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量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文1

【關(guān)鍵詞】量子;通信;技術(shù);發(fā)展

對量子信息進(jìn)行研究是將量子力學(xué)作為研究基礎(chǔ)，根據(jù)量子并行、糾纏以及不可克隆特性，探索量子編碼、計(jì)算、傳輸?shù)目赡苄裕孕峦緩健⑺悸贰⒏拍畲蚱圃械男酒瑯O限。從本質(zhì)來說：量子信息是在量子物理觀念上引發(fā)的效應(yīng)。它的優(yōu)勢完全來源于量子并行，量子糾纏中的相干疊加為量子通訊提供了依據(jù)，量子密碼更多的取決于波包塌縮。理論上，量子通信能夠?qū)崿F(xiàn)通信過程，最初是通過光纖實(shí)現(xiàn)的，由于光纖會受到自身與地理?xiàng)l件限制，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，所以不利于全球化。到1993年，隱形傳輸方式被提出，通過創(chuàng)建脫離實(shí)物的量子通信，用量子態(tài)進(jìn)行信息傳輸，這就是原則上不能破譯的技術(shù)。但是，我們應(yīng)該看到，受環(huán)境噪聲影響，量子糾纏會隨著傳輸距離的拉長效果變差。

一、量子通信技術(shù)

（一）量子通信定義

到目前為止，量子通信依然沒有準(zhǔn)確的定義。從物力角度來看，它可以被理解為物力權(quán)限下，通過量子效應(yīng)進(jìn)行性能較高的通信;從信息學(xué)來看，量子通信是在量子力學(xué)原理以及量子隱形傳輸中的特有屬性，或者利用量子測量完成信息傳輸?shù)倪^程。

從量子基本理論來看，量子態(tài)是質(zhì)子、中子、原子等粒子的具體狀態(tài)，可以代表粒子旋轉(zhuǎn)、能量、磁場和物理特性，它包含量子測不準(zhǔn)原理和量子糾纏，同時(shí)也是現(xiàn)代物理學(xué)的重點(diǎn)。量子糾纏是來源一致的一對微觀粒子在量子力學(xué)中的糾纏關(guān)系，同時(shí)這也是通過量子進(jìn)行密碼傳遞的基礎(chǔ)。Heisenberg測不準(zhǔn)原理作為力學(xué)基本原理，是同一時(shí)刻用相同精度對量子動量以及位置的測量，但是只能精確測定其中的一樣結(jié)果。

（二）量子通信原理

量子通信素來具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的過程就是量子力學(xué)原理的展現(xiàn)。從最典型的通信系統(tǒng)來說具體包含：量子態(tài)、量子測量容器與通道，擁有量子效應(yīng)的有：原子、電子、光子等，它們都可以作為量子通信的信號。在這過程中，由于光信號擁有一定的傳輸性，所以常說的量子通信都是量子光通信。分發(fā)單光子作為實(shí)施量子通信空間的依據(jù)，利用空間技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)空間量子的全球化通信，并且克服空間鏈路造成的距離局限。

利用糾纏量子中的隱形量子傳輸技術(shù)作為未來量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力學(xué)，由兩個(gè)光子構(gòu)成糾纏光子，不管它們在宇宙中距離多遠(yuǎn)，都不能分割狀態(tài)。如果只是單獨(dú)測量一個(gè)光子情況，可能會得到完全隨機(jī)的測量結(jié)果;如果利用海森堡的測不準(zhǔn)原理進(jìn)行測量，只要測量一個(gè)光子狀態(tài)，縱使它已經(jīng)發(fā)生變化，另一個(gè)光子也會出現(xiàn)類似的變化，也就是塌縮。根據(jù)這一研究成果，Alice利用隨機(jī)比特，隨機(jī)轉(zhuǎn)換已有的量子傳輸狀態(tài)，在多次傳輸中，接受者利用量子信道接收;在對每個(gè)光子進(jìn)行測量時(shí)，同時(shí)也隨機(jī)改變了自己的基，一旦兩人的基一樣，一對互補(bǔ)隨機(jī)數(shù)也就產(chǎn)生。如果此時(shí)竊聽者竊聽，就會破壞糾纏光子對，Alice與Bob也就發(fā)覺，所以運(yùn)用這種方式進(jìn)行通信是安全的。

（三）量子密碼技術(shù)

從Heisenberg測不準(zhǔn)原理我們可以知道，竊聽不可能得到有效信息，與此同時(shí)，竊聽量子信號也將會留下痕跡，讓通信方察覺。密碼技術(shù)通過這一原理判別是否存在有人竊取密碼信息，保障密碼安全。而密鑰分配的基本原理則來源于偏振，在任意時(shí)刻，光子的偏振方向都擁有一定的隨機(jī)性，所以需要在糾纏光子間分設(shè)偏振片。如果光子偏振片與偏振方向夾角較小時(shí)，通過濾光器偏振的幾率很大，反之偏小。尤其是夾角為90度時(shí)，概率為0;夾角為45度時(shí)，概率是0.5，夾角是0度時(shí)，概率就是1;然后利用公開渠道告訴對方旋轉(zhuǎn)方式，將檢測到的光子標(biāo)記為1，沒有檢測到的填寫0，而雙方都能記錄的二進(jìn)制數(shù)列就是密碼。對于半路監(jiān)聽的情況，在設(shè)置偏振片的同時(shí)，偏振方向的改變，這樣就會讓接受者與發(fā)送者數(shù)列出現(xiàn)差距。

（四）量子通信的安全性

從典型的數(shù)字通信來說：對信息逐比特，并且完全加密保護(hù)，這才是實(shí)質(zhì)上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在長度有限的密文理論中，經(jīng)不住窮舉法影響。同時(shí)，偽隨機(jī)碼的周期性，在重復(fù)使用密鑰時(shí)，理論上能夠被解碼，只是周期越長，解碼破譯難度就會越大。如果將長度有限的隨機(jī)碼視為密鑰，長期使用雖然也會具有周期特征，但是不能確保安全性。

從傳統(tǒng)的通信保密系統(tǒng)來看，使用的是線路加密與終端加密整合的方式對其保護(hù)。電話保密網(wǎng)，是在話音終端上利用信息通信進(jìn)行加密保護(hù)，而工作密鑰則是偽隨機(jī)碼。

二、量子通信應(yīng)用與發(fā)展

和傳統(tǒng)通信相比，量子通信具有很多優(yōu)勢，它具有良好的抗干擾能力，并且不需要傳統(tǒng)信道，量子密碼安全性很高，一般不能被破譯，線路時(shí)延接近0，所以具有很快的傳輸速度。目前，量子通信已經(jīng)引起很多軍方和國家政府的關(guān)注。因?yàn)樗芙⑵馃o法破譯的系統(tǒng)，所以一直是日本、歐盟、美國科研機(jī)構(gòu)發(fā)展與研究的內(nèi)容。

在城域通信分發(fā)與生成系統(tǒng)中，通過互聯(lián)量子路由器，不僅能為任意量子密碼機(jī)構(gòu)成量子密碼，還能為成對通信保密機(jī)利用，它既能用于逐比特加密，也能非實(shí)時(shí)應(yīng)用。在嚴(yán)格的專網(wǎng)安全通信中，通過以量子分發(fā)系統(tǒng)和密鑰為支撐，在城域范疇，任何兩個(gè)用戶都能實(shí)現(xiàn)逐比特密鑰量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系統(tǒng)。在廣域高的通信網(wǎng)絡(luò)中，受傳輸信道中的長度限制，它不可能直接創(chuàng)建出廣域的通信網(wǎng)絡(luò)。如果分段利用量子密鑰進(jìn)行實(shí)時(shí)加密，就能形成安全級別較高的廣域通信。它的缺點(diǎn)是，不能全程端與端的加密，加密節(jié)點(diǎn)信息需要落地，所以存在安全隱患。目前，隨著空間光信道量子通信的成熟，在天基平臺建立好后，就能實(shí)施范圍覆蓋，從而拓展量子信道傳輸。在這過程中，一旦量子中繼與存儲取得突破，就能進(jìn)一步拉長量子信道的輸送距離，并且運(yùn)用到更寬的領(lǐng)域。例如：在潛安全系統(tǒng)中，深海潛艇與岸基指揮一直是公認(rèn)的世界難題，只有運(yùn)用甚長波進(jìn)行系統(tǒng)通信，才能實(shí)現(xiàn)幾百米水下通信，如果只是使用傳統(tǒng)的加密方式，很難保障安全性，而利用量子隱形和存儲將成為開辟潛通的新途徑。

三、結(jié)束語

量子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，作為現(xiàn)代科學(xué)與物理學(xué)的進(jìn)步標(biāo)志之一，它對人類發(fā)展以及科學(xué)建設(shè)都具有重要作用。因此，在實(shí)際工作中，必須充分利用通信技術(shù)，整合國內(nèi)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，從各方面推進(jìn)量子通信技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]徐啟建，金鑫，徐曉帆等.量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009，4（5）：491-497.

