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什麼都可以牽扯「量子」!山寨物理逐漸坐大的危機—《物理雙月刊》

  • 文/Sadri Hassani|Professor Emeritus, Illinois State University
  • 譯/林中一|國立中興大學物理系教授

山寨科學」在過去的幾十年內正快速的蔓延。營養補充品與「順勢醫療法」在江湖術士運用媒體的鼓吹之下已成了億元級的企業。網路上充斥的自命專家已經蠱惑了大批無知的群眾,準備簽下了請願書以強加他們反科學的需求於食品及農業企業。

主流的大學如哈佛、耶魯、史丹佛都已經有了國家衛生院所出資成立的所謂「整合健康中心」。這些所謂的「中心」提供各種包括針灸、「靈氣」、氣功與「吠陀醫學」等等課程。老牌的愛思唯爾出版社(Elsevier)現在也出了一份期刊 《探索》(Explore為所謂「另類醫學」與「整合醫學」等山寨科學提供了傳播的平台。

2014 年該期刊刊登了一篇〈後物質主義者宣言〉,將所謂「超心理學」與「瀕臨死亡經驗」提升到量子力學的層次 [1]。具有影響力的美國《赫芬頓郵報》(Huffington Post)甚至將該「宣言」的作者與思想先行者如哥白尼、刻卜勒與愛因斯坦並列[2]。

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在造成山寨科學大行其道的諸多因素裡,各種對近代物理-特別是量子力學的歪曲誤解顯得特別顯著。這些誤解肇因於上個世紀中有一些著名物理學家的一些近乎神秘主義與反科學的哲學觀點被錯誤的與近代物理聯想在一起。圖/By Luca Mangiapelo @ flickr, CC BY-NC-ND 2.0

在造成山寨科學大行其道的諸多因素裡,各種對近代物理——特別是量子力學的歪曲誤解顯得特別顯著。這些誤解肇因於上個世紀中有一些著名物理學家的一些近乎神秘主義與反科學的哲學觀點,被錯誤的與近代物理聯想在一起。普羅大眾對科學原理貧乏的瞭解,搭配上看到了由智慧型手機、全球定位系統、西格斯粒子以及重力波的確認等令人眼花撩亂的科學進展,那些被歪曲的哲學觀點轉化成了那些莫名其妙山寨科學的強大推力;那些胡說八道包括了所謂「量子療癒」、「量子接觸療法」以及其他在資訊市場上販賣的五花八門的「量子」產品。

這裡作者提供了兩個重要的被歪曲的近代物理例子:雙狹縫干涉實驗與 E = mc2

光子有意識?

整個非相對論量子力學奠基於薛丁格方程式解(φ)的兩個假設。第一個假設是:φ 的絕對值平方表現系統狀態的機率。第二個假設是疊加原理:如果系統有若干容許的路徑,那麼總體的 φ 等於各路徑對應的 φ ,在考慮適當權重後的和。

這兩個假設自量子力學被建構之始,就成了許多量子觀念的混淆與濫用的根源。有點糗大的是,這些誤謬引申的始作俑者卻是部分量子理論的建構者!(參見 1998 年 9 月號 PHYSICS TODAY 第 29 頁 Mara Beller 文章)。這些老兄們的凸槌誘發了後繼者在 1960、70 年代繼續搧風點火。翻開任何一本意圖建立東方神秘主義與近代物理相通的書籍─例如:卡普拉(Fritjof Capra)寫的《物理之「道」:近代物理與東方神秘主義相通的探討》(2010年 Shambhala 出版),或是祖卡夫(Gary Zukav)所著的《跳舞的物理大師:新物理概述》,不難看到引述自像是海森堡、波爾或歐本海默的認同。

一個神秘主義追隨者的最愛之一就是大家熟知的光學雙狹縫實驗 [3]。在《跳舞的物理大師》中,祖卡夫想像了兩次的實驗,第一次實驗關閉了雙狹縫其中一個狹縫,第二次實驗讓兩個狹縫都打開。

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一個神秘主義追隨者的最愛之一就是大家熟知的光學雙狹縫實驗。圖/By Jordgette, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

他思索著,「第一次實驗中的光子如何能知道第二個狹縫是關閉的?……當射出的光子通過第一個狹縫,光子如何「知道」如果另一個狹縫是開著的話,它會跑到暗線的部分?」……這些問題並沒有確定的答案。有些物理學家……懷疑光子可能有「意識」!(第62頁)」。

祖卡夫重複的使用「知道」這個詞,就已經在暗示光子是有智慧的!

