我讀 «一小時科普量子力學» – 下

6. 量子隱形傳態 (quantum teleportation)

它的原理是這樣. Alice 有一個量子態不知的微觀粒子 A 要傳給 Bob. Alice 和 Bob 手中各一個糾纏量子對 E1, E2. 因為 E1 和 E2 糾纏, 所以 E1 改變, E2 就會改變. 兩者之間有量子通道的存在. Alice 將粒子 A 和 E1 做某種測量, 因為 E1 被測過之後就改變了, 所以 E2 也就跟著變. 術語是 E2 塌縮到一個特定的量子態. OK, 那干 A 底事呢? A 是我們要傳遞的東西, 到現在都還沒有傳出去…

沒問題, Alice 通過古典通道, 把他量測的結果也告訴 Bob, Bob 根據這個數據, 和塌縮的 E2 反推出 A 粒子的量子態. 這樣我們完全沒有傳送 A 粒子, 但是可以重現 A 粒子. 而 Alice 和 Bob 從頭到尾都不知道 A 粒子的量子態, 所以稱為隱形傳態.

這聽起來怪的地方是古典通道的 cost 會不會高到比量子通道更高? 還有這樣的糾纏真的能實現嗎? 如果 Google 簡體中文的新聞, 大陸已經實現了 6 光子隱形傳態, 在 45 個小時中保持 98% 的量子干涉 (糾纏態) [3].

為了怕大陸新聞是大外宣, 我們來看看英文的 [4]. Zeilinger 的團隊以一光子跨過 143 公里傳遞, 有平均 0.863 的正確率 (The teleportation fidelity). 如果沒有量子糾纏, 瞎猜沒辦法達到這種水準. 可見得量子隱形傳態雛型已經有了, 只是正確性還不夠. 能傳出的量子個數也還太少.

7.  Others

這本書有很多名人故事, 也有厲害的數學. 在這些名人故事中, 我覺得最遺憾的是有 93 年中華民國國籍的楊振寧, 在 2015 年入籍中國. 不過老共的量子電腦都上太空了, 我們物理研發環境確實沒得比. 新聞說鴻海在發展離子阱, 希望他們有所突破.

書中公式密集的地方大家可以跳過.  量子力學的數學模式, 本書介紹過: 1925 年海森堡矩陣力學, 1926 年薛丁格波動方程式, 1948 年費曼路徑積分, 以及和它們和等效的狄拉克 q 數形式, 至少四種. 基本上除了路徑積分之外, 都無法和相對論結合. 故路徑積分的數學篇幅較多. 在 7.3 節 “相對論性量子力學" (P.201~), 介紹的就是與相對論有關的公式和計算. 

8. 附錄: 對稱和守恆.

(1) 空間平移對稱:動能守恆

(2) 空間旋轉對稱: 角動量守恆

(3) 時間平移對稱:能量守恆

無論在巨觀的古典力學或是微觀的量子力學, 這三者都依然守恆. 守恆和對稱看起來都是應該是"天經地義".  但是弱交互作用力 [2] 下, 宇稱卻不守恆 (parity nonconservation)[1]. 鈷 60 原子核的左旋或右旋, 在幾乎絕對零度下, 發射出的電子數量大不同. 

當初包立從 β 衰變出的電子有固定能量, 而推論出微中子 (大陸叫中微子) 的存在. 結果上帝居然不搞平等, 只要左旋右旋就可以造成電荷不同, 叫他一時難以接受, 不過他最後還是接受了啦, 還幫 “宇稱女士" 寫了死亡證明書 [5]. 楊政寧和李振道便以這個不守恆得諾貝爾獎. 做出實驗證明這個假說的吳健雄則摃龜…

9. 結語

看看本書中的諾貝爾獎小故事, 貢獻很大卻錯失獎項的人很多. A 貢獻比 B 大, 結果 B 獲獎的狀況也有. 愛因斯坦應該得十次只得一次. 田中耕一無心把別人認為不可能的東西做出來, 拿去申請專利, 而意外得到諾貝爾獎, 更是前幾年大家津津樂道的趣聞.  

基本上數學不好的人沒辦法深入欣賞量子力學, 但是看到物理學家努力解讀這個世界的故事, 還是覺得挺有趣的. 即使是愛因斯坦這麼聰明的人, 至死也想不出能統一廣義相對論和量子力學的數學架構. 我想一般人若不是要創立新教當教主, 抓住量子物理其中片面的解讀, 就想要建立一套新的宇宙觀, 恐怕是沒有必要.  我們可以接受不完美, 就像接受宇稱不對稱一樣. 知道多少就是多少.

