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而且从十八世纪开始,学界主流的认知就是拉普拉斯的机械宇宙观,拉普拉斯为此还发明了一个“妖怪”
,叫拉普拉斯妖,说的就是我只要知道任意时刻宇宙里所有粒子的位置和速度,根据牛顿定律,理论上我就能精确预言宇宙的所有未来啊,宇宙的一切都是被安排好的啊,一切天注定啊。
随机性就代表不知道,物理学家追求的就是知道,最好是全知啊,上帝就是全知啊。
现在实验一做,你告诉我电子没有轨迹,没有轨迹就算了,运动简直毫无规律啊,感觉宇宙的真相就是混乱啊,这可怎么办?别着急,咱们多做一些实验,我不断探测电子的位置,我探测了一百次可能真的没啥规律,但我探测一百万次还是能找到规律,这就是统计上的规律,也就是电子虽然没有确定的轨迹,但是电子出现的位置的概率还是有规律的。
比方你做一百万次实验,你会发现在离原子核近的地方找到电子的概率还是要比离原子核远的地方找到电子的概率大的。
虽然我们不能精确地描述电子下个时刻会出现在哪里,实验做多了,我大概能预测下一个时刻电子出现在某个位置附近的概率大概是多少。
如果我们把这个概率画一张图,这就变成了高中化学会学到的一个概念叫做电子云,大概长这样,画得再仔细一点,这个东西长得像不像一个波?这玩意就是传说中的量子力学中的波函数。
但马上就有下一个问题,你现在知道我们不能用轨迹的语言来描述电子的运动,可以用概率波函数来描述电子运动的概率规律。
好了,函数有了,来个波动方程吧。
电磁波满足麦克斯韦方程,水波满足机械波方程,那你这个概率波满足什么方程呢?别着急,薛定谔马上就横空出世了,据说这个方程还是薛定谔跟老婆吵架找了个小三出去度假散心时候想到的。
随着量子纠缠的物理现象被实验证实,二零二二年发了诺奖,爱因斯坦和波尔之间的大论战也算画下句号了,爱因斯坦此生终于错了一次,但虽败犹荣,对手的武器量子纠缠这个概念本身还是爱因斯坦提出的,看来上帝真的是掷骰子的。
这个世界的根基是随机的,没有人能精确地预测未来,但哥本哈根诠释也并非全对。
哥本哈根诠释里说,一个量子系统的波函数在你没有探测的时候,它可以同时以不同概率处在不同状态,就好像薛定谔的猫,你不看它的时候它是既死又活的,但是一旦你探测,这个波函数会瞬间在没有中间过程的随机地坍缩到其中一个状态,这就是说薛定谔的猫一旦你看到它就会立即显示出死或者活的状态,是一下子,如果猫死了你看不到它死的过程,它就已经死了。
这个所谓波函数的坍缩是瞬时的,没有中间过程的,这个描述在二零一九年被耶鲁大学做的实验给推翻了,我还清楚地记得当时这个新闻全球火爆,然后一堆科普文章以讹传讹,最后居然传成了量子力学被推翻了,我一个大白眼啊。
这个实验是这样的,耶鲁大学一个团队在超导环境里准备了一个三个能级的量子系统,能量由低到高分别叫基态、第一激发态和第二激发态,这个实验的目标是要研究第一激发态,但你不能直接研究第一激发态,因为一旦你直接探测它,它的波函数就坍缩了,就已经是探测后的状态了,我们要研究的是第一激发态坍缩前的状态,这就难办了,要研究它你就得探测它,但是你又不能探测它,因为探测它它就坍缩了,这就是这个实验的精妙之处了。
这个系统巧妙地设计了让第一激发态和基态有紧密的联系,一旦第一激发态有变化,基态会受影响,并且基态的状态会影响第二激发态的状态,然后就只要探测第二激发态就会间接地知道第一激发态的状态,也就是通过一种间接的方式不直接探测第一激发态也能知道第一激发态的状态。
这个实验做下来科学家们就发现波函数的坍缩其实是有个中间过程的,虽然这个过程时间非常短只有几微秒,但还是被捕捉到了,也就是哥本哈根诠释的所谓波函数的坍缩是瞬间完成的这个描述是不对的,波函数的坍缩不是瞬间完成的而是连续完成的。
但这并没有推翻哥本哈根诠释的根基,就是量子系统的完全随机性,因为波函数开始坍缩的时候具体要坍缩到哪个状态已经确定了,但是这个决定是怎么做的还是不清楚,依然还是随机的,所以哥本哈根诠释大的结论没有问题,小的地方有修正要打补丁,说到给哥本哈根诠释打补丁,其实我自己也给它打了一点哲学补丁。
这个世界的本质是计算,沃尔夫勒姆的计算世界观
这个世界的本质就是计算,这是当今最杰出的科学家之一史蒂芬·沃夫勒姆的核心观点。
大家好,我是张渔顽,今天早早地来学校门口接娃,所以这一期视频呢是在外面录的。
那这两天啊,他跟我讲要考数学,我就想到了沃夫勒姆的一个观点——世界的本质就是计算,所以今天展开跟大家聊聊。
沃夫勒姆可能是现在活着的最聪明的人,他十五岁就发表了量子场论的学术论文,二十岁获得了加州理工学院理论物理博士学位,二十二岁就得到了麦克阿瑟天才奖。
他创造了被全世界科研人员都在使用的mathematica数学软件,推出了人类知识检索引擎wolfram
alpha,甚至创造了一种新的编程语言。
最近,wolfram出版了一本新书叫做《万物皆计算:科学奇人的探索之旅》,我有幸读到了科技作家万维刚老师为本书的中文版写的序言。
在这个序言中,万老师将沃夫勒姆比作这个时代的康德,认为他给出了一个对世界的解释框架。
那么当沃夫勒姆说世界的本质是计算时,他到底是什么意思?我们可以通过以下六个核心观点来理解。
第一,这个世界的本质是计算。
你有没有想过为什么物理定律都能用数学方程来表达?为什么所有学科几乎都离不开数学?沃夫勒姆认为这是因为世间万物的一切运动都是在做计算,它们只是在执行某个算法而已,统治世界的不是别的,是数学。
那想想看,你昨天买了十二个鸡蛋,早上吃掉两个,还有十个在冰箱里,这种日常生活中的理所应当体现了这个世界是讲理的、有秩序的,你买的鸡蛋不会凭空增加也不会凭空消失,这个秩序不是被谁设计出来的,而是世界本身就是按照某种基本的法则在自动运行。
第二,宇宙的结构允许意识的存在。
沃夫勒姆认为意识是一种有连贯线索的主观体验,你之所以相信自己是活的,是因为你有人生的经历啊,你从小到大每时每刻经历的各种事情连续起来让你给自己讲成一个故事,有这个故事你才有自我的概念。
那值得注意的是,意识不等于智能啊,智能是非常普遍的,只要计算足够复杂就可以称之为智能,但意识是对智能的一种简化和降级啊,是我们对复杂世界的个性化解读。
第三,为了允许你有意识,世界的物理定律不能是任意的。
这可能是wolfram最重要的发现,他发现要想允许有意识的智慧生物存在,这个世界的时空就必须具有一定的性质,而这些性质恰好就是我们所知的相对论和量子力学描述的样子。
换句话说,我们这个世界的物理定律之所以如此,是因为只有如此才能让我们在这里体验秩序。
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