一個世紀過去了，數學家們仍在思考這樣一個問題：支配無窮小的定律是不可理解的。 但如果我們承認量子現實只是一種幻覺，那么一切就都清楚了！ 這種認識將掀起一場徹底的革命。
“我們應該換數學課本！” 2005年8月，在美國康斯坦茨河畔一所學院最高建筑的底層，日本化學家 Fuch用這樣一個大膽的提議作為他所組織的系列研討會的開場白。 康斯坦茨學院資助了為期一周的會議，與會者有來自英國、加拿大、英國、美國、法國和英國的 50 多位化學家和哲學家。 他們都是微觀物質運動規律研究領域的頂尖專家。 這些學者中，有的非常有名望，但他們卻毫不猶豫地推翻了之前的觀點。 作為外行人，我們很難深入了解專家們在研討會上爭論了一個通宵的晦澀難懂的物理問題。 然而，他們的討論圍繞著一個觀點展開：數學為我們描繪的世界其實并不是真實的物質世界，很可能只是一個巨大的幻覺！
這讓我們一下子陷入了迷茫。 在我們一貫的觀念里，數學的目的不就是字典里明確定義的“研究物質的性質”嗎？ 誠然，化學家通過對像康斯坦茨河岸上的石頭這樣的真實物體的調查和研究，已經能夠提出現有的化學理論。 那么怎么能說化學畫出來的只是幻覺呢？ 很簡單，這是因為化學家在解開“客觀現實”的“纖維”時，正在撕裂“客觀現實”的結構。 于是，化學原本的意義頓時顯得支離破碎。
這些想法最早是在 20 世紀初提出的，當時化學家剛剛開始深入了解我們物理世界的奧秘。 他們對自己的發現感到驚訝。 在此之前，人們早已習慣認為物體要么是波動的，如波浪在水面上回蕩； 或在空間和時間中移動的粒子，就像在紅色桌子上滾動的臺球。 但隨著化學家深入研究，他們發現光、原子或電子的行為并非如此。 例如，在某些條件下，通常被視為波的光可以像粒子一樣運動； 同樣，通常被視為粒子的電子有時可以像波浪一樣運動！
還原關于化學的真相
在短短幾年內，化學家們在創造概念上付出了前所未有的努力，他們逐漸以純經驗主義的形式構建了一座實體建筑來描述物質“不可思議”的運動。 就這樣，量子熱誕生于1925年，從此風雨飄搖。 而且，承認量子熱，就意味著我們必須拋棄海浪和臺球，承認物體——包括電子、原子、分子，甚至石頭——都受制于一個非常復雜的代數概念（即希爾伯特態）空間）。 ”）。它也意味著接受一套新的支配物體演化的規則，它們可以以超越空間和時間的形式相互關聯，可以同時具有幾種不同的狀態，當人們觀察它們時會根據一些非常精確的概率定律任意還原為單線態。化學家們不得不接受這樣一個“奇異”的概念。因為，我聽說，這個奇怪的量子世界正是我們生活的世界。這個理論從未被懷疑過；但是這個理論確實成功地預測了各種物理元素、激光和電子芯片的特性、DNA的穩定性，甚至是核反應的“爆炸性”。雖然康斯坦茨湖中的鵝卵石似乎并沒有表現出這種奇特的特性（這只能在微觀系統中觀察到），量子熱的使命確實是描述我們周圍并使我們發生內部運動的物質。