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文2

量子系y有一個(gè)很酷的現(xiàn)象，叫作“量子瞬間轉(zhuǎn)移”（Quantum Teleportation）。利用量子糾纏，這邊位置的量子態(tài)會消失，而相等的量子態(tài)會在另一遠(yuǎn)程位置出現(xiàn)。這個(gè)現(xiàn)象在量子光學(xué)的實(shí)驗(yàn)中不斷地被驗(yàn)證。最近的“栗子”就是在加拿大和上海把一束光的量子態(tài)進(jìn)行瞬間轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移的距離分別是6.2公里和14.7公里。這是一個(gè)高等的技術(shù)，非常吸引眼球。不過可惜，這只是一個(gè)微觀現(xiàn)象，并且只在光學(xué)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，能否拓展到宏觀實(shí)物就不得而知了，至少目前還是遙不可及的。

美劇《生活大爆炸》中的“謝耳朵”也提及，即使有一臺量子瞬間轉(zhuǎn)移機(jī)器，他也不會使用，因?yàn)樗^的“瞬間轉(zhuǎn)移”，就是先把現(xiàn)在的他毀滅，然后在另一地方重新構(gòu)建另一個(gè)他，他的思想和靈魂能否轉(zhuǎn)移又是另一個(gè)科學(xué)難題了。

上圖就是《星際迷航》中的“瞬間轉(zhuǎn)移”傳送機(jī)。

矛盾的結(jié)合：波粒二象性

量子力學(xué)和量子場論是和廣義相對論完全不同的東西。人們通常用“時(shí)空扭曲”這個(gè)圖像去理解引力，而量子理論則完全違反了人類的常識和直覺。

在量子物理中有“波粒二象性”（Wave-particle Duality）的描述方法，一個(gè)波（振動）可以看成粒子，反之亦然。最基本的是光，光可以看成是電磁波，也可以看成粒子（稱為光子）。世界十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)之首的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，就證實(shí)了微觀粒子，諸如電子和中子，也具有波粒二象性。可能你還要問那這又有什么特別的呢？想象你把石子投在水中，泛起了水波。沒錯(cuò)，但量子力學(xué)告訴你，這“水波”也是粒子……

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)（Double-slit Experiment）是著名的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，在量子力學(xué)里，用來測試量子物體像如光或電子等的波動性質(zhì)與粒子性質(zhì)。

“量子未來”，計(jì)算加速

量子物理的一大應(yīng)用就是量子計(jì)算機(jī)。摩爾定律（Moore’s Law）提到集成電路上的晶體管數(shù)目每兩年便會翻一倍，因此計(jì)算機(jī)上的中央處理器也會愈跑愈快。但當(dāng)晶體管造得越來越少，計(jì)算機(jī)的增長就會出現(xiàn)停滯。

而量子計(jì)算機(jī)可以解決這個(gè)問題，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)的運(yùn)算方法可以實(shí)現(xiàn)一些另類的算法，從算法本質(zhì)上加快某些計(jì)算問題的速度。這同時(shí)也促進(jìn)了作為人工智能的核心資源――計(jì)算能力的提升。

量子計(jì)算火候已到，微軟公司更是做好了技術(shù)儲備迎接“量子未來”，他們專門組建了量子計(jì)算機(jī)研究院StationQ，從事量子計(jì)算基礎(chǔ)研究。

微軟與馬庫斯教授的量子設(shè)備研究中心共同組成了StationQ。

“光劍”與非連續(xù)特性

量子系統(tǒng)的其中一個(gè)特點(diǎn)是系統(tǒng)的能量分布通常不是連續(xù)的，能量的轉(zhuǎn)換是顆粒性的。實(shí)驗(yàn)證明光的能量是一粒一粒的，而每一光子的能量只跟其顏色有關(guān)。

其中一個(gè)“栗子”是激光，激光其實(shí)是量子物理的一個(gè)重要工業(yè)實(shí)現(xiàn)。激光一般都是單色，如果你要另一顏色的激光，就要費(fèi)神尋找另外一種物質(zhì)來提供另一能量區(qū)間，再產(chǎn)生光子。白色激光的產(chǎn)生可以說是一個(gè)突破，因?yàn)榘咨鋵?shí)是各色混合，亞利桑拿州立大學(xué)和清華大學(xué)曾制成一塊極薄（60～350納米）的混合半導(dǎo)體，其中，鎘和硒產(chǎn)生紅色激光，鎘和硫產(chǎn)生綠色激光，鋅和硫產(chǎn)生藍(lán)色激光，最終產(chǎn)生白色激光。

另外，熒光是原子吸收了高能的紫外線放出低能光子的結(jié)果，這也是很多熒光顏色偏紫或藍(lán)的原因。

《星球大戰(zhàn)》中的“光劍”便是熒光。

“時(shí)空扭曲”與古典物理學(xué)

物理學(xué)家一般用愛因斯坦的廣義相對論去描述引力，而所謂的“時(shí)空扭曲”其實(shí)是廣義相對論的數(shù)學(xué)工具的語言――黎曼幾何學(xué)，屬于微分幾何學(xué)的一支，其實(shí)這也是《美麗心靈》的主角約翰?納什的專長。

有引力就必然有時(shí)空扭曲，地球如是，太陽如是，黑洞也是這樣，我們看到的彎曲平面圖，其實(shí)就是這些彎曲時(shí)空的折合圖。當(dāng)我們說蘋果從樹上掉下來，可以說蘋果在彎曲空間“滑”下去了，能量的轉(zhuǎn)換由勢能變成了動能。雖然廣義相對論可以說是牛頓力學(xué)和萬有引力定律的延伸，但本質(zhì)上還是古典物理學(xué)。

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文3

有的同學(xué)可能會問，現(xiàn)代社會的通信方式已經(jīng)如此先進(jìn)了，它還有進(jìn)步的空間嗎？答案當(dāng)然是“有”，而且科學(xué)家們早就有了研究方向――量子通信，一種利用量子力學(xué)的全新通信手段。像美國、日本以及歐洲的一些發(fā)達(dá)國家，都已經(jīng)在量子通信方面取得了不錯(cuò)的成績。

對于量子通信的研究，中國自然不甘人后。2016年8月16日，我國成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（以下簡稱“量子衛(wèi)星”）“墨子號”發(fā)射升空，這標(biāo)志著中國在量子通信的道路上邁出了重要的一步。

什么叫“量子”？

物質(zhì)似乎是可以被無限細(xì)分下去的：分子、原子、原子核、質(zhì)子……但量子理論認(rèn)為，物質(zhì)和能量都存在最小的不可分割的基本單位，這個(gè)基本單位就是“量子”。舉個(gè)例子，光子就是光能量的最小單位，所以不可能存在“半個(gè)光子”。

“墨子號”織就“天地網(wǎng)”

“墨子號”量子衛(wèi)星重約640千克，運(yùn)行在高度約500千米的極地軌道，設(shè)計(jì)壽命為兩年。而這顆量子衛(wèi)星之所以叫作“墨子號”，是因?yàn)槟幼钤缣岢龉饩€沿直線傳播，設(shè)計(jì)了小孔成像實(shí)驗(yàn)，奠定了光通信、量子通信的基礎(chǔ)。以中國古代偉大科學(xué)家的名字命名量子衛(wèi)星，也將提升我們的文化自信。

根據(jù)科學(xué)研究需要，我國目前已建成一個(gè)天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括位于太空的“墨子號”量子衛(wèi)星和一個(gè)地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。

中國量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信構(gòu)建了一張連接每個(gè)城市、每個(gè)信息傳輸點(diǎn)的“網(wǎng)”，那么“墨子號”量子衛(wèi)星就像一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標(biāo)槍”。當(dāng)這張縱橫寰宇的量子通信“天地網(wǎng)”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。

量子通信的基礎(chǔ)――量子疊加和量子糾纏

量子疊加就是指一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。這是什么意思呢？就是說一個(gè)粒子的量子態(tài)是同時(shí)處于多種狀態(tài)中的，打一個(gè)不是很恰當(dāng)?shù)谋确剑热缫粋€(gè)人身處量子世界，那他既是健康狀態(tài)，又是疾病狀態(tài)。不過，當(dāng)你觀察到這個(gè)量子態(tài)的粒子的時(shí)候，它就會表現(xiàn)出確定的狀態(tài)。這就是量子世界的神奇之處。

而關(guān)于量子糾纏，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子實(shí)驗(yàn)室的郭光燦院士曾經(jīng)用一個(gè)有趣的比方來形容這種特性。在美國的女兒生下孩子那一瞬間，遠(yuǎn)在中國的媽媽就自動升級成外婆，即使這位媽媽自己并不知情。之所以媽媽一定會成為外婆，就是因?yàn)樗团畠褐g有一種“糾纏”關(guān)系。當(dāng)兩個(gè)微觀粒子處于糾纏態(tài)，不論分離多遠(yuǎn)，對其中一個(gè)粒子的量子態(tài)做任何改變，另一個(gè)會立刻感受到，并做出相應(yīng)改變。

