朱清時院士：科學與佛法 談世界和人生的真相「五」
朱清時院士簡介
朱清時：中國科學院院士、國務院學位委員會委員、第三世界科學院院士。中國綠色化學的主要倡導者和組織者，前中國科學技術大學校長、南方科技大學創校校長。1994年獲海外華人物理學會亞洲成就獎和湯普遜紀念獎。
目 錄
序言
一.人類感知的世界圖像是心智加工的產物
二.物質世界的深層面目是「空」
三.物質原本是信息(It from bit)!
四.如何由信息構建物質世界？
五.物質與意識
六.四聖諦
七．結束語
五.物質與意識
自然科學總是自詡為最客觀、最不能容忍主觀意識，然而量子力學卻發現意識和物質世界不可分開，物質世界從不確定的渾沌到確定狀態的轉移是靠意識促成的。
有人認為，在宏觀世界和宇宙這類問題不會存在，因為大量微觀粒子聚集時，它們之間的相互作用會迫使一個粒子出現一個特定的狀態，使它的量子不確定性消失（稱為「退相干」）。例如用儀器觀察，在照相的底片留下記錄，就可以使量子力學的不確定性消失。但是嚴格地說，這種認識並未解決這個問題，因為量子不確定性會向更大的系統轉移。
1932年，馮·諾伊曼在量子力學剛建立的時候寫了一本書，《量子力學的數學基礎》，一直是量子力學的數學基礎。他指出，一般的觀測儀器都是由大量微觀粒子組成的系統，因為每個微觀粒子都服從量子力學，所以整個系統也服從量子力學，可以由量子力學描述。
用一台與世界其它部分完全隔絕的儀器（記為A）來觀察一個處於疊加態的量子系統，比如用蓋革計數器觀察原子衰變。這時原子狀態的不確定消失了，不過他證明這個由更多粒子構成的大觀測系統又變得不確定了，量子的不確定性轉移到觀察儀器上去了。蓋革計數器的是否偏轉，又變得不確定。
如果再用第二台儀器（記為B）來觀察A所指示的狀態，那麼雖然A的狀態確定了，但是他證明這時A+B將成為不確定的的疊加態，不確定性轉移到更大的系統中。
這種所謂「馮·諾伊曼鏈」（A,B,…）將無限持續下去。在實用意義上，在此觀測鏈進入宏觀階段時，電子已失去相干性，干涉現象已不可能出現；然而嚴格地說，當我們用儀器去測量儀器，這整個鏈條的最後一台儀器總是處在不確定疊加狀態之中，這叫做「無限後退」（infinite regression）。換句話說，假如我們把用於測量的儀器也加入到整個系統中去，這個大系統的量子狀態從未徹底坍縮過；直到有意識（弗洛伊德的「自我」）的觀察者參與，由於意識不服從量子力學規則，薛定諤的方程不能再用了，整個系統才坍縮到確定狀態。
隨後薛定諤舉了個例子，說明微觀世界的詭異可以直接影響我們宏觀尺度上的生活，這個例子現在被稱為「薛定諤的貓」。
圖18
如果有一個與外界隔絕的密封盒子，外界看不見裡面。裡面放一隻貓，貓的旁邊有一個放射性原子，如果它衰變會放出中子，旁邊的計數器接收到，啟動一個精密裝置，鐵鎚就掉下來砸碎貓旁邊的玻璃瓶，瓶里是氰化鉀這類劇毒物質，瓶子一破貓就死了。
由於外邊看不到盒子里的情況，盒子外的人都不知道這個放射性原子衰變沒有衰變，所以也不知道貓死沒死。過一段時間後，我們按通常在宏觀世界的經驗，認為貓要麼是死，要麼是活，只能是其中之一。然而按照量子力學，微觀世界的詭異就在於放射性原子將同時處於兩種狀態：不衰變和衰變，在這個盒子中的貓也就是既死又活。這樣一來，就不僅是微觀粒子沒有確定狀態，現在宏觀的貓也變成了沒有確定狀態了。一隻貓同時又是死的又是活的，即處在不死不活的疊加狀態，這與常識太不一致了。
這個理想的實驗的每個環節都是可以實行的。它說明微觀世界沒有確定狀態的詭異，與宏觀世界完全可以連接起來，因此宏觀世界也會有這類詭異的不確定性。