最後附上兩大學術理論相矛盾之處:

  廣義相對論 量子力學
基本差異 定域 非定域
時空 4 維平等 4 維 + 自旋

時間一階導數

空間二階導數

引力 算得準 必須要測不準原理

[Notr]

  1. 宇稱不守恆
  2. 弱交互作用力
  3. http://scitech.people.com.cn/BIG5/n1/2020/1221/c1007-31972908.html
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_teleportation
  5. https://kknews.cc/zh-tw/science/yb4n5ag.html

我讀 «一小時科普量子力學» – 上

本來以為我的量子力學粗淺地瞭解到一個程度就要往前走了, 但是看到這本書, 還是讓我停留了下來. 畢竟 “一小時" 我有. 當然, 作者是騙人的. 他說的是 “一小時起", 跟百貨公司一折起的意思一樣.

這本書的作者朱梓忠博士是廈門大學物理系教授. 原著應該是以簡體字發表. 因為沒有寫譯者是誰, 推測是電腦自動翻譯, 所以翻錯的地方也不算少. 我在後面放了一個勘誤表. 基本上繁簡翻譯錯誤, 大家一看就知, 不影響閱讀.

  1. 量子誕生

量子起源於對液態鋼的觀察, 當時的主要工業就煉鋼. 熟練的工人以鋼水的顏色來判斷此時的溫度. 因此科學家認為溫度和顏色應該要有一個關係.  學術上叫做黑體輻射, 不吸收不穿透只反射物體叫做黑體. 後來兩組科學家推導出的公式, 一個只適合短波, 一個只適合長波. 普郎克湊出一個公式可以同時解釋長波和短波, 但是還沒有足夠理論基礎.

Planck

普朗克公式:

Planck-EQ-768x297

這公式說明能量是一份一份的 (微分), 而不是連續的. 自此才產生 “量子" 的觀念.  過去大家都認為連續才是正常 (類比也比數位先接受吧). 普郎克論文發表日的 1900/12/14 被追溯為量子誕生日.

量子的觀念一時還不能被大家接受, 也不知道有什麼用? 愛因斯坦首先用量子的觀念解釋 “光電效應", 說明如果光的頻率不對, 不管多強都無法打出電子. 這個解說證明一切跟頻率有關, 他也因此獲得諾貝爾物理學獎 (相對論沒有得獎).

S-eq

2. 原子模型

最初 Rutherford 原子模型: 按照萬有引力模式, 電子繞原子核有如行星繞太陽 –> 但電子繞圈將產生磁場, 發出電磁波–> 按照 Maxwell Equation, 電子在 10-10 秒 能量就耗盡, 應該要失去能量掉入電子核 .

波耳修改模型為不同軌道有不同能階, 跳躍才需要能量 –> 包立修改模型為每個能階只能裝得下固定數量的電子 (包立不相容定理) –>  後來發現比電子更小的粒子, 費米子的自旋為半整數, 依然符合包立不相容定理. 玻色子自旋是整數, 但不符合包立不相容定理, 可以群聚在同一狀態.

β 衰變時 (亦即原子放出電子), 離開的電子應該根據當初所在的位階有不同能量, 但實際量測到的能量固定 (更完整地說是能量、動量以及自旋角動量守恆), 觀察的方法不是測量而是看光譜的連續性. 包立於是推論有中微子 (台灣翻譯為微中子) 的存在, 不管失去的電子在哪個位階, 都有對應的微中子跟著離開 (1932 年). 當初只是一個假設, 還因為後來中子被發現 (1932 年), 兩者撞名. 包立這款中子被改命名為微中子.

書上提到包立有很多小故事, 說明他微人也跟別人不相容, 非常好看 (P.137~P.142). WIKI 也有寫一點 [8]. 因為他非常天才又能把人批評到沒信心, 提出自旋理論的克羅尼格因此放棄研究, 最後與諾貝爾獎失之交臂.

3. 波粒二相性

楊氏雙縫實驗 (光子) –> 電子也可以重現這個實驗 –> 一顆光子也可以通過雙縫 –> 一顆電子也可以通過雙縫 –> 更大的粒子也可以同時通過雙縫 –> 如何既是波又是粒子? 德布羅意提出物質波的概念, 物質的能量即是波的能量.