量子通信其實(shí)就是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通信方式。我們事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個(gè)粒子分別放在通信雙方。當(dāng)一端的人觀察到手中的粒子狀態(tài)后，立刻就能得知另一端的人手中的粒子狀態(tài)。再通過一些技術(shù)性操作，不就實(shí)現(xiàn)了某種程度上的信息傳遞了么？

APT技術(shù)功不可沒

2016年8月26日凌晨，興隆量子通信地面站成功實(shí)現(xiàn)了與“墨子號”的天地對接（天上的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息通道與地面上的通信站數(shù)據(jù)信息通道，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范轉(zhuǎn)換接通，投入運(yùn)行），并接收到850納米的通信信號，是幾個(gè)地面量子通信站中首個(gè)完成對接測試實(shí)驗(yàn)的地面站。

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文4

關(guān)鍵詞 意識 量子測量 波函數(shù)塌縮 神經(jīng)活動

中圖分類號：B80-05 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.11.074

On the Inner Relation between Quantum Mechanics and Consciousness

CHEN Si

（Department of Psychology， Jianghan University， Wuhan， Hubei 430056）

Abstract Consciousness and quantum mechanics are closely related with each other. In the research of quantum mechanics， consciousness is the premise of measurement process which can cause the wave function collapse and influence the description of the physical objects. In the research of consciousness ，the traditional research way which based on the classical mechanics confront the dilemma， the quantum mechanics could provide a new approach for explaining the consciousness in a different perspective， the quantum theories about the consciousness can be divided into three kinds.

Key words consciousness; quantum measurement; wave function collapse; neural activities

意識與量子力學(xué)原本分屬于兩個(gè)完全不同的學(xué)科，前者是心靈哲學(xué)與認(rèn)知科學(xué)研究的對象，后者是物理學(xué)的前沿領(lǐng)域。隨著意識問題在當(dāng)代科學(xué)背景下，已經(jīng)成為了哲學(xué)、心理學(xué)、物理學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等分科科學(xué)共同關(guān)注的焦點(diǎn)，意識問題的跨學(xué)科特征也日益突顯。運(yùn)用不同的學(xué)科方法來解釋和說明意識問題，成為一種研究的必然趨勢。許多的心靈哲學(xué)家和物理學(xué)家認(rèn)為，意識和量子力學(xué)之間有著密切的關(guān)系。他們主張，不僅量子力學(xué)需要意識的參與以保證描述物理世界的完整性，意識研究也需要引入量子力學(xué)來突破現(xiàn)有的困境。

1 意識在量子力學(xué)中的位置

意識在量子力學(xué)中的作用主要表現(xiàn)兩個(gè)方面，一是在量子測量中，意識作為測量過程的初始條件，由始至終地影響著對物理對象的描述，二是意識引發(fā)波函數(shù)塌縮理論。

第一，意識與量子測量。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，只要在測量過程中，具備明確的初始值，根據(jù)一系列基本粒子的初始位置和速度，就可以實(shí)現(xiàn)對事件的準(zhǔn)確預(yù)測，揭示出世界的真實(shí)狀態(tài)，并且，其測量結(jié)果不會受到觀察者意識的影響。因此，就某種程度而言，經(jīng)典力學(xué)中觀察者的行為同樣是被決定和可準(zhǔn)確預(yù)測的，觀察者的心靈與觀察者本身的原子構(gòu)成的經(jīng)典態(tài)被視為相等同。但是，在量子測量的過程中，這種測量過程和結(jié)果的客觀嚴(yán)格決定性和確定性會發(fā)生改變。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的量子力學(xué)思考，以玻爾、海森堡等人為代表的哥本哈根學(xué)派認(rèn)為，測量和觀察在描述物理實(shí)在的過程中具有十分重要的作用。在量子測量的過程中，測量的結(jié)果會表現(xiàn)出一定的不確定性，即每一次的測量結(jié)果都不相同。這種不確定性主要來自觀察者的意識和測量工具在每一次測量過程中所產(chǎn)生的差異性影響。“量子力學(xué)并不描述物理實(shí)在本身，而是描述物理實(shí)在出現(xiàn)的概率，而這種概率取決于觀察者的觀察。”①量子力學(xué)的產(chǎn)生從根本上改變了觀察者在測量過程中的地位。

測量問題研究的是一個(gè)處于經(jīng)典態(tài)的觀察者是怎樣在一個(gè)量子世界里存在的問題，量子世界描述了不同態(tài)的疊加，但是人類主體對世界的知覺和描述卻屬于宏觀層次上的經(jīng)典態(tài)。所以，在維格納、斯塔普（Henry Stapp）等物理學(xué)家看來，人類主體對經(jīng)典世界的經(jīng)驗(yàn)為什么以及怎樣從量子世界中突現(xiàn)中出來，是量子理論要解決的根本問題之一。在量子理論中，人與微觀領(lǐng)域的物質(zhì)和能量同處于一個(gè)測量過程，觀察者的意識會對測量的結(jié)果產(chǎn)生直接的影響，使測量結(jié)果表現(xiàn)出一種主客體不可分割的特征，正如海森堡所說，“自然科學(xué)不是自然界本身，而是人和自然界關(guān)系的一部分，因而就依順于人。”②量子力學(xué)所揭示出的物理實(shí)在以幾率波的形式呈現(xiàn)，并且只有在觀察者的意識參與到測量過程進(jìn)行觀察時(shí)才會出現(xiàn)。在測量過程中，觀察者的意識是量子力學(xué)所描述的物理實(shí)在本身的基本前提，自始至終都決定著測量的結(jié)果。因此，量子理論不是關(guān)于描述客觀物理實(shí)在本身的知識，它從一開始就包含了觀察者意識這一因素。量子理論實(shí)際上是由人類主體意識通過對物理對象的觀察得到、并經(jīng)過認(rèn)知加工的知識。但是在經(jīng)典力學(xué)中，情況則恰恰相反，人類主體同測量過程和測量結(jié)果截然分離，有意識的主體與客體對象之間有明確的邊界。

第二，意識引發(fā)塌縮理論。馮?諾依曼在其1932年的著作《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》中首次提出“意識引發(fā)塌縮”理論（consciousness cause collapse proposal，簡稱CCCP），受到維格納和斯塔普的支持。該理論認(rèn)為，“測量”僅僅發(fā)生在有意識的觀察者和波函數(shù)相互作用的基礎(chǔ)上，所以僅從量子力學(xué)的角度來描述世界是不完整的，一個(gè)完整、科學(xué)、系統(tǒng)的描述應(yīng)該包含意識狀態(tài)對量子力學(xué)的影響，而塌縮就是在有意識的觀察者的心靈同其它系統(tǒng)的糾纏中發(fā)生的。“量子力學(xué)的規(guī)律是正確的，但是有一個(gè)系統(tǒng)有可能要用量子力學(xué)來說明，這個(gè)系統(tǒng)就是整個(gè)物質(zhì)世界。有一個(gè)不在量子力學(xué)之內(nèi)的外部的觀察者，這個(gè)觀察者就是人類（和動物）的心靈，它在大腦上執(zhí)行測量并導(dǎo)致波函數(shù)的塌縮。”③持這種觀點(diǎn)的哲學(xué)家和物理學(xué)家，如查爾默斯（David Chalmers）和洛克伍德（Michael Lockwood）認(rèn)為，“塌縮動力學(xué)為交互論說明敞開了大門”。④同時(shí)，他們也認(rèn)為意識能夠從某種復(fù)雜的大腦物理狀態(tài)中突現(xiàn)出來，從而具有引發(fā)波函數(shù)塌縮的因果效力。

當(dāng)然，“意識引發(fā)塌縮”理論實(shí)際上還面臨許多問題。例如，意識引發(fā)塌縮是在什么時(shí)候發(fā)生的？是否僅在有意識的觀察者參與的測量過程中，意識才會引發(fā)塌縮？根據(jù)現(xiàn)有的宇宙知識，早期宇宙的量子狀態(tài)并不是一個(gè)意識的本征態(tài)（eigenstate），在宇宙產(chǎn)生的最初的三分鐘里，也沒有一個(gè)有意識的觀察者在觀察一切的發(fā)生。如果宇宙最初的那個(gè)狀態(tài)是根據(jù)薛定諤所提出的規(guī)律而演化出的早期宇宙狀態(tài)，那么一個(gè)與有意識的觀察者的存在相關(guān)聯(lián)的本征態(tài)就不可能產(chǎn)生。第一次的塌縮需要有意識的觀察者出現(xiàn)才能產(chǎn)生，但是有意識的觀察者的出現(xiàn)則需要更早狀態(tài)的塌縮才能產(chǎn)生，塌縮與有意識觀察者出現(xiàn)的先后順序問題的不確定，直接導(dǎo)致意識引發(fā)塌縮不可能開始的結(jié)論。盡管，“意識引發(fā)塌縮”理論受到了許多科學(xué)性和哲學(xué)家的支持，但是他們并沒有為該觀點(diǎn)提供一種可靠的論證。并且，這一理論和作為主流說明的多世界理論相悖。多世界理論認(rèn)為，波函數(shù)是對于整個(gè)宇宙的完備描述，它是一種基本的物理實(shí)體，從不塌縮;并且，量子測量不需要意識的參與，把意識引入到物理說明中，只會使實(shí)在論遭遇到危機(jī)。