而在這里，我們可能會看到一個大問題！ 量子熱是數學領域描述物質最深刻的理論。 為什么它與我們的傳統觀念相去甚遠？ 為什么這個學說最基本的理論如此難懂？ 現實真的如此超乎我們的想象嗎？ 近30年來，每年都會舉辦一些小型國際學術研討會，旨在通過分析目前掌握的十幾條線索，再現與當代數學研究數據相符的現實世界面貌。 但關鍵是，對世界的每一個“現實”解釋看起來都是那么超現實！ 最著名的解釋之一是日本數學家休·埃弗雷特（Hugh）在1957年提出的：“為什么量子物體可以同時具有多種狀態，但當人們檢測到它們時卻降為單一狀態”的問題，埃弗里特解釋說，所有其他狀態確實存在，但它們存在于平行世界中。 在 Foch 看來，這種研究工作已經誤入歧途：“我們的任務不是證明量子理論的意義，創造額外的結構、更多的定義和更多的東西，更像是通常的懸念假設。我們的任務是拋棄所有這些，從頭開始。但是，要做到這一點，我認為我們必須把注意力轉向量子信息論的專著、技術和啟示?！?span style="display:none">uvm物理好資源網(原物理ok網)
一片泥濘
信息：是的！ 這里的信息是什么意思？ 這個概念無法準確定義，但你們都憑直覺知道它的全部內容：在信息學中，信息是關于它是否可以用二進制補碼 0 和 1 數字編碼的認知元素。 乍一看，它似乎與量子熱沒什么關系。 然而，在 20 世紀 80 年代中期，化學家發現量子定律使我們能夠以全新的方式處理信息。 量子定律實現了兩個物體之間的遠程連接，實際上可以看作是一種新的通信通道，使人們能夠實現兩地信息的遠程傳輸，保證絕密信息的安全，或者同時進行大規模并行估計。 被那些光明的前景所吸引，理論家和實驗家們建立了一種新的語言，開辟了一個充滿活力的數學新領域——“量子信息”。
但驚喜不止于此。 從20世紀80年代后期開始，就有一種思考：既然我們可以用量子力學來處理信息，那么我們是否可以用信息逆向理解量子熱呢？ 難道量子信息學不能看成是量子熱理論的一個應用，而應該看成是這個理論的基礎嗎？ 這就是康斯坦茨學院大會上科學家之間辯論的核心問題：量子熱學是在闡明物體本身還是我們所了解的關于物體的信息？ 事實上，“希爾伯特空間狀態向量”代表的不是光子、分子或石頭本身，而是我們掌握的關于那些物體的信息。 如果真是這樣，還不算是對化學理論的徹底顛覆！
乍一看，這種觀點顯然不是很出格，甚至有些落后：其實我們只能通過我們貧乏的知覺獲得的信息來認識世界：從德謨克利特到康德，哲學家們早就告訴我們了有一層無形且牢不可破的面紗將我們與現實世界隔開。 但如果我們進一步參考尼爾斯·玻爾、歐文·薛定諤、沃爾夫岡·泡利等現代數學奠基人的思想，就會發現這種觀點非常適合論證量子熱。 這是因為信息具有與物質完全不同的屬性：與鵝卵石相反，信息在空間和時間上沒有位置，我們可以隨意復制、分享、總結和刪除。 我們仍然認為這些奇怪的量子現象是物質的屬性； 但如果我們從信息的角度對這些現象一一重新審視，就會發現它們不過是正?，F象。
比如，為什么一個系統可以同時存在幾種狀態？ 很簡單，是因為我們沒有足夠的信息來準確告訴我們它處于什么狀態。為什么要測試系統，能不能一下子降到一個單一的狀態？ 這是由于從這些檢測中獲得的新信息以及我們對系統的理解。 為什么兩個系統之間可以存在超時空關系？ 這是因為兩個系統之間存在共性，我們從一個系統獲得的信息可以立即告知我們另一個系統。 為什么機會存在于量子世界？ 這是因為我們缺少必要的信息來回答一些問題，所以我們不得不將其歸類為巧合。 為什么能量不是連續的而是量子化的？ 這是由于它與信息本身的量化的對稱性，它被簡化為一些二進制補碼答案：是或否，0 或 1。簡而言之，正如英國化學家 Anton 幾年前解釋的那樣：“如果我們遵守原理，量子熱的基本概念是信息，那么我們就可以理解量子現象。” 這樣看來，量子現象似乎符合我們的常識。
