心誠則靈 vs 海森堡測不準原理
Things work out if one only trusts vs Heisenberg uncertainty principle

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測不準原理是魏納•海森堡(Werner Heisenberg)在1920年表述,所以常稱之為海森堡測不準原理。心誠則靈,君又知中國人是何年何日表述和何時家喻戶曉?曾幾何時,心誠則靈被追求科學的人認為是迷信和不科學,所以一直以來被人們認為是貶義詞,避貓鼠兒似的,特別是在這造假的年代。

怎樣才算是心誠?只有志存必得的行動和鍥而不舍的努力才能表明一個人是否心誠,只有無怨無悔的付出和由始至終全身投入才能表明一個人是否誠心。天道酬勤,精誠所至,金石為開,有志者事竟成破釜成舟百二秦關終屬楚,苦心人天不負臥薪嚐膽三千越甲可吞吳!歷史上心誠則靈的故事很多。你很難想像一個心不在焉、漫不經心、魂不守舍、心神不屬的讀書人學有所成,事業有成者亦肯定不是三天打漁二天曬網之輩。

只要虔誠,就會有靈驗,只要有堅定的信念和意志,你的願望就會實現,心想事成,當然還要加上百倍的汗水努力和百折不撓,這就是心誠則靈。現代科學也承認,良好的心願和祝福,也有能量、有作用和有價值,思維本身有力量,甚至是無可估量的力量(這不同等於知識就是力量)。如牛頓的萬有引力、愛因斯坦的相對論、佛蘭克林的避雷針、沃森和克裏克的DNA雙螺旋結構,很多人都希望偉大的思想能降臨在他身上,人們把有靈感有智慧的人視為天才,但愛因斯坦則說,天才=99%的汗水+1%的靈感。

中華文化「孝悌忠信人之本,禮義廉恥人之根」八德乃人道根本,目的在培養崇高品德,達致訓育目標,教人「從不善的習性,回歸到自性本善」的圓滿教育(「禮義廉恥」,出自《管子‧牧民篇》:何謂四維?一曰禮、二曰義、三曰廉、四曰恥。禮不逾節,義不自進,廉不蔽惡,恥不從枉。故不逾節,則上位安。不自進,則民無巧詐。不蔽惡,則行自全。不從枉,則邪事不生。「八德」是宋代將「孝悌忠信」與四維「禮義廉恥」結合起來,建構一個以家庭爲本位,縱橫交錯的家庭倫理。從家與國的關係上,突出「孝悌」,並將其置於「忠信」之前)。

一般現代人,往往對此嗤之以鼻。

事實上,在中醫的立場和角度,「思維」、「情緒」和「心態」,的確足以直接影響治療的效果和進展。不忠不孝之徒和忠信仁義者,有著極為顯著的療效分別(忠孝者療效極佳,否則就需要比別人更多一些時間,這在中醫臨床中非常普遍)。

所以我們希望接受治療的患者必須心平氣和,一念之心存乎天地。並且明言:心不誠者不治。

這與「喜、怒、憂、思、悲、恐、驚」七情致病的原理一樣,當七情不協調,即會生病。道理很簡單,甚至比五行「金、木、水、火、土」相生相剋還簡單──越高深的就越簡單(這一點,科學家如軟件工程師或基因工程師,就有刻骨銘心的體會,程式員時時都需要進修學習,否則隨時都會被新的程式語言拋棄,而基因工作者也已經找不到出路!或像西醫無法理解經絡,和現代曾經被認為是最偉大的科學──IT行業及其中的臭蟲)!

這不是迷信,而是比量子力學還要高層次、超前和高深的科學(如果人們喜歡科學,嚮往科學的名銜),這,就是中華文化的根深柢固和偉大文明之處。

可否如此認為:我們祖先在五千年前就已知測不準原理,而且用如此簡潔和實用的方式將之廣泛傳播和讓老百姓使用,僅僅這一點,海森堡和現代的科學家們就望塵莫及,因為他們自己本身也莫名其妙,知其然而不知其所以然。我們祖先的那個年代,哪有什麼專利的概念,成果出來之後,為宏揚推廣造益社會往往假他人之名,自甘默默無聞。中華文化的修橋舖路不見得比不上現代社會的慈善捐款。

很明顯,西醫的細菌藥敏試驗及其諸多理論和產品,就栽在這裡(海森堡一早就漫不經心地判決了西醫的死刑)。

海森堡測不準原理揭示:某個粒子的位置和動量不能同時被測量出來,對其中一個參數測量的越準,由於測量的幹擾,另一個參數便會變得更不準;時間、空間和物質都不是可以被明確確定的,我們不可能完全準確地測量出宇宙現在的狀態。既然連現在的狀態都不能被完全準確的測量,那麼對未來的事件就更不能被完全準確的推論了。量子力學所能預言的,是一組宏觀的(而不是一個微觀的)可能發生結果,以及每個結果出現的概率;而且觀測者的行為對結果的狀態起著重要的作用。