Double-slit.svg_

3. 量子力學

海森堡為量子建立矩陣運算的基礎, 產生量子力學 (1925/7/29). 與海森堡的路徑不同, 薛丁格由物質波出發, 建立波動方程式 (薛丁格方程式) – 有定態, 非定態兩種表示法. 非定態公式包含時間因素 [1]. 薛丁格的公式比海森堡的公式好用. 當然還有其他人想出等效的表達方式 [2], 不過現在都以薛丁格的公式為主, 並且它是量子力學中的公設.

薛丁格的公式既然是公設, 它無法被證明. –> 玻恩以機率解釋薛丁格的波函數:

量子在空間中存在任何一點的機率是一樣的, 但是散射後出現在某一方向的機率正比於波函數的平方. 也就是雖然隨機但是有規律 (模方才有機率). 

換言之, 玻恩的解釋完備了薛丁格方程式. 電子雖然是波, 但是它不像電磁波這樣會往外擴散, 而是它數學上表現得像波. 有人開玩笑說玻恩就憑這個註解拿到諾貝爾獎. 書上有解釋人家貢獻很多, 薛丁格得獎時就認為獎應該頒給玻恩, 結果玻恩本人 72 歲才拿到這個獎.

另一方面愛因斯坦相信一個完整的理論系統不應該有機率這個東西存在, 他留下 “上帝是不擲骰子的" 這種名言. “I, at any rate, am convinced that He (God) does not throw dice" (P.243). 愛因斯坦身為量子力學先驅, 認為一定是還有東西為解決 (隱變量), 才會發生機率性.

故他在第六次索爾維會議[3] 上以 “光子箱" 回馬槍挑戰 “測不準原理" 的基本教義. 據說波耳(哥本哈根學派領袖) 當場呆若木雞, 第二天才又找出一個 “光子箱" 測不準的地方辯論獲勝. 但書上也提到一則軼聞, 說波耳在過世前一天都還在黑板上研究 “光子箱", 表示他還是很擔心萬一測得準要怎麼辦?  (p.122).

愛因斯坦找不到的隱變量, 其他人也沒找到. 貝爾[5]就是其中之一, 他努力的結果就是證明量子理論要成立必須綁定 “非定域性", 若違反他的貝爾不等式[9], 就可以證明有量子糾纏. 後續的人就靠著這個數學基礎證明真的有量子糾纏的存在.

貝爾不等式為:|Pxz-Pzy|≤1+Pxy

其中,Ax為正的意思為在x軸上觀察到A量子的自旋態為正,而Pxz代表Ax為正和Bz為正的相關性。在古典力學中,此不等式成立。在量子世界中,此不等式卻不成立。

4. 量子密碼

量子密碼基於測不準原理而來, 量子只要被讀取, 就會改變也不可複製. 因此 Charles Bennett and Gilles Brassard  – 雙 B 發明了量子編碼, 如 BB84, BB92. wiki [6] 寫得比書上 更清楚. 建議去看 WIKI.

BB84 簡單地說, Alice 在兩種互不正交的基裡面選擇 0 或 1 去傳送, 例如有 (0度, 90度) 和 (45 度, -45 度) 兩個基, 他們旋轉 45 度所以不正交. 接收者 Bob 不知道 Alice 選擇的基, 所以隨機亂猜是哪個基,  只有猜對基才能判斷正確 0 或 1, 若猜錯基得到的值剛好在 0 和 1 之間, 不知道是哪一個? 如果有人 (Eve) 在此時竊聽, Bob 收到的東西就會改變. 故可以防盜. 若無人竊聽, 隨後 Alice 再把他當初使用的基發給 Bob, Bob 在沒有人竊聽的情況下, 就能知道哪幾個 bit 猜對, 哪幾個 bit 猜錯. 猜對的 bit 就用為雙方的 key.

BB92: 前提和 BB84 一樣, 但 Alice 這次只傳, 45 和 90  度的值,  Bob 隨機亂選基去讀取, 若是讀到 0 度, 肯定當初只能是 45, 看到 135 度, 肯定當初只能是送 90 度. 於是 Bob 知道哪幾次自己猜對了基! Bob 就用他可以確定的基回傳 Alice. 雙方把這一系列的基轉換成 0,1 當作key. 同樣, 有人竊聽時, Bob 回傳給 Alice 的基也會有錯的, 那這次 key 就不能用. 當然 channel 本身不能有 error. 而單光子通道也不易實現. 不然 RSA key 早就淘汰了.