盡管對于意識在量子力學(xué)中的位置尚無定論，但是已經(jīng)有越來越多的物理學(xué)家和哲學(xué)家參與到這一爭論中去，比如維格納、斯塔普、查爾默斯等人，他們關(guān)于意識在量子力學(xué)研究中的作用的積極討論，已經(jīng)表明，意識是量子力學(xué)研究中不可忽視的一個(gè)重要問題。

2 量子力學(xué)視域中的意識研究

早期的量子力學(xué)研究者如普朗克、玻爾、薛定諤等人主張，意識研究應(yīng)該引入量子隨機(jī)性來解決與決定論之間的矛盾，此后，量子力學(xué)視域中的意識研究開始興起。我們將首先說明為什么意識研究要引入量子力學(xué)，然后論述用量子力學(xué)研究意識的三條主要路徑。

2.1 為什么意識研究需要引入量子力學(xué)

還原的唯物主義的觀點(diǎn)以經(jīng)典力學(xué)的決定論、還原論等原則為立論的基礎(chǔ)。決定論認(rèn)為，質(zhì)點(diǎn)是真正的實(shí)在，只要給出質(zhì)點(diǎn)的位置和動量，那么，依據(jù)一定的初始值，自然和人的行為就可以被準(zhǔn)確地預(yù)測。還原論主張，一切高級運(yùn)動形式都可以還原為低級、基本的活動形式，把這種方法運(yùn)用到意識研究中就是把意識這種大腦的高級活動形式還原為最基本的大腦神經(jīng)活動，以達(dá)到揭示意識本質(zhì)的目的。傳統(tǒng)的意識研究建立在這種理論基礎(chǔ)之上，而意識問題的關(guān)鍵在于，意識的主觀特征該如何進(jìn)行有效的還原，并且使被還原為神經(jīng)活動的意識仍然能夠具有說明主觀感受的完備性呢？這一問題被查爾默斯稱為著名的“意識困難問題”。

“在經(jīng)典力學(xué)中沒有任何支持‘感受’存在的邏輯上的依據(jù)。它是一個(gè)理性封閉的概念系統(tǒng)，它的原則只有在決定事物的位置和運(yùn)動的時(shí)候起作用，這個(gè)系統(tǒng)局限于一個(gè)狹小的數(shù)學(xué)框架內(nèi)，不涉及任何現(xiàn)象性的性質(zhì)。”⑤這就是說，在以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的認(rèn)識論框架內(nèi)，并沒有人的主觀感受的存在地位，經(jīng)典力學(xué)以排除意識問題來實(shí)現(xiàn)自身體系的完整性。一種排除了意識存在地位的理論如何能夠解決意識問題？這顯然是令人懷疑的。

因此，彭羅斯（Roger Penrose）、斯塔普等物理學(xué)家認(rèn)為，如果對意識的研究仍局限在經(jīng)典力學(xué)的框架內(nèi)，意識問題永遠(yuǎn)不可能得到解決，我們必須在一個(gè)全新的框架內(nèi)說明意識和大腦活動之間的關(guān)系，而量子力學(xué)的引入，能夠?yàn)槲覀兲峁┬碌难芯恳暯恰?/p>

2.2 量子力學(xué)視域中意識研究的三條路徑

意識是由大腦神經(jīng)活動基于某種動力學(xué)而實(shí)現(xiàn)的過程，由于它涉及到微觀層面的化學(xué)和電子現(xiàn)象，因此，對它的描述必然要涉及到量子理論。從而，我們可以把意識看成是一個(gè)發(fā)生在大腦微觀世界中的特殊的量子力學(xué)現(xiàn)象。持這種觀點(diǎn)的物理學(xué)家和心靈哲學(xué)家認(rèn)為，“意識是一種對神經(jīng)反射的直接認(rèn)識，這種神經(jīng)反射是通過已知的量子事件突然實(shí)現(xiàn)的。”⑥根據(jù)目前的研究，量子力學(xué)對意識的說明可以分為三條路徑。

第一條路徑是運(yùn)用相關(guān)的量子力學(xué)概念，如量子疊加、塌縮等原理與意識活動進(jìn)行類比來達(dá)到說明意識的目的。在說明的過程中，不需要涉及復(fù)雜的運(yùn)算，也不需要將具體的概念運(yùn)用到具體的情境中。這種方式的說明僅僅是一種概念上相似性的類比，因此本質(zhì)上不是對意識過程的科學(xué)表征，并不能真正揭示意識的本質(zhì)。

第二條路徑是運(yùn)用具體的量子力學(xué)概念來揭示神經(jīng)生理學(xué)的過程。通過這條途徑，量子力學(xué)對意識的相關(guān)特征做出了說明。

第一，用玻色―愛因斯坦凝聚態(tài)說明意識的高度整合性。個(gè)體在反觀當(dāng)下的意識狀態(tài)的時(shí)候，大腦中會呈現(xiàn)一幅統(tǒng)一和諧的意識場景。例如，當(dāng)某人在上課的時(shí)候，因?yàn)槁牭酱巴獾囊魳范肫鹆四巢侩娨晞〉那楣?jié)、大腦中會浮現(xiàn)電視劇的場景和人物、甚至是當(dāng)時(shí)的天氣，同時(shí)，他的耳邊又傳來老師的講課聲，同時(shí)他的右手正在做著筆記。于是，他所有的感官都被調(diào)動起來，在大腦中形成了一幅統(tǒng)一但富有情節(jié)跳躍性的場景。這幅場景完整且豐富，個(gè)體無法把它自行分割，也就是說，大腦中所呈現(xiàn)的統(tǒng)一和諧的意識場景不能被分割成他正在聽音樂或者他正在做筆記這些構(gòu)成意識內(nèi)容的元素而獨(dú)立存在。同時(shí)，隨著老師的突然提問，他形成的意識場景被打破，繼而思考老師提問的意識場景，或者隨著窗外音樂聲的停止，他的意識場景轉(zhuǎn)換成了另一幅圖像呈現(xiàn)在大腦中。不論意識的內(nèi)容如何改變，他的意識狀態(tài)總是統(tǒng)一且不可分割的整體。

玻色―愛因斯坦凝聚態(tài)是一種全新的物質(zhì)狀態(tài)，即不同活動水平的原子在溫度極低的條件下會凝聚在一起而具有統(tǒng)一的特征。當(dāng)這些原子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，它們以無序的方式排列，一旦它們受到外界的刺激，并且細(xì)胞的能量因刺激而達(dá)到某個(gè)臨界水平時(shí)，它們就會一致性地被激活。這種神經(jīng)元的激活能夠波及整個(gè)大腦，并產(chǎn)生一致的量子電場。玻色―愛因斯坦凝聚態(tài)的過程機(jī)制恰好能夠說明，分布在不同腦區(qū)且活動水平各異的神經(jīng)元活動怎樣能夠協(xié)同行動，以支持一個(gè)完整統(tǒng)一的意識場景的產(chǎn)生。

第二，用測不準(zhǔn)原理說明思維的量子化特征。EEG （Electro Encephalo Gram）實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，思維過程在本質(zhì)上具有量子化的特征。思維過程與量子過程的變化有諸多相同點(diǎn)。例如，當(dāng)一個(gè)人在回憶多年前，在某節(jié)印象深刻的課堂上被老師提問自己所做的回答時(shí)，大腦中許多與當(dāng)時(shí)場景相關(guān)的模糊要素都處在被調(diào)動的潛在狀態(tài)中，例如當(dāng)時(shí)的天氣、情緒狀態(tài)、問題的內(nèi)容、他的回答、同學(xué)們的反應(yīng)等。當(dāng)他把注意力刻意集中到其中一個(gè)記憶片段，如當(dāng)時(shí)回答問題的緊張狀態(tài)上，準(zhǔn)備仔細(xì)回想和再現(xiàn)曾經(jīng)回答過的內(nèi)容時(shí)，他會發(fā)現(xiàn)在回憶的過程中常常會遇到困難。對當(dāng)時(shí)所回答內(nèi)容的記憶會變得不如刻意集中注意力之前那樣清晰和完整，甚至試圖回憶起來的思路也會消失而被其它的思路所取代。在未刻意回憶時(shí)本來清晰完整的回答，反而在集中注意力之后變得模糊，甚至原先的回憶思路也被打亂，最終導(dǎo)致意識場景發(fā)生改變。這一特征能夠用海森堡在1927年所提出的“測不準(zhǔn)原理”來說明。