人體也是粒子構成,所以也符合測不準特性;對所能實現的目標描述的越準確,那麼就會使人的行為發生變化;這樣,原本所要實現的目標也會發生變化,於是使原先的描述變得越不準確。

從這個觀念出發,就可以看到很多結果都不是那麼確定的,而是人力,或是其他力常會施加影響(包括念力、思維、祝願、信仰、思念或仇恨,甚至是善意、惡意或一時之貪念),並做出抉擇的事情。未來的命運在這個觀念之下,會變成一個不是那麼準確,或者不是那麼清晰的東西,因為它隨時在變,這顯然更符合我們在臨床所觀察到的一般生命現象。這亦是為什麼層次不太高的命理工作者測算之前的頭頭是道,之後的雜亂無章之道理所在。但這不表示之後的無法表述,只是難度甚高,一般人可望不可及而已。上下五千年不是說出來的,自然有五千年的沉積和道理,亦是說「海森堡測不準原理」有其局限性,有一定的使用範疇,起碼中華哲學就遠遠超出其範疇。

 

小知識

測不準原理 uncertainty principle

量子理論的一條基本原理,說的是任何物體的一些成對的性質,比如位置和動量(動量是物體的品質和速度的聯合),不可能兩者同時精密測定。

量子不確定性的關鍵特點是它與我們所用儀器進行精密測量的能耐(或無能)毫無關係;它是量子世界的固有性質。這就是一個諸如α粒子的實體在核聚變反應中能夠“偷偷越過”電斥力而與核結合的原因。按照粒子和力的經典圖像,電勢壘將α粒子拒之于強核力作用範圍以外。但不確定性意味著α粒子實際上擴展到一個小小的空間體積,而不是集中於一點。α粒子“雲”向外擴展的模糊邊界可以超越電勢壘而深入原子核內部,使得強核力能夠抓牢它並把它拉進核內,就像α粒子經由隧道通過勢壘一樣。

測不準原理也適用於能量和時間,它也是粒子對(如一個電子和一個正電子)能夠短暫地從完全空無一物之中產生的原因。宇宙本身在足夠短的時間尺度上也不能確定到底擁有多少能量,這就為按照愛因斯坦著名公式 E=mc2用能量製造短壽命粒子留下了餘地。

關於宇宙可能產生于完全空無一物且總能量為零的一種概念,其名稱源于艾倫•古斯“最後的免費午餐”一語。這一概念由1971年的一期《自然》雜誌中一條未署名的評注(約翰•格裏賓撰寫)發展而來,該評注認為宇宙可描述成一個黑洞的內部。後來,加拿大安大略省滑鐵盧大學的派思利亞(R.K.Pathria)和紐約市立大學的愛德華•特里昂(Edward Tryon)將這一概念進一步加以發展,後者認為這個黑洞宇宙可能是從虛無中浮現出來的,這是量子理論所允許的,叫做真空漲落。量子測不準原理允許從虛無中暫時創造出能量泡或粒子對(如電子-正電子對),條件是它們要很快消失。所涉及的能量越小,泡存在的時間越長。奇妙的是,引力場中的能量是負的,鎖定在物質中的能量是正的。如果宇宙是真正平坦的,那麼,如特里昂指出的,正負能量抵消,宇宙的總能量便準確等於零。在這種情況下,量子規則允許宇宙永遠存在下去。遺憾的是,如果一個含有宇宙(或者一顆恒星)全部品質能的量子泡(大小與普朗克長度相仿)真的從虛無中產生,它那強大的引力場會(除非有其他什麼東西干預)把它壓成一個奇點而立即將它消滅。

測不準原理對大物體的影響不明顯,因為不確定性的量由數值等於 6.6x10-34焦耳•秒的普朗克常數決定;它對品質僅 9x10-28克的電子之類的粒子才效果顯著。對於任何物體,位置不確定性的量反比於品質,所以對於任何比一個原子大得多的東西,其位置不確定性確實很小,儘管原理上它仍然存在。

 

α粒子 alpha particle

兩個質子和兩個中子由核力結合在一起的非常穩定的核。α粒子實質上是失去兩個電子的氦原於核,它極其穩定,而成為核合成過程中製造較重元素的基本砌塊。

 

