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物理学研究需警惕唯心主义的“魅惑”《今日中国》杂志2016年三月两会特刊(科技栏目)文章

物理学研究需警惕唯心主义的“魅惑”

文/北京快三网站站长?? 吴东敏

在物理学领域,超距作用是物理学史上出现的关于作用力及传递媒介的一种观点。这一观点认为,相隔一定距离的两个物体之间存在着直接,瞬时的相互作用,不需要任何媒质传递,也不需要任何传递时间。与之相对立的观点被称为近距作用或接触作用。

量子纠缠描述的是两个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。

这几种观点自诞生以来,一直存在着此消彼长的相互博弈。

近代物理学400多年以来,从主流观点来看几乎所有的物理学家都认为,物质之间力的作用方式只能是近距作用,不可能是超距作用。

近代科学始祖笛卡尔提出的太阳系起源的“漩涡说”,曾经是17世纪最有权威的宇宙论。他认为宇宙空间中的物体不存在“超距作用”,并最早将亚里士多德的“以太”观念引入到科学里来,作为中间媒质传递力的作用,解释磁力和月球对潮汐的作用力。

早在牛顿以前,当时的大多数自然哲学家也都认为超距作用带有神秘色彩,而更倾向于近距作用观点。

1686年,牛顿提出万有引力定律,表达了天体之间或粒子之间的引力关系,但并未解释引力的传递过程和作用时间。从牛顿力学的观点,超距作用可以视为一种现象,也就是说牛顿的引力定律某种程度上支持超距作用观点,但牛顿本人并不认为引力是超距的,他相信以太的存在。只是由于人们没有找到以太存在的证据,以太模型也都存在缺陷,所以,牛顿的弟子认为以太并不存在,天体之间的引力是超距作用,可以认为是比光速快得多的瞬时作用。因此,把引力作用中的“超距”信条归之于牛顿是不正确的,而应归之于其学生。

1837年,法拉第提出电场,磁场的概念,用电力线,磁力线来表达电磁相互作用,用“场”的概念取代以太和用电磁以太来表达物质的近距作用。之后,麦克斯韦用偏微分方程组来描述电场,磁场及其性质,被很多物理学家视为经典电磁场理论而接受。这些研究促进了超距作用的衰落和近距作用的确认。再后来,爱因斯坦沿着麦克斯韦的思路,修改了牛顿的万有引力概念,也用“场”的概念和引力场偏微分方程来表达引力,用引力场取代笛卡尔的以太,物理学家们同样接受。而他认为真空中光速是一切物理作业传播速度的极限,也就排除了瞬时超距作用的可能性。

可以看出,这些物理学家的共同观点是:用物质(以太或场)的近距作用形式来传递相互作用,而不相信物质之间存在超距作用。

爱因斯坦引力场方程是条难解的二阶非线性偏微分方程,它的两个近似解史瓦西解和克尔解都把爱因斯坦时空导入奇点。对此,霍金在其名著《时间简史》中说道:“经典广义相对论由于预言无限大密度的点而预示了自身的垮台。”虽然霍金对大爆炸理论的修正,及黑洞引力效应,面积定理,无毛定理,量子效应等理论的建立做出了决定性贡献,但他本人并不相信广义相对论和大爆炸理论,也不相信自己的黑洞理论,这也是他把虫洞和时间旅行等科学幻想也写进了他的书中的原因。只是20世纪20年代以后,爱因斯坦是世界物理学权威,像霍金这样的身份地位怎敢触碰广义相对论这条红线,因此在表达自己观点的时候他都比较隐晦,而许多教授学者甚至霍金身边的弟子都没有读懂霍金的《时间简史》,不理解霍金的真正灵魂。

其实,从20世纪70年代起,霍金投入到“量子引力”理论研究之中,他认为,天体之间的引力作用是通过被称为“引力子”的虚粒子的不断交换来实现,这种引力子非常奇妙,它没有质量,天体会连续不断地发射引力子传递引力作用,使天体互相吸引。

现代高能粒子物理学认为,宇宙中的一切结构皆由62种“费米子”和“玻色子”构成,其中由13种被称为自旋分别为0,1,2的“玻色子”传递力的作用,引力子是玻色子的一种。还有传递电磁力的玻色子“光子”,传递弱力的三个重矢量玻色子,传递强核力的8个“胶子”,这表明天体之间的引力作用,原子核与电子之间的电磁作用,核子之间的强作用,核子内部的弱作用,都是近距作用,它们两者之间并不是一无所有或空无一切的超距作用。

显然,近距作用是近代和现代物理学界中物体与物质粒子相互作用的主流观点。近距作用与超距作用两种不同观念是区别唯物主义与唯心主义的分水岭与试金石。支持近距作用观点是近代400年从哥白尼,伽利略,笛卡尔,牛顿,胡克,库伦,惠更斯,法拉第,麦克斯韦,赫兹,开普勒,普朗克,爱因斯坦,霍金等几乎所有物理学家的共识,是数千年人类文明从神学走向科学的重要标志。

