演讲稿:物质的本质之争

物质的本质之争

在演讲开始之前，首先解释两个概念。首先是观测，物理学上所讲的观测，基本上是指人通过感知而获取信息。仪器本身并不能进行观测，而是人通过仪器进行观测获取信息。接着是意识，意识是人的头脑对于客观物质世界的反映，是感觉、感知、思维等各种心理过程的总和。

了解了这两个概念后，那么好，演讲开始。

我们学习了物理这么多年，相信大家对物质的存在形式有了一定的了解。而对于物质本质的研究，一直都是物理学家们不竭探索的问题。我们现在拿一种物质，比如光，来举例。提问：你认为光的本质是什么？或者简单地说：你认为光是光子还是光波呢？

很高兴大家的观点与20世纪的物理学家们不谋而合。随着科学的发展和新实验不断提出，物理学家们逐渐分成了两个派别，分别支持粒子论和波动论。但是对于20世纪的物理学家们来说，由于电子波动性的发现，粒子说的大后方出现了内奸，而波动说也无法完美地解释电子的行为，这让两种学说的争论陷入了僵局。

于是，伟大的尼尔斯. 玻尔所领导的哥本哈根学派提出了一种新的解释：对于单独的一个微观粒子，比如电子，在我们不去观侧它时，它没有确定的位置，但它同时拥有所有位置，就是说，电子不在任何地方，却又无处不在。同时，因为它没有确定的位置，所以它也没有确定的状态，它处于一种又是粒子又是波的叠加态。只有当我们观测它时，它才随机地出现在某一确定的位置，只是出现在哪一位置的概率不同。至于它的状态，则取决于我们观测的方式，当我们采用观测粒子的方法观测它时，我们无论如何都观测不到它的波动性；而当我们研究它波动的特征时，它的粒子性也不会出现。我们可以像王阳明一样说：“你未观测此电子时，此电子与汝同归于寂；你来观测此电子时，则此电子的一切都明白起来。”总而言之，电子这些东西，它们的一切，都取决于我们的意识。

在人类的文明史上，祭祀、迷信、宗教，这些一直站在科学的对立面鼓吹意识决定论的存在，现在终于可以尽情地嘲笑科学了。自然科学，这最骄傲的贵族，宇宙万物的立法者，对自然终极奥秘孜孜不倦的探险家，这个总是自诩为最严苛，最一丝不苟，最不能容忍主观意识的法官，现在居然要把人类的意识，或者说，

灵魂，放到宇宙的中心！哥白尼好不容易才将人类从宇宙中心驱逐出去，物理学家们决不能容忍他们卷土重来！

但是由于哥本哈根学派名声在外，很少有物理学家敢于对意识决定论提出质疑。这时，波动力学创立者埃尔文·薛定谔站了出来，提出了一个思维实验：假设有一个完全隔离的密闭容器，里面放着一只猫和一个密封的毒气瓶。现在我们向容器内放入一个装置，当这个装置检测到有元素衰变时，它就打破瓶子，将毒气释放出来，将猫毒死。按照我们日常的经验，猫非死即活。但按照哥本哈根的解释来说，由于猫没有意识，所以元素处于衰变且不衰变的叠加态，那么猫就处于一种死且活的叠加态，猫是又死又活的！

薛定谔一猫出惊四座，在整个物理学界掀起了一场喧然大波。既然粒子位置不确定，那么由粒子组成的桌子为什么不是又在这儿又在那儿？既然未观测时粒子的状态不确定，那么当我们全都不去观测月亮时，月亮是不是变成了一种又是粒子又是波的东西，并且弥漫到整个宇宙中？霍金就曾这样开玩笑地说过：“我一听说薛定谔的猫，就跑去拿枪。”

于是，许多物理学家纷纷踏上了寻找新的理论解释的道路。在德布罗意导波假设的基础上，玻姆提出了隐变量理论。玻姆认为，决定物质特性的是一种无法测出的隐藏变量，它能够及时准确地得知一切可能对它产生影响的因素，从而立即做出反应，无论这个因素在何处施加影响。也就是说，对于薛定谔的猫来说，猫从未又死又活，它的死活是由看不见的隐变量决定的。

玻姆的隐变量理论很不让人信服，因为它似乎体现了一种超距作用，它允许信息的传递速度超过光速，这无疑违反了相对论。尽管后来贝尔完善了它，并提出了许多验证隐变量理论的实验，但是这些实验的结果却都无情地否定了玻姆和贝尔的猜想。贝尔虽然感到失望，但他并没有放弃，而是将失败的原因归结于理论仍不完善。

