量子力學(xué)證明了靈魂的存在嗎？

作者 | 張昊（大阪大學(xué)助理教授）

說量子力學(xué)證明靈魂存在，是對人類智慧的莫大污蔑。

從古到今，在各種文化以及宗教中，都有關(guān)于人死后去了哪里的討論。各種靈異、浪漫乃至恐怖的說法背后，結(jié)論都是靈魂存在，肉體可以消亡，但是靈魂卻能夠永續(xù)。雖然靈魂無法被證實(shí)，但也很難被證偽，一個(gè)人內(nèi)心篤定靈魂存在，無論他人如何勸說，也必定很難改變他的既有觀念。

如果不是從小就接受系統(tǒng)性的無神論思想和科學(xué)方法論教育，多數(shù)人對靈魂都會抱有謹(jǐn)慎相信或者謹(jǐn)慎否定的態(tài)度。在宗教傳統(tǒng)較為深遠(yuǎn)的國家，完全否定靈魂存在的無神論唯物主義者不敢說是鳳毛麟角也絕對談不上是隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷更新著人類知識的邊界，科學(xué)研究的內(nèi)容和領(lǐng)域在普通人看來與日常生活距離不小。這樣的社會現(xiàn)實(shí)給了很多偽科學(xué)說法相當(dāng)大的生存空間，“量子力學(xué)證明靈魂存在”就是這其中的典型代表。

這一說法套用了量子力學(xué)中“波粒二象性”的基本概念，假設(shè)人的身體是“粒子”，人的靈魂是“波”，實(shí)體與靈魂或交織、或分離，所以符合波粒二象性的物理原理。當(dāng)然這種觀點(diǎn)純屬無稽之談，是一種將非科學(xué)觀念附會于普通人不太了解的科學(xué)術(shù)語之上的經(jīng)典偽科學(xué)套路。為了不“糟蹋”科學(xué)，我們很有必要普及一下量子力學(xué)的基本知識。

自從二十世紀(jì)以來，物理學(xué)兩大新理論——量子論和相對論，從理論到實(shí)際應(yīng)用，已經(jīng)影響到我們生活的方方面面，從衛(wèi)星導(dǎo)航到納米材料，幾乎都離不開這兩大理論。整個(gè)現(xiàn)代物理學(xué)的大廈，就是建立在量子論和相對論的基礎(chǔ)之上，二者也成為了高科技的代名詞。如果說相對論幾乎是以愛因斯坦一己之力建立起來的話，那么，量子論或者說量子力學(xué)則是集合了全世界最聰明的一群人所建立起來的物理學(xué)理論，其中也包括愛因斯坦。

量子力學(xué)的核心觀念對于我們的常識以及直觀感覺都是一種顛覆，因此從誕生之初道路就不平坦，創(chuàng)立者內(nèi)部關(guān)于量子力學(xué)的認(rèn)識也不盡統(tǒng)一，論爭持續(xù)了數(shù)十年。一百多年來，先后有許多科學(xué)家提出各種思想實(shí)驗(yàn)以及可觀測實(shí)驗(yàn)，試圖解釋或者推翻量子力學(xué)。在這樣的磕磕絆絆中，量子力學(xué)已經(jīng)伴隨人類走過了一百多年。

量子力學(xué)一開始就與“光、電子以及原子”密不可分，而這些粒子，與人類一直苦苦追求的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的“基本單元”有很大關(guān)系。拋開這些復(fù)雜的物理學(xué)史以及理論不談，我們從量子力學(xué)最根本的問題——“測量”出發(fā)，直擊量子力學(xué)的本質(zhì)。

斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電子自旋，是經(jīng)典的量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)。電子自旋由洛倫茲的學(xué)生烏倫貝克和高斯密特為了解決堿金屬原子光譜的雙線結(jié)構(gòu)和反常塞曼效應(yīng)而提出，這一發(fā)現(xiàn)本應(yīng)該得諾貝爾物理學(xué)獎的，但不知什么原因沒得，可能評委會的人覺得這么重要的發(fā)現(xiàn)早就已經(jīng)得過了，所以就沒讓他們得“第二次”，這可以說是遺憾吧。斯特恩和蓋拉赫兩人通過讓高溫熔爐發(fā)射出的銀原子經(jīng)過非均勻磁場，觀察到銀原子劈裂為兩束，證實(shí)了電子自旋的存在。根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)，銀原子在承接屏上應(yīng)該是連續(xù)的帶，而非劈裂為兩個(gè)斑，只有用電子自旋才能解釋這種現(xiàn)象。對斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，就得到了級聯(lián)斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)。

不確定原理或叫測不準(zhǔn)原理，由海森堡提出的不確定關(guān)系發(fā)展而來，不確定關(guān)系講的是“不可能同時(shí)精確測量位置和動量”，光的單縫衍射其實(shí)可以有不確定關(guān)系很好的解釋，光子通過狹縫，狹縫的寬度代表了光子位置的精確度，而衍射條紋的寬度代表了動量的不確定度，當(dāng)狹縫逐漸變窄也就是光子位置越來越精確的時(shí)候，衍射條紋卻越來越寬即光子的動量越來越不確定。測不準(zhǔn)原理在科學(xué)測量中具有深遠(yuǎn)的意義。它讓人們意識到對任何物理量的測量，其精密程度都存在一個(gè)限度。在量子力學(xué)出現(xiàn)以前，人們總是找不到一個(gè)理論來解釋為什么不可能無限精確地提高我們的實(shí)驗(yàn)精度。而波粒二象性和不確定關(guān)系給出了測量精度的基本限度。這與經(jīng)典力學(xué)中的觀念極其不同，具有革命性的意義。