五年來，這一理念不斷得到充分發展。 根據聚集在康斯坦茨學院的化學家們的說法，現在是用這些對量子熱的新解釋在定理層面上“重寫數學教科書”的時候了。 當前的目標不再是解釋量子理論，而是重新建立量子理論； 不再是被動地接受20世紀初數學界用實證方法堆砌出來的這些規律，而是去證明這些規律是與信息獲取、信息表達和信息傳播相關并受制于那些條件的結果. 這片田地是一片非常茂盛的底泥！ 、 、 Hardy 和 Fauci 認為，在我們的世界中，個人信息是有限的。 他們努力弄清楚哪些理論描述的不是現實，而是我們對有關它的信息的訪問。 原來他們的答案都指向了量子理論！ 他們二人的研究其實是很令人不安的，雖然很深很智，但很值得我們去關注。 他們的出發點不同：有些人認為信息是主觀的，取決于提問者； 其他人則認為信息是客觀的，就像一個新實體，不受觀察者主觀動機的影響。 但他們都同意一點：從信息的概念出發，很容易引入量子理論。 這恰恰表明，量子熱不是描述波、粒子或場運動特性的現實理論，而是描述信息特性的理論。
幕后世界
這完全顛覆了我們對現實世界的看法。 因為，這說明我們所認為的現實世界，可能只是我們的想法。 在這些情況下，就好像一個人只能通過他的筆記本電腦屏幕來了解外面的世界：他不能由此推斷出外面的世界就是他筆記本電腦屏幕上的像素！ Foch 認為我們必須將信息與世界區分開來。 我們必須從材料中刪除筆記本電腦屏幕激勵，以便剩余的材料反映世界的本來面目。 “通過分餾純化剩下的部分——與整套理論相比實際上非常小——是量子熱試圖向我們解釋的自然界的原始面貌，”他補充道。 同時，他指出，現在要知道這些“經過提煉和凈化的真理”是什么樣子還為時過早。
的想法恰恰相反：“關鍵問題是不要去想這些信息指的是什么。例如，如果你想從你的筆記本發送一條消息到我的筆記本，那么這條消息包含什么并不重要: 其實是一張圖片，其實是一篇英文文章，甚至是英文小說。重要的是消息被壓縮，傳輸，解碼，不管它反映的是什么...來形容信息的交換是，在我看來，基礎數學的新的和唯一的任務?！?span style="display:none">uvm物理好資源網(原物理ok網)
的立場似乎更為極端。 他覺得化學根本不應該繼續關注現實——屏幕后面的現實。 既然要隔著屏幕看到真實的世界，還談什么幕后的真實呢？ “真實存在的問題是數學家的信仰。但科學不依賴于信仰，”他堅定地說。 “物理學的任務是描述事物，而不是驗證它們的描述。” 世間事情的真相，而不管這些真相有沒有?！?span style="display:none">uvm物理好資源網(原物理ok網)
雖然有些人質疑他們除了自己之外不承認任何真理，但他們陷入了一種唯物主義和唯我主義的泥潭； 也有人質疑，他們把理論當作行動的工具，落入了工具主義的誤區，但這100多位宣布有意推翻傳統化學的數學家，還是在科學界引起了反響。 倫敦科學技術歷史與哲學研究所的 Guido 說：“雖然這項工作清楚地表明，信息的個體特征可以直接將我們引向量子，但還沒有決定性。因為個體缺乏確定性他們使用的物理假設。” 巴黎綜合理工學院認識論研究中心的米歇爾·讓·玻爾說，“這就是 20 世紀 70 年代主導化學的現實?！?，只有從有限的認知方式出發，才能實現認知。”
