物理學中「四大神獸」的啟示(下)

尋泉


【正見網2025年02月10日】

(接上文)

麥克斯韋妖

這是由英國物理學家麥克斯韋在1871年提出的概念。進行熱運動的分子有著隨機分布的位置和速度,比如容器中的氣體分子就各自在空間中自由運動並頻繁地相互碰撞及碰撞容器壁,不同分子的速度有高有低,遵循麥克斯韋分布。這隻「妖」所能做的,就是控制容器壁上通往另一容器的小門;每當一個氣體分子正好撞向此門時,它會觀測其速度大小,以此決定是關住門使其彈回,還是開門放其去另一容器。這樣它就可以把速度快的分子篩選到另一容器,所得到的氣體整體內能(所有分子動能之和)也就較高,也就是比原來更熱;原來的容器裡面剩下的分子速度較慢,就是變得更冷了。

自發的傳熱過程都是熱量從熱的物體向冷的物體傳導,東西放在一起後溫度最終會變得一致;像空調、電冰箱這樣的制冷機可以從冷源吸熱,把熱量從更冷處轉移到更熱處,但那是要消耗電能的。從熱力學的角度上來說,就是因為一個系統整體的熵隨時間只能逐漸增加(熱力學第二定律),而不同溫度的混勻或消耗能源而發熱都對應著熵的增加,可以套用簡單的公式計算出來。然而,這個「妖」像空調一樣讓一邊變冷一邊變熱,這樣相反的過程就是熵的減小,卻沒有任何耗能帶來熵增以彌補,畢竟只是觀察一下,開關一下門,不和分子作用;這難道說明,熵還可以減小,熱力學第二定律是錯的嗎?

其實,這是因為麥克斯韋妖的存在超出了一般熱力學所考慮的範疇,不是現有物理學所能闡述的對像。人類已知的科學規律根本上不是真理,每個定律都只是邏輯、數學上自洽的存在,如熵增的規律可由統計物理論證,在其所適用的條件下是全能無誤的;一旦問題超出指定範圍,也就是用於更普適的對像,規律就可能失效。舉個例子,放射性物質不斷地發生核衰變從而發熱,但分子結構沒有明顯變化,要是沒有核物理知識,可能就覺得太奇怪了,無緣無故產生熱量,能量都不再守恆了;實際上按師父的講法,這種核能相當於就是另一個空間的能量的釋放,與原子及以上層面的作用不相關。師父曾講道:「那麼我們往下看,原子是有能量的,原子核能量更大,中子更大,這個電子啊,夸克啊,中微子啊一層比一層放射性強能量大,粒子越往下去能量與放射性越大,到了本源物質那個力量大的對人來說簡直無法形容。」(《各地講法一》〈美國第一次講法〉)

後人意識到,要是造出一個機器實現此「妖」的功能,那麼它觀察分子、開關閘門,都會增加熵,這便抵消了其減小氣體的熵,和空調是一樣的道理。熵增也意味著消耗能量,因為這台機器也是由分子構成的,做著熱運動,與環境溫度相近,所以按照熱力學理論,要工作就要消耗可觀的能量,就像空調耗電一樣。為了安排一個氣體分子的去向,機器中的大量分子都要運作。

那麼,這個麥克斯韋妖之所以突破了熵增的定律,是因為它幹活不會帶來現有體系的熵增。熱力學中認為熵的變化量取決於傳熱量和溫度,而這個妖不是世間分子組成的笨拙機器,不需要可觀的能耗,沒有通常物體的這種溫度概念。也就是說,熱力學定律研究的是現有空間內的規律,但它根本不是我們這個空間的分子構成的!其實,如果有更進一步的物理知識,基於更抽象的熵的統計物理的定義(微觀態的數量),或是推廣熱量和溫度的概念,也許可以考慮構成妖本身的粒子的熵,從而讓熱力學定律把它也包含進來呢。

這個麥克斯韋妖在英文中和前文所述的拉普拉斯魔一樣,也稱為「demon」,但是倒沒有魔性的內涵,而是以此為例,展示超出現有空間的物質在原有認識中的體現。這種人看不到的生命,不管是這個「妖」還是其他神或魔等,或許是由其他的相鄰空間的物質構成的,或許是由更微觀的物質構成的,有很多可能;那是宇宙中更為複雜而真實的存在,遠遠超出人類所存在的最粗糙的表面空間。