5. 量子電腦

量子電腦厲害的地方有兩個, 第一個就是量子位 (qubit) 可以同時表達多個態, 例如自旋, 圓偏振, 激發態,…每一態都相當於傳統的 1 bit, 所以一個量子位就等於傳統的多個 bit. 其次是考慮量子非定域性 (糾纏), 還有態可以疊加. 雖然有這些預期的優點, 但是根據測不準原理, 當量子電腦的尺寸大到一個地步, 量子的特性就消失了.

在讀這類書之前, 我本來有一個疑問: 不是說測不準嗎? 不準我怎麼做計算? 讀很多次取平均更是不合快速計算的原理啊? 其實 “不準" 本身是個誤解,應該說是一對共軛變量的準確度如同魚與熊掌不可兼得。而製作量子電腦的難處在於做出量子阱, 這個阱的功用是讓被操作的量子不會亂跑. 目前其中一種趨勢是用離子為量子, 所以量子阱即為離子阱. [10]

目前最新的進展是: 2021 年 10 月, 中國打造的量子電腦「祖沖之號」透過60個量子位元, 進行24次的量子操作, 只要4個多小時就能完成. 最快的超級電腦 Summit 要 4.8 萬年. 如果大家比較相信 Google 量子電腦的數據, 那就是能讓電腦進行20次指定的量子操作,實驗重複一百萬次,僅耗時200秒就完成. 相較於 Summit 需要  16 天 [7].

[勘誤]

  1. P50. 葡萄幹 –> 葡萄乾
  2. P.66, P.233  自己幹涉 –> 自己干涉
  3. P128 復常數 –> 複常數
  4. P136 被髮射出來 –> 被發射出來
  5. P185 相幹性 –> 相干性 (多次)
  6. P208 必鬚 –> 必須
  7. P243 物理學泰的 –> 物理學泰斗的

[note]

  1. 薛丁格波動方程式
  2. 保羅狄拉克
  3. 索爾維會議
  4. John Von Neumann
  5. John Steward Bell
  6. BB84
  7. https://www.ithome.com.tw/tech/149757
  8. 沃夫岡·包立
  9. 貝爾定理, 貝爾不等式
  10. 不是零就是一?打造離子阱量子電腦,台灣有機會嗎? (aif.tw)

我讀 «量子力學與混沌理論的人生十二堂課» – 2

第七堂課叫做隨機混亂的熱力學. 作者引用熱力學第二定律, 說明宇宙喜歡混亂, 讓熵(Entropy) 變大, 所以生命中會體驗到各種事物, 讓我們的經驗值增加. 我們拿到不同的牌, 都應該調整心態做出最佳的回應. 

那熵甚麼時候會歸零呢? 根據熱力學第三定律 [1], 系統不會自己歸零 (0K 絕對溫度). 換言之, 我們怎麼努力結果應該都是變亂啊? 但是作者在下一堂課定義 (發明?) 了一個變小的熵.

第八堂課耗散結構理論(耗散結構理論) [2]. 這個是由比利時物理學家 Ilia Prigogine 所提出的. 本書說系統要從無序混亂到有序規律, 就必須從封閉系統改為開放系統, 注入能量並產生新資訊. 不過看 [2],  資訊這部分是打破封閉系統的延伸應用案例而已.

本書作者把資訊看成另外一種熵. 既然熱力學的熵會一直變大, 就有一種資訊熵會一直變小. 資訊變簡單, 系統就會穩定. 薛丁格在 “生命是什麼?" 中提到: “在一個開放系統中,生命物質會藉由原態穩定地保持負熵(信息),來迂迴規避第二定律達成熱平衡的衰減。" [8] 這應該是作者說法的原始出處.  

就實務而論, 企業顧問的腳色就把封閉系統變得開放, 然後把資訊和命令變簡單, 不過就如上 一篇所說, 霍金認為上帝沒有設計圖, 並沒有一個熵非得跑出來跟另外一個熵抵銷. 即使是資料壓縮 (entropy coding), 也只是把資料量儘量壓到逼近熵, 不多浪費而已. 好比特斯拉的車節能減碳 (減熵), 但是在製造電的過程中會增熵, 整個系統的熵還是(略微)上升.

第九堂課哥德爾不完備性[3]. 這章的重點是小故事大道理. 想找出終極演算法想解釋一切的德國數學家 David Hilbert, 被年僅 24 歲的哥德爾的不完備性定理打臉, 所以得出世事無完美的結論. 所以我們在世界上雖然遭遇挑戰, 還是要奮發圖強. 