“測不準(zhǔn)原理”表明，一個(gè)微觀粒子的物理量，如位置和動量、時(shí)間與能量等不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值，如果在一對物理量中，其中一個(gè)量的值越確定，那么另一個(gè)量的值就越難以確定。就思維的特征而言，被刻意關(guān)注的回憶類似于電子的二象性中的粒子性而具有“位置”，在刻意集中注意力之前的潛伏性的整體思路，就像電子的二象性中的波而具有“動量”。兩者不能同時(shí)清晰或者同時(shí)確定，而只能確定一個(gè)。

第三條路徑是一種關(guān)于量子力學(xué)的普遍性理論，其代表人物是玻姆（David Bohm）和斯塔普。玻姆等人提出一種“新實(shí)在論”的觀點(diǎn)。他們認(rèn)為，意識和物質(zhì)不是兩個(gè)根本性的實(shí)在，物質(zhì)和意識只是從隱序的基本實(shí)在中投射到顯序中的投射物。斯塔普持類似的觀點(diǎn)，并提出了建立在過程本體論上的意識觀點(diǎn)，即最本質(zhì)的實(shí)在元素是現(xiàn)實(shí)場合（actual occasion），而不是物質(zhì)或者心靈。現(xiàn)實(shí)場合可以把心理的和物理的特征緊密地聯(lián)系起來。這樣，心物直接互動的觀點(diǎn)就被他在更為深層次的基礎(chǔ)上提出的心物關(guān)聯(lián)的約束集合（constraint set）所取代。

3 結(jié)論

量子力學(xué)與意識看似毫不相關(guān)，但實(shí)際上卻是一對具有多重內(nèi)在關(guān)聯(lián)性的奇妙的搭檔，兩者的交叉研究極大地拓展了彼此的理論視域，其背后的形而上學(xué)基礎(chǔ)是一種交互二元論。從交互二元論的角度出發(fā)，意識被賦予了引發(fā)波函數(shù)塌縮的因果效力，并作為一種測量過程的初始條件由始至終影響著對物理對象的客觀描述。并且，意識研究中量子力學(xué)的引入，突破了長期以來用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律說明意識問題所遭遇到的瓶頸，為意識的高度整合性等特征提供了有力的科學(xué)說明。隨著交叉學(xué)科的縱深發(fā)展，意識與量子力學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性將會得到更多的揭示。

注釋

① 鄭榮雙.形而上學(xué)心理學(xué)[M].上海：上海教育出版社，2008：117.

② 金尚年.量子力學(xué)的物理基礎(chǔ)和哲學(xué)背景[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2007：95.

③ Zvi Schreiber. The Nine Lives of Schroedingers's Cat[J].1995.http：///abs/quant-ph/9501014.

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文5

一、“感應(yīng)”思想

“感應(yīng)”思想最早出自《周易》，認(rèn)為自然界許多事物的運(yùn)動變化都是由相互感應(yīng)引起的。《史記》記載“文王拘而演周易”，即指周文王被商紂王囚禁期間在獄中寫了《周易》一書，發(fā)生在大約公元前11世紀(jì)。《易傳》把《周易》古經(jīng)中的經(jīng)驗(yàn)性的同類相感思想上升到哲學(xué)世界觀的高度，認(rèn)為宇宙間所有的同類事物或同類事物與同類卦象之間由于相互感應(yīng)而結(jié)為一個(gè)整體[1]。

17世紀(jì)開始，現(xiàn)代物理學(xué)中有關(guān)各種物理感應(yīng)現(xiàn)象的研究取得了一系列令人矚目的發(fā)現(xiàn)，代表性的理論是牛頓于1687年提出的“萬有引力定律”、法拉第于1831年提出的“電磁感應(yīng)定律”、赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)并被愛因斯坦于1905年正確解釋的“光電效應(yīng)”等。無論是“萬有引力”還是“電磁場”，在物理學(xué)中都可以理解為具有某種特定物理屬性的“場”，并以感應(yīng)的方式發(fā)生作用，可以說，“感應(yīng)”現(xiàn)象是自然界中客觀存在的普遍現(xiàn)象。

從中國古代“感應(yīng)”思想的提出，到現(xiàn)代物理學(xué)中一系列物理感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及相關(guān)理論的提出，“感應(yīng)”思想顯現(xiàn)了普遍而深刻的哲學(xué)內(nèi)涵。目前仍然無法解釋的大量自然現(xiàn)象也在經(jīng)常提醒著人們，自然界可能存在許多尚未被人類認(rèn)知的其他形式的“物理場”及相應(yīng)的感應(yīng)方式，如不受時(shí)間和空間限制的“量子糾纏效應(yīng)”。而對人類尚未認(rèn)知的其他形式的“物理場”及相應(yīng)的感應(yīng)方式的探索，不僅有助于物理學(xué)的進(jìn)步，也有助于預(yù)測學(xué)的發(fā)展，以地震預(yù)測為例，眾所周知，地震預(yù)測迄今仍是科技的“軟肋”，地震學(xué)家提出了許多地震預(yù)測方法，然而事實(shí)證明，沒有哪種方法能可靠地實(shí)現(xiàn)在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)測地震。從感應(yīng)學(xué)角度看，人類對大量自然信息的感應(yīng)和探測能力依然不足，并成為地震等自然災(zāi)害預(yù)測及更廣義的未來預(yù)測學(xué)發(fā)展的羈絆。

二、“陰陽”思想

早至春秋時(shí)代的《易傳》以及老子的《道德經(jīng)》都有提到陰陽。《道德經(jīng)》中說：“萬物負(fù)陰而抱陽”。《管子?四時(shí)》中說：“陰陽者，天地之大理也；四時(shí)者，陰陽之大經(jīng)也”。《史記?太史公自序》中的“論六家要旨”把陰陽家列為六家之首。《史記》稱其：“深觀陰陽消息而作迂怪之變”。而《鬼谷子》蘊(yùn)含的陰陽思想既繼承了前人對陰陽創(chuàng)造的成果，又充分發(fā)揮了自己的主觀能動性，從縱橫游說的角度出發(fā)，將陰陽之道作為其游說理論之法[2]。《黃帝內(nèi)經(jīng)》認(rèn)為，陰陽是宇宙萬物和人體生命活動的總規(guī)律。《素問?陰陽應(yīng)象大論》說：“陰陽者，天地之道也，萬物之綱紀(jì)，變化之父母，生殺之本始，神明之府也”[3]。

而現(xiàn)代物理學(xué)的一些新發(fā)現(xiàn)與中國古代的“陰陽”哲學(xué)思想不謀而合，其代表就是“反物質(zhì)”的發(fā)現(xiàn)。1928年，狄拉克（Dirac P A）的相對論量子力學(xué)中的正、負(fù)能態(tài)解，實(shí)質(zhì)上已預(yù)言了正、反費(fèi)米粒子的對稱性與反粒子的存在。1940年，斯圖克爾伯格（Stueckelberg E C）和費(fèi)曼（Feynman R P）用波函數(shù)和費(fèi)曼圖描述了正、反粒子的產(chǎn)生和湮滅過程，提出反粒子是逆時(shí)間方向運(yùn)動的粒子[4]。1932年，安德森用磁云室研究宇宙射線時(shí)果然發(fā)現(xiàn)了電子的反粒子――正電子；1955年，美國勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室（LBL）的張伯倫等人發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子；1995年，歐洲核研究中心（CERN）發(fā)現(xiàn)了反氫原子[5]。到目前為止，物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了300多種基本粒子，這些基本粒子都是正反成對存在的。

基于中國古代的“陰陽”思想，我們不妨再繼續(xù)提出兩個(gè)物理學(xué)問題，其中一個(gè)問題是：自然界是否存在與“萬有引力”相對立統(tǒng)一的“萬有斥力”？而依據(jù)“陰陽”思想的哲學(xué)內(nèi)涵，即凡事都存在其反面，即所謂“孤陰不生，獨(dú)陽不長”及“無陽則陰無以生，無陰則陽無以化”，那么我們就有理由懷疑，物理學(xué)家們所提到的“宇宙大爆炸”現(xiàn)象是否就是“萬有斥力”的一種表象呢？另一個(gè)問題：時(shí)間是否會在某種條件下“倒流”或“停止”？這也是一個(gè)與“陰陽”有關(guān)的問題。而從相對論的角度看，時(shí)間具有“相對性”的特征，時(shí)間的“長短”和“快慢”都是相對的，那么，從預(yù)測學(xué)的角度解讀這個(gè)問題，發(fā)生在未來時(shí)空的事件或結(jié)果可以利用可能存在的“時(shí)空感應(yīng)”信息或“陰陽原理”進(jìn)行預(yù)測嗎？

三、“因果”思想

佛教傳入中國之前，儒、道二家為中國文化的主流，已有樸素的“因果”思想。佛教的因果思想自印度傳入中國后，迅速融合了中國傳統(tǒng)文化中的一些固有觀念與中國本土的報(bào)應(yīng)觀念，發(fā)展成為一種具有中國特色的因果思想，長期而廣泛的影響著中國人的精神世界[6]。

