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广义“量子纠缠”编织宇宙的普遍联系
国家自然科学奖获得者潘建伟和他率领的科学团队在量科学技术领域取得了突破性进展,引起国际科学界的强烈关注,激起科学爱好人士的极大兴趣。2017年5月4日,中国科学院在上海发布了最新的研究成果,潘建伟和他的同事陆朝阳、朱晓波等联合浙江大学的王浩华研究组,在基于光和超导体系的量计算机研究方面取得系列重要进展,模拟出世界上第一台超越早期经典计算机的光量计算机。根据潘建伟院士的解释,在量计算基础研究领域,就计算能力而言,科学界有三个达成共识的指标性节点:第一步超越首台经典计算机,第二步超越商用处理器,第三步超越超级计算机,“目前我们实现的只是其中的第一步,但这一步却是重要的一步。”虽然不能确定第一台商业用途的量计算机会不会首先在中国诞生,主要的原因是欧美国家在量计算机的研发领域投入了数十亿美元的经费,世界上高科技公司的巨头——谷歌、微软、IBM等“看中”了未来量计算机市场巨大的潜在价值,都在整合各方面的研究力量和资源,力求走在量计算机科学革命的前列,尽早研制出第一台“适用新型”的量计算机。
1900年是量科学诞生的“原年”,在20世纪来临之际,“登峰造极”的经典物理学家并没有在一些物理学家预言的“终极体系”中止步不前,而是在经典物理学的大厦旁构筑了两座“新物理学”的大厦——量力学和相对论,三种物理学理论构造了现代物理学的“三驾马车”。物理学家普朗克在1900年举办的德国物理学年会上公布了他的研究成果,这是标志量物理学诞生的伟大时刻。根据普朗克的量理论,量是最的、不可分割的能量单位,由于物质和能量能够发生相互转换,我们可以将分和原、电和光看成是不同层级的“能量”,在分的能级上,分是不可分割的最单位,在原的能级上,原是不可分割的最单位等。我们可以将分和原、电和光看成是量的不同表现形式,分可以分解为原,原可以分解为电和原核,但是,分是保持分性质的最单位,原是保持原性质的最单位。自然物体由分和原、电和光构成,从能量的概念来定义,自然物体则是由量构成的,我们的身体也不例外,“能量”在我们的身体内活动,驱动了身体组织的生长、变化和死亡。既然量和量力学与人体“同命运、共呼吸”,我们就可以清楚地发现,生物细胞中量化分和原一类的微观物质决定了肌肉和骨骼的生长和发育,大脑神经中量化的信息比特控制了我们思想和认识活动。
经典物理应用在我们生活的地球、相对论应用在太阳系和银河系,物体的运动规律通过牛顿的经典力学和爱因斯坦的相对论得以描述,或者牛顿的经典力学和爱因斯坦的相对论揭示了宏观物体的运动规律,而在分和原,电和光组成的微观世界,微观粒与宏观物体的运动规律截然不同。量的神秘性首先表现在它的不确定性,量在同一时刻处于多种状态,我们精确地测量了它们的位置,就不能精确地测量它们的速度;或者我么精确地测量了它们的速度,就不能精确地测量它们的位置。量力学其中之一的奠基人、奥地利物理学家薛定谔假想过一只“薛定谔的猫”,用以比喻量不确定性的叠加态,这只猫被安置在封闭的盒中,盒内被设置成受量规律作用的“黑箱”,“薛定谔的猫”因此被量化了,处于生与死的“双重态”,只有打开盒的一瞬间,这只猫的双重态才会即刻消失,我们或者看见一只活猫,或者看见一只死猫,而不是看到一只半死不活的“幽灵之猫”。除了“叠加态”之外,量还有更为奇特的“纠缠态”,根据早期量力学的理论预测,如果两个量形成纠缠、或纠结,那么无论两个量相隔多远,当一个量的状态发生变化时,另一个量也会同时发生变化,它们之间的信息传递似乎是瞬间的,超越了经典理论的四维时空,如果我们承认纠缠态量的信息传递是瞬间发生的,那么这似乎违背了光速最大化的物理定律。
