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量子力学与唯了别学

杨新宇 著

 

解 题

   识,了别义,唯了别学即唯识学,言唯了别学而不言唯识学,因唯识之识字一般做名词解,此处之了别做动词解。做名词解,识为识体,犹有“我执”;做动词解,了别乃了别之“行”,刹那刹那迁流不息,中无实体,实乃依他起相,缘起相。若能破除对实有的执着,建立唯了别的观点,则可以畅达的理解量子力学,反之,分析量子力学这个案例也有助于理解唯了别学。

     

量子力学哲学诠释概述

   在哲学层面上思考量子力学,则无需涉及复杂的数学细节,一个简单的双缝干涉实验已包含了量子力学的全部奇异之处。
   考虑光子由一个光源出发,通过与光源等距的两条平行狭缝,射到感光屏上,在屏上呈现出光子的分布。在实验中,先分别打开一条狭缝,关闭另一条,这时感光屏上的强度分布为光子通过单缝的衍射图样。然后将双缝同时打开,这时在屏上得到的是光子通过双缝后形成的干涉图样。这个实验反映了光的波动性。
   如果在光源处换上一架机枪,则子弹通过双缝后的分布等于两个单缝分布的直接相加,这里不发生干涉现象,反映了经典粒子的特性。
   如果在光源处换成电子枪,则结果与光子干涉实验相一致,而与经典粒子的结果不一致。
   那么是否就可以把电子理解成波呢?按这种解释,电子波到达双缝时,形成两个子波,这两个子波相互叠加产生干涉花样。但是,这样的解释意味着电子在双缝处被分成了两部分,分别通过双缝,这显然与电子的粒子性相矛盾。同时,如果电子是波,那么单电子的衍射条纹应该是分散的分布着,但事实上,却是单个的点。
   那么是否可以把电子理解成粒子呢?按这种解释,电子在双缝处不会分解为两个,而是只从其中一条通过,并射到感光屏上形成一个感光点。这虽然解释了电子的粒子性,但也会产生一个矛盾,既然电子只经过一条狭缝,那么另一条缝的启闭不应该对电子的运动有什么影响,因此,先分别打开一条狭缝得到两种衍射图样,它们的相互叠加应该与同时打开双缝相同,不应该出现干涉。同时,按粒子观点,电子应该落在屏上同一个点上,而不是呈衍射条纹,这也与实验结果矛盾。
   所以,用经典的波或粒子概念理解上述实验现象都会产生矛盾,现在流行的是一种波粒二象性的解释:和微观粒子相联系的波是一种概率波,波函数在空间中某一点的强度与在该点找到粒子的概率成比例。按这种理论,当双缝同时打开时,电子有可能通过其中任何一条,不会分成两个。只打开一条缝时,对电子来说只有一种机会,与双缝同时打开是有区别的,应用不同的概率波来描写。电子通过双缝后,概率波相干而产生干涉图样,亮条纹的地方波的强度大,电子落在这里的概率也大,电子数目多;暗条纹的地方波的强度小,电子落在这里的概率小,电子数目少。
