文：黄乐仪老师
人类近400多年来的科学发展一直建构在经典物理世界的“确定性”特点，遵循 “要不你就论证它，要不你就推翻它” 的经典物理规律，量子力学的崛起却打破了此窠臼，量子物理从不遵循经典世界原理，量子世界什么都是概率的，状态概率、规律概率、轨道概率……站立在经典世界的科学家没有办法理解量子世界为什么是概率性的？在量子物理发展初期，很少人有把握谈论量子力学、为什么量子物理跟我们的经典世界完全不同？诺贝尔物理奖得主理查德·费曼（Richard Feynman）在大学任教时就曾对他的学生说：“你们学量子力学，只要搞清楚量子力学允许你做什么，你去做就行了，你不要问为什么，因为你一问就错了！没有人会告诉你为什么，因为谁也说不清楚。”
量子力学为人类带来半个世纪的科技昌明，科学家从量子物理的能带理论研发晶体管与芯片，再运用到电脑与智能手机；我们探讨光子和物质的相互作用，研究受激辐射、激光的产生，开发能源与核聚变等新生产力，奇妙的量子世界将引领人类步入21世纪的量子信息时代。
多年前，与就读新加坡国立大学电脑科学（computer science）的老朋友会面，聊起近代科学发展趋势，听其侃侃而谈量子力学的前沿发展、费曼的反物质猜想，深感震撼。从狄拉克的数学假设，直到实验室里真正制造出了反氢原子等反物质粒子，人类验证了反物质在宇宙中的真实存在。尔后，费曼由麦克斯韦方程推导出反物质不过是在时间中逆行，即从未来向过去前进的正物质。
“可以想像宇宙里存在一个反物质构成的你，有一天和三维度空间的你相逢了，你们激动地伸手深情相握，却在接触的一霎间灰飞烟灭，并释放出比氢弹爆炸还巨大的能量。”这一想象至今仍使我着迷。
费曼向我们揭示：世间万事万物，大至星系小到原子，都只不过是同一个电子在时间轴上正行逆行了无数次的分身而已。组成宇宙万物的无穷多电子，都是一模一样的，不存在任何差异的，它从大爆炸开始，在时间轴上正向前进，直到宇宙末日又掉头逆行，逆行到宇宙诞生之初。超越光速与三维空间，过去、现在、未来同时存在；过去心不可得、现在心不可得、未来心不可得。
从经典物理角度而言，过往在我们所感知到的宇宙中，我们只能直接影响自己所能触及的物体，因此这个世界似乎是定域的（locality）。量子力学却表现出可以超距发挥作用的非定域性（nonlocality）效应——量子
纠缠。通过此效应，两个粒子的行为无需介质即可保持同步，这种非定域的作用不仅违反直觉，且动摇了爱因斯坦的狭义相对论（special relativity），撼动20世纪物理学基础!
想象当你在此挥出一拳，直接打爆另一个远在国外朋友的鼻子，且不惊动一草一木，这种“隔山打牛”的功夫，正是量子纠缠带来的不可思议之处。在经典世界，时间就像是一个箭头，只往前移动；但在量子世界，时间却是一个双箭头，瞬间移动、平行宇宙、回到过去……目前人类科技看似匪夷所思的奇迹，未来却可能是老少皆知、人们习以为常的量子现象。诚如美国华盛顿大学卡特·穆奇教授所言：“现在尚不清楚在由无数粒子构成的现实世界，时间为何只往前移动、熵始终处于增长之中。很多科学家投入研究这个问题，我认为人类或可在几年后揭开这个谜团。”
5月29日（星期日）晚间7时至9时30分，满怀期待踏入由张为民教授主持的夜谈会场，洗耳聆听“物质的量子结构与生命科学”，企图探讨量子物理与生命科学的奥秘。
张教授从不久前人机围棋大战，人工智能Alpha Go以4比1战胜曾赢得18个世界冠军的世界顶尖围棋高手李世石的震撼新闻切入，引导大家探讨人性与人工智能发展的关系:何谓人性？人的头脑遵循什么物理规则？神经传导如何传导、如何运作？他说，科学发展迄今，我们对自己的了解很少，近年许多科学家开始研究头脑是怎样构成、如何运作的？欲深入探讨人类与脑精神相关的疾病，如：老年痴呆、癌症等。了解脑神经传导如何运作，有助于治疗人类记忆的衰减。