量纠缠现象早已不是物理学家的理论预言,量这一不可思议的神秘性得到了多次物理实验的证明。最近几年,中国科学家开展了量实验,获得了“弯道超车”的成效,潘建伟在他的同事分别于2004年、2007年、2012年实现了5对光、6对光、8对光的纠缠,2016年实现了10对光的纠缠,他们将实验的成果应用在量通讯和量计算的多个领域,在2016年发射了全球首颗量通信卫星。由于潘建伟团队在量实验的三个领域都取得了突破,即:刷新了光纠缠态制备对数的世界纪录;开展了世界上首颗量通信卫星的实验;研制了世界上首台超经典概念的量计算机,因此,潘建伟一直以来被媒体看成是“离诺贝尔物理奖最近的中国人”。了解到量纠缠和实验的成果之后,让我们回到本文要讨论的“主题思想”,即:如何将“量纠缠”原理从量力学推广到物理哲学的领域?如何在自然和社会科学领域应用量纠缠的理论?我们已经成功地将“互补原理”、“对应原理”、“测不准原理”或“不确定性原理”从量力学推广到哲学和社会科学领域,成功地将“等效原理”、“转换原理”、“突变原理”从宏观物理推广到哲学和社会科学之中,并且用“差异原理”界定了自然科学和社会科学,物理学和哲学的不同,根据“等效原理”的描述,我们可以尝试将量力学的“纠缠原理”同样地推广到哲学和社会科学领域,基于将“纠缠现象”哲学化的思路,本作者尝试将量物理的“纠缠态”和自然辩证法、社会辩证法联系起来,并且将“量纠缠”看成是辩证法的基石。
可以用“等效原理”和“差异原理”的双重性来分析量纠缠和哲学辩证法的一致性和差异性。**过,“辩证法是关于普遍联系的科学”,作为一种哲学概念的辩证法通常是指事物或现象之间以及事物内在要素之间相互连结、相互依赖、相互影响、相互作用、相互转化的性质。唯物辩证法所指的联系是事物固有的存在和运动,是不依人的意识而转移的客观联系。根据**主义哲学的解释,“普遍联系”和“永恒发展”是唯物辩证法的总体特征,只有明确而完整地阐明普遍联系原理及其在世界观体系中的地位,通过对具体事物相互联系和相互作用的考察,才能科学地明物质的运动、变化和发展。事物、现象普遍联系的观点是唯物辩证法的本质特征之一,普遍联系的原理为人们在总体和细节上深入地把握世界的辩证性提供了有效的认识工具。现代量科学的研究表明,在由基本粒和场所构成的微观宇宙中,普遍地存在着引力、电磁力、强力和弱力的相互作用,存在量之间的纠缠效应,一切物质粒无不处在力的相互作用和量的纠缠效应之中,发生着质量、能量、信息的交换,科学的发展已越来越深入地揭示了自然界密切的整体关联。不仅自然界具有普遍的联系性和整体性,而且人类社会亦是如此,自然界和人类社会之间通过多种方式产生了相互制约、相互转换的密切联系。
如果将量纠缠看成是一种哲学范畴的联系性,那么我们可以清楚地发现,纠缠是量之间相互影响和相互制约的关联,量的纠缠具有普遍性,任何物质结构的分和原,电和光都处于联系的状态,物质的分层级和原层级、电和光层级存在“纠缠态”的联系,在物质粒和物质层级普遍联系的基础上,整个宇宙构成一个相互联系和相互作用的统一整体,在无限的宇宙中,联系不是个别事物之间暂时的、特殊的联系,而是一切事物、现象和过程所共有的客观的、普遍的属性,自然万物形成一个相互联系的统一体,而具体的物体则是统一体的一个部分。在人类社会中,每一个的活动离不开周围的环境和大环境,人和社会之间存在经济、政治、文化的广泛联系。可以将“量纠缠”理解为“量辩证法,纠缠原理反映了量之间客观的、普遍的联系。如果将量的纠缠理解为狭义的、自然科学范畴的现象,那么我们可以将量的纠缠看成是自然辩证法原理的一大基石,从哲学范畴上提炼出广义的“量纠缠”。将狭义的量纠缠推广到广义的范畴,或者将量力学的纠缠现象和自然辩证法的概念联系起来,用“等效原理”来阐明两者的一致性和关联性,这是一种创新的思想探索,这一初步的设想需要更多细节性研究的补充。
(邓如山2017-6-5deepmind_123@163.)
(Hoeavetheuniversalebetweenthegeneral“quaa”andDialectics?)
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