然而儘管祖卡夫如此宣稱,但是對於他的問題,事實上卻是有個確定的答案。那兩種雙狹縫的情境之所以不同,並不是因為光子有了什麼神秘的資訊,而是因為 φ 是各個可能路徑 φ 的組合——如果只有一個狹縫是開的,那就只有一條路徑,兩個狹縫都打開則有兩條路徑。

只有一條路徑時 |φ|所對應的機率分佈是不同於兩條路徑的 |φ|2 所造成的結果;後者會在屏幕上產生亮紋與暗紋。任何解釋光子或其他量子物體的行為(它們都服贋基本機率規則)的意圖,都將引致如祖卡夫所問的荒謬問題;就如同下面的那個更熟悉的例子:

如果你扔 10 個銅板,那麼得到 6 個人頭(總數的 60%)的機率大約是 0.205。如果你扔 10,000 個銅板,那麼得到 60% 人頭的機率將降至 0.00…..29(89 個 0)!

現在,若將 10,000 個銅板視為 1,000 組的相互獨立的 10 個銅板系統,那麼每一組的 10 個銅板都有 25.5% 的機率扔出 60% 的人頭。然而,若考慮到其他組的結果一併考慮,那麼要得到 60% 人頭就變得實際上不可能了!

這種狀況,若照祖卡夫的說法,各組的 10 個銅板怎麼會「知道」其他組的出現呢?也許,也許銅板還真的是有意識的!

靈魂 = mc2

在諸多被「神鬼界」所濫用的字眼中,「能量」榮獲金牌!正負/陰陽、療癒、因果、氣……都屬飄盪在神秘主義大海上的「能量」。這背後可能是有個好理由:能量是非物質,但是物理裡最閃亮的神主牌「E = mc2」就將「非物質」的能量等同了「物質」的質量!依此類推,神秘主義的核心:「非物質」的靈魂/精神與物質的對等,就只剩一步之遙!

但是!能量真的是非物質?能量是物質所具有的一種性質。舉個例子,動能就是聯繫於物體速度的能量。去問動能是否屬物質,和問速度是否屬物質一樣荒謬。速度是運動中物質的一種性質。一顆「紅蘋果」是物質,那麼去說「紅色」是非物質有意義嗎?把物質與其性質——能量搞混,這是甚至受過訓練的物理學家常常落入的陷阱 [4],也是一種山寨科學家推銷其假貨有效且危險的工具。

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一顆「紅蘋果」是物質,那麼去說「紅色」是非物質有意義嗎?圖/By Gaby Altenberger @ flickr, CC BY-SA 2.0

最令人目眩的例子就是當 E = mc被用在物質-反物質的消滅現象;在這個過程中物質完全轉換為「純能量」。然而,等式左邊的 E 表某種質點的性質,這個質點可以是物質,但也可以是像是光子的無質量質點。一個光子撞上一個電子後改變了電子的狀態,這個碰撞的過程裡,光子的行為和一顆入射的電子一樣,都是很「物質」的。的確的,維格納(Eugene Wigner)證明過,一個物質質點是由其質量與自旋來描述,然這兩者都可能為零 [5]。這個事實是基於一個與特殊相對論一樣堅實的基礎。

E = mc裡的 E 永遠是兩個或兩個以上質點的能量,這個能量可以結合這些質點以產生等式右邊的質量,或者由質量虧損以產生。自然界中從來沒有質量能在沒有其他物質質點伴隨的情況之下轉換為能量,反之亦然。神秘主義的「靈魂-質量」對等性與近代物理的質能互換毫無關連。

對科學知能的意涵

山寨科學是一種社會性的精神疾病,而且是強力到無法在公共場域與之抗衡。

做為公眾主要資訊來源的媒體只對事物是否流行而非正確有興趣。還好,在相對具有保護性的學校圍牆內,我們還是有機會接觸到未來的主人翁們,而且希望我們的子孫以及他們的孩子們不要再屈服於折磨我們這一代的非理性。

在高中或是大學的物理或化學入門課程中,每週一次對一個 30 到 50 分鐘的閱讀作業的額外 5 分鐘小考,就可以逐漸的讓學生警覺到山寨科學的誤謬以及它對社會的危害。我建議用百科全書級的資源 RationalWiki 做為一個開端。這一層的訓練也許不像許多教師都已經重視的全球氣候變遷那般迫切,但是山寨科學的威脅絕不可輕忽,而且課堂是僅存能夠有效的挑戰山寨科學的地方。

參考資料:

  1. M. Beauregard et al., Explore 10, 272 (2014); E. Mielczarek, B. Engler, SkepticalInquirer 37(3), 32 (2013).
  2. D. Pruett,“Toward a post-materialistic science,”The Blog, Religion, HuffingtonPost (1 October 2014); S. Hassani, Skeptical Inquirer 39(5), 38 (2015).
  3. S. Hassani, From Atoms to Galaxies: A Conceptual Physics Approach to ScientificAwareness, CRC Press/Taylor & Francis (2010), p. 328.
  4. A. Hobson, Am. J. Phys. 81, 211 (2013).
  5. E. Wigner, Ann. Math. 40, 149 (1939).

原始出處:

The dangerous growth of pseudophysics, Physics Today


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本文摘自《物理雙月刊》38 卷 12 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站

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