全息隐能量场与新宇宙观-第7章
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在原子尺度上大多数事件所存在的时间。这里所说的小包就是量子，量子论显示，它们确实是些稀奇古怪的玩意儿。
2。1 惠勒的龙
量子的怪异表现形式既包括非定域和非动力相互作用现象，也包括波粒二象性、海森堡的测不准原理等。所有这些都是不折不扣的佯谬，人们虽然经常求助于禁令处理它们，但终不能澄清它们。这些禁令就是，物理学家应该满足于发现各种观察结果之间的相互关系，而不是试图去解释这些观察结果意味着什么棗量子“本身” 是什么。
量子的怪异表现形式引起了科学史上可能是最著名、肯定是持续时间最长的关于实在的根本性质的深入讨论。从1927年到1933年，爱因斯坦和玻尔就关于令人费解的量子现象的解释进行了交谈和通信。爱因斯坦不接受似乎是量子表现形式所固有的不确定性，他一次又一次地提出论据证明，现有的量子论在逻辑上必定是不完备的；而玻尔则拒绝任何超越物理学家实际能够观察到的现象的解释。玻尔断言，自然界已经为能被测量和观察到的现象规定了一个绝对界限。实际上这种界限甚至具有更深层次的意义，因为它不让科学以任何明确的方式谈论量子和基本粒子的特性和属性。
爱因斯坦愿意同意这种看法：不可能同时测得一个基本粒子的位置和速度棗自然界似乎对这种知识设置了障碍。但他争辩说，这并不意味着基本粒子实际上在任何时候都没有确定的位置和确定的速度棗仅仅是我们看不见它的特性而已。玻尔不同意爱因斯坦的观点，他认为必须抛弃那种认为粒子同时具有位置和速度的观念。但是，如果粒子的位置和速度是不明确的，那么谈论量子粒子具有某种轨迹就没有意义。
日常的实在开始分解为各种新的形态，而且在他们对话的最后阶段，玻尔发现他自己不能用“现象”以外的任何术语来描述所观察到的事件。物理学家惠勒指出，“现象”是一个非常有意义的词，它意味着在谈论量子时，我们不再是讨论客观的实在，我们也不再有权力对“基本量子现象”本身究竟是什么提出疑问。E·魏格纳 （Eugene Wigner）就指出，量子物理学讨论“观察到的结果”，而不讨论“可以观察到的结果”。这就意味着，量子物理学家是在爱丽丝的仙境里工作，那里只存在事物的表象而不存在事物的实体棗是切希尔猫的嘻笑，但不是实际的切希尔猫。①
存在脱离实际的实在总让人痛苦，因而物理学家并不轻率地同意这种分离，他们不得不通过实验来达到他们的现象学结论，这种结论彻底粉碎了人们关于真实世界中大量物质应如何起作用的所有期望。典型的例子当然是现在出了名的双缝实验。你可以把一块屏幕放置在一束光的前面，并在屏幕上开一条狭缝以便让一部分光线能穿过去，然后在第一块屏幕的后面再放一块屏幕来记录穿过狭缝的光线。这样，结果就好像你让水流过一个小孔一样，你会发现有一种衍射效应：光束呈扇形散开，并在后一块屏幕上形成衍射图样。这就证明了光的波动性，而与光本身并不矛盾。但是，如果你在屏幕上再开一条狭缝，就会出现两种衍射图像的叠加，即使你每次只发射一个光子也是如此。狭缝后投射的波形成一种独特的干涉图像：当两个波阵面的相位差是180度时，它们相互抵消；当两个波阵面同相位时，它们相互加强，因此，看上去就好像单个光子同时通过了两个小孔一样。然而，这肯定不是每次只发射一个的粒子实体在我们实验中的表现形式 （图2）。
