上帝掷骰子吗--量子物理史话-第37节

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于死/活的混合态中。但是，你和我可以“意识”到电子究竟是左还是右，我们是生还是

死，所以到了我们这里波函数终于彻底坍缩了，世界终于变成现实，以免给我们的意识造

成混乱。

　　疯狂？不理性？一派胡言？难以置信？或许每个人都有这种震惊的感觉。自然科学，

这最骄傲的贵族，宇宙万物的立法者，对自然终极奥秘孜孜不倦的探险家，这个总是自诩

为最客观，最严苛、最一丝不苟、最不能容忍主观意识的法官，现在居然要把人类的意识

，或者换个词说，灵魂，放到宇宙的中心！哥白尼当年将人从宇宙中心驱逐了出去，而现

在他们又改头换面地回来了？这足以让每一个科学家毛骨悚然。

　　不，这一定是胡说八道，说这话的人肯定是发疯了，要不就是个物理白痴。物理学需

要“意识”？这是本世纪最大的笑话！但是，且慢，说这话的人也许比你聪明许多，说不

定，还是一位诺贝尔物理学奖得主？

　　尤金？维格纳（Eugene　Wigner）于1902年11月17日出生于匈牙利布达佩斯。他在一间路

德教会中学上学时认识了冯诺伊曼，后者是他的学弟。两人一个更擅长数学，一个更擅长

物理，在很长时间里是一个相当互补的组合。维格纳是20世纪最重要的物理学家之一，他

把群论应用到量子力学中，对原子核模型的建立起到了至关重要的作用。他和狄拉克、约

尔当等人一起成为量子场论的奠基人，顺便说一句，他的妹妹嫁给了狄拉克，因而成为后

者的大舅子。他参予了曼哈顿计划，在核反应理论方面有着突出的贡献。1963年，他被授

予诺贝尔物理奖金。

　　对于量子论中的观测问题，维格纳的意见是：意识无疑在触动波函数中担当了一个重

要的角色。当人们还在为薛定谔那只倒霉的猫而争论不休的时候，维格纳又出来捅了一个

更大的马蜂窝，这就是所谓的“维格纳的朋友”。

　　“维格纳的朋友”是他所想象的某个熟人（我猜想其原型不是狄拉克就是冯诺伊曼！）

，当薛定谔的猫在箱子里默默地等待命运的判决之时，这位朋友戴着一个防毒面具也同样

呆在箱子里观察这只猫。维格纳本人则退到房间外面不去观测箱子里到底发生了什么。现

在，对于维格纳来说，他对房间里的情况一无所知，他是不是可以假定箱子里处于一个（

活猫高兴的朋友）AND（死猫悲伤的朋友）的混合态呢？可是，当他事后询问那位朋友的时候

，后者肯定会否认这一种叠加状态。维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统中的

时候，叠加态就不适用了。即使他本人在门外，箱子里的波函数还是因为朋友的观测而不

断地被触动，因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。

　　维格纳论证说，意识可以作用于外部世界，使波函数坍缩是不足为奇的。因为外部世

界的变化可以引起我们意识的改变，根据牛顿第三定律，作用与反作用原理，意识也应当

能够反过来作用于外部世界。他把论文命名为《对于灵肉问题的评论》（Remarks　on　the　

mind…body　question），收集在他1967年的论文集里。

　　量子论是不是玩得过火了？难道“意识”，这种虚无飘渺的概念真的要占领神圣的物

理领域，成为我们理论的一个核心吗？人们总在内心深处排斥这种“恐怖”的想法，柯文

尼（Peter　Coveney）和海菲尔德（Roger　Highfield）写过一本叫做《时间之箭》（The　arrow　

of　time）的书，其中讲到了维格纳的主张。但在这本书的中文版里，译者特地加了一个“

读者存照”，说这种基于意识的解释是“牵强附会”的，它声称观测完全可以由一套测量

仪器作出，因此是“完全客观”的。但是这种说法显然也站不住脚，因为仪器也只不过给

冯诺伊曼的无限后退链条增添了一个环节而已，不观测这仪器，它仍然处在叠加的波函数

中。

　　可问题是，究竟什么才是“意识”？这带来的问题比我们的波函数本身还要多得多，

是一个得不偿失的策略。意识是独立于物质的吗？它服从物理定律吗？意识可以存在于低

等动物身上吗？可以存在于机器中吗？更多的难题如潮水般地涌来把无助的我们吞没，这

滋味并不比困扰于波函数怎样坍缩来得好受多少。

　　事实上，只有没事干的哲学家才对这种问题津津乐道，真正的脑科学家和神经科学家

对此往往是不屑一顾或者漠不关心。当意识问题被拉入对于量子论的解释后，许多介绍物

理的书籍里都煞有介事地出现了大脑的剖面图，不厌其烦地讲解皮层的各个分区，神经结

的连接，海马体……这的确是有趣的景象！接下来，我们不如对这个意识问题做几句简单

的探讨，不过我们并不想在这上面花太多的时间，因为我们的史话还要继续前进，仍有一

些新奇的东西正等着我们。

　　在这节的最后要特别声明的是，关于“意识作用于外部世界”只是一种可能的说法而

已。这并不意味着种种所谓的“特异功能”，“心灵感应”，“意念移物”，“远距离弯

曲勺子”等等有了理论基础。对于这些东西，大家最好还是坚持“特别异乎寻常的声明需

要有特别坚强的证据支持”这一原则，要求对每一个个例进行严格的，可重复的双盲实验

。就我所知，还没有一个特异功能的例子通过了类似的检验。

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　　饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（六）