書上所說的哥德爾定理是:

  1. 不是所有對的東西都可以被驗證.
  2. 也沒有一種理論可以永久解釋而不被超越.
  3. 有些東西我們目前是不知道的.

但依據 wiki [3] 所說, 不完備定理有兩條. 第一定理可以被解釋為:「不存在一個萬能的公理系統,使得其既能夠證明一切數學真理,又能證偽任何謬誤。」[3]. 舉例來說, 假設有個命題是 “此命題 p 是不可證明的", 若命題為真, p 就不可被證明. p 既然不可被證明, 怎麼知道它為真呢? 基本上這是一個邏輯的問題. 對應到本書整理的第一點, 但是沒那麼恐怖.

第二定理說: “如果一個(強度足以證明基本算術公理的)公理系統可以用來證明它自身的相容性,那麼它是不相容的。", [3] 這個 wiki 很繞口令. 以我的理解來說: 我需要用 HDMI Analyzer 來驗證別人是否跟 HDMI 相容, 但是我這個 Analyzer 是不是完全可信的, 除非它不用跟任何裝置測試, 就可以自己證明與 HDMI 相容.

對於書上第二點和第三點是從哪一篇引述來的, 我沒辦法直接觀察出來. 但 wiki 說了, 哥德爾定理並不是說什麼東西都不可能完備, 而是一致性、完備性、有效公理化的存在性三者不能共存. 認為一切都不可能完備是常見的誤解. 後來也有找到一篇專業的文章 [4] 討論到作者的誤解, 增加我不少信心, 哈!

第十堂課玻爾茲曼大腦. 這堂課的起點是既然熱力學第二定律說熵只能上升, 所以宇宙之初的熵將是超級低, 低到只有一縷意識, 稱之為 “玻爾茲曼大腦". 再套回黑洞白洞理論, 這個玻爾茲曼還不是一個真人, 它是白洞的玻爾茲曼的大腦中一個念頭. 因此, 後面引用很多東西, “證明" 必須有靈魂的存在. 靈魂說不再贅述, 而是玻爾茲曼變成宇宙中 “永恆的觀察者", 算是一種 “天道" 吧!

值得一提的是這堂課找了一些 “證據", 證明人的腸壁有 “腹腦", 心臟也有 “心腦". 主要的證據就是這裡有很多神經細胞或是腺體. 畢竟作者相信人是被白洞投影出來的, 意志也不掌握在自己, 所以 “腦" 不需要會思考, 只要會做選擇, 包括反射動作. 所以對腦的定義和標準也不同. 

第十一堂課人擇理論 [5]. 這個理論其實跟霍金的依賴模型實在論 (人存原理) 有異曲同工之妙. 也就是物質宇宙必須與觀測到它的存在意識的智慧生命相匹配. 因為我們在這種宇宙活下來, 所以才能觀察到適合我們生存的各種宇宙參數. 假如參數是另外一組, 就是另外一種宇宙人再討論我們熟知但是對他們神秘的現象了.

這個人擇理論又分枝成不同版本. 天體物理學家布蘭登·卡特最先提出這個理論, 然後分枝為:

  1. 強人擇(Strong anthropic principle,SAP): 宇宙某些機能的協調性必然導致智能生命的產生. 這麼棒的參數, 暗喻背後必須有個造物者存在. 我小時候看到傳教的手冊都是這樣寫的. 普郎克常數如果大一倍, 看一眼火爐眼睛就瞎了.
  2. 弱人擇(weak anthropic principle,WAP): 宇宙的參數微調產生適應的倖存者, 演化成智能生命. 我們可能是多重宇宙中的一個. 但既然說是人擇原理, 就是說這宇宙適應人類, 而不是人類要適應宇宙.
  3. 最終人擇(Final anthropic principle,FAP). 包含智慧的信息处理过程一定会在宇宙中出现,而且,它一旦出现就不会灭亡。[6]

在回到作者的解讀, 作者相信強人擇. 因此我們被產生在這個宇宙是有意義和天命的, 後面都是闡述做人的道理.

第十二堂課貝葉思法則. 作者說貝葉思法則很厲害, 萬事萬物都可以用它解釋, 當然也有科學家把量子力學結合貝葉思法則. 蝦米是貝葉思法則咧? 就是學校老師把我教得比較清楚的 Bayesian Theory (感謝交大蔡文祥老師). 基本上 Bayesian 的精神就是條件機率. 

