..续本文上一页程中电子无法被「看见」,因此波或粒子的概念在此无法适用。那么在前面的两个实验中,我们为何在萤光幕上会看到波和粒子所表现的行为呢?我们仔细回想一下,当我们在墙上挖出A和B两条狭缝时,我们已经「设计」了一个想要观察波的干涉的实验,也就是电子已经预先被我们设定成波了,因此我们得出了典型明暗相间波的干涉条纹。当我们在A和B装上侦测器时,整个实验又被我们「设计」成想要观察电子的粒子性的实验,因为想要知道电子到底是由A还是B穿过墙时,就必须先具备粒子的概念,因此在萤光幕上看到典型的粒子行为──两团亮点,也就不足为奇了。哈哈!原来折腾了老半天,我们竟然被自己骗了!所有的矛盾和冲突竟然是自己所编造出来的,只是我们不自觉而已,只要明白了这一点,那么量子力学也就不会令人感到玄之又玄了。
现实的生活经验中,我们总认为外在世界各种事物的发生与我们自身的看法无关,日月星辰的运转不可能因为我们看与不看而有所改变,因此一般人的看法都认为外在事物的发生与观察者完全无关,但由上述电子穿过双狭缝的实验中,我们发现到事物的发生不仅与观察者有关,而且几乎是被观察者一手所操控。原来每个人都是戴着「有色的眼镜」在看这个世界,所以当我们看到外在事物的发生,其实它隐含着我们内心世界的一些看法,只不过是大部分人的心都不够细,以致于无法察觉而已,这个情况正好反映了佛经上所讲「相由心生」、「万法唯心造」的概念。由以上的说明,使我们了解到当日后我们观赏棒球比赛,看着投手投出一记漂亮的变化球时,我们必须警觉到这记变化球之所以有着优美弧度的运动轨迹,其先决条件在于我们能够看见它;假如把棒球缩成电子一般的大小,以致于用肉眼无法看见,这时就没有所谓的「球的运动轨迹」,当然也就没有变化球的概念,所以再次的提醒各位「不要被自己的眼睛给骗了」。
图三:电子由S点出发,可以各种不同的路径到达D点。
接着我们再讨论一个问题,如果在电子双狭缝干涉的实验中将墙整个拆掉,也就是讨论如图三电子由S点出发到萤光幕上某一点D的运动过程,现在一件很有趣的事情发生了!记得我们前面不是说过此时「电子的运动轨迹」的概念已经不适用了,可是费因曼教授提出了另一个看法,那就是此时电子是以任意的轨迹运动,而由S到D的机率就由连接S、D两点这些无限多的轨迹它们的机率相迭加干涉而合成的,当S、D两点之间挡着一座有着双狭缝的墙时,这些无限多的轨迹大部分都被墙挡住,只剩下一小部分的轨迹能到达D点,因此呈现出明暗相间的干涉条纹。当我们在A和B再装设侦测器时,能到达D点的轨迹更少了,所以呈现出两团亮点,原因是前者我们将A和B视为一体,所以容许同时通过A和B的轨迹到达D点;而后者A和B已经可以分别了,所以不能视为一体,因此将会少掉前面所说这些部分的轨迹。好!现在我们又得到了一个非常重要的观念,量子力学所说的「没有轨迹」,正好等于「任意的轨迹」,这正是《金刚经》的标准句型:「所谓X,即非X,是名X」,所以只要能够体会「电子的轨迹,即非轨迹,是名轨迹」,就能掌握住量子力学的精义。
三、全同粒子:
假设现在眼前有两个形状完全一样的弹珠,纵然这两个弹珠在外观上完全一样,可是我们仍然可以分辨那一颗弹珠在左边,那一颗弹珠在右边。如果把两颗弹珠换成两个电子会如何呢?此时我可以拿出其中一个电子,但却分不清到底拿到的是两个电子之中的那一个?原因是在这种情形之下,由于我们看不到电子,所以左右的概念在此已不适用。换言之,在这种状况之下,左边和右边是无法分别的,所以称为「全同粒子」(注一)──以上这个例子又说明了观察者地位的重要性。