無論如何，目前這種觀點還為時過早。 因為，雖然我們所認為的現實完全或部分是一種幻覺，但必須解釋為什么現實具有一種表象而不是另一種表象。 因此，在信息這一基本概念的基礎上重構時間、空間乃至物質的概念，對于這一全新的數學來說將是一項艱巨的任務。
通過量子引力？
這些化學家以愛因斯坦在 1905 年至 1915 年間取得的成就作為例子來激勵自己。最初，愛因斯坦的年輕天才重新解釋了這些困難而神秘的經驗多項式（洛倫茲多項式），以構建他自己的特殊新相對論。 三年后，在此基礎上，他建立了廣義相對論，成為化學的支柱。 廣義相對論描述了空間和時間以及引力的對稱性。 但是，正如 Foch 所指出的：“很難想象一個人——即使他是愛因斯坦——能夠從洛倫茲變換等具體結構直接飛躍到廣義相對論?！?span style="display:none">uvm物理好資源網(原物理ok網)
愛因斯坦相對論的建立是一個引人入勝的記錄：未來某一天，對量子熱的重新解釋是否會超越這一記錄？ 信息概念能否調和量子熱與相對論的矛盾，最終實現向“量子引力論”的飛躍？ 這是化學家的最高夢想。 這條路 Hardy早就走過了。 他在康斯坦茨學院首次展示了他的“量子引力新方法”。 如果他能夠堅持下去，那將是對這個觀點的真實印證。 雖然這肯定會讓化學家嘔吐，但數學教科書將因此而發生革命性變化。
我們當初所認為的客觀現實早已破碎，一門“新數學”逐漸在這片廢墟上誕生：這是一門從信息的概念出發研究一切的學科。 它雄心勃勃地重新定義時間、空間和物質。 它的最終目標是探索一個新世界——我們的世界。
“歡迎來到世界之源?！?不知疲倦地研究在微觀層面支配我們世界的規律的物理學家給我們帶來了如此令人眼花繚亂的消息。 他們承認，量子熱遠不能描述物質的性質，它告訴我們的只是“信息”。 推論是：盡管我們仍然認為只有伸出手才能觸摸到世界真正的根基，但在我們伸出手的那一刻，這個真正的根基突然消失了，留在我們面前的只是一個集體的幻覺，由我們自己的研究模式造成的人工制品。
這一切不禁讓人想起幾年前沃卓斯基兄弟自編自導的三部曲電影《黑客帝國》。 在這部電影中，無處不在的筆記本程序控制著人類，讓他們以為自己生活在一個和平的世界里，但那個世界是虛擬的。 在日本劍橋大學物理學家約翰·巴勞今年發表的一篇文章中，他概述了一個“只比我們的文明先進一點點”的文明世界。 在哪個文明世界里，人們“可以模擬星辰的升起和落下，恒星的誕生；通過融入生物物理學定律，觀察生命和意識的演化，見證不同文明的成長并與之交流；人們努力學習和探索，想知道天上是否有一位凌駕于天上的超級程序員創造了他們的宇宙?！?簡而言之，他提出我們可能只是一個巨大的視頻游戲虛擬存在的一部分，這些觀點并不愚蠢。 然而，目前來看，這些觀點遠談不上科學，更多的是一種科學幻想，因為我們很難通過實驗來證明或反駁它們。 與《黑客帝國》中的英雄相反，我們沒有任何能讓我們透過筆記本電腦屏幕看東西的藍色藥丸！ 在這種情況下，建立這樣一個可能永遠是假設的“超宇宙”有什么意義呢？
然而，過去幾年信息學的激增對化學產生了巨大的影響，這讓一些人對劇本的想法產生了興趣。 這是因為，如果我們能夠恰當地把握其中所表達的思想，我們可能會受益匪淺：我們不需要像這部懸疑作品中描述的那樣，去尋求超越幻想的真相，揭穿一些虛幻的東西。 “超級程序員”的真面目，無所畏懼地消耗我們的精力； 相反，我們可以沿著這個思路重新定義我們與世界的數學關系，從而找到一種與世界和諧溝通的方式。