師父在講法中許多次談到過宇宙的空間結構,如:「人類所看到的這些東西,是由最大一層分子組成的最大一層粒子構成的,能夠看的到。如果分子組成的稍微小於最大一層粒子的那層空間粒子的時候,你就看不到了。那麼這個分子又能組成了更小一層粒子空間,這個分子它組成的最小粒子到表面這個最大粒子之間哪,有很多很多層的空間存在,也就是說由不同的分子組成的大小粒子的存在,構成了這個非常複雜的不同的分子空間。」(《紐約法會講法》)

這個例子生動地展現出,不同層次、空間有著不同的法,如果超出最表面的物質粒子,那思想就得發生變革,原有的定律也不再有效,或是要進一步拓展了。這裡出現問題的熱力學定律也像是宇宙不同層次的法的問題,以某一個層次的法只能把握這個層次及以下的一切,超出了這個層次就是錯的了,需要更高層次的法指導。思維被現有的科學認識局限住的人們對宇宙的不同層次和不同空間沒有認知,按照物理學已知的事物和規律來分析,覺得許多神奇的事情都是不合理的,從而不相信。這正表現出了人類空間特殊的迷,從人被封閉的觀察能力到自我約束的科學觀念,讓人感覺科學理論好像在逐漸否定神的存在;然而如果能憑宇宙更高層次的法和人的悟突破這個局限,就能發現,科學作為宇宙層次最低的智慧,與宇宙的法是相融洽的,從更高層次看都可以消除理論上的矛盾。但是科學的認知方法終究屬於這個層次的生命,不是神認知宇宙所使用的工具。

薛丁格的貓

這是由奧地利物理學家薛丁格在1935年提出的概念,是量子力學中的最重要的思想實驗之一,也是這「四大神獸」中最晚出現,最為神秘的問題,至今科學界還理解不清。這也是「四大神獸」中最深奧的一個,我也不得不用很長的篇幅來講清物理概念。量子力學在20世紀初迅速地形成和發展,其認知物質的基本方式發生了重大突破,發現了粒子以「量子態」存在的形式,改變了人類原本的觀念,但其理論基礎一直存在爭議,得不到完善解釋。在那時,物理實驗和理論開始涉及對物質原子尺度的研究,根本地突破了經典物理的理論,並得到了實驗驗證。

量子力學的理論認為,對於微觀物體,如電子、光子等,雖然在一些實驗中它們表現出是微觀的粒子,非常的小,但它們通常並不是由一般人類觀念所認為的像一個小顆粒一樣地存在,而是處於眾多可能狀態(量子態)的疊加,稱為疊加態,沒有確定的位置或速度——甚至可以是連續變化的無窮多種,表現得和波一樣(所以有「光波」)。那麼如果在實驗中用儀器來測量它的某一個物理量,比如位置、能量,也能得到一個確切的值,和宏觀物體是類似的,但是具有隨機性,是在原來的疊加態中隨機得到一個確定的結果,而且發現這種疊加也會消失,變成了一個具有確定的物理量測量值的態,稱為「本徵態」。要知道各個狀態在疊加中各占多少比例,只能製備大量相同的樣本,反覆測量進行統計。不同的物理量各自有其對應的本徵態,位置有位置的一套,能量有能量的一套,各不相同;位置的本徵態在測量能量時又都是疊加態,反之亦然。

在量子測量中出現的這個現象非常的特殊。測量只要能獲取確定的值,就使得原來的疊加態變成了本徵態,導致其狀態發生了變化,這是經典物理的認知中不可想像的,在量子力學中稱為「塌縮」。所以「量子疊加態」只存在於看之前,物理系統會按照薛丁格方程來演化,規律明確;而人一觀測就發生了突變,得到了塌縮之後的某一個本徵態。當時提出這個概念時,眾多物理學家大惑不解,有很多質疑:理論上嚴格地說到底什麼是「測量」?「塌縮」的原理是什麼?測量之前的狀態不能測出來,那還是真的嗎?最為突出的是愛因斯坦,堅持反對這種測量結果的「隨機性」,認為根本的理論應該是確定性的,談機率意味著還只是表面,沒有找到根本機制,說「上帝不擲骰子」。

我初次上量子力學的課程時,從第一節課講到測量和塌縮,就開始抱著這些疑問,結果整門課學完後還是一頭霧水,感到非常奇怪,完全不像過去學過的課程一樣有清晰的物理概念,不知道為甚麼弄不清楚,覺得可能是教材和老師的問題。後來才明白,其實物理學界就沒有把這個問題搞清楚,量子力學百年的發展也沒能產生完滿的物理詮釋,一般的物理研究者更不會去追根究底。