“安眠药遵循神经传导中断思考的科学原理，但是科学家逐渐发现：人脑能够产生抗药性，新的安眠药不断推陈出新，精神疾病没有减低，反而不断增加新病情，可见我们对神经传导并没有真正了解！”
他说，未来是机器智能和人类智慧共存的时代，面对人工智能，人类大可不必惊慌。人工智能系统还很大程度上依赖于特征提取和训练方式，在很多信息不完全的领域还是一筹莫展。机器从来没有真正打败人，所谓“打败”只是表面，因为机器终究按照人类所设计的物理原理运作。也许未来人工智能将会在左脑的领域超越人类，但面对人类的灵性、感情和情绪，人工智能还是鞭长莫及。在不久的将来，相信人类智慧将会和人工智能分工协作，取长补短。
他强调，物理学对人类发展的影响深远，所有高科技产品的研发，背后都由物理原理支撑。人类将过去300多年物理的发展原理用尽，但最终仍然最不了解人类自身。许多伟大的科学家走到最后都会回归探讨人类自身，费曼晚年努力研究人的头脑是怎么运作的？我们为什么会有思想？走到最后，我们发现现存的所有科学都不能理解、解决的问题就是人的问题。
接着，张教授为大家简单介绍过去400年人类的物理学发展。过去的物理学奠基于力（Force），从牛顿力学走向古典力学；现在的物理学强调能量（Energy），自爱因斯坦提出能量的转换发展动力学；未来迈入量子世纪，人类研究量子（Quantum physics），企图以量子物理思考世界。
“量子力学无处不在，一切不可确定的就是量子力学，它包含各种各样的东西。量子虽无法直接看到、被测量，但是它告诉你在哪里找得到。”
张教授亦援引了杨振宁教授的相位不变性、波函数和薛定谔方程等，论证反物质与真空不空。他说，上个世纪玻尔兹曼（Boltzmann）提出了著名的熵公式（Entropy），深深启发人类思考生命究竟是什么？自然界所有物质都会走一条消耗能量最小的路线，生命是以负熵为食，我们从外界不断地汲取负熵，以抵消生命运作过程中不得不产生的熵增。
在会上和教授探讨生命课题：一个生命，活着时总是保持高度有序的状态，各个器官、细胞运作井井有条，不会立即达到类似热力学平衡的不再活动状态；一旦死去，很快趋于热平衡状态，变成一片死寂、无序的物质。科学家用量子力学解释人体濒死体验是一种大脑微管内量子引力效应的死而复生；我们的身体死亡后意识不会消失，大脑微管的量子信息离开身体进入宇宙，意识存在于时空的拘束之外，是非定域性的。一些科学家相信存在多重宇宙，在一个宇宙里身体死亡后，意识会转移到另一个宇宙继续存在。张教授对此不置可否，他说，量子领导未来各个领域的研究，念力科技也是未来物理学界探讨的方向。一些人认为“科学就是存在，不存在就不能说成科学！”但，许多“科学”的理论其实都只是在极其有限的领域和极其有限的时间空间维度内具有意义，过去很多科学观点，包括哥伦布、牛顿等大科学家的论断已被许多研究证明不适用。科学就是用科学技术的方法去求证未知领域事物的一种学科，若我们完全迷在过去的认知中而不愿去探求更多的东西，那么我们永远也发现不了更大的世界。
交流环节，现场的学生不断缠绕于企图用经典物理原理解释量子力学，如蝶捕风追影，满树叶自摇曳风似醉。仓促时间装载不下量子力学的浩瀚信息，短暂的夜谈我们来不及深入探讨位形空间（configuration space）、弦理论（string theory）等，更无法就主题“物质的量子结构与生命科学” 深究。也许诚如张教授所言，此次到会仅期待能够抛砖引玉，成功引起在座青年对未来科学发展的兴趣、点燃他们更进一步探究新知的学习欲望已足矣。我们期盼明日大师演讲环节，大家再进一步探讨“量子科技的新纪元”。
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