   这种解释实际上是对经典粒子解释的一种改进,粒子不是按经典力学的规律运动,而是按一种概率的规律运动,这种概率用波函数描写。由于这种解释能说明各种实验现象,因而被广泛接受。但也有很多人对它不满意,因为波函数只能描述电子在空间各点出现的概率,而不能给出确定的位置,如果问电子射到屏幕之前在什么位置,则难以回答:作为粒子它只能在空间中的某一个点,但是,如果电子在某一个点上,则意味着电子在这一点的概率为1而在其它各点的概率为0,而这与波函数矛盾。流行解释对此的回答是,在某一点找到电子的概率和电子在某一点的概率是两回事,在某一点找到电子的概率不是1不等于电子不可以在某一点。这样的解释显然不能令人满意。
   粒子与波两种物理图景就这样被整合到了一起,物理学家们学会了不去追问为什么,而是记住一套规则,在该用粒子性的时候用粒子性,在该用波动性的时候用波动性,这样就可以保证计算结果和实验结果一致了。
   量子理论的不自然还体现在波包坍缩问题上:在微观世界出现了两种物理过程,在电子射到屏幕上之前,它的运动遵循连续的薛定谔方程;但在射到屏上的一瞬间,连续的过程发生了中断,描述电子运动的波函数发生了坍缩,电子好象忽然进行了一次决策,选中了它要投射的那个点。这一过程是怎样发生的,又该怎样理解它与前面连续过程的关系,对这一问题量子力学不作回答。
   反对主流解释的著名物理学家有薛定谔和爱因斯坦。薛定谔直到晚年都在尝试用一种波包理论解释电子的粒子性,他希望建成一个只有波没有粒子的物理图景,但最终没能成功。爱因斯坦没有建造什么有关理论,但他与波尔长达几十年的持久论战更为著名,其最终的表现形式就是著名的EPR悖论。爱因斯坦认为,现在的量子理论只能算是一个过渡,现有理论与其说是把问题解释清楚了不如说是用一个精心设计的概念网把质疑的人暂时阻住了,他认为,不管这个概念网构造的多么精巧,最终总是要被攻破的,所以,他在同波尔的论战中一直采取进攻的策略,他要揭示量子力学的矛盾,把哥本哈根的追随者从梦乡中惊醒。奇怪的是他为此努力了多年竟然没能成功,但他还是把一句话深深刻入了人们的脑海,“量子力学是不完备的”。波尔在去世前一天的晚上,仍然在画一张爱因斯坦量子箱的草图,画在他实验室的黑板上。他曾经和爱因斯坦就此问题争论了多年,当他将要离开这个世界的时候,念念不忘的还是这个问题。
   EPR悖论之后,爱因斯坦和波尔都没有进一步发表什么。其他人还给出过一些非主流诠释,有两种比较著名。一种是尝试用一些隐参量解释波包坍缩中电子的古怪行为,其代表人物是波姆。这类理论给出的结果与常规理论总会有一些不同,以后有关贝尔不等式的判别实验对隐参量解释不利。还有一种尝试,企图用一种更大胆更奇异的理论消除波包坍缩的奇异性,它认为在波包坍缩的一瞬间,空间和电子分裂为无数个,在各空间中电子分别选择了所有可能的状态。这种解释避免了电子的随机决策,但它比主流解释更为奇异,很少有人认真的看待它。至今,最好的解释还是主流解释。