在這樣的背景下,薛丁格提出了這個問題:如果在封閉的盒中放一隻貓,有一塊放射性物質隨機地向蓋革計數器(可檢測到單個輻射粒子)發出輻射,得到輻射信號時會驅動一個裝置釋放毒藥而毒死貓;那麼一段時間後,按照量子力學的理論來說,貓會處於存活或死亡的量子疊加態。因為貓的死活取決於放射性物質發生隨機衰變產生的輻射,而這個過程是非常微觀的原子核中發生的現象,是量子態的演化,在測量之前處於已衰變和未衰變的疊加態。而人要是打開盒子看(相當於測量),貓就塌縮成死或者活的一種。

簡要地說,這就是把微觀的量子狀態和宏觀的事件關聯起來,物理學中稱為「量子糾纏」,如薛丁格的貓的死活和放射源衰變與否,於是在宏觀事件被測量之前,就也處於量子狀態了。但從常識到物理學的理論,都知道這是不可能的,稍微大一點的物體就沒有量子物理的特性存在了。所以,一般人們認為測量在微觀過程中就發生了,蓋革計數器的工作就應當視為測量,在其之前是量子的過程,而在其之後是經典物理可以描述的過程。

然而,真實的物理世界可不能夠這樣理解。實際上量子性在宏觀上也不會絕對消失,只是很弱,就像人離開一處燈光,走得再遠也不會完全的照不到了,只是越來越暗最後看不到亮光,是一個統一、連貫的過程。隨著量子物理的進一步發展,人們提出了「量子退相干」的概念,認為微觀物體和環境作用就使得它與環境逐漸發生量子糾纏,從而逐漸失去量子性。就像貓與放射性物質的糾纏,意思就是說產生了對應關係,對其中還活著的貓來說,放射性物質還沒衰變;對其中已死的貓來說,則已經衰變了。也就是說,因為這種糾纏,相當於對貓來說已經完成了測量。宏觀世界中大量物質相互作用,貓跟整個宇宙相互作用——所以衰變的結果對整個宇宙來說都一樣,不再被看作量子疊加了。「量子退相干」的概念說明了「測量」其實不是一種基本的物理過程,只是退相干現象的一個表現,實際上是漸變的,從宏觀到微觀具有統一的物理機制;測量結果的機率理論也不是基本的物理規律。

認識到這一點後,就出現了一個很大的問題:整個宇宙也可以用量子力學描述,也處於量子疊加態。薛丁格的貓最後死了和活下來了的這兩個宇宙,就是處於疊加態。而從現有科學的認識來看,宇宙中處處事事都是由微觀的量子隨機測量決定了宏觀的表現,除了人為的測量外,自然界中普遍存在的所謂「混沌系統」會因為非常微小的細節差異演化出完全不同的結果,使得某時刻一個微觀粒子的兩種不同量子態就能夠演化出差異很大的兩個宇宙。宇宙中粒子無量無計,若真如此,那宇宙整體所有的量子態彼此相差甚遠,而且多得不可思議!而我們所觀察的宏觀現象僅僅是其中微不足道的一個態。這稱為「多世界詮釋」,顯得太沒有意義,所以主流物理學界比較排斥這種認識,對量子物理的理論根基的探索也就止步於此。長此以往,人們各執己見地爭論不下,最後只好避之不談,在課程教材中也含糊其辭。

以我自己的理解,量子物理學的認識之所以不能再進一步,是因為受現有科學下的宇宙觀局限。世上發生的各種偶然的事情,科學上都視為隨機的、沒有緣由和規律的現象。比如氣象學的研究提出了「蝴蝶效應」,說如果一隻蝴蝶扇翅膀,可能會導致遠處的颶風;這是因為天氣系統的混沌效應,對擾動確實這麼敏感,但實際上當然不是這樣的因果關係,而是由巨量類似的隨機因素而決定,相當於沒有原因了。然而,從人類傳統的世界觀來看,事情就不是這樣——颳風下雨等天氣現象,都是由上天安排好的,有風神、雨神、雷神等掌管,如什麼時候下多少雨都有明確計劃。推而廣之,傳統文化中基於對上天、神的信仰,認為複雜的事情受神的整體統籌安排,自上而下井井有條,而且非常詳細,其中因果非常的複雜;而現有科學認為很多宏觀現象是從微觀的隨機性積累出來的,認識恰好相反。這與進化論和神創造人的兩種相反的理論非常相似,前者認為地球上的生命在分子的隨機運動中偶然產生,後者則認為神用地上的物質以智慧造出生命來。