量子理論 quantum theory

量子理論又稱為量子力學或量子物理學,是一組在極小尺度上主要應用於原子或更小實體的物理定律。量子理論的核心是測不準原理和波粒二象性概念的結合。

量子世界的每個實體都同時具有我們習慣視為截然不同事物——波和粒子的特性。例如,通常被視為電磁波的光,在某些情況下的行為就像是粒子(稱為光子)流。19世紀末馬克斯•普朗克發現,黑體輻射的本質,僅當原子以不連續的量子(光子)發射和吸收光時,才能得到解釋。這一發現使物理學家明白了量子物理學和經典力學之間的區別。普朗克的發現的最根本要點是,原子能量的變化究竟可以多麼小是有極限的;用現代術語說就是,這一變化的極限相當於發射或吸收單個光子。“量子跳變”的要點是,這種跳變是最小可能的變化。

普朗克本人並未提到光子,他不過將黑體輻射解釋為原子除了以不連續份額方式外便不能發射能量的結果;他也沒有想到光本身可以看成由粒子構成。是阿爾伯特•愛因斯坦最先在1905年發表的論文(他因該論文獲得諾貝爾獎)中證明可以把光看成粒子。這一思想在1920年代發展為光的玻色子學說。也是在1920年代,實驗證明典型的基本粒子——電子同樣具有波的特性。但波粒二象性的實質在展示電子的波和粒子雙重性質的現代實驗中表現得最清楚。

物理學家理查•費恩曼(1918-88)曾說,雙孔實驗包藏了量子力學的“核心秘密”,無人懂得其中究竟發生了什麼。它不僅僅表示量子實體運動時像波,到達和出發時像粒子,而且它們似乎還知道過去和未來。情況好像是,電子以粒子形式從電子槍出發,然後變成波旅行並經由兩條路線進入實驗裝置,再後重新變成粒子而到達螢屏上一個確切地點。不僅如此,每個電子還選擇了一個正確地方引發光點,以使它對很長時間內才得以形成的干涉圖樣做出它的貢獻。它究竟是如何“瞭解”所有其他電子,以及其他電子將落在圖樣中的什麼地方的呢?在經典雙孔實驗中也曾經用過極其微弱的光源,使得每次只有一個光子進入實驗裝置。同樣,它們也在最終螢幕上形成一個干涉圖樣。

這一切的標準解釋叫做哥本哈根解釋:量子實體運動時就像嚴格遵守概率法則的波那樣擴散,使得有可能計算什麼地方的波最強(也就是什麼地方找到電子或其他任何粒子的機會最大),什麼地方的波最弱。當進行一次觀察或測量時(例如,當電子波撞上探測器螢屏時),“波函數”瓦解成為點狀的粒子。就在那一瞬間,在其他任何地方發現電子的概率變為零,但只要量子實體不再被觀察,概率立刻又從它最後觀察到的地點向外擴散。

儘管存在很多不盡如人意之處,哥本哈根解釋可以用來預言涉及諸如電子和質子等量子實體的實驗結果,而且它還是研製雷射器、電腦晶片和許多其他器物,以及理解複雜生物分子如去氧核糖核酸所依據的物理基礎。但哥本哈根解釋的突出地位也和其他任何事物一樣在很大程度上乃歷史偶然。雖然哥本哈根解釋由於是第一個可用的解釋而被物理學家當作量子理論的標準版本,但它僅僅是好幾種都有著不盡如人意之處、但也都能在類似計算中給出完全相同“答案”的解釋中的一種。對很多人來說,這意味著這些解釋全都不能正確洞察量子世界究竟在發生什麼事情;因此,在量子理論牢牢站穩腳跟之前,還需要一種對有關物理現象的全新的理解。

要獲得全新的理解,可能需要完成某種理性的飛躍。量子力學的有些解釋要求在時間上倒過來傳播的信號,而所有解釋都要求即使粒子相距很遠也能彼此瞬間交換資訊。這些也許就是理性飛躍的標誌。

然而,量子理論就像烹調全書中的食譜,可以用來計算原子和其他量子系統的性質。你可以按照食譜烘烤出蛋糕而不必瞭解烤爐中發生的物理過程,同樣,你可以利用量子法則計算比如氫的光譜而不必瞭解量子世界發生了什麼。所以,利用光譜學方法研究宇宙,就直接依賴於量子理論提供的關於原子和分子的知識。原子核的性質也取決於量子過程,因此我們對核合成和恒星內部產能反應的認識也依賴於量子理論。例如,正是量子不確定性解釋了α粒子如何在發生α衰變時(通過隧道效應)從原子核中逃出,也解釋了原子核何以能夠在恒星內部條件下克服自身正電荷的排斥力而聚合在一起。由於原子核的位置不確定,它們比對應的經典粒子伸展得更大,因而即使經典力學說它們相隔太遠無法匯合時,它們卻能彼此“交搭”而聚合。描述太陽內部這一切如何發生的模型在預言太陽的諸多觀測性質(包括它的中心溫度)方面所取得的成功,是表明量子物理學確為這一層面事物的恰當描述(至少在烹調全書意義上)的最佳大尺度象徵之一。