有人會說，我們要知道這個貓死沒死，這個原子衰不衰變，只要打開箱子一看不就得了，貓肯定要麼是死、要麼是活，只有一種可能。然而量子物理的第二個詭異之點，就是說只要有人去觀察，這個微觀粒子會突然選一個確定狀態出現，所以你觀察到的只有一個確定的結果，那麼貓死和活也有確定的結果。
還有人問貓有意識嗎？其實在這個理想實驗中，貓有無意識並不重要。盒子里的貓只是起探測儀器的作用，死與活是生命系統的兩種可能的狀態，是這種儀器給出的兩種測量結果。按照量子物理，有死和生兩個本徵態的系統，任何這兩個態的疊加也是可能的態，在這些疊加態上，貓就是 「既死又活」 的。原則上，使用薛定諤方程可以得出這些態的波函數如何隨時間變化。然而，如何用當前物理學中的數學語言寫出這些態的波函數和薛定諤方程？
據估計，貓是由大約10^26個原子組成的複雜系統。這些原子都按物理學化學和生物學的規律運行，形成一個個統一協調的整體。「活」意味著這個系統運行正常，即使部分不正常，系統也可以自我修復他們，或者整合成一個新的協調運行的整體；「死」意味著這個系統崩潰。當這隻貓與一個放射性原子連同盒子內的裝置在一起時，它們形成一個新的更大系統。這個原子與貓連同裝置本身的原子相比，微乎其微，它怎麼能影響貓的生死啊！這就像一隻螞蟻要推倒一座大山。
然而，我們世界的一個奧妙就是，這是可能的。科學家們已發現，在複雜系統中，初始條件的極微小變化, 可能導致結果的巨大差別。例如長期的氣象現象是不可能被準確預報的，因為氣象預報的初始條件, 由極不穩定的環球的大氣流所決定。巴西的一隻蝴蝶抖動了一下翅膀，改變了氣象站所掌握的初始資料，三個月之後，就有可能引發美國德克薩斯州出乎意料之外地颳起一陣未曾預報到的龍捲風。這個結論被形象地稱為「蝴蝶效應」。這就相當於一只螞蟻推倒一座大山。這種現象被稱為「混沌」（英文「Chaos」的譯名），含有「差之毫釐，謬以千里」之意。
19.「蝴蝶效應」示意圖
「蝴蝶效應」是第一個被深入研究的混沌現象。現已發現，混沌這種對初始條件非常敏感，以至於幾乎不可能預測其行為的系統，廣泛地存在於宏觀世界中，即使在人文和社會學的研究系統中也發現了一批混沌運動的實例。其實周圍這類狀態比比皆是，不過我們熟視無睹。
最近（2016年7月11日）《自然·物理》雜誌報道了尼爾（Charles Neill）等人的實驗，他們發現之前被認為無關的兩個現象—屬於經典物理的混沌現象和屬於量子物理的量子糾纏現象—之間存在聯繫。量子糾纏特性能夠用經典物理體系下的熱力學和混沌理論來描述。這提示我們，混沌可能就是與量子糾纏相應的宏觀現象。這樣一來，原子衰變與不衰變相應於貓系統崩潰與不崩潰。「貓既死又活」等價於貓系統崩潰又不崩潰。科學正在釐清量子不確定性與宏觀系統的不確定性的關係。
佛法的「諸法無常」講的就是宇宙萬有的不確定性。在大乘經典《中論》中最不容易懂的就是「不生亦不滅，不常亦不斷，不一亦不異，不來亦不出」，大家想像不出這是什麼狀態。其實中觀的「中」是為了對佛陀說的「空」做更細緻的分析，它是緣起和諸法無常的另一表述。「空」或「中」，這樣不生亦不滅，不常亦不斷的狀態，是否與薛定諤的貓有些相似呢？
更有意思的是，在人觀察之後，貓不生不死的不確定狀態就消失了。這又契合了佛法。佛法認為妄念產生了妄動，然後才出現物質世界。《楞嚴經》云：「性覺必明，妄為明覺，覺非所明，因明立所，所既妄立，生汝妄能。」就是說，宇宙本體－如來藏本是清凈本然，元自靈明。因為明極了，而忽生妄念，想看看自己是什麼樣，就發生照明感覺的作用。物質世界的本體是清凈本然，因為產生了妄念想看看什麼樣子，這個時候產生了妄動心，就形成了物質世界，也就是說觀察生成了物質世界。
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