種種假說,如平行世界等等,但都屬于邊緣性的理論。目前主流理論仍然是采信了意識的哥本哈根學派,也就是說,在量子領域,目前意識這一概念已經牢牢占據了核心地位。 人的意識決定著電子的行為,聽起來好像天方夜譚,可這真真實實就是電子雙縫干涉實驗帶給我們的震撼。 說到這里,不妨來看看兩個公案。 禪宗六祖惠能流浪到廣州法性寺,聽見一僧道“風吹幡動”,又聽一僧說“幡動而知風吹”,惠能卻道:“非風動,非幡動,仁者心動。”法性寺法師印宗聞得這番妙論,當即與他攀談,得知其即大名在外、耳聞已久的惠能,就請高僧為他剃度,完成出家儀式,并恭請其正式即位禪宗六祖。 有一天,心學創始人王陽明和幾個弟子去會稽山游玩,其弟子指著山中的花樹問:“老師說天下無心外之物,如此花樹在山中,自開自落,與我心亦有何相關?”王陽明說:“你未看此花時,此花與汝心同歸于寂。你來看此花時,則此花顏色一時明白起來。便知此花不在你的心外”。當你從來就不曾看到過這朵花時,這朵花在你的世界中便是不存在的。你現在看到了這朵花,也就是用心體會到了這朵花,那么,這朵花就存在于你的世界中了,可見,這朵花根本不在你的心外。 這兩則公案對比雙縫干涉實驗,以及薛定諤的貓的想象實驗,我們是不是會對我們的祖先刮目相看,對所謂的唯心主義也有顛覆性的認識呢? |
|