接着我们举一个很有名的诡论再加以探讨,这是由理论物理学家薛丁格(Erwin Schrodinger) 提出的「量子猫诡论」。如图四所示,把一只猫放入一个黑箱子里面,在箱子里放有盛着毒气的瓶子和放射性的物质,当有放射性衰变发生时,便会触动开关将毒气瓶打破而立刻将猫毒死。由于放射性衰变本身是一种量子过程,所以只能用机率的概念来描述。譬如说某一种放射性物质的半衰期是一分钟,意思是说如果我们将这种放射性物质的一个原子放入黑箱之中,那么过了一分钟后,猫被毒死的机率是50%。现在我们将一切装置安装妥当,把猫放入黑箱中,并盖好盖子。
现在问题来了!由于我们从外面根本看不到箱内的猫是死是活,要知道猫是死还是活,只有打开箱子才能知道。
图四:薛丁格的「量子猫」和其实验装置
问题是盖上盖子后,猫究竟是死是活?照平常的经验,「死」和「活」是两个互相对立的现象,绝对不可能出现「半死半活」的情况,所以盖上盖子,过了一分钟后,我们实在不能说:此刻猫的状况是「50%活和50%死」。既然这种说法不能成立,那么实际的情况应该是如何呢?现在我们试着来解答这个问题。首先要问一个问题:为什么我们能够分辨猫的死活?原因是我们的意识在作用,所以打开盖子时,我们很容易辨别猫的死活;当把盖子盖上时,我们意识的作用被截断了,所以这时无法判别死活。因此问题的症结不在于如何分辨猫的死活,而在于深入去探讨是谁在分辨猫的死活?在这里举一个相关的公案做为参考:
《六祖坛经》〈自序品〉:「因二僧论风旛义。一曰:『风动』,一曰:『旛动』,议论不已。慧能进曰:『不是风动,不是旛动,仁者心动。』」这里我们可以将这个公案改为「不是猫死,不是猫活,仁者心动」。
四、真空的本质:「一无所有」等于「无奇不有」
在第二节中我们谈到电子运动的情形,但大家有没有注意到我们似乎忽略了某些重要的东西,那就是电子运动的背景──真空。好比我们坐在课堂上看黑板上的字,往往我们只注意黑板上的字,而忽略了黑板的存在。在这个例子中,电子就好像黑板上的字,而真空就像整块黑板。真空不是一无所有吗?有什么值得注意的呢?但回想在第二节中我们得到的结论:「没有轨迹」就等于「任意的轨迹」,因此「一无所有」是不是意味着「什么都有」呢?相信大家在知道答案之后,一定会大吃一惊!现在让我们一步一步的来揭开谜底吧。
我们都知道电子运动时会感应一些电磁场(按科学的术语称为「光子」),所以当电子运动时可能在A点放出一个光子,然后在B点将此一光子吸收回来,如图五(a)所示(注意:我们在图五(a)上画出电子的轨迹乃是权宜之计,要记得「轨迹」即「非轨迹」,不要上当噢!),由于我们无法在电子运动的过程中,随时盯着电子看它是否会放出光子,因此图五(a)的过程是容许的。既然电子可以放出一个光子,那么也可以放出二个、三个……乃至无限多个光子!图五(b)代表着这些过程。
图五:(a)电子的运动过程中在A点放出一个光子,随后在B点将光子收回。
(b)电子在运动中其它各种可能发生的过程。其中直线代表电子的轨迹,波纹~~~~~代表光子的轨迹。
图六:光子在运动中各种可能发生的过程
再来谈到光子,光子在运动的过程中可以突然分解成电子和反电子对,随后电子和反电子对再复合成光子,图六代表光子在运动中可能发生的各种过程,所以描述真正电子或光子的行为,就是把图五和图六这些无限多的图形全部加起来所得的结果。何以会有图五和…
《量子力学与心灵的探讨(陈俊霖)》全文未完,请进入下页继续阅读…