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当量子物理学家遇上精神病学家,物质和精神开始“纠缠”

保罗·哈尔彭在新书中写道,荣格和泡利受到了彼此的启发。
 
撰文 | Anil Ananthaswamy
 
翻译 | 施普林格·自然上海办公室
 
现代物理学的叙述者一直在寻找新的方式,来表达广义相对论和量子力学这两种迥异现实的矛盾关系。在相对论描述的宇宙中,原因导致结果,而且没有什么比光速更快。量子物理学则描绘了一个更古怪的世界,在这个世界里,事情似乎是随机发生的,联系似乎是瞬间出现的。两者都在挑战我们的直觉认知。
相关图书:
 
《共时性:理解因果关系的量子特性》
 
(Synchronicity: The Epic Quest to Understand the Quantum Nature of Cause and Effect)
 
作者:保罗·哈尔彭(Paul Halpern)
 
出版社:Basic (2020)
 
为了探讨这个问题,理论物理学家保罗·哈尔彭(Paul Halpern)从一段关系中找到了灵感。在《共时性》一书中,他讲述了奥地利物理学家泡利(Wolfgang Pauli)在1930年离婚后,心烦意乱,酗酒成性,于是找到了瑞士的精神分析学家荣格(Carl Jung)进行治疗。反过来,荣格也学到量子物理学的种种,比如测量一个粒子的状态,似乎可以瞬间影响另一个粒子的状态,这种特性叫做“纠缠”(entanglement)。
 
在遇到泡利之前,荣格创造了“共时性”(synchronicity)一词,来描述非因果联系的原理。他试图解释他的想法,即人类经验的集体无意识影响梦境、思想和行为。没想到的是,泡利居然能毫不费力地生动回忆起他的梦境。
 
哈尔彭写道,对于荣格来说,“分析一位著名的量子物理学家,对方恰好会做复杂的梦,而且还能轻松地记住,确实是个非凡的发现。”对于泡利来说,两人的交往让他看到了提出物质和精神统一理论的必要性。(泡利在20世纪20年代就在量子力学上做出了开创性的工作,包括提出了不相容原理,该原理解释了为什么普通物质是稳定的,而且占据空间。)
 
哈尔彭这本书的核心是:人类对宇宙中深层联系的直觉认识与这种联系的科学论证之间的冲突。他从早期希腊哲人讲到现代物理学大师,从柏拉图和恩培多克勒、开普勒、伽利略、牛顿、麦克斯韦等人的著作,讲到相对论和量子力学的出现,为没有因果性的潜在联系做了一番梳理。结尾部分论述了基于卫星的最新量子纠缠实验,并对将纠缠与时空性质联系起来的复杂理论工作进行了点拨。
 
这是个广为流传的故事,但哈尔彭努力推陈出新。例如,黑体辐射难题在1900年由德国物理学家普朗克提出的假说解决,普朗克指出能量必须以量子的形式出现——量子是无法分割的最小单位。哈尔彭借用一个带盖的墨黑茶杯在微波炉中加热到100 ºC来形象地解释这个问题。虽然难以置信,但量子力学之前的理论预测,这将成为一个危险的高频电离辐射源。普朗克表明,量子化限制甚至消除了高频发射的能量。他的想法是量子力学的滥觞,解释了为什么我们可以在喝热茶的同时不会被辐射灼伤。尽管有这样的掌故,但对于不熟悉相关概念的读者来说,书中部分内容可能会很难懂。
精神分析学家荣格(左)和物理学家泡利曾探讨过非因果联系的原理。来源:ETH-Bibliothek Zürich/SPL, Bettman/Getty。
 
守恒定律
 
理解非因果关系的一个关键往往被人们所忽视,但这正是德国数学家阿马莉·埃米·诺特(Amalie 'Emmy' Noether)的工作,她是《共时性》中的一个重要人物。20世纪初,她证明了自然界的对称性和守恒定律是一个硬币的两面。例如,一个旋转的自行车轮子具有旋转对称性:转动轮轴不会改变轮子。角动量守恒由旋转对称性而来。守恒定律又会影响到长程非因果现象。由同一相互作用发出的两个粒子的角动量必须守恒,即使粒子最终相隔几公里远。这就导致了它们的测量特性具有相关性。
 
比起这些物理学元素,此书更让人眼前一亮的是各种名人轶事。读者会惊讶地读到泡利和量子力学的早期贡献者、德国数学家约尔旦(Pascual Jordan)如何对超心理学产生兴趣。约尔旦被美国植物学家约瑟夫·班克斯·莱茵(Joseph Banks Rhine)的实验所吸引——从表面上看,有些人会读心术,能猜到隐藏卡上的图像——准确率超过了偶然性。泡利“对有关数字命理学和超自然的猜测持开放态度,他与荣格的来往加强了他在这方面的兴趣”,哈尔彭写道。这提醒我们,当面对一个人主观深处的存在时,即使是异常理性的智者也会“没辙”。
 
同样令人震动的还有泡利和德国理论家海森堡(Werner Heisenberg)不那么光彩的一面。那些年轻时的魅力和活力连同他们的诺贝尔奖一去不返,他们努力让自己不被淘汰。在事业生涯后期,二人提出了一个单一场的概念,“所有的物质、能量和自然发生的相互作用都会在这个场里作为特例聚合起来。”1958年,当泡利在美国物理学会的一次会议上提出他们存在缺陷的理论时,回应他的只有嘲笑。
 
令他震惊的是,海森堡开始在德国宣传这项工作。泡利给一个学生写信说:“海森堡的广播和报纸广告,由他担任超级爱因斯坦、超级浮士德、超级人类的主要角色?他对宣传的热情似乎难以满足。”爱因斯坦在最后的岁月里,一直在努力调和相对论与量子力学,但即使是他的教条主义也渗透着一丝优雅。
 
看似不相干的元素和人物之间的联系在书的后半部分相关了起来,这样的前后呼应,令人身心愉悦。例如,海森堡和泡利的尝试让人想起柏拉图的观点,柏拉图认为,在我们观察到的现实之下,有一个完美形式的永恒领域。无论正确与否,在宇宙如何运转尚有很多探索空间的情况下,非因果联系的诱惑力依然存在。
 
本文经授权转载自微信公众号“Nature自然科研”,原文以When quantum physics met psychiatry为标题发表在2020年8月26日的《自然》书评版块



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