     

量子力学的唯了别解释

   这里想对量子力学提出一种新的解释。
   物质在相互作用中存在。所谓一个事物是存在的就是说它能与其它事物相互作用,与其它事物的相互作用是物质表现其存在的唯一方式。
   离开相互作用就没有物质。一般人在思考问题时总是把物质与相互作用割裂开,想象有一个独立存在的物体,这个物体在与其他事物相互作用,而没有注意到,离开了相互作用则无所谓物体,恰恰是在与其它事物的相互作用中这一物体表现出它的存在,常人认为在不与其它事物相互作用时这个物体依然存在,这纯粹是一种想象,是下意识外推的结果,而这种外推是没有依据的。
   只有相互作用没有物质。把上述意思表达的更明确些就是:所谓物质其实就是对一连串的相互作用进行概括而从中抽取出的一种概念,借助这种概念,人们可以很方便的理解连续的相互作用,具有概念上的经济性和实用上的方便性,但经过透彻的考察就会发现,从一开始这种脱离开相互作用的物质概念就是无法证明的,只是一个可有可无的假设而已,完全没有坚持的必要。
   有人会问,相互作用都是物质之间的相互作用,离开了物质哪里还有什么相互作用呢?答曰:这正是需要我们在思想上来一次彻底变革的地方。为什么一定要认为相互作用是物质之间的相互作用呢?相互作用只是一些事件,当企图把这些事件串起来解释的时候提出了物质概念,但没有必要执着于是物质之间产生相互作用。人们习惯于用物质和物质之间的相互作用来解释一切现象,为什么不能抛弃物质概念而把事件作为解释一切现象的基础呢?用事件和事件的相互关系来解释一切现象也是可以的。
   相互作用的本质是了别。脱离开物质的相互作用总让人觉得有些难以理解:既然物质概念已经被扬弃,相互作用不再是物质的相互作用,那么它到底是什么呢?在佛学中对此有一个说明:一切现象的本质唯是了别。佛教的世界观是根本不同于常人的,世界的基础不是落实于物质而是落实于心,世界万象只是心念的活动而已,当然此心不是人的意识,而是更广大的阿赖耶识。最基本的心念活动就是了别,了为觉了,别为分别,粗略的可理解为觉知已起的心念和产生新的心念的过程。阿赖耶识的刹那刹那的心念活动就表现为物理世界的事件,人们没有能力把握所有事件及其间的相互联系,就分离出一部分进行概括,于是有了物质等概念用以把刹那刹那的心念活动连贯起来,但根本上说,这是在人的认识能力不够的条件下形成的片段的认识,因而在解释某些现象时这种概念体系会出现矛盾和漏洞也就不足为奇了。
   在上述哲学背景下就很容易理解量子力学了。在双缝干涉实验中,有三个微观事件:1,电子枪的一次发射;2,中间的隔板上没有事件发生;3,感光屏的某一点上有一次碰撞。把三个事件联在一起就勾勒出一个图景,电子由电子枪发射,穿过双缝,打在感光屏上。为了进一步把三者定量的勾勒在一起,就要假定电子遵循一套波函数的规则在活动。其实不仅波函数是不可测量的纯理论构造,连这三个事件中间确有一个电子从电子枪运动到感光屏这一点也是一个纯理论的构造。物理事实仅仅是三次事件而已,粒子和波都是理论构造。真正的图景只有一个,就是一次次相续的事件,一般称之为物理事件,本质上是阿赖耶识的心念了别。
   由于概念体系固有的僵化性,使得在面对量子现象时,用一种概念全面的解释所有现象为不可能,于是只能用波和粒子两个概念分别解释一部分,用二者合起来近似的凑出一个事件的原貌。波和粒子都只是为了用概念思维说明现象而创造出的理论工具,二者都不是真实的存在。作为工具,只应该要求它们能满意的说明量子现象,不应该把它们看成实有。量子力学遇到的问题都源于将二者看成实有。
   在前面的分析中,我们使用了电子枪,隔板,感光屏等概念,而在彻底的唯了别的观点下,则这些也都是没有的,一切宏观事物只是从大量的事件概括综合而成的纯粹假设,并没有实体可得。从宏观到微观,一切现象只是刹那刹那的了别,实体是根本没有的。
   抽掉粒子和波的实有性之后,量子力学还剩下些什么呢?它已不再是“物理”学,因为其中无物可言。量子力学本质上成了一种算法体系,一种可以根据一些现象预测出另一些现象的算法。其中仍然有粒子和波的概念,但只是算法中使用到的一种符号和工具而已。
   波尔提出互补原理其实就是把波和粒子作为纯理论工具使用的,他说:“在量子尺度上,一些经典概念的任何确定应用将排除另一些概念的同时应用,而这另一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样不可缺少的。”“从量子尺度看,任何客体最一般的物理性质都必须用成对的互补变量来表示,其中每个变量仅仅以相应地减少另一变量的确定程度为代价才能成为比较确定的。”如果不把概念和变量看成非实在的描述工具,则上面这些话是很难理解的,但这一点哥本哈根学派却并没有明确指出,而为什么这样作的原因则更没有涉及。

           