量子物理學和宇宙學之間最重要的交匯是1920年代魏納•海森堡提出的測不準原理。它和波粒二象性有關,並且可用物體的位置和動量的不確定性——即物體對它正往何處去的瞭解程度——予以最清楚的說明。位置顯然是粒子的屬性,你可以準確說出一個經典粒子在何處。同樣顯然的是,你無法說出經典的波在哪里,而只能指出波通過的空間區域,因為波的本性決定了它是一種向外擴展的東西。在經典力學世界,波沒有與粒子同一意義上的位置,但它們確實有方向——它們有動量,並且知道它們正在走向何方。

海森堡證明,在量子世界,存在著一種瞭解位置和動量的內在不確定性。你永遠不可能同時知道比如電子那樣一個實體的位置和動量兩者。如果你試圖精密測量動量,就會加強實體的“波動性”,使它擴大從而位置不確定。如果你試圖精密測量它的位置,就將使它的波動性變得不確定,以致它無法肯定正在走向何方。位置不確定性的大小,乘以動量不確定性的大小,必須永遠等於或大於一個確定數值,它等於普朗克常數除以 2π(這個數值記為 h,讀成“h bar”)。

這並不是測量實驗中的困難導致的後果。當然,測量單個電子的位置和動量無疑是困難的,就在你進行測量時(大概會用光子從電子反跳回來的辦法),你也在改變你試圖測量的性質,因為電子因光子撞擊而反彈。但量子不確定性是量子世界實體的內在本質的真正屬性。一個像電子那樣的實體不能既有精密的動量,又同時有精密的位置;它自己確實不能同時準確“知道”它身在何處和走向何方。

就日常標準來看,這個效應是非常微小的——在品質以克計的標準單位體系中,數值 h大約等於 10-34;這就是重約 1克的物體的位置不確定性的量度(以釐米計)。物體的品質越大,不確定性越小。對於品質僅 10-27克的一個電子來說,其影響就十分顯著了。

這種不確定性對天文學的重要性在於,一個物體或甚至一個虛無空間區的能量與它被觀測的時間長度之間存在同一類型的關係。如果你長時間仔細觀察某個事物,你想多精密就能夠多精密地測量它的能量。但如果你僅僅匆匆一瞥,則能量——不單單是你測量的能量,而且也指真正存在的能量——總是不確定的。和量子實體不“知道”它自己的準確位置一樣,它(以及整體宇宙)在一個短時間間隔內也不“知道”它擁有能量的準確數量。正是這個量子不確定性使得電子-正電子對(和其他粒子-反粒子對)能從完全空無一物之中出現,條件是它們要在量子不確定性允許的短短一瞬間彼此湮滅。這就是與黑洞關聯的霍金輻射的來源。甚至可能整個宇宙也是以這種方式、通過真空量子漲落中出現的暴漲而創生的。

很多物理學家的終極希望是把量子理論和廣義相對論統一在一個“萬物之理”中。這種理論的測試台將是它們能在多大程度上解釋極早期宇宙的性質,因為那時的條件,比地球上粒子加速器中高能碰撞達到的條件遠為極端。

 

能量 energy

人人知道能量是什麼,但大多數定義似乎是在兜圈子。對科學家來說,能量是一個系統“做功”的能力的量度,這實際上意味著在另外某個系統中引起變化。能量的最重要性質是,它既不能創造,也不能消滅(在按照愛因斯坦公式 E=mc2把品質當成能量的一種形式的條件下)。它只能轉化為另一種能量形式。

電磁輻射,如陽光,也是能量的一種形式。確實,儲存在你汽車油箱中的能量,追根溯源是來自植物通過光合作用捕獲的太陽光。在宇宙的極早期,是輻射能和品質能之間的交換,決定了形成第一代恒星的物質粒子的數量和種類(主要是氫和氦的原子核)。

 

時間 time

人人都知道時間是什麼,但無人能說明時間是什麼。在物理學中,時間的重要性在於它提供了一個將事件排序的參考系(一組座標),在這一參考系中,一件事發生在另一件事之前或之後。然而重要的是,雖然它定義了一個時間之箭,但任何物理定律都沒有說時間真的從過去經過現在流向未來。所有時間都處於相等的地位。

這一點在狹義相對論中表現得最明確。在狹義相對論中,時間被看成與我們熟知的三維空間平等的第四維度。你可以把全部空間和時間想像為一幅描述宇宙全部歷史、現狀和未來的四維時空圖。這就產生了有關命運和自由意志本質的有趣問題——未來是否在某種意義上“已經在那裏”,正在等待我們的意識越過它呢?但量子理論的內在不確定性認為,一個包容相對論和量子理論的更好理論可能將時間的模糊性恢復為時空描述。

當科學家僅僅用時間作為兩事件之間的間隔(用秒或其他合適單位)或某過程經歷的長短的量度時,他們的處境是比較有把握的。