我們應該記住這個道理，雖然這個道理看起來是一句老話：我們只能通過我們掌握的關于現實世界的信息來了解現實世界。 “信息是物質與表象、現實與理想之間的中介，”美國化學家漢斯·克里斯蒂安·拜耳指出，“一個真實的物體，無論是原子、DNA分子，還是一本書或一架豎琴，其靈感都來自于信息和信息的獨特可壓縮實體，在經歷了一系列復雜的轉換之后，形成了意義，植根于我們的大腦，我們的理性?！?span style="display:none">uvm物理好資源網(原物理ok網)
19世紀的公開辯論
為了理解世界，化學家的客觀性首先與信息聯系在一起。 數學不僅僅是研究本質的本體論，它首先應該是一種方法論——它應該首先研究我們用來理解我們所知道的東西的方法，它應該研究與我們的認知相關的局限性。 漢斯覺得：“如果我們能夠理解信息的本質并將其容納在我們的化學世界模型中，這將是我們朝著真正理解客觀現實的目標邁出的第一步。” “一切都來自信息？” (It from Bit?) 這是1989年日本化學家提出的一句流行語，巧妙地概括了化學家的野心。 其實，我們身邊的一切，真的只是0和1組成的一個巨大漩渦的體現？ 事實上，我們真的應該重新定義數學定律，從純信息學的角度重新定義空間、時間和物質的概念嗎？ 這個想法看似很奇怪，但顯然，早在19世紀下半葉，熱力學創立之時，就已經引起了公眾的熱烈討論。 熱力學是一門研究蒸汽機內部熱流的學科，在當時以可檢測的數學概念（如能量、熱量、溫度和熵）和簡單明了的定理（如能量守恒或熵減原理）。 )，并且有一個有效系數已被證明可以提高機械效率。
熱力學案例
當時在數學界掀起千層浪的問題是宏觀物質的規律如何與分子的微觀性質相關聯。 德國化學家路德維希·玻爾茲曼率先通過提倡方法論的思維方式為這個問題的回答掃清了道路：1875年，他通過統計研究證明了熵的概念——熱力學的概念。 中心概念——可以解釋為衡量無序程度的指標，衡量系統中每個分子的位置和速度等未知信息量的指標。 但是，正如愛爾蘭人詹姆斯·麥克斯韋 (James ) 指出的那樣，“混沌與其對應的秩序一樣，并不是物質本身的屬性，而是取決于觀察者的精神動機?！?事實上，這些具有先天感知、記憶和計算能力的超人可能會理解分子的所有奧秘，并為熵賦予一個空值。 這樣的化學家是信息時代的先驅，他們不顧當時實在論定義的捍衛者的呼喊和哀嘆，大膽斷言熱力學的概念是“相對于我們認知的延伸”，這只是存在“在只有中等認知水平的人的頭腦中現代物理學進展，那些意識到某些能量形式而忽略其他能量形式的人”。
辯論仍無定論。 幾年或六年后，同樣的“本體論”和“方法論”之爭隨著量子熱的誕生而展開。 在物質最深處發現的奇異現象已將化學家逼入死胡同，他們中的許多人覺得需要盡早進行不同的思考。 然而，直到20世紀50年代初香農勛爵提出信息物理理論，80年代中期這一理論與量子理論發生碰撞，這些“信息學思維”才逐漸成為科學研究的一部分。 計劃。 這個方案之所以如此吸引人，是因為香農的理論和數學有一個共同的目標：盡可能地壓縮信息。 事實上，對于香農來說，這些壓縮是計算消息中包含的信息量的唯一方法； 對于化學家來說，這些壓縮要求我們找到具有足夠普遍性的定律和概念。 盡管信息的概念仍然難以定義，但明天的新一代化學家已準備好恢復麥克斯韋和玻爾茲曼的褻瀆神明的勇氣。