　　计算临界质量的大小本质上是一个统计问题。为了确保在过多的中子逃逸而使链式反

应停止之前有足够的铀235分子得到分裂，它至少应该能保证2^80个分子（大约1摩尔）进行

了反应，也就是维持80次分裂。这个范围是多大呢？这相当于问，一个人（分子）在随机地

前进并折返了80次之后大约会停留在多大的半径里。这是非常有名的“醉鬼走路”问题，

如果你读过盖莫夫的老科普书《从一到无穷大》，也许你还会对它有点印象。海森堡就此

算出了一个距离：54厘米，这相当于需要13吨铀235，而在当时要分离出如此之多是难以

想象的。

　　但是，54厘米这个数字是一个上限，也就是说，在最坏的情况下才需要54厘米半径的

铀235。实际上在计算中忽略了许多的具体情况比如中子的吸收，或者在少得多的情况下

也能够引起链式反应，还有种种海森堡因为太过“聪明”而忽略的重要限制条件。海森堡

把一个相当复杂的问题过分简化，从他的计算中可以看出，他对快中子反应其实缺乏彻底

的了解，这一切都导致他在报告中把几吨的铀235当作一个下限，也就是“最少需要”的

质量，而且直到广岛原子弹爆炸后还带着这一观点（他不知道，佩尔斯在1939年已经做出

了正确的结果！）。

　　这样一个错误，不要说是海森堡这样的一流物理学家，哪怕是一个普通的物理系大学

生也不应该犯下。而且竟然没有人对他的结果进行过反驳！这不免让一些人浮想联翩，认

为海森堡“特地”炮制了这样一个错误来欺骗上头从而阻止原子弹的制造。可惜从一切的

情况来看，海森堡自己对此也是深信不疑的。

　　1945年8月6日，被囚在Farm　Hall的德国科学家们被告知广岛的消息，各个震惊不已

。海森堡一开始评论说：“我一点也不相信这个原子弹的消息，当然我可能错了。我以为

他们（盟国）可能有10吨的富铀，但没想到他们有10吨的纯铀235！”海森堡仍然以为，一

颗核弹要几吨的铀235。哈恩对这个评论感到震惊，因为他原以为只要很少的铀就可以制

造炸弹（这是海森堡以前说过的，但那是指一个“反应堆炸弹”，也就是反应堆陷入不稳

定而变成爆炸物，哈恩显然搞错了）。海森堡纠正了这一观点，然后猜测盟国可能找到了

一种有效地分离同位素的办法（他仍然以为盟国分离了那么多铀235，而不是自己的估计错

了！）。

　　9点整，众人一起收听了BBC的新闻，然后又展开热烈讨论。海森堡虽然作了一些正确

的分析，但却又提出了那个“54厘米”的估计。第二天，众人开始起草备忘录。第三天，

海森堡和沃兹讨论了钚炸弹的可能性，海森堡觉得钚可能比想象得更容易分裂（他从报纸

上得知原子弹并不大），但他自己没有数据，因为德国没有反应堆来生产钚。直到此时，

海森堡仍然以为铀弹需要几吨的质量才行

第九章　测量问题二　
castor_v_pollux　　


　　意识使波函数坍缩？可什么才是意识呢？这是被哲学家讨论得最多的问题之一，但在

科学界的反应却相对冷淡。在心理学界，以沃森（John　B。Watson）和斯金纳（B。F。Skinner）

等人所代表的行为主义学派通常乐于把精神事件分解为刺激和反应来研究，而忽略无法用