巧合的是，古希臘哲學(xué)家也有類似的因果論思想。蘇格拉底（公元前469-399年）指出，“自然界的因果系列是無窮無盡的”，“種下什么樣的因，就會有什么樣的果，這是亙古不滅的定律”。而在西方近代哲學(xué)思想中也不乏有關(guān)因果論的思辨。英國經(jīng)驗(yàn)論者從培根一直到洛克都把因果規(guī)律看作是必然的，認(rèn)為凡事必有原因，這是為我們的經(jīng)驗(yàn)所證實(shí)的。因果性問題在康德的全部《純粹理性批判》中是“最重要而最基本的論證之一”[7]。

客觀地說，“因果論”不失為現(xiàn)代科學(xué)的思維模式之一。牛頓從落地的蘋果中悟出了“萬有引力”的“因”，達(dá)爾文從生物進(jìn)化的痕跡和歷史中找到了“自然選擇”的“因”和“適者生存”的“果”。實(shí)際上，也正是科學(xué)家們對宏觀和微觀物理現(xiàn)象所產(chǎn)生的原因的深入思考，才誕生了堪稱現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石――“量子論”和“相對論”。薛定諤方程就是量子力學(xué)中因果關(guān)系的體現(xiàn)[8]。在量子力學(xué)里有沒有什么別的因果關(guān)系呢？關(guān)于這個(gè)問題，玻恩曾說，“粒子運(yùn)動遵循概率定律，而概率本身按照因果律傳播”。在因果論大地構(gòu)造學(xué)理淪中，著名的有地質(zhì)力學(xué)和板塊理論，前者主要探究諸種構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)和成因以及構(gòu)造體系的劃分；后者則主要探索巖石圈塊體的移動和互相間的力學(xué)關(guān)系以及移動的力源機(jī)制[9]。

展望未來，“因果論”仍然是科學(xué)家和哲學(xué)家們思考問題的一把鑰匙。產(chǎn)生“萬有引力”的深層次的原因是什么？時(shí)間是什么？時(shí)間和空間是怎樣關(guān)聯(lián)的？生命是怎么起源的？生命在宇宙中是否有存在的普遍性和必然性？為什么人們以目前的科學(xué)知識和技術(shù)尚不能準(zhǔn)確有效地預(yù)測地震？客觀地說，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，“因果論”的哲學(xué)價(jià)值不僅體現(xiàn)在它是一種科學(xué)觀，而且也體現(xiàn)在它是一種科學(xué)方法論。

四、“循環(huán)”思想

《周易?復(fù)》卦的“反復(fù)其道”提出了明確的循環(huán)論思想，說陰長則陽消，陽長則陰消，陰陽往來交替消長，按照一定的規(guī)律變化[10]。老子認(rèn)為，“物極必反”是宇宙間的一個(gè)普遍法則，任何事物的變化莫不如此。“返者道之動”突出了大道終而復(fù)始、循環(huán)往復(fù)的外在運(yùn)動形式，是對大道的運(yùn)動的直觀描述。中國早期的陰陽家的思維模式的要點(diǎn)在于陰陽交替，輪轉(zhuǎn)循回，以循環(huán)觀念為主[11]。

量子力學(xué)與量子糾纏的關(guān)系范文6

馬克思曾明確指出：“一門科學(xué)只有當(dāng)它達(dá)到了能夠成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算真正發(fā)展了。”這是對數(shù)學(xué)作用的深刻理解，也是對科學(xué)化趨勢的深刻預(yù)見。事實(shí)上，數(shù)學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛，連一些過去認(rèn)為與數(shù)學(xué)無緣的學(xué)科，如考古學(xué)、語言學(xué)、心理學(xué)等現(xiàn)在也都成為數(shù)學(xué)能夠大顯身手的領(lǐng)域。數(shù)學(xué)方法也在深刻地影響著歷史學(xué)研究，能幫助歷史學(xué)家做出更可靠、更令人信服的結(jié)論。這些情況使人們認(rèn)為，人類智力活動中未受到數(shù)學(xué)的影響而大為改觀的領(lǐng)域已寥寥無幾了。

二、數(shù)學(xué)：科學(xué)的語言有不少自然科學(xué)家、特別是理論物理學(xué)家都曾明確地強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)的語言功能。例如，著名物理學(xué)家玻爾（N.H.D.Bohr）就曾指出：“數(shù)學(xué)不應(yīng)該被看成是以經(jīng)驗(yàn)的積累為基礎(chǔ)的一種特殊的知識分支，而應(yīng)該被看成是普通語言的一種精確化，這種精確化給普通語言補(bǔ)充了適當(dāng)?shù)墓ぞ邅肀硎疽恍╆P(guān)系，對這些關(guān)系來說普通字句是不精確的或過于糾纏的。嚴(yán)格說來，量子力學(xué)和量子電動力學(xué)的數(shù)學(xué)形式系統(tǒng)，只不過給推導(dǎo)關(guān)于觀測的預(yù)期結(jié)果提供了計(jì)算法則。”（注：《原子物理學(xué)和人類知識論文續(xù)編》，商務(wù)印書館1978年版。）狄拉克（P.A.M.Dirac）也曾寫道：“數(shù)學(xué)是特別適合于處理任何種類的抽象概念的工具，在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，它的力量是沒有限制的。正因?yàn)檫@個(gè)緣故，關(guān)于新物理學(xué)的書如果不是純粹描述實(shí)驗(yàn)工作的，就必須基本上是數(shù)學(xué)性的。”（注：狄拉克《量子力學(xué)原理》，科學(xué)出版社1979年版。）另外，愛因斯坦（A.Einstein）則更通過與藝術(shù)語言的比較專門論述了數(shù)學(xué)的語言性質(zhì)，他寫道：“人們總想以最適當(dāng)?shù)姆绞絹懋嫵鲆环喕暮鸵最I(lǐng)悟的世界圖像；于是他就試圖用他的這種世界體系來代替經(jīng)驗(yàn)的世界，并來征服它。這就是畫家、詩人、思辨哲學(xué)家和自然科學(xué)家所做的，他們都按照自己的方式去做。……理論物理學(xué)家的世界圖象在所有這些可能的圖象中占有什么地位呢？它在描述各種關(guān)系時(shí)要求盡可能達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格精確性，這樣的標(biāo)準(zhǔn)只有用數(shù)學(xué)語言才能做到。”（注：《愛因斯坦文集》第1卷，商務(wù)印書館1976年版。）

一般地說，就像對客觀世界量的規(guī)律性的認(rèn)識一樣，人們對于其他各種自然規(guī)律的認(rèn)識也并非是一種直接的、簡單的反映，而是包括了一個(gè)在思想中“重新構(gòu)造”相應(yīng)研究對象的過程，以及由內(nèi)在的思維構(gòu)造向外部的“獨(dú)立存在”的轉(zhuǎn)化（在愛因斯坦看來，“構(gòu)造性”和“思辨性”正是科學(xué)思想的本質(zhì)的思想）；就現(xiàn)代的理論研究而言，這種相對獨(dú)立的“研究對象”的構(gòu)造則又往往是借助于數(shù)學(xué)語言得以完成的（數(shù)學(xué)與一般自然科學(xué)的認(rèn)識活動的區(qū)別之一就在于：數(shù)學(xué)對象是一種“邏輯結(jié)構(gòu)”，一般的“科學(xué)對象”則可以說是一種“數(shù)學(xué)建構(gòu)”），顯然，這也就更為清楚地表明了數(shù)學(xué)的語言性質(zhì)。

數(shù)學(xué)作為一種科學(xué)語言，還表現(xiàn)在它能以其特有的語言（概念、公式、法則、定理、方程、模型、理論等）對科學(xué)真理進(jìn)行精確和簡潔的表述。如著名物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家麥克斯韋（J.C.Maxwell）的麥克斯韋方程組，預(yù)見了電磁波的存在，推斷出電磁波速度等于光速，并斷言光就是一種電磁波。這樣，麥克斯韋創(chuàng)立了系統(tǒng)的電磁理論，把光、電、磁統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)上重大的理論結(jié)合和飛躍。還有黎曼（Riemann）幾何和不變量理論為愛因斯坦發(fā)現(xiàn)相對論提供了絕妙的描述工具。而邊界值數(shù)學(xué)理論使本世紀(jì)二三十年代的遠(yuǎn)距離原子示波器的制成變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。矩陣?yán)碚摓楸臼兰o(jì)20年代海森堡（W.K.Heisenberg）和狄拉克引起的物理學(xué)革命奠定了基礎(chǔ)。

