隱藏的宇宙真相，你看見了嗎？
哲園預印
PhlAcXiv 180122.0x001v1
哲思雨系列之十二
隱藏的宇宙真相，你看見了嗎？
朱曉宇
哲學園特約作者
筆者在《哲思雨系列之十一：你走出過洞穴嗎？》一文中介紹了二十世紀最具顛覆性的物理學實驗「雙縫實驗」和對它的經典解讀「哥本哈根解釋」。1935年，愛因斯坦與同事波爾多斯基、羅森共同發表論文對「哥本哈根解釋」提出質疑，論文題為《能認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎》。他們設計了一個思想實驗，即「EPR思想實驗」，力圖用糾纏的粒子之間的關聯性來凸顯定域實在論與量子力學的完備性之間的矛盾，因此這個實驗也被稱為「EPR悖論」。
定域實在論是定域論與實在論的結合。定域論主張，某個區域發生的事件只能以不超過光速的傳遞方式影響其它區域，因此，愛因斯坦堅信物體之間不可能產生「幽靈般的超距作用」。實在論是指實驗觀測到的現象反映的是物理實在，與測量本身無關，就如即使無人賞月，月亮也依舊存在。按照這個理論，微觀粒子是可測量的、定義良好的物理實在，不可能被遙遠的區域所發生的事件以超光速的速度影響。然而，「哥本哈根解釋」意味著，如果兩個粒子處在糾纏狀態，無論相距多遠，只要測量其中一個，另一個的特徵就立刻被決定了。愛因斯坦認為這種關聯性與定域實在論相矛盾，因此是不可能的。他由此反證出量子力學無法對物理實在做出完整的描述。也就是說，如果定域實在論正確，那麼量子力學就是不完備的。
五個月以後，玻爾發表同名論文回應愛因斯坦的質疑。他指出，EPR思想實驗所認定的測量「對系統沒有造成任何形式的干擾」的實驗條件是毫無意義的，因為被測量的微觀粒子和做測量的儀器是個不可分割的整體。
後來，物理學家陸續用實驗證明了愛因斯坦認為不可能發生的非定域性現象確實能夠發生，他們已經觀察到兩個或者多個粒子互相糾纏的系統。2014年，加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所（IQC）第一次用實驗證明了三個粒子之間的糾纏。研究人員之一的凱文·雷希(Kevin Resch) 教授說，「從量子系統裡面所測量到的相關性告訴了我們很多關於大自然在最基本層面上的信息。」 該實驗證明，在量子世界裡，定域論是錯誤的，非定域性才是微觀粒子的真實特徵。
倫敦大學美籍物理學家戴維·玻姆(David Bohm) 既採納了玻爾關於量子現象具有整體性的觀點，也接受了愛因斯坦對量子力學的批評，嘗試對物理實在做出更加完備的描述。1980年，他把自己二十多年的研究成果整理編輯成《整體性與隱纏序》(Wholeness and the Implicate Order) 一書出版。
玻姆反對傳統物理學對宇宙秩序的理解。傳統觀點認為，宇宙是由許許多多不變的、獨立存在的基本粒子組成的，它們通過外力互相作用，作用力不改變粒子的本質特徵。這個觀點是建立在人們對機器的理解之上的。機器的每個零件都是獨立生產出來的，只能通過某種外在接觸和其它零件發生關係。有機體則完全不同。在活的生物體內，每個器官都不能獨立存在，因為它生長在整體的大環境里，無時無刻不受到其它器官的影響。
量子理論的獨特性給傳統的機械觀帶來三個重大挑戰：第一，微觀粒子的運動是不連續的，量子不可分割；第二，微觀粒子可以顯示出粒子性或者波動性，這取決於它所處的環境和觀測者的目的；第三，微觀粒子之間可以呈現糾纏關係。
傳統的機械觀無法解釋量子理論的這三個主要特徵，因為宇宙並不像由零部件組成的機器，而更像由器官組成的活的生物體，因為它不是分離的個體的總和，而是從根本上互相聯繫的、動態的、「無間斷的整體」 (unbroken wholeness)。
比如，地毯上花繁葉茂的圖案就是一個連續不斷的整體，其中的每朵花每片葉子都緊密地交織在一起，無法各自獨立存在。同樣，量子世界中被測量的物體、做測量的工具和實驗的結果也是互相緊密相聯的，它們的獨立性僅僅是個表象，是被我們的描述模式抽象出來的整體「圖案」的一個個不同的方面。
玻姆認為應該拋棄對宇宙秩序的機械觀描述，建立新的宇宙觀，把萬物看作是一個不可分割的有機整體。他進而把這個新秩序區分為「隱秩序」(implicate order) 和「顯秩序」 (explicate order)，也可以稱為「卷秩序」(enfolded order) 和「展秩序」 (unfolded order)。隱秩序是隱藏的無形無相的存在，而顯秩序則是呈現在我們意識中的包羅萬象的宇宙。