作者衍伸條件機率為: 本來人類只知道有限資訊, 所以只能靠瞎矇. 後來經過學習之後, 產生經驗值, 所以猜的範圍縮小, 只要我們日新月異, 依更多條件做出正確選擇, 以後就會變厲害. 基本上還是勉勵人們. 不過我所知道的 Bayesian Theory 是這樣. 

P(A,B) = P(A|B)P(B)=P(B|A)P(A)

我收集很多 database, 並得知 B 發生的機率 P(B), 根據先驗資訊學到 B 有 A 特徵的機率為 P(A|B), 以後看到 P(A), 我就可以推算它是 B 的機率 P(A|B). 

書上說的就是條件機率而已, 還不是 Bayesian Theory. 

最後, 終於把這本書摘要完了. 雖然我不認同書上的觀點, 但是作者旁徵博引, 讓我有機會快速掃描了許多理論和知識. 雖然我年紀一大把了, 對思考人生的目的已經沒有興趣, 再過幾年可能都要思考 “墓地" 了. 但是我對於探索宇宙奧秘還是很有興趣 (外星人看到這篇請不要綁架我, 除非可以帶回重回 16 歲, 我可以從高一練起. 謝謝!)

[Note]

  1. 熱力學三大定律_百度百科 (baidu.hk)
  2. 耗散結構理論 – MBA智库百科 (mbalib.com)
  3. 哥德爾不完備定理 – 維基百科,自由的百科全書 (wikipedia.org)
  4. https://www.thenewslens.com/article/85099
  5. 人擇原理
  6. 人择原理_百度百科 (baidu.com)
  7. Bayesian Theory
  8. 生命是什麼

我讀 «量子力學與混沌理論的人生十二堂課» – 1

這本書的作者是林文欣, 作者序中提到. 竹中同屆模擬考醫科第一名是柯文哲, 理工科第一名就是他. 雖然他聯考沒考好. 但是我相信他頭腦很厲害. 不像我高中最強的一項是….立定跳遠, 我跳 2米9, 體優生也才 3 米. 其他就沒什麼可以說的了. 言歸正傳.

這是我企圖讀量子物理的第一本書, 畢竟是老中寫的, 應該比較科普一點. 不過初步翻過之後, 認為他理解量子力學的角度跟我期待的不一樣, 所以我才跳去看另外一本. 但是不同的人看到同一件事, 也會產生如何不同的觀點. 所以我還是把這本書整理了一遍. 理念和作者相同的人可以去 follow 他.

第一堂課就是楊氏雙縫實驗 (楊氏干涉), 粒子觀察的時候就是粒子, 不觀察就是波動. 因此宇宙的本質的唯心的. 意識創造了 (主觀) 宇宙. 既然本源 (客觀) 宇宙是波, 波又是週期 (弦) 波 (波非得是週期波像是有點強迫症的想法, 哈!) 萬事萬物就都有頻率. 弦宇宙論最小單位就是 “弦" (cords).

“萬物都是很空", 這是我在前一本書的心得中本來想補述的一個專題. 實際上, 我們從小學習的原子模型是錯的. 原子核半徑只佔整個原子半徑的 1/3000. 而電子繞原子核也不像行星繞太陽這樣, 而是以量子的狀態機率分布成電子雲.

在本書中, 引用了這個萬物裡面都是空洞洞這個概念. 進一步推翻掉粒子的存在, 而波動才是唯一真理, 粒子是我們 “空" 想出來的. 個人認為大部分空不等於無, 但是作者認為物質這麼空, 就是 “假" 的佐證, 只有波動是真的. 我們的意識決定了這些振動 (因為觀察和不觀察有差別).  因此整個宇宙都是由我識所造成的. 為何講得這麼囂張呢? 呃, 不, 這麼順理成章呢? 且再看第二堂課.

第二堂課是全像 (Hologram) 理論 [1]. 既然整個宇宙都是我想出來的, 我有主動權嗎? 當然必須有, 不然大家活著有何意義? 那我想中樂透頭彩怎麼又不發生呢? 不是應該一念產生一平行世界嗎? 這個全像理論就用來解釋: 雖然你可以亂想, 但是還是要有所本. 本在哪裡呢? 在黑洞裡.

這個理論認為: 科學家都以為東西會被吸到黑洞裡, 但是有黑就有白, 有 true/false 就有 bug. 喔, 有 worm. 也就是蟲洞. 我們看到這個世界的東西都會被黑洞進去, 其實黑洞裡面有一個蟲洞, 通到另外一個世界的白洞. 白洞裡面才是真實的世界, 一念一世界. 白洞的世界一次產生一對虛粒子, 一個留在黑洞, 一個從黑洞逃出 (有進有出嘛), 從黑洞出來的這些粒子, 才投影成我們所存在的宇宙.