实验确证的“意识”本身。的确，甚至给“意识”下一个准确的定义都是困难的，它产生

于何处，具体活动于哪个部分，如何作用于我们的身体都还是未知之谜。人们一般能够达

成共识的是，并非大脑的所有活动都是“意识”，事实上大脑的许多活动是我们本身意识

不到的，我们　　
通常只注意到它的输出结果，而并不参控它运行的整个过程。当我的耳边响起《第九交响

曲》时，我的眼前突然不由浮现出我在中学时代的童年时光，但我自己一点都不知道我的

大脑是如何具体地一步步完成了这个过程，这是在我的“下意识”中完成的！有时候我甚

至会奇怪：我为什么会这样想呢？另外，许多人也承认，“意识”似乎与我们的“注意”

密切相关，它同时还要求一定的记忆能力来完成前后连贯的动作。

　　可以肯定的是，意识不是一种具体的物质实在。没有人在进行脑科手术时在颅骨内发

现过任何有形的“意识”的存在。它是不是脑的一部分的作用体现呢？看起来应该如此，

但具体哪个部分负责“意识”却是众说纷纭。有人说是大脑，因为大脑才有种种复杂的交

流性功能，而掌握身体控制的小脑看起来更像一台自动机器。我们在学习游泳或者骑自行

车的时候，一开始总是要战战兢兢，注意身体每个姿势的控制，每个动作前都要想想好。

但一旦熟练以后，小脑就接管了身体的运动，把它变成了一种本能般的行为。比如骑惯自

行车的人就并不需要时时“意识”到他的每个动作。事实上，我们“意识”的反应是相当

迟缓的（有实验报告说有半秒的延迟），当一位钢琴家进行熟练的演奏时，他往往是“不假

思索”，一气呵成，从某种角度来说，这已经不能称作“完全有意识”的行为，就像我们

平常说的：“熟极而流，想都不想”。而且值得注意的是，这种后天学习的身体技能往往

可以保持很长时间不被遗忘。

　　也有人说，大脑并没有意识，而只是指挥身体的行动。在一个实验中，我们刺激大脑

的某个区域使得试验者的右手运动，但试验者本身“并不想”使它运动！那么，当我们“

有意识”地想要运动我们的右手时，必定在某处由意识产生了这种欲望，然后通过电信号

传达给特定的皮层，最后才导致运动本身。实验者认为中脑和丘脑是这种自由意识所在。

但也有别人认为是网状体，或者海马体的。很多人还认为，大脑左半球才可以称得上“有

意识”，而右半球则是自动机。

　　这些具体的争论且放在一边不管，我们站高一点来看问题：意识在本质上是什么东西

呢？它是不是某种神秘的非物质世界的幽灵，完全脱离我们的身体大脑而存在，只有当它

“附体”在我们身上时，我们才会获得这种意识呢？显然绝大多数科学家都不会认同这种

说法，一种心照不宣的观点是，意识是一种结构模式，它完全基于物质基础（我们的脑）而

存在，但却需要更高一层次的规律去阐释它。这就是所谓的“整体论”（Holism）的解释。

　　什么是意识？这好比问：什么是信息？一个消息是一种信息，但是，它的载体本身并

非信息，它所蕴涵的内容才是。我告诉你：“湖人队今天输球了”，这8个字本身并不是

信息，它的内容“湖人队输球”才是真正的信息。同样的信息完全可以用另外的载体来表

达，