这种实验有好几个变种，一个比一个更令人费解。亚原子世界的某些最怪异的现象出现在“光束分裂实验”中，这里，光子也是以一定的时间间隔一个一个地发射的。当从发射枪发出的每个光子到达并撞击探测器时，探测器就会发出咔哒声或发亮。通常人们会预料，从发射枪发出后到达探测计数器的光子具有一定的轨迹，然而，这一预料没有兑现。
在光束分裂实验中，我们把一面半镀银的平面镜插在光子通过的道路上，这就把由连续发射的光子所组成的光束分裂开来，产生了这样的可能性：每两个光子中有一个可以通过平面镜，而另一个则被其反射。为了证实这种可能性，我们可以在半镀银的平面镜后面和与其成直角的位置上都放上计数器。人们预料，平均每两个光子中有一个光子沿一条光路前进，而另一个光子沿第二条光路前进。这一预料确实获得了实验的证实：两个计数器记录的光子数大体相等。但后来情况就出现了反常。把第二面半镀银的平面镜插在未受第一面平面镜偏转的光子的光路上，这面平面镜放置成这样的角度：使偏转的和未偏转的光子仍然必须到达两个计数器中的一个。因此，人们预料会听到两个计数器发出数量相等的咔哒声 （或看到数量相等的光信号）：单个发射的光子将仅仅调换目标。但情况并非如此，两个计数器中只有一个有咔哒声 （或发光），而另一个则没有，所有光子都到达了一个相同的目标。
双缝实验的结果可以重复。作为单个粒子发射的光子能像波一样相互干涉。在一面平面镜的上面，干涉是相消的：因为光子间相位差是180度，所以行为与波类似的光子相互削弱；在另一面平面镜的下面，干涉是相长的：光子的波相相同，因而它们相互加强。
这种实验也有许多形式，而这里的结果也变得越来越自相矛盾。第二面半镀银平面镜只在光子已经通过了第一面平面镜后插入，而且可能正在其向正常目标前进的光路上，第二股光子流仍同第一股和所有到达一个计数器的光子相互干涉。我们可以在其中一股光子流的光路上设置一个障碍，从而消除了第二股光子流，这样就使实验结果与人们的预料相一致：单股光子流分成相等的两股到达两个计数器上。但是当障碍被移去时，所有光子又再一次到达一个计数器上，而另一个计数器一个光子也接收不到。障碍甚至可以在光子已经开始其旅程后插上，其结果仍相同。这种实验似乎不得不得出奇怪的结论：一个光子莫名其妙地“知道”另一个光子正在干什么，并相应地选择它的光路。
这种奇怪的知识由于以下事实变得更加奇怪。时间和空间对它的影响很小。在“宇宙学的”光束分裂实验中，人们检验了来自几十亿光年以外的河外星系的光子。在一次实验中，受检验的光子是被称之为0957＋516A、B的双类星体发射的。这个遥远的类星体现在被认为只是一个星体，而不是两个，它的双像是由于它的光被某个河外星系偏转所引起的，这个星系和我们间的距离是类星体和我们之间的距离的1／4。由“引力透镜”作用而产生的偏转大得足以使类星体在几十亿年前发出的两束光线汇聚到一起。由于被河外星系偏转的光子走了额外的路程，因而它们在路上比直接到达的光子多用了5万年的时间。不过，尽管在几十亿年前发射的光子之间有5万年的时间间隔，但这些光子不像独立发射的光束中的那些光子，它们仍能相互干涉，就好像在实验中相隔几秒钟发射的光子能相互干涉一样。这种干涉本身令人十分费解，而且不受时间和空间约束的事实更与人们关于自然界中单个物体表现形式的所有预料相矛盾。
几百年来，科学一直认为客观实体存在于特定观察的范围之外，但现在这种关于独立实体的观念正受到怀疑。玻尔认为，我们没有任何根据谈论在它们被发射和显示它们被接受的“咔哒”声这段神秘的时间里，量子究竟是什么或究竟干了些什么。用惠勒生动的话说，在这段时间里它是一条“巨大的烟龙”，龙的尾巴在发射的位置上是显而易见的，龙的嘴在咬探测器时也是显而易见的，其余部分则是“烟雾”。惠勒承认，量子现象是这个奇异世界上最奇异的事。①