所以唯心論不變,但那一念不是你發動的, 你只是投影量, 所以不能隨心所欲. 但是你影響的是逃出的這個粒子, 它跟沒逃出的那個粒子有量子糾纏. 所以你一直想中樂透, 透過量子糾纏, 在白洞的那個你可能就會被影響到, 然後你就真的中樂透了.

再者, 為何黑洞口溢出的粒子能投影出 3D 以上的世界呢? 作者相信, 不然你去看 Youtube 360 啊? 還不是一張照片移動視窗來做出 3D 效果. 以上就是我對全像理論的理解. 這個學說還要補一個洞就是, 為何大家都是黑洞這邊的人, 難道我不可以是白洞那邊的人嗎? 哦, 此時就不能講對稱了, 白洞就是高維空間、第八識、作者認為的 database, 反正高你一等.

這個理論中, 平行世界的理論是其中我能接受的部分. 像是漫威裡的洛基 (Loki) 就是個平行世界的科幻片, 還滿好看的.

第三堂課是暗物質. 這個背後又有一堆科幻片了. 根據愛因斯坦的理論, 宇宙只能收縮或膨脹, 而我們也觀察到宇宙目前正在膨脹的證據. 不過宇宙膨脹的速度不如想像中地快, 似乎有引力之外看不見的東西拖慢了膨脹, 因此計算出必須有暗物質, 暗能量. 個人認為這是我們人類學藝還不精的關係.

本書的觀點則認為, 既然暗物質佔全宇宙 26.8%, 暗能量佔全宇宙 68.3% [2]. 所以暗物質就是黑洞中那個強大的能量. 暗物質就是你的靈魂初始值. 暗能量就是靈魂的經驗值, 因為一念一世界"投影", 所以佔很大的能量. 至於現在的物質世界的你, 因為是投影量, 沒有自由意志 (應該是說沒有反控高維世界的能力比較恰當), 所以反而是虛的.

當然作者激勵大家拿到這個初始值後去遊歷世界, 找回天命之所在. 不過我如果玩遊戲骰到初值爛的, 我馬上就刷掉重玩了. 咳咳咳… 總之, 這個都還不算太大的bug, 唯心論最大的bug 我留到最後才講.

第四堂課是費曼的路徑積分. 客觀的部分是: 費曼 (Richard Feynman) 認為量子由 A 點到 B點路徑要考慮所有時間和空間的組合, 然後挑出機率最高的那條路來走. However, 如果看 [3], 我一時看不出來費曼有提到量子 A 到 B 點的路徑是深思熟慮挑出來的. 但是費曼的歷史求和論 (Sum Over Histories) 確實用量子選擇路徑時和普郎克常數有關, 因為這個值太小了, 所以最後楊氏雙縫實驗才會看到粒子投影出波的型態. [5]

作者在這個章節, 主要引用路徑積分的說法, 解釋你做的選擇會對未來有影響. 並且說這是 Markov Chain 的一種. 但是 Markov chain 只跟前一個前一個state 有關, 跟前前一個 state 無關喔, 也就是真 Markov chain 是可以放下屠刀, 立地成佛的. 路徑積分才會有因果報應.

總之, 作者把這個路徑選擇和黑洞理論結合了. 如下圖:

path

第五堂課是霍金的依賴模型實在論 (Model Dependent Realism) [4] . 霍金在大設計 (The Grand Design) 這本書提出 MDR 的概念, 解釋我們所能理解的世界都是受限於我們的感官極限. 過去科學家都在研究上帝的創作原理是什麼? 霍金認為沒有什麼設計圖, 我們人類能理解到哪裡, 真理就到哪裡. “給定宇宙在某一時間所處的狀態,一套完全的自然法則就充分決定了它的未來和過去。這意味著,宇宙歷史中不會出現一位設計者的超自然作用。"[6]
作者延伸解釋霍金支持唯心論, 其實這名字換成海濤法師也說得過去, 看到的都是 “假的".

第六堂課推論階梯. 哈佛大學 Cris Argyris 教授的這個理論是說人類從拿到原始資料到做出反應需要經過七個步驟 [7]. 我們跟自己解釋發生了什麼事, 然後才做出決定. 但決定跟發生了什麼事沒有絕對的關係. 一切取決於我們潛意識那個 dtabase 的推論機.  我們只能透過黑洞去影響影響白洞的自己做出正確的決定, 然後再量子糾纏回來, 讓我們這個無意志的自己. 好冗長喔.

ladder-of-inference-2-768x497

以上就是這本書的 part 1 和 part 2, 我努力把 part 3 濃縮成一篇結案.