從傳統的宇宙觀出發,我發現量子力學難以進展的理論基礎也可以理解了:因為宇宙眾多更高層次的因素,如神的掌控,宏觀的世界不會平行地無意義地存在著巨量雜亂的疊加態,而是處於一個有管理、有規律的整體量子態。但這個態到底是什麼樣,按照現有理論,好像沒法知道;畢竟人類觀測一個粒子的量子態,得要製備大量相同的這種狀態反覆測量,每次測完後樣本就作廢。人類的思維只局限在經典宏觀物理中,我們所認識到的世界只是一個單一狀態;我想也許神的智慧和思維本身就是建立在整體的量子態之上的全面的存在,與整個宇宙的特性是融洽的,所以在其層次上神的智慧能夠涵蓋一切。人在迷中,只是猜測,真相未必如此。總而言之,這樣看來量子力學的理論基礎能夠得到合理的解釋,但同時清楚地點出了當今人們否定宇宙更高層次的存在的狹隘世界觀的錯誤,並指向了遠超人類所能認識的更廣闊的宇宙的結構與規律。

大法書中多次講到過宇宙的一種複雜結構,如:《轉法輪》第七講中講:「我們發現,當一個人降生的時候,在這個宇宙空間當中的一定範圍之內有許許多多的他同時降生,和他長的一樣,叫一個名字,做的事情又大同小異,所以又可稱其為是他整體的一部份。」《轉法輪》第九講中講:「因為當你降生的時候,在宇宙許多空間中都同時降生了一個你,和你是一個完整的一體,都發生著相互連繫,在思維上都有連帶關係。」 我想,這種宇宙不同空間中整體包含多個相似部分的結構,也許正是量子力學中這種疊加態的表現形式,或者是某種類似的結構。若是由此來看的話,宇宙整體的量子態應當是較為複雜的,但是有完備的組織,由一系列相似的狀態組成有關聯的整體。

對於修煉人來說,還有一種重要的事情與量子疊加態很相似,就是心性考驗時所面對的困難。難關表現出來很嚴重,好像很可怕,沒有希望了;但如果能堅守心性,敢於面對,過了這關,就會發現「境隨心轉」,事情換了一種結果,魔難一下就消解了。

比如,《轉法輪》第四章談到提高心性的例子:「咱們就講,好壞出自人的一念,這一念之差也會帶來不同的後果。那麼大歲數,擱個常人,能摔不壞嗎?可她連皮都沒破。好壞出自一念,如果她躺在那兒說:哎呀,我不行了,這不行,那不行。那麼可能就筋斷骨折了,癱瘓了。」

除了這種意外事故,按修煉人自己的業力安排的很多不同類型的考驗中都是如此,如病業、情關、家庭矛盾、財物損失、學習工作中的困難等等,也包括來自於邪惡安排的應當正念否定清除的各方面的迫害。當執著心去掉,心性達到標準,心持正念並否定了舊勢力的干擾時,魔難就只是假象,實際上並不存在,乃至出現神跡;而如果沒能做好,沒有放下人的執著心,沒能生出正念、否定迫害時,那些本不該發生在修煉人身上的事情就能夠真正的進行下去,帶來像常人中的巨大魔難。

那麼在魔難剛展現出來的時候,到底是什麼樣的狀態?它既可能是假象,也可能是實實在在的難,只由人心來定;就如例子中的學員被車撞後倒在地上,身體是否受傷,取決於學員接下來的想法。常理而言,這簡直不可思議——好像傷不是撞擊造成的,而是事後按人心生成的一樣。但如果參考量子物理所闡述的特性,則能發現其相通之處:量子態是諸多本徵態的疊加,按薛丁格方程不斷演化,直到最後測得一個本徵態,才是結果;而測量前多種不同的情形都一併存在著,前因後果各自完備,哪一種都是真的。所謂「真相只有一個」,其實可能未必如此。最後得到什麼結果,取決於每一種狀態之外的整體,在於這看似無關的測量!

類比魔難中的修煉人,自己的心如何擺放不就像是如何選定最終的結果嗎?修煉中每遇一事,不同的道路都真切地擺在面前,理解了這個道理,就不應執著於猜疑身外之物,而是一心向內找,由自己的心決定外在的結果,即便不在身外之事中有作為。從這個角度來看,人們對唯心主義的否定,認為只有勞動改變世界才是根本,在此卻得到了基於現代科學的反駁。

以上是我在現階段有關物理學中「四大神獸」的體會與感悟的全部內容。作為該專業的學生,我希望自己能夠從常人中所熟悉的領域來證實大法,以大法的法理來深刻地理解人類的這些思想和文化,從而引導和啟發人們歸正對現有的科學和遠為深奧的宇宙的認識。層次所限,所悟所述或有不當之處,應以師父所傳大法為準。

 

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