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微觀層面中的種種跡象表明,人類可能生活在虛擬世界里
2023/04/28

想象一下,假設一個人的大腦被一個邪惡的科學家取下來,并將其置入一個充滿營養液的缸子里,然后將大腦神經末梢連接到一台計算機上,在這種情況下,如果這台計算機能夠通過程序模擬出可以與人類感知系統匹配的各種生物電信號,并能將其正確地輸入大腦,那麼這個人的大腦就會認為自己是生活在一個真實的世界里,然而他所看到的、聽到的、聞到的、嘗到的、觸摸到的,都是計算機虛擬出來的。

這個名為「缸中之腦」的思想實驗由哲學家希拉里·普特南(Hilary Putnam)于1981年提出,隨后引發了人們對「世界是否真實」這個問題的探討。隨著科技的進步,人類對微觀世界的了解也越來越多,科學家在深入研究之后,得出一個可怕的結論:微觀層面中的種種跡象表明,人類可能生活在虛擬世界里。 總的來講,這主要有以下三個方面。

一、量子疊加態

在微觀世界中,一個粒子可以同時處于兩種甚至是多種狀態,比如說一個電子的自旋可以「既是向上又是向下」這樣一種奇怪的疊加態,直到該電子被觀測之后,它的自旋才會表現出一個特定的方向。

相信大家都聽說過「薛定諤的貓」,但或許你不知道的是,這個思想實驗其實是用一只「既死又活」的貓來質疑量子疊加態的,但后續的研究卻表明,量子疊加態確實是客觀存在的,只要沒有觀測者,微觀粒子的狀態就是模糊的,而一旦被觀測,它們的狀態就會確定下來。

為什麼會這樣呢?如果用虛擬世界來進行解釋,那麼我們就可以認為,運行一個虛擬世界需要極大的系統資源,而計算機的能力終究是有限的,為了避免系統資源出現浪費,程序就可能會將沒有被觀測的區域進行模糊化處理,直到有觀測者為止。

實際上,我們平常玩的電腦游戲也是這樣,為了節省系統資源,如果游戲中的某個區域中沒有玩家,那麼程序就會對這個區域的細節進行模糊化處理,而這樣的情況將持續到該區域有玩家為止。

二、雙縫實驗

雙縫實驗是科學家為了研究微觀粒子的「波粒二象性」而設計的一種實驗,所謂「波粒二象性」就是指微觀粒子可以同時具備波和粒子的雙重性質。

雙縫實驗可以簡單地描述為,一個發射源,一個有兩條狹窄縫隙的擋板,其后還有一個用于探測微觀粒子的屏幕,在電子、光子這樣的微觀粒子通過這兩條縫隙之后,會落在后面的屏幕上,通過對探測到的數據進行分析,就可以知道微觀粒子到底是以哪種形式穿過了縫隙。

比如說如果屏幕上出現了波的干涉條紋,那就說明微觀粒子是以波的形式穿過縫隙,如果沒有,則說明微觀粒子是以粒子的形式穿過縫隙。

在過去的日子里,科學家們已經做過了很多次雙縫實驗,實驗結果都無一例外地指向了一個奇怪的結果,即:微觀粒子穿過縫隙的方式,竟然取決于它們有沒有被觀測,具體來講就是,在穿過縫隙的時候,如果被觀測了,它們就是以粒子的形式隨機穿過一條縫隙,而如果在沒有被觀測的情況下,它們就是以波的形式同時穿過兩條縫隙。

在更深入的研究中,科學家又在雙縫實驗的基礎上,設計出了更復雜的「延遲選擇量子擦除實驗」,而實驗結果卻表明,已經穿過縫隙的微觀粒子似乎可以根據「有沒有被觀測」這一條件,來決定它們在過去的時候以哪種方式穿過了縫隙,換句話來講就是,我們「現在」對微觀粒子的觀測,似乎可以影響微觀粒子在「過去」的狀態。

可以看到,這樣的實驗結果是令人難以理解的,不過假如人類生活在虛擬世界里,那就很容易解釋了,因為在程序中,這樣的現象只需要用簡單的條件語句就可以實現。

三、量子糾纏

當處于量子疊加態的兩個或多個微觀粒子在經過特定的相互作用之后,它們之間就會產生一種被稱為「量子糾纏」 的神秘聯系,當它們被分開之后,這種聯系依然存在,并且這種聯系還是無視距離的「瞬間感應」。

打個比方,假設我們將兩個處于量子糾纏的電子分開,并將其中的一個電子送到火星上,另一個留在地球上,如果我們對地球上的這個電子進行觀測,那麼它的量子疊加態就會坍塌,其狀態就會確定下來,而在這一瞬間,火星上的那個電子的量子疊加態也會馬上坍塌,其狀態也會確定為與地球上的電子對應的狀態。

比如說我們觀測到地球上這個電子的自旋方向是向上,那麼火星上的那個電子的自旋方向必定就是向下,反之亦然。

愛因斯坦曾經將量子糾纏形容為「鬼魅般的超距作用」,不過愛因斯坦認為,量子糾纏的背后應該隱藏著一種還沒有被發現的理論,能夠在經典物理的基礎上對量子糾纏進行解釋。

舉個例子,如果一雙手套被分別裝進兩個盒子里,然后我們將一個盒子送上火星,另一個留在地球,那麼在這種情況下,如果我們打開地球上的盒子,并觀測到這個盒子里的手套是右手,那麼我們立刻就可以確定,火星上的那個盒子里裝的手套是左手,反之亦然。

但量子力學卻認為,處于量子糾纏中的微觀粒子都是量子疊加態,在它們被觀測之前,它們的狀態都是不確定的,也就是說,在上面這個例子中,盒子中的手套在被觀測之前都是處于「既是左手又是右手」的疊加態。

為了驗證誰對誰錯,物理學家約翰·貝爾(John Bell)于1964年提出了貝爾不等式,用數學的方法推導出,如果愛因斯坦的觀點是正確的,那麼該不等式就會成立。

1981年,物理學家阿蘭·阿斯佩克(Alain Aspect)、阿蘭·阿斯佩克(Alain Aspect)、安東·塞林格(Anton Zeilinger)等人開始使用糾纏的光子來對貝爾不等式進行測試,在實驗中,他們利用特殊的晶體來產生糾纏的光子對,并將它們分別發送到一定距離外的探測器,在探測器上,他們隨機地改變測量光子偏振方向的角度,并記錄下每次測量的結果。

實驗結果表明,處于量子糾纏的兩個光子之間的相關性遠遠超過了貝爾不等式的值,并且測量結果是隨機和不可預測的,而這也就意味著,貝爾不等式不成立,愛因斯坦的觀點是錯誤的,量子糾纏確實就是一種「鬼魅般的超距作用」。

此次實驗被認為是量子力學史上最重要和最具影響力的實驗之一,為後來的量子信息科學和技術奠定了堅實的基礎,在2022年的時候,他們也因此而獲得了諾貝爾物理學獎。

迄今為止,量子糾纏仍然是物理學中的一個未解的謎團,但如果以虛擬世界來進行解釋,那就說得通了,因為我們可以認為量子糾纏就是程序引用了同一個對象的兩個或多個指針,也就是說,所謂的「處于量子糾纏的微觀粒子」,只不過是同一個信息單元在不同的位置上顯示出的不同表象。

尾聲

需要指出的是,以上所述只是說人類可能生活在虛擬世界里,這只是科學家探索世界本質的一種合理的推測,所以大家看看就成,不必當真。

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