既然这条路目前走不通，我们就来试试另一条。美国的科学家埃弗莱特认为，在我们观测猫前，我们的宇宙就像一个向量，此时我们不知道猫的死活；当我们观测猫时，宇宙以一种不是分裂胜似分裂的方式变成了两个投影为O 互不干涉的世界。此时的两个世界，它们只有一个不同之处：在其中的一个世界中的我们为小猫献上花圈：而在另一个世界的我们会发现，猫依旧活蹦乱跳！

埃弗莱特的理论叫做“多世界”或“多宇宙”理论，简称MWI 。这两个不同的世界就是我们常说的“平行宇宙”。虽然MWI 很好的将意识排除在外，但是它仍有两个缺点：首先它的成本太高。为了一只猫的死活，我们就要多造出来一个宇宙，这种动不动就把整个宇宙拉下水的做法不太值得欣赏；另外，这个理论无法被证伪或证实，因为我们还没有办法进入到别的平行宇宙中去。

对于MWI ，有人提出了这样一个思维实验：假设我现在用一把随机射出子弹的枪向你射击，直到将你打死。显然你有一半的可能活着，一半的可能死去。那么根据MWI ，你在一个宇宙中死去，在另一个宇宙中活着。由于我们会继续开枪，那么你活着的那个宇宙又会变成两个„„如此分裂下去，一定有一个宇宙，你永远都不会死，你在那个宇宙永生。

我们在哥本哈根的道路上碰到了意识这头怪兽，而在MWI 这里又被“永生”堵了回来，而看上去无懈可击的隐变量理论也被无情的现实所击倒。事实上这样的理论还有很多，但是你们可能已经厌烦了：猫的确又死又活，只不过在我们观测时状态被确定了下来；有两只猫；它们在一个宇宙中活着，在另一个宇宙中死去；猫从未又死又活，它的死活由看不见的隐变量决定„„量子力学从创立之初到如今已经将近一个世纪，如果任何一种事物在经历了这样一段漫长时间的考验后依然屹立不倒，这已经足够把它变成不朽的经典。岁月将把它磨砺成一个完美的成熟的体系，留给人们的只剩下深深的崇敬和无限的唏嘘，慨叹自己为何不能生于乱世，提三尺剑立不世功名，参予到这个伟大工作中去。而如今，科学家们依旧在为量子力学争论不休，被各种解释弄得焦头烂额。各种学说铺天盖地，争抢着量子解释的正统地位。玻尔就曾这样说过：“如果谁不为量子论而感到迷惑，那么他就是没有理解量子论。”

科学是不断发展的，它永远不会停下脚步。近年来，有一种理论，它从古老的弦论发展而来，在创立的初期几乎无人问津，现在却成为最热门的量子理论。它被称为“超弦理论”或“M 理论”。它将粒子看做多维宇宙中由超弦弯曲而成的存在，从而完美的诠释了波粒二象性；它通过六个维度相互干涉的假说，解释了量子不确定性的成因„„最重要的是，它的创立者们通过它击败了广义相对论，发现了引力子，将四种基本力统一的希望带给了科学家们。许多科学家坚信，他们会在某一天通过M 理论推导出一个方程，一个可以解释一切力学现象，进而

解释一切物理现象的方程。他们坚信，超弦必将戴上“the theory of everything ”的王冠，登上万能理论的宝座，将物理学乃至整个世界带向大一统的黄金时代。

如今已经是21世纪，物理学又一次走到了决定命运的关头，尽管超弦理论倍受青睐，但它仍然不是一定正确的，面对数之不尽的各种学说，也许明天就会出现一种更加完美的理论。我们似乎站在一个大时代的前沿，光辉的前景令我们激动又慌乱，几乎不敢去想象那是怎样一个伟大的景象。我们依稀已经听到历史的车轮转动的声音，看到在未来物理学繁荣昌盛的时光。当那个时刻到来的时候，物理学将再一次到达它的巅峰，登上宇宙的极顶。极目眺望，众山皆小，一切都在脚下。但是不要忘了，在你的身后有无数的科学先贤们前仆后继地在荆棘中摸索着、前行着，他们就是科学界的摩西，因为他们的开拓，我们跨过无数的艰难坎坷，隐隐约约地看到了前方那迦南之地的光芒。但前方还没有路，余下的路要靠我们亲手去开辟出来。在经历过漫漫的求索之旅后，也许有一天，你的名字也会成为物理学历史的一部分，与牛顿、玻尔、爱因斯坦一起铭刻在路旁的纪念碑上，再一次唤起后来的过路人对于一段伟大时光的深切怀念。未来的事，谁又说得清楚呢？