測量的問題除了測量的準(zhǔn)確性以外，還有一個(gè)問題：就是測量能不能真實(shí)反映客觀實(shí)在。這涉及到EPR佯謬以及量子力學(xué)的哥本哈根詮釋。限于篇幅，我們只把主流的結(jié)論和觀點(diǎn)敘述一下：量子系統(tǒng)的存在是糾纏態(tài)，測量導(dǎo)致塌縮到本征態(tài)，也就是任何測量都會不可避免地影響到客觀實(shí)體本身。

我們得到的關(guān)于量子系統(tǒng)的唯一信息來自于正在被測量的系統(tǒng)總會產(chǎn)生作用的這些測量當(dāng)中。所以把這些物理特性歸于一個(gè)孤立的量子系統(tǒng)是沒有意義的，因?yàn)槲覀冇肋h(yuǎn)不知道它們是什么，除非我們?nèi)y量，而測量不可避免地會影響到孤立的存在。真正的物理特性只有當(dāng)微觀客體的相關(guān)系統(tǒng)與測量裝置結(jié)合起來才能被獲得。

當(dāng)然，對此觀點(diǎn)有相當(dāng)?shù)姆磳φ撸钪囊獢?shù)愛因斯坦，并聯(lián)合波多爾斯基和羅森提出了EPR實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是利用產(chǎn)生的具有垂直偏振方向的光子對，當(dāng)它們分開之后，我們對其中一個(gè)進(jìn)行測量，就會在不影響另外一個(gè)光子的情況下得到它的偏振信息。

這是愛因斯坦一直堅(jiān)信的，即存在一個(gè)“絕對客觀”的世界，我們在不影響它的情況下可以獲得它的物理信息。而玻爾堅(jiān)持應(yīng)該拋棄這樣一種“絕對”觀念，他指出，EPR實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于在光子對產(chǎn)生之時(shí)，它們就成為一個(gè)量子系統(tǒng)，即使分開以后，對其中一個(gè)光子的測量，影響地是整個(gè)光子對系統(tǒng)，所以，不存在不影響另外一個(gè)光子而測到它的偏振信息，這就是量子系統(tǒng)的非定域性。

關(guān)于此問題，還有薛定諤的貓態(tài)、貝爾定理以及貝爾實(shí)驗(yàn)等一系列著名科學(xué)思想和實(shí)驗(yàn)。最近中國科學(xué)院院士 潘建偉 及其課題組實(shí)現(xiàn)的十光子干涉的“量子純態(tài)”以及量子通信，都與此有著緊密的關(guān)系。正因?yàn)榱孔恿W(xué)如此違反直覺，才有那么多科學(xué)家前仆后繼設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)區(qū)驗(yàn)證它或者想要推翻它。從量子力學(xué)產(chǎn)生到現(xiàn)在，無數(shù)實(shí)驗(yàn)證明了量子力學(xué)的正確性。這就是科學(xué)，科學(xué)并不只是觀念上的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

上述的科學(xué)成就不過是量子力學(xué)百余年發(fā)展史上的精粹，相信沒有受到過專業(yè)訓(xùn)練的讀者幾乎無法理解敘述的內(nèi)容，畢竟這是過去一百多年里人類最聰明的幾百個(gè)大腦究其一生的研究成果。而那些所謂用量子力學(xué)證明靈魂存在的人，他們沒有為厘清量子力學(xué)和靈魂的關(guān)系而做出任何實(shí)質(zhì)性的努力，被他們的說辭蠱惑的人們簡直是愧對建立量子力學(xué)理論的諸位先賢。

引力波是愛因斯坦的 廣義相對論 在一百多年前預(yù)言的，有人相信有人不相信，但是，大家為了證實(shí)或者證偽，都設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)去探測它，經(jīng)過七十多年的努力，終于探測到了，這才是做科學(xué)的態(tài)度。如果靈魂支持者認(rèn)為靈魂是一種波或者是一種別的物質(zhì)，那么就去設(shè)計(jì)探測器想方設(shè)法探測到它，而不僅僅是用科學(xué)的概念去牽強(qiáng)地裝裱自己認(rèn)定的結(jié)論。

量子力學(xué)不僅是實(shí)驗(yàn)的，也是理論的。現(xiàn)代物理理論不能被大眾廣泛的接受主要原因之一是復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式和邏輯，這也是科學(xué)的另外一個(gè)特點(diǎn)：嚴(yán)密的邏輯。而靈魂鼓吹手們多數(shù)缺乏嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和嚴(yán)密的邏輯思維，如果沒有嚴(yán)密的邏輯，那這一觀點(diǎn)和信口開河有什么分別？他們大多時(shí)候不能夠自圓其說，在需要的時(shí)候借用某一概念，當(dāng)不需要的時(shí)候又棄之不顧。

還有人鼓吹量子力學(xué)與各種神學(xué)的關(guān)系，借此來證明某些神的存在。而筆者認(rèn)為，神本來就是在人類蒙昧?xí)r期由于對自然的不了解和敬畏而設(shè)計(jì)出來的帶有人的色彩的一種觀念上的偶像。現(xiàn)代量子理論寫進(jìn)教科書的觀點(diǎn)，每一種都經(jīng)過數(shù)不清的考驗(yàn)。換句話說，自然就是最高的神，自然就是最高的準(zhǔn)則，包括我們設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，雖然是人為設(shè)計(jì)的，但也不可能違背自然定律。據(jù)說當(dāng)愛因斯坦說“上帝不擲骰子”時(shí)，玻爾的回答是“不要告訴上帝該做什么！”盡管這件事情的準(zhǔn)確度有待考證，但是誰說玻爾說得不對呢？