隨著社會的數(shù)學(xué)化程度日益提高，數(shù)學(xué)語言已成為人類社會中交流和貯存信息的重要手段。如果說，從前在人們的社會生活中，在商業(yè)交往中，運(yùn)用初等數(shù)學(xué)就夠了，而高等數(shù)學(xué)一般被認(rèn)為是科學(xué)研究人員所使用的一種高深的科學(xué)語言，那么在今天的社會生活中，只懂得初等數(shù)學(xué)就會感到遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用了。事實(shí)上，高等數(shù)學(xué)（如微積分、線性代數(shù)）的一些概念、語言正在越來越多地滲透到現(xiàn)代社會生活各個(gè)方面的各種信息系統(tǒng)中，而現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一些新的概念（如算子、泛函、拓?fù)洹埩俊⒘餍蔚龋﹦t開始大量涌現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)中，日漸發(fā)展成為現(xiàn)代的科學(xué)語言。

三、數(shù)學(xué)：思維的工具數(shù)學(xué)是任何人分析問題和解決問題的思想工具。這是因?yàn)椋菏紫龋瑪?shù)學(xué)具有運(yùn)用抽象思維去把握實(shí)在的能力。數(shù)學(xué)概念是以極度抽象的形式出現(xiàn)的。在現(xiàn)代數(shù)學(xué)中，集合、結(jié)構(gòu)等概念，作為數(shù)學(xué)的研究對象，它們本身確是一種思想的創(chuàng)造物。與此同時(shí)，數(shù)學(xué)的研究方法也是抽象的，這就是說數(shù)學(xué)命題的真理性不能建立在經(jīng)驗(yàn)之上，而必須依賴于演繹證明。數(shù)學(xué)家像是生活在一個(gè)抽象的數(shù)學(xué)王國中，然而他們在數(shù)學(xué)王國的種種發(fā)現(xiàn)，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)部和各種結(jié)構(gòu)之間的規(guī)律性的東西，最終還是現(xiàn)實(shí)的摹寫。而數(shù)學(xué)應(yīng)用于實(shí)際問題的研究，其關(guān)鍵還在于能建立一個(gè)較好的數(shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型的過程，是一個(gè)科學(xué)抽象的過程，即善于把問題中的次要因素、次要關(guān)系、次要過程先撇在一邊，抽出主要因素、主要關(guān)系、主要過程，經(jīng)過一個(gè)合理的簡化步驟，找出所要研究的問題與某種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，使這個(gè)實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。在一個(gè)較好的數(shù)學(xué)模型上展開數(shù)學(xué)的推導(dǎo)和計(jì)算，以形成對問題的認(rèn)識、判斷和預(yù)測。這就是運(yùn)用抽象思維去把握現(xiàn)實(shí)的力量所在。

其次，數(shù)學(xué)賦予科學(xué)知識以邏輯的嚴(yán)密性和結(jié)論的可靠性，是使認(rèn)識從感性階段發(fā)展到理性階段，并使理性認(rèn)識進(jìn)一步深化的重要手段。在數(shù)學(xué)中，每一個(gè)公式、定理都要嚴(yán)格地從邏輯上加以證明以后才能夠確立。數(shù)學(xué)的推理步驟嚴(yán)格地遵守形式邏輯法則，以保證從前提到結(jié)論的推導(dǎo)過程中，每一個(gè)步驟都在邏輯上準(zhǔn)確無誤。所以運(yùn)用數(shù)學(xué)方法從已知的關(guān)系推求未知的關(guān)系時(shí)，所得結(jié)論有邏輯上的確定性和可靠性。數(shù)學(xué)的邏輯嚴(yán)密性還表現(xiàn)在它的公理化方法上。以理性認(rèn)識的初級水平發(fā)展到更高級的水平，表現(xiàn)在一個(gè)理論系統(tǒng)還需要發(fā)展到抽象程度更高的公理化系統(tǒng)，通過數(shù)學(xué)公理化方法，找出最基本的概念、命題，作為邏輯的出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用演繹理論論證各種派生的命題。牛頓所建立的力學(xué)系統(tǒng)則可看成自然科學(xué)中成功應(yīng)用公理化方法的典型例子。

第三，數(shù)學(xué)也是辯證的輔助工具和表現(xiàn)方式。這是恩格斯（F.Engels）對數(shù)學(xué)的認(rèn)識功能的一個(gè)重要論斷。在數(shù)學(xué)中充滿著辯證法，而且有自己特殊的表現(xiàn)方式，即用特殊的符號語言，簡明的數(shù)學(xué)公式，明確地表達(dá)出各種辯證的關(guān)系和轉(zhuǎn)化。如牛頓（I.Newton）—萊布尼茲（G.W.Leibniz）公式描述了微分和積分兩種運(yùn)算之間的聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化，概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)了事物的必然性與偶然性的內(nèi)在關(guān)系等等（注：孫小禮《數(shù)學(xué)：人類文化的重要力量》，《北京大學(xué)學(xué)報(bào)》（哲學(xué)社會科學(xué)版），1993年第1期。）。最后，值得指出的是，數(shù)學(xué)還是思維的體操。這種思維操練，確實(shí)能夠增強(qiáng)思維本領(lǐng)，提高科學(xué)抽象能力、邏輯推理能力和辯證思維能力。四、數(shù)學(xué)：一種思想方法數(shù)學(xué)是研究量的科學(xué)。它研究客觀對象量的變化、關(guān)系等，并在提煉量的規(guī)律性的基礎(chǔ)上形成各種有關(guān)量的推導(dǎo)和演算的方法。數(shù)學(xué)的思想方法體現(xiàn)著它作為一般方法論的特征和性質(zhì)，是物質(zhì)世界質(zhì)與量的統(tǒng)一、內(nèi)容與形式的統(tǒng)一的最有效的表現(xiàn)方式。這些表現(xiàn)方式主要有：提供數(shù)量分析和計(jì)算工具；提供推理工具；建立數(shù)學(xué)模型。

任何一種數(shù)學(xué)方法的具體運(yùn)用，首先必須將研究對象數(shù)量化，進(jìn)行數(shù)量分析、測量和計(jì)算。同志曾指出：“對情況和問題一定要注意到它們

的數(shù)量方面，要有基本的數(shù)量的分析。任何質(zhì)量都表現(xiàn)為一定的數(shù)量，沒有數(shù)量也就沒有質(zhì)量。”（注：《選集》第4卷第1443頁，人民出版社1990年版。）例如太陽系第行星——海王星的發(fā)現(xiàn)，就是由亞當(dāng)斯（J.C.Adams）和勒維烈（U.J.Leverrier）運(yùn)用萬有引力定律，通過復(fù)雜的數(shù)量分析和計(jì)算，在尚未觀察到海王星的情況下推理并預(yù)見其存在的。

數(shù)學(xué)作為推理工具的作用是巨大的。特別是對由于技術(shù)條件限制暫時(shí)難以觀測的感性經(jīng)驗(yàn)以外的客觀世界，推理更有其獨(dú)到的功效，例如正電子的預(yù)言，就是由英國理論物理學(xué)家狄拉克根據(jù)邏輯推理而得出的。后來由宇宙射線觀測實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一論斷。

值得指出的是，數(shù)學(xué)模型方法作為對某種事物或現(xiàn)象中所包含的數(shù)量關(guān)系和空間形式所進(jìn)行的數(shù)學(xué)概括、描述和抽象的基本方法，已經(jīng)成為應(yīng)用數(shù)學(xué)最本質(zhì)的思想方法之一。模型這一概念在數(shù)學(xué)上已變得如此重要，以致于許多數(shù)學(xué)家都把數(shù)學(xué)看成是“關(guān)于模型的科學(xué)”。懷特海（A.N.Whitehead）認(rèn)為：“模式具有重要性的看法和文明一樣古老……社會組織的結(jié)合力也依賴于行為模式的保持；文明的進(jìn)步也僥幸地依賴于這些行為模式的變更。”（注：林夏水主編《數(shù)學(xué)哲學(xué)譯文集》第350頁，知識出版社1986年版。）并進(jìn)一步指出：“數(shù)學(xué)對于理解模式和分析模式之間的關(guān)系，是最強(qiáng)有力的技術(shù)。”（注：林夏水主編《數(shù)學(xué)哲學(xué)譯文集》第350頁，知識出版社1986年版。）物理學(xué)家博爾茨曼（L.E.Boltzmann）認(rèn)為：“模型，無論是物理的還是數(shù)學(xué)的，無論是幾何的還是統(tǒng)計(jì)的，已經(jīng)成為科學(xué)以思維能力理解客體和用語言描述客體的工具。”這一觀點(diǎn)目前不僅流行于自然科學(xué)界，還遍布于社會科學(xué)界。為自然界和人類社會的各種現(xiàn)象或事物建立模型，是把握并預(yù)測自然界與人類社會變化與發(fā)展規(guī)律的必然趨勢。在歐洲，在人文科學(xué)和社會科學(xué)中稱為結(jié)構(gòu)主義的運(yùn)動，雄辯地論證了所有各種范圍的人類行為與意識都有形式的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。在美國，社會科學(xué)自夸有更堅(jiān)實(shí)、定量的東西，這通常也是用數(shù)學(xué)模型來表示的。從模型的觀點(diǎn)看，數(shù)學(xué)已經(jīng)突破了量的確定性這一較狹義的范疇而獲得了更廣泛的意義。既然數(shù)學(xué)的研究對象已經(jīng)不再局限于“量”而擴(kuò)展為更廣義的“模型”，那么，數(shù)學(xué)概念的本質(zhì)也在發(fā)生嬗變。數(shù)學(xué)正成為一個(gè)動態(tài)的、變化的、泛化了的概念體系，其涵蓋的科學(xué)對象也必然隨之增加。數(shù)學(xué)在社會科學(xué)中的模型建構(gòu)大都以結(jié)構(gòu)分析為目標(biāo)，即在高度簡化與理想化的框架中去理解社會行為機(jī)制。在某些框架下，利用科學(xué)去預(yù)測與控制一個(gè)社會系統(tǒng)的一切變量的更高層次的目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