运动与静止

   只要有实有观存在则总会产生一些矛盾,量子力学只是将问题比较鲜明的揭示出来而已,即使没有量子力学,矛盾也是存在的。在量子力学中矛盾显示为波粒二象性和波包坍缩,而在经典力学中则显示为运动与静止的问题。
   运动与静止是再平常不过的概念了,但深入的分析却会发现,要想对此给出一个恰当的理论说明是不可能的。牛顿时代,贝克莱主教对微积分的攻击涉及到这个问题,黑格尔讨论过这些问题,恩格斯在《自然辨证法》一书中也讨论过运动的问题,他说,“物体运动意味着在同一时刻物体既在一处又不在一处”,他使用了一些辩证法的技巧而回避了对这一问题进行更深入的分析。如果再向远推,那么古希腊时代著名的芝诺悖论——飞矢不动等命题,所涉及的也是运动与静止的问题。
   在唯了别的图景中,动与静都是不存在的,因为动与静存在的前提是物体的存在,要先肯定物体的存在然后才谈得上物体处于运动或静止状态,而唯了别的图景中没有物体,所以也没有运动和静止。运动和静止只是描述现象所使用的工具,象波粒二象一样,动静二象也是不可能统一成一体的,所以它们是对立的,但在解释物理现象时二者又都是必不可少的,必须同时使用,所以它们又是互补的。 
   对飞矢不动问题可以这样认识。一连串事件在相续的发生,要解释这些事件,出于与粒子和波同样的原因,人们在潜意识中不自觉的构造了飞矢和飞矢的运动这两种象,把这两种象合起来能够满意解释大量事件,于是人们以为真的有飞矢和飞矢的运动了。但是,这两种象的联合只能是粗略的,当企图把它们完全统一成一体时就会出现矛盾,这就产生了芝诺悖论。只要不执着于实有飞矢和飞矢的运动,则芝诺悖论本是戏论。

          

EPR实验粉碎虚空

   爱因斯坦等人提出的EPR实验可简述如下。假设两个电子A和B由同一源中产生又同时发射出来,它们以同一线路但沿相反方向运动,同时假定整个系统没有自旋,则两个电子在任何直线上的自旋分量相加等于零,自旋角动量守恒。这有两种情况,要么是粒子A自旋+1/2粒子B自旋-1/2,要么是粒子B自旋+1/2粒子A自旋-1/2。根据量子力学,表达整个两电子系统的波函数不能完备的描述两电子中的任何一个,不能由波函数确切的知道电子A是否自旋+1/2或-1/2,对电子B也是如此。当对其中一个电子进行测量时,波函数发生坍缩,另一个电子的量子数也确定了,这一作用是超距的,可以大于光速。以后的实验表明,粒子间的纠结是存在的。
   这种超光速作用的存在表明,现代物理学的两大基础理论——相对论和量子力学之间还存在深刻的矛盾,因而发展物理学基础理论的突破口也就在这里。按照唯了别的观点,解决这一问题的关键在于重新审视我们的时空观。如果说波粒二象性启示我们必须放弃对物质实有的执着,那么,EPR实验则启示我们必须放弃对时空的执着。在牛顿力学中,时空是坚硬的,在相对论中,时空是可以伸缩和弯曲的,
   而从唯了别的观点看,柔软的时空观毕竟还是一种时空实有观,仍然是不究竟的。时空概念也正如粒子和电子的概念一样,是为了解释刹那刹那的了别而引入的一个概念,是本来没有而人为加上去的,引入它的意义仅仅在于解释现象的方便。时空概念的实质也是在反映相续的了别间的某种关系,了别本身不仅不是物与物的相互作用,而且也不是在一定时空下发生的事件。人们习惯于在一定的时空概念的框架下认识世界,而这样认识到的世界必然是被扭曲了的,了别的真实相上没有时空概念的安立之处,所谓粉碎虚空所描述的就是实证此真实相的境界。
   所谓粉碎虚空并非用爆炸粉碎外界的虚空,因为若有虚空可碎则仍属不究竟,虚空粉碎是由实修冲破无明,而舍弃无始来念念随转的执取相。在开悟前的一刹那是以凡人的有执取的观点来认识世界的,天地万物,时空结构俨然都是真实的,后一刹那在认识上来了一次彻底的翻转,不是概念上的翻转,而是破俱生我法执而产生的根本翻转,人不再戴着有时空、有万物、有动静、有种种执取的眼镜来看世界,真实相豁然显现,此之谓虚空粉碎。究其实,粉碎的不是真实的虚空,而是本来没有而错误的执为实有的那个虚空相。
   物理学的目的不是亲证实相,仅仅是要利用概念工具来解释更多的现象。关于实相的认识对这一目的来说也是有价值的,因为用更接近实相的概念代替不究竟的概念必然会推动科学向前迈进一步。
   物质和时空概念都是用于描述了别之间关系而产生的工具,了别间有如是之关系,对它进行执取则产生物质和时空概念。所以,很自然的,应该放弃时空观而以了别间的关系来组织理论,把时空还原为了别间关系的某种模式。了别间可能存在的关系模式要比现有的时空观所描述的更为丰富,故时空不仅可以是可伸缩和弯曲的,而且可能是高维的、复合的(多个三维空间平行存在)、超连接的(多个空间连成超文本式的网状结构)以及更复杂的乃至不能用空间概念想象的结构。以相对论为代表的经典时空观和量子力学可望在这个全新的图景下得到统一。
   显然,了别间的关系可以用某种形式的矩阵来表达,时空结构和物理规律与某种对称变换相联系。