2。2 爱因斯坦的实验和贝尔定理
爱因斯坦是理论家，他并不从事实际的实验。有人说他把最初的想法匆匆地记在信封的背面，过后再把它更详细地写在黑板上。但在与玻尔和量子论的拥护者进行论战时，爱因斯坦很想进行某种实验，尽管作为一个理论家，他做的不是“真实的”实验，而是“思想”实验。他的意图是要说明，量子的“烟龙”不是自然界的事实，而仅仅是由于描述量子的理论不完备所引起。爱因斯坦坚信，并不是量子世界是如此的不真实，而是量子论所提供的描述不适当。他在写给M·玻恩的信中说，“我发现这种观念十分令人难以容忍。”他还说，“如果现在的解释可以证明是正确的，我宁愿做一个修鞋匠，或者甚至到赌场里去干事，也比做一个物理学家强。”②然而结果是，爱因斯坦及他的同事B·波多尔斯基 （Boris Podolski）和 N·罗森 （Nathan Rosen）所提出的著名的思想实验非但没有能解决量子的不确定性问题，反而产生了更大的困惑，它无疑承认了在空间相互分离的粒子间的瞬时信息传递。量子的实在性证明比任何人所预料的甚至更奇妙。
著名的爱因斯坦棽ǘ喽够鶙罗森实验是要得到处于相同状态的两个相同的粒子并允许它们分离，然后对其中一个粒子的位置进行测量。因为这两个粒子是相同的，所以人们的预料是，应该可能利用这种信息来预测第二个粒子的相应状态。对这个粒子，我们可以测量它的补充属性，比如说速度。这就意味着，我们既能知道第二个粒子的速度又能知道它的位置棗这一结果在量子论中是被禁止的。爱因斯坦争辩说，同时的位置和速度具有某种意义，如果量子论不能说明这一点，那是因为它不完备。
爱因斯坦棽ǘ喽够鶙罗森实验在1935年就已提出，但直到80年代它的陈述才得到物理仪器的检验。这种检验没有证实爱因斯坦的预料，反而产生了意想不到的结果。正像宇宙学的光束分裂实验一样，两个粒子尽管在空间是分离的，但结果显示它们是直接相互关联的，在这种情况下，测量一个粒子的活动对另一个粒子有某种测量影响。事实上，这种奇怪的现象就是物理学家J·贝尔 （John Bell）在 60年代所预言的。①贝尔定理要求空间上相隔一段距离的粒子之间有瞬时的“信息”传递，对爱因斯坦棽ǘ喽够鶙罗森思想实验的检验证实了结果的确如此。粒子具有瞬时相关性，所以信息能够越过有限空间而无需有限的传递时间。
信息的瞬时传递违反了相对论的基本定律：宇宙中没有任何信号能传播得比光速快。但量子似乎无视这一禁令，它们的相关性是瞬时的，而且并不缩短距离。
2。3 泡利原理
非定域相互作用也出现在原子结构内。的确，与卢瑟福所提出的经典模型（一定数量的电子围绕硬核旋转）相比，原子结构的现代模型非常模糊。原子核由若干到目前为止尚未完全搞清楚的高能场组成，而围绕它的电子似乎以某种奇怪的方式告知彼此的存在。这种相互关联的独特形式只出现在电子同原子核有联系的情况下，它与单个电子、单个核子和其他独立的粒子无关。
尽管每个电子不被任何已知的力引向其他的电子，但壳层中围绕原子核的每个电子的表现形式就好像它“知道”其他电子在干什么似的。由所有电子形成的总模式报告每个电子的表现形式，并规定它们状态的相互概率。①