數(shù)學(xué)的模型方法把數(shù)學(xué)的思想方法功能轉(zhuǎn)化成科學(xué)研究的實(shí)際力量。數(shù)學(xué)中有一個(gè)分支叫應(yīng)用數(shù)學(xué)，主要就是研究如何從實(shí)際問題中提煉數(shù)學(xué)模型。這是一個(gè)對研究對象進(jìn)行具體分析、科學(xué)抽象和做出判斷與預(yù)見的過程。如對客觀事物的必然現(xiàn)象，人們用確定性模型去描述，而對或然現(xiàn)象，人們建立了隨機(jī)性模型。模糊數(shù)學(xué)被用于刻畫弗晰現(xiàn)象。而各種突變現(xiàn)象，如地震、洪災(zāi)等，則可以由突變理論給出數(shù)學(xué)模型。

五、數(shù)學(xué)：理性的藝術(shù)通常人們認(rèn)為，藝術(shù)與數(shù)學(xué)是人類所創(chuàng)造的風(fēng)格與本質(zhì)都迥然不同的兩類文化產(chǎn)品。兩者一個(gè)處于高度理性化的巔峰，另一個(gè)居于情感世界的中心；一個(gè)是科學(xué)（自然科學(xué)）的典范，另一個(gè)是美學(xué)構(gòu)筑的杰作。然而，在種種表面無關(guān)甚至完全不同的現(xiàn)象背后，隱匿著藝術(shù)與數(shù)學(xué)極其豐富的普遍意義。

數(shù)學(xué)與藝術(shù)確實(shí)有許多相通和共同之處，例如數(shù)學(xué)和藝術(shù)，特別是音樂中的五線譜，繪畫中的線條結(jié)構(gòu)等，都是用抽象的符號語言來表達(dá)內(nèi)容。難怪有人說，數(shù)學(xué)是理性的音樂，音樂是感性的數(shù)學(xué)。事實(shí)上，由于數(shù)學(xué)（特別是現(xiàn)代數(shù)學(xué)）的研究對象在很大程度上可以被看成“思維的自由想象和創(chuàng)造”，因此，美學(xué)的因素在數(shù)學(xué)的研究中占有特別重要的地位，以致在一定程度上數(shù)學(xué)可被看成一種藝術(shù)。對此，我們還可做出如下進(jìn)一步的分析。

藝術(shù)與數(shù)學(xué)都是描繪世界圖式的有力工具。藝術(shù)與數(shù)學(xué)作為人類文明發(fā)展的產(chǎn)物，是人類認(rèn)識世界的一種有力手段。在藝術(shù)創(chuàng)造與數(shù)學(xué)創(chuàng)造中凝聚著人類美好的理想和實(shí)現(xiàn)這種理想的孜孜追求。盡管藝術(shù)家與數(shù)學(xué)家使用著不同的工具，有著不同的方式，但他們工作的基本的目的都是為了描繪一幅盡可能簡化的“世界圖式”。藝術(shù)實(shí)踐與數(shù)學(xué)活動的動機(jī)、過程、方法與結(jié)果，都是在其自身價(jià)值的弘揚(yáng)中，不斷地實(shí)現(xiàn)著對世界圖式的有力刻畫。這種價(jià)值就是在充分、完全地理解現(xiàn)實(shí)世界的基礎(chǔ)上，審美地掌握世界。

藝術(shù)與數(shù)學(xué)都是通用的理想化的世界語言。藝術(shù)與數(shù)學(xué)在描繪世界圖式的過程中，還同時(shí)發(fā)展并完善著自身的表現(xiàn)形式，這種表現(xiàn)形式最基本的載體便是藝術(shù)與數(shù)學(xué)各自獨(dú)特的語言體系。其共同特征有：（1）跨文化性。藝術(shù)與數(shù)學(xué)所表達(dá)的是一種帶有普遍意義的人類共同的心聲，因而它們可以超越時(shí)間和地域界限，實(shí)現(xiàn)不同文化群體之間的廣泛傳播和交流。（2）整體性。藝術(shù)語言的整體性來自于其藝術(shù)表現(xiàn)的普遍性和廣泛性；數(shù)學(xué)語言的整體性來自于數(shù)學(xué)統(tǒng)一的符號體系、各個(gè)分支之間的有力聯(lián)系、共同的邏輯規(guī)則和約定俗成的闡述方式。（3）簡約性。它首先表現(xiàn)為很高的抽象程度，其次是凝凍與濃縮。（4）象征性。藝術(shù)與數(shù)學(xué)語言各自的象征性可以誘發(fā)某種強(qiáng)烈的情感體驗(yàn)，喚起某種美的感受，而意義則在于把注意力引向思維，升遷為理念，成為表現(xiàn)人類內(nèi)心意圖的方式。（5）形式化。在藝術(shù)與數(shù)學(xué)各自進(jìn)行的代碼與信息的意義交換中，其共同的特征就是達(dá)到了實(shí)體與形式的分隔。這樣提煉出來的形式可以進(jìn)行形式化處理。

藝術(shù)與數(shù)學(xué)具有普適的精神價(jià)值。有人把精神價(jià)值劃分為知識價(jià)值、道德價(jià)值和審美價(jià)值三種。藝術(shù)與數(shù)學(xué)同時(shí)具備這三種價(jià)值，這一事實(shí)賦予了藝術(shù)與數(shù)學(xué)精神價(jià)值以普適性。概括起來，其共同的特點(diǎn)有：（1）自律性。數(shù)學(xué)價(jià)值的自律性是與數(shù)學(xué)價(jià)值的客觀性相聯(lián)系的；藝術(shù)的價(jià)值也是不能由民主選舉和個(gè)人好惡來衡量的。藝術(shù)與數(shù)學(xué)的價(jià)值基本上是在自身框架內(nèi)被鑒別、鑒賞和評價(jià)的。（2）超越性。它們可以超越時(shí)空，顯示出永恒。在藝術(shù)與數(shù)學(xué)的價(jià)值超越過程中，現(xiàn)實(shí)被擴(kuò)張、被延伸。人被重新塑造，賦予理想。藝術(shù)與數(shù)學(xué)的超越性還表現(xiàn)為超前的價(jià)值。（3）非功利性。藝術(shù)與數(shù)學(xué)的非功利性是其價(jià)值判斷有別于其他種類文化與科學(xué)的顯著特征之一。（4）多樣化、物化與泛化。在現(xiàn)代技術(shù)與商業(yè)化的沖擊下，藝術(shù)與數(shù)學(xué)的價(jià)值也開始發(fā)生嬗變，出現(xiàn)了各自價(jià)值在許多領(lǐng)域內(nèi)的散射、滲透、應(yīng)用、交叉等現(xiàn)象。

在人類思維的全譜系中，藝術(shù)思維和數(shù)學(xué)思維的主要特征決定了其主導(dǎo)思維各居于譜系的兩端。但兩種思維又有很多交叉、重疊和復(fù)合。特別是真正的藝術(shù)品和數(shù)學(xué)創(chuàng)造，一般都不是某種單一思維形式的產(chǎn)物，而是多種思維形式綜合作用的結(jié)果。人類思維之翼在藝術(shù)思維與數(shù)學(xué)思維形成的巨大張力之間展開了無窮的翱翔，并在人類思維的自然延拓和形式構(gòu)造中被編織得渾然一體，呈現(xiàn)出整體多樣性的統(tǒng)一。人類思維譜系不是線性的，而是主體的、網(wǎng)絡(luò)式的、多層多維的復(fù)合體。當(dāng)我們想要探索人類思維的奧秘時(shí)，藝術(shù)思維與數(shù)學(xué)思維能夠提供最典型的范本。其中能夠找到包括人類原始思維直至人工智能這樣高級思維在內(nèi)的全部思維素材（注：黃秦安《論藝術(shù)與數(shù)學(xué)的普遍意義及基本關(guān)系》，《陜西師大學(xué)報(bào)》（哲學(xué)社會科學(xué)版），1994年第2期。）。