玻姆用一個日常生活中的例子來幫助我們理解「隱秩序」。電視台在播放節目的時候，把視覺圖像轉換成一種新的秩序，即無線電信號。視覺圖像中兩個相鄰的點在無線電信號中不一定相鄰，因為二者的秩序不同。無線電波用隱秩序來攜帶視覺圖像，把它傳送到千家萬戶，接收到無線電信號的電視機再把隱秩序展開使之成為顯秩序，形成新的視覺圖像以便觀看。
隱秩序也可以用實驗來演示。在一個透明的容器中安裝一個機械攪拌器，再在容器里裝滿甘油。從容器的上方滴入三滴不同顏色的墨水，然後開始攪拌。墨水滴逐漸變成細線捲入到淺色的甘油當中，過一會兒便化為烏有了。但這時，如果讓攪拌器向相反方向攪動，三滴墨水便又會神奇地再現。
墨水捲入到甘油中的時候，彷彿是隨機分布的，但其實是有秩序的，而且這個秩序和滴入不同位置的墨水的秩序不同。這些秩序隱藏在甘油當中，完全觀察不到。同樣，我們也可以把由墨水滴組成的圖畫捲入到甘油中隱藏起來。卷進甘油中以後，一張笑臉和一片樹葉的圖畫看起來是一樣的，但其實各自具有不同的隱秩序，只有在攪拌器調轉方向以後兩幅圖畫才能展開，再次顯現出來。
玻姆認為，迄今為止，物理定律所描述的秩序都是顯秩序。然而，描述宇宙秩序的基本法則貫穿整個宇宙，深藏於互相交織和互相滲透的隱形結構之中，無法從被感官和儀器所抽象出來的局部的關係當中找到。物理學家需要發明新的描述系統來研究隱秩序，因為隱秩序是首要的、自主的和普遍的，而顯秩序則是派生的、依賴的和有限的。描述顯秩序的每個理論都是對「整體」的某個方面進行抽象的結果，因為它取決於我們想做什麼樣的測量和研究整體的哪個方面。
玻姆對量子力學的數學描述和實驗結果進行了深入細緻的研究，他發現，單純使用三維空間的信息無法解釋微觀粒子的糾纏現象，因為粒子可能是從更高維度投射出來的。
玻姆用魚缸中魚的例子巧妙地解釋了「投射」的概念。一個注滿水的長方形的魚缸里有一條魚，自由自在地游來游去。魚缸里安裝了兩個成直角的電視攝像頭A和B，分別連接到另一個房間里的兩台電視機A和B上。看電視的人發現，兩個電視機屏幕上的圖像似乎存在著某種聯繫。比如，每當屏幕A上面出現一條魚，屏幕B上就可以看到一條魚，雖然兩個圖像總是不同，但卻明顯有關聯。
看電視的人也許會認為二者之間有因果關係，即圖像A中那條魚的運動導致了圖像B中那條魚的變化，或者B導致了A的變化。但是，如果他了解到實際情況，就不需要藉助因果性來解釋二者的關聯了。他會發現，魚的圖像是三維魚在二維屏幕上的投影，這個投影無法反映出三維世界的真相，因為它只是對真的魚的一種抽象。
我們可以用相似的概念來理解具有非定域性和非因果性的量子。微觀粒子不是單獨的互相分開的物體，而是高維空間在我們這個世界的投影。在含有N個粒子的系統中，每個粒子都是一個三維投影。在日常條件下，我們可以近似地把它們當作是各自獨立的三維空間的粒子，但有些時候，這種近似就變得不準確了。比如，在低溫條件下，一組電子會顯示出新特徵，即超導特徵。這時，電阻力消失了，電流可以毫無阻礙地自由流動。這是因為低溫使電子進入了一個特殊狀態，呈現出整體性所包含的非定域性和非因果性，使它們能夠步調一致地繞過障礙。
在我們把宇宙萬物看作是一個不可分割的整體的同時，無需否認物體具有自己獨一無二的特徵。河流中的每個小漩渦都有自己獨特的尺寸、速度和旋轉方向，只是誰也無法把漩渦和河流清楚地區分開。同樣，玻姆並非認為物體之間沒有差別，而只是想糾正傳統機械觀的錯誤，讓我們認識到，個體之間在顯秩序中的分離和差異僅僅是一種表象，因為在更深的隱秩序的層面它們是一體的，而每個個體不過是整體中相對獨立的一部分或者一方面。
如果玻姆的理論是正確的，那麼大千世界的背後就是超越了感官的隱秩序，它包含過去、現在和未來的一切可能性，不僅使我們每天所體驗的三維世界成為可能，而且也是物質、生命和意識的共同基礎。因此不難發現，雖然每個生命多姿多彩、與眾不同，但就像大海里的每一朵浪花，在擁有自己獨特的形態的同時，與其它千萬朵浪花和整個海洋形成了一個不可分的整體。這就意味著，無論是親朋還是陌路，其實都不是「別人」；無論是飛禽還是走獸，其實都不是「異類」。與人為善就是愛惜自己，傷害他人無異於自殘。這個深藏在隱秩序中的宇宙真相，你看見了嗎？
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