[Note]

  1. 你的思維有多大多美 宇宙就有多大多美 – 今周刊 (businesstoday.com.tw)
  2. “沙灘上的薛丁格 – 生活中的量子力學". P.234.
  3. https://jeffjar.me/files/sandbox/pi.pdf
  4. 解读霍金的《大设计》:依赖模型的实在论| 果壳 科技有意思 (guokr.com)
  5. 可擇歷史_百度百科 (baidu.hk)
  6. https://kknews.cc/culture/jqny6a6.html
  7. ladder of inference 2 – Greystone Global

我讀 «沙灘上的薛丁格,生活中的量子力學» 之楊氏干涉

在我們讀高中的時候, 若講到楊氏干涉也只是解釋了光有波動性. 不過在量子物理裡面, 電子也出現波動性.  既然前面說萬物都是波動了,  所以電子也有波動性也是見怪不怪. 這個聯結有動畫 [1].

一顆電子也是波, 所以它可以 “同時" 通過雙縫. 這我也能接受了. 但厲害的地方是: 如果在雙縫後面放一個偵測器, 想要捕捉粒子到底是走左邊縫還是右邊縫通過, 那麼就只會出現粒子性, 而不會出現波的特性.反之, 不去偵測它, 比方說, 錄影就是非侵入性的觀察, 此時粒子群會顯示波的特性. 這個像什麼呢? 就像是一二三木頭人, 鬼不看的時候大家都在跑, 鬼一看大家就停了. 兩個都真相, 取決於看或是不看.

但這些光子、電子有大腦嗎? 沒有啊? 它憑什麼改變特性呢? 1978 年美國物理學家約翰惠勒 (John Wheeler) 設計了一個實驗. 前面都是普通的楊氏雙縫. 但是在螢幕 (screen) 後面隱藏了 “粒子觀察中" 的驚喜攝影機. 等到粒子以為沒有人要觀察它, 悠閒地以波動方式通過雙縫之後….. Surprise! 螢幕抽走, 露出攝影機, 這樣既能記錄粒子通過哪一個縫隙, 又可以捕抓到波動了吧!

delayed-capture-300x289

[取材自本書 P. 142]

很抱歉! 因為你還是偷看了, 所以只能看到粒子的特性, 看不到波的特性. 也就是只有一支偵測器會記錄到粒子. 兩隻都測到才是波. 當然偵測器要放在波峰的位置. 為何應該有波的特性, 卻在最後一刻變成粒子呢? 難道粒子有預知能力? 已經搜索過所有時空的可能性了嗎? …呃, 其實我不喜歡書上這種神神鬼鬼的說法.

以我個人的見解, 它本來就是波. 放了任何東西進去, 就是干涉. 因為干涉而使得偵測器看到的粒子性, 它就是波的集中表現. 沒有人說波一定要呈現周期性. 如果干涉使得原本的波像龜派氣功、真氣彈一樣集氣, 化為類似實體的粒子. 這個對漫畫迷都可以接受啊~~~ 本書有一句話帶到不被承認為理論的波耳的互補原理 (P.139) [2], 我覺得倒是很直覺. 粒子就是波的實體, 目前我這樣理解. 當然書上不是這樣說, 哈!

P. 144 提到, 畢竟測量儀器的粒子數量級比被觀察的光子或是電子大非常多, 所以本來應該有量子作用的場合, 被大把干涉物攪亂, 產生了去同調 (de-correspondance). 本來池塘裡只有一個小水波, 我們就看得出那是波. 假如千千萬萬個波同時發生, 波的效果就沒了. 這也可以解釋為何一觀察就變樣. 而去同調發生得太快, 所以對我們來說好像是不連續. 這個說法有一個 bug, 不管測量儀器哇猛哇大支, 跟粒子接觸的點也是只有差不多一個粒子大好不好. 要把去同調扯到整個儀器, 那儀器還放地板, 地板上在房子裡, 房子還在地球上咧. 所以這邊我看不懂.

當然, 我看這本書的目的不在於我學會怎麼解釋量子物理, 那是物理學家的事. 我想知道怎麼應用. 這本書算是幫我打了一個小小的基礎. 量子態的特性怎麼做成量子電腦、量子加密…這些是我未來看書的一個重點.

[Note]