当然,自然科学发展总是在艰难曲折中不断前进的,“量子纠缠”观点的产生,发展就是其表现之一。

20世纪初,德国物理学家普朗克在黑体辐射实验中发现能量与频率成正比关系E=hf,显示了h成为最小能量单位,被称为最小“能量子”或“量子”,频率f的数值是自然数列,所以,能量是一份一份像粒子,能量是不连续的。普朗克自己都无法相信这个“量子”观念,然而这个设想与实验结果却十分相符。后来,爱因斯坦提出“光子”概念,其实,光量子才是量子力学的基石,逐渐发展成为一门真正的科学——量子力学。对于量子力学基本原理的诠释理解在科学界始终存在不同的观点。1935年,“量子纠缠”观念被爱因斯坦-波多斯基-罗森桥(爱·波·罗或EBR)等三人作为一个悖论的质问提出,被作者称为“鬼魅般的超距作用”。爱因斯坦咒骂超距作用为鬼魅作用,是因为人们认识宇宙问题的思想方法牵涉到是否符合哲学和逻辑学定律定理等重大问题。爱因斯坦“上帝不掷骰子”的决定论量子力学与波尔的概率论量子力学之间产生了严重分歧。海森堡的“不确定性原理”是世界上不可回避的基本原理,对于粒子的位置与速度不能同时被精确观测到,遵守统计规律的概率论量子力学才与实验现实相符。尽管如此,持续了20多年的爱因斯坦波尔之争,爱因斯坦至死坚持不相信量子力学是完备的科学。由此可见,对于不能直接观测到的微观世界现象的规律是不能用一两个,三五个实验就能够证明而使人信服的,宇宙的复杂程度是人们难以想象的。爱因斯坦如此执着和自信是基于他对唯物主义哲学的信任。在小的局域范围内,量子之间的纠缠或相互作用,可能有人们未知的物质在传递力的作用。非局域大距离的量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在瞬时的强关联,它们之间无须任何媒质,那也是绝对不可能的。

20世纪下半叶起,西方物理学在发展中渗透进了更多的唯心主义设想,可能把物理学研究引向歧路。重新提出“量子纠缠”与“超距作用”就是其中一个例子。中国科技大学常务副校长,中国科学院院士潘建伟日前主持的“量子隐形传态项目组”于2013年测出,量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级(10000倍以上)。他们宣称量子纠缠的实在性,非局域性,隐变量以及测量等量子力学问题在量子计算和量子通信研究中起重要作用。对此,我感到十分震惊,有以下疑问和建议:

1,为了消除学者的误会,潘院士可先说明一下本项目中的量子概念指的是“粒子”还是“波”;

2,电子,离子,核子是能量子,算不算本项目中的量子?电子计算机与量子计算机有什么不同?

3,本项目中相互纠缠的量子是光子,电子,原子还是其它粒子?

4,对纠缠量子的制备和纠缠效应的测量是本项目的重要部分,应向社会公布量子纠缠原理的实验设备,实验仪器,实验器材,实验程序和实验报告,也便于广大科学研究者,科学爱好者对本项目的实验结果,包括“量子纠缠”及“超距作用”等问题深入了解,提出质疑;

5,量子纠缠的传输速度比光速快10000倍,是如何测算出来的,可靠吗?

6,所谓的两个或多个量子系统之间的量子纠缠极有可能是一种无线遥控装置,它可能工作在微波,远红外或近红外,可见光波段范围内某个未开发的区域之中,虽然隐秘性很好,但不可能是超距作用。另外,测出来的传输速度比光速快10000倍,由于传输距离,所需时间如此之短,可能在皮秒,飞秒数量级,如果仪器工作在某非线性区域,会产生差之毫厘谬以千里的后果,如再加上计算方法一旦有误,测算结果会严重失真。超光速问题是敏感问题,是不能随便下结论的,须十分谨慎。

7,近距作用长期是学术主流,爱因斯坦-波多斯基-罗森桥思想实验提出的EBR悖论被广为接受,潘院士研究团队的研究理论和结果与之显然有出入,孰是孰非,是科学界十分重大的事件。建议中国科学院拿出必要的实验研究经费或在某科委科协主持下召集科学工作者组成项目组,制作必要的设施,直观清晰地验证“量子隐形传态研究项目组”的量子纠缠效应和超距作用实验的真实性,科学性;

8,从正反两个方面进行科研项目的研究可提高研究效率,促进和加快研究步伐,可更有效地防止研究误入歧途,可相对节省科研经费,另外,本项目是极为重大的项目,不管结果如何,只要做好能说明问题的实验,都是对人类科学的重大贡献。

怀疑批判精神是科学永葆青春的必要动力。请原谅我对“量子隐形传态项目”提出的“挑战”,追求真理是科学工作者人生的最大愿望。

 

《今日中国》杂志2016年03月两会特刊科技栏目第52-54页发表上述文章(图片从略)。