        

附录:唯了别学的几个概念

   生灭
   在大乘唯识学中,有为法的生灭是生灭同时中无住相的,《成唯识论》说:“有为法灭,灭不待因,灭若待因,便非灭故”。故生灭其实只是一相,因为生灭之所以成为二相正是被住相分开的,常人认为有住相,住有开始和结束,因而有生有灭,如果没有住相,则生的同时也就是灭,则生灭本来就是同时发生的一件事。所以,准确的说,没有一般理解的生灭,只有生灭同时亦生亦灭非生非灭的一相。此生灭一相的本质就是事件,就是了别。事件、生灭和了别是从不同角度说同一个东西。
   种子
   事件分为两种,显著的和隐性的。显著的事件如电子打在感光屏上,隐性的如电子穿过了隔板而没有打在上面,这两种情况下同样有一个事件发生了,或者说同样发生了波包坍缩,或者说同样发生了别。这只是隐性事件的一例,实际存在的隐性事件应该比显著事件更多,并且不仅局限于物理过程。对相续的显著事件进行执取而产生了物质的概念,对相续的隐性事件进行执取,并用一个名词加以概括,则产生了种子的概念。
   识体
   将种种事件总括为了别,再执取了别的背后有个能了别的主体,这就是识体。此能了别的主体也正如所了别的物质实体一样,是为了解释刹那刹那的生灭现象而安立的一个概念,本质上也是由实有观产生的妄执,其自性是了不可得的。
   了别
   若执事物为实有,则可称为相互作用或事件;若执识体为实有,则可称为了别。了别的实相不是概念思维所及的,当我们要理解了别这个概念时,在头脑中所成的相只能是一些象尘埃一样,微细、间断、刹那生灭的东西,而这些了别之间又存在种种相互关联,是相依而起的。这幅图景较执万物为实有的图景要好,也比犹有识体存在的图景更接近于真实,但本质上它依然不是了别的真实相,而仅是一种思维的建构。了别概念虽非了别之实相,但它有揭示出实有概念错误的作用,故它本身虽也是执取却有破除执取的功能。
   三性,遍计所执性,依他起性,圆成实性
   以量子力学为例,则粒子和波都属遍计所执性,是本来不存在而妄计为存在,只有概念,全无实体。此即中观派所破斥的自性。
   粗略的说,刹那刹那的事件或了别属依他起性,细说,则事件概念的背后有物质实有观念随转,了别概念的背后有识体观念随转,即便泯除识体之相还仍有了别之相,都非依他起的真实相,广说乃至一切言说概念所及都非依他起的真实相。依他起的真实相究竟为何,唯有亲证。中观学派称依他起为缘起。
   事件间何以会有关联性呢?一般以物质和规律等概念解释,在唯了别的指导下也可建立另外一套概念表达之,但所有这些概念都属遍计所执,只有实用价值而不是真实,且能障蔽真实。只有消除这些遍计所执,才能显发智慧亲证依他起的真实相,这就是圆成实性。此真实相中空去一切实有,故亦称空性。

  (作者 中国科学院生物物理研究所)