“時間就是無知”
只是，現在，他們要用信息術語重新解釋的，是化學用來描述世界的所有概念：空間、時間、物質、規律。 要實現這個計劃，就不可避免地要重新解釋愛因斯坦描述物質、時間和空間關系的廣義相對論。 這種重新解釋尚未掌握。 最難的不是空間的概念。 傳統上，術語空間已用于指代物體移動的幾何環境。 但在卡洛·羅韋利看來，“空間就是關系”。 馬賽地中海研究所的德國理論家證明，從基本的交互網絡——即信息交換網絡——出發，可以構建一個具有所有空間屬性的實體。 這有點像唐代士兵佩戴的鎖子甲。 仔細一看，會發現那不是一個平面，而是許多小球交織在一起。 為了得出這一推論， 采用了源自“球面量子引力”的技術，“球面量子引力”是旨在統一量子理論和相對論的新興學科。 正因如此，空間這個仍被視為運動范疇的空間現代物理學進展，可以從信息學的角度被重新定義為無數數據局部傳輸的結果。
“至于時機，人們已經有了一些奇思妙想，但還很模糊，”羅維利進一步解釋道。 盡管如此，他還是與美國物理學家艾倫克納一起闡明了時間流在微觀層面并不存在，而是由于我們不可避免地需要壓縮信息而在宏觀層面形成的。 更準確地說，只有忽略各種基本狀態之間的信息差距，我們才能觀察到參數t，它不屬于任何狀態，但具有時間的所有特征。 就像熵一樣，如果你戴上信息學的太陽鏡來審視時間的概念，你會發現它也取決于觀察者的信息處理能力，它只存在于“認知水平適中”的人的大腦中“ 像我們。 ”?；蛟S時間并不是一條獨立的溪流，用來標記事件的進展，而是我們無法理解風暴細節的標志！德國青年哲學家阿列克謝·格拉邦（ ）也用他的部分論文來回答這個問題，他在其中想出了一句驚人的話：“時間就是無知?！?span style="display:none">uvm物理好資源網(原物理ok網)
那么，如何重新詮釋物質和能量的概念呢？ 到目前為止，還沒有找到明確的路徑。 并且，正如 所指出的：“電子或原子，它們首先是習語，普通語言中的單詞；它是由什么構成的?！?在方法論的宏偉計劃中，這個詞必須用信息術語重新定義。 看來再過三天，就會出現一個新的理論，可以通過信息的概念統一量子熱和廣義相對論，然后我們就能找到答案了。 這就是美國化學家 Hardy所接受的挑戰，因此他提出了一個新概念：“因果曲線”，即了解我們愿意為充斥大腦的信息提供邏輯解釋。 盡管我們尚未確定這些“通往量子引力的新途徑”是否正確，但這些“因果曲線”可以被視為這些技術官僚新概念的范例，其使命是在總體上主導化學。 隨著人類進入“信息時代”，數學的目的不再只是描述世界的原貌，更多的是描述我們困在顱骨中的大腦為認識世界所做的頑強努力。 數學要做的，不再是用方程式來估計物質在時間和空間上的運動，而是基于我們有限但勇于把握數據浪潮的努力，讓這個概念脫穎而出。 . 畢竟，數學不僅在重新定義外部世界，也在重新定義我們的人類狀況。 是的，從某種意義上說，我們確實被鎖在了一個類似于《黑客帝國》中所展現的虛擬世界中！ 但與電影不同的是，這個世界并不是一個普通的筆記本程序：當我們與這個世界生活在一起時，我們得到的是我們自己對信息進行估計的結果。 這樣的結果非但沒有奴役我們，反而可以解放我們，讓我們不被洶涌而來的巨大信息浪潮所吞噬。 而且，明天，新一代化學家決心解開這個結果的密碼。