围绕着原子核的电子相互排斥的数学表述是泡利在1925年提出的。他的“不相容原理”告诉我们，围绕着一个核或在多原子构型中围绕着几个核旋转的电子所处的运动状态都可以由四个量子数来描述。不相容遵守反对称规则。如果我们考虑到电子在原子壳层中的状态是用薛定谔波函数ψ （x1，x2，x3，xn）来描述的，这个意思就清楚了。这里的“xs” 是不同电子（包括它们的自旋）的坐标，正是由于这个波函数，不相容原理必须是反对称的。这就是说，如果任何两个电子相应交换，波函数就改变符号。同样的反对称规则也适用于在其中有许多电子围绕着几个核旋转的复杂分子，甚至含有极大量电子的金属元素的波函数也一定是反对称的。
波函数的反对称原理规定，原子中的电子必须占据不同的轨道。但是，整个原子（或分子、金属元素、或其他复杂的多原子系统）为什么能遵守反对称规则呢？这一点还不清楚，因为不存在约束电子的通常的力或能。不相容原理要求电子间有精确相互作用而不涉及动力学的力。正像爱因斯坦棽ǘ喽够鶙罗森实验中的两个电子和光束分裂实验中的两个光子似乎知道相互的量子态而无需交换明显的能一样，原子、分子或金属元素中的电子也如此直接地和非动态地相互联系在一起。
电子对单一态的不相容有助于具有特定性质的有序原子结构的出现，这是宇宙中所有复杂现象的基础。不过，泡利原理只是描述了不相容起作用的方式：一个电子“知道”其他电子在干什么的方式，但是，它并没有解释这种方式。
2。4 霍伊尔假设
因为电子受到泡利原理的约束，只能以独特的状态围绕着核旋转，所以物质能够把自身建构成越来越复杂的形式。倘若没有这一原理，自然界中的一切就将是无定形和无特色的一锅汤。但就最先出现的物质构成来说，物理条件必定允许越来越多的电子进入稳定原子的组态场，这需要中性原子振动的各种不同频率的谐和棗一种与共振紧密相关的现象。这种谐和有很大的重要性，因为在物质构成的某一点上，所有共振所要求的微调很难实现。
在宇宙的历史上，第一批形成的原子核由一个质子和一个中子构成，它们是氢的同位素氘核。随后在早期宇宙的强烈辐射场中发生的反应把一些氢核聚变成氦核。宙场的途径，否则我们所见到的复杂宇宙就不可能进化成现在这样。这条途径显然已经找到，这就是一种新元素的出现，这种元素能比氢和氦更强烈地催化各种反应，而且可能合成更重的元素，这种元素就是碳。
使人感到迷惑不解的是，碳为什么该首先在宇宙中出现？产生一定量的重元素需要大量碳的合成，出现这种合成的可能性似乎很小。碳的出现仅仅是由于偶然的巧合，对我们来说这是很幸运的，因为如果没有这种巧合，行星、植物、蚂蚁和人类就不可能出现。
这种巧合 （如果确实是如此）与氦、铍的一种不稳定同位素和碳的频率有关。碳可以在两个氦核聚合成一个铍核开始的过程中合成，氦核和铍核的进一步碰撞就能产生出碳核。
问题在于，在第一次碰撞中产生的铍核非常不稳定：它几乎一出现就蜕变。它在极短的寿命期内遇到氦核的机会是微乎其微的，而概率表明，通过这种过程宇宙中只能产生极少量的碳。不过，如果存在各自共振频率的微调，那么情况就不一样了，因为原子核共振频率的巧合会增加它们之间聚合的机会。物理学家E·萨尔皮特（Edwin Salpeter）早在1935年就已经提出铍和氦具有巧合的共振这一假设，这种巧合可以说明足够的铍的产生，但不能说明足够的碳的产生，在铍的不稳定的同位素和碳的共振之间还必须有另一种巧合。乍看起来，自然界中出现这种双共振的机会非常小，然而�
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