观控相对界与信息范型（上）

观控相对界与信息范型（上） --兼评两种量子力学的新解释

刘月生1 王德奎2 （1 河池学院政法系，广西宜州 546300） 2 四川绵阳日报社，四川绵阳，621000）

摘要：从观控相对界的信息范型观出发，重新解释了两种量子力学的新解释，尝试对20世纪完成的哲学的“语言学转向”作一初步总结。 关键词：观控相对界、信息范型、三旋理论、量子力学、语言学转向

一、前 言 在现代中国学术界，尤其是从50年代初到70年代末，普遍地存在着一种“极化的阅读方法”。学者们也就培养成了一种“极性思维”。 俞吾金先生认为，所谓“极化的阅读方法”也就是阅读者预先确立正价值一极和负价值一极，从而在阅读、理解、翻译的过程中，不是把阅读的对象归化到正价值一极，就是归化到负价值一极。在这里，理解实际上只是起着边缘化的作用，重要的是划界和极化。 黑格尔的辩证否定，在现代中国的语境中，曾给我们带来的只能是辩证极性思维，因为这里的“否定”，导致的不是“扬弃”而是“消灭”。俞吾金教授说得好，“关键是确立正价值一极”，一旦这样定了，这一极就表现为意识形态化的马克思主义，凡是与这一极有差异或对立的其他任何思想都可以被归约到负价值一极。用上述观点看“实践”，我们就应该是统一的实践概念。 如果说康德那里，现象与物自体之间的鸿沟太深，没有实现“技术地实践的”活动与“道德地实践的”活动的统一，那么马克思则不赞成康德把此岸世界（现象界）与彼岸世界（物自体界）割裂开来，而使他的生产劳动概念同时蕴涵着“技术地实践的”和“道德地实践的”两个不同的维度──而将目前学术界的语境和中国50年代初到70年末的语境作对比：就会发现，关键在于马克思的实践概念是把认识论维度作为根本性的呢？还是把本体论维度看作是根本性的！由于恩格斯关于“物自体”在认识中向“为我们之物”转化的观念产生了广泛的影响，（李泽厚的《批判哲学的批判》提到），而列宁也是从认识论的角度来理解实践概念，因此，中国从50年代初到70年代末，凡是涉及实践概念的学术论文和著作，都自觉或不自觉地把实践概念牢牢囚禁在认识论中，于是“技术地实践的”活动或“遵循自然概念的实践”成了人类全部活动的代名词，而“道德地实践的”活动或“遵循自由的实践概念”却名存实亡了。 而马克思的统一的实践概念是奠基在生存论的本体论意义上的，也就是说，他认为“道德地实践的”活动乃是全部实践活动的基础和核心，必须首先从“道德地实践的”的角度来看待实践概念，即使这一概念蕴涵着认识论的维度，那也始终是植根于并统一于本体论的。 与上述概念相类似的，有马克斯·韦伯关于工具合理性和价值合理性的两分，受其重大影响的哈贝马斯则用劳动（工具性的行动）和相互作用（把以符号为媒介的相互作用理解为交往行动）两分顶替了康德意义上的“技术地实践的”活动或“道德地实践的”活动。他以为马克思的实践理论主要停留在“劳动”的层面上，进而断定“相互作用”或“交往行动”并没有引起马克思的足够重视。这不过说明哈贝马斯一方面用新的方式（即关于人的活动，两分为劳动和相互作用）提出了现代哲学史被遗忘和被遮蔽的“康德问题”，另一方面又发现了现代科学技术不但成了第一生产力，而且成了为资本主义合法性辩护的意识形态，就造成了劳动对相互作用或交往行动，技术对道德或伦理的拒斥。就其本质是只看到“技术地实践的”维度，只从认识论上抓住作为劳动者的人和劳动对象，即自然界之间的关系，而并没有从本体论上关注“道德地实践的”维度，理解作为劳动者的人与人之间的关系，怎么能体悟这后一维度对马克思来说才是根本性的呢！难道马克思诉诸社会革命，不正是为了使维系人与人之间的关系的各种规范合理化吗？ 今年正逢康德逝世200周年与爱因斯坦逝世50周年相接的日子，最好的纪念是把被遗忘、被遮蔽的“康德问题”（现象和物自体）和爱因斯坦（物理实在）与玻尔（现象实在）的世纪之争，用“信息范型”的语言转向作一初步归结，以求在新世纪作出真正马克思主义的新探索。 二、观控相对界简述 美国普林斯顿大学的John A. Wheeler认为，“物理世界是由信息构成的，物质和能量不过是附属物而已”。加拿大沃特卢理论物理Perimeter学院的Lee Smolin还提出“最终理论考虑的不是场，甚至不是时空，而应该是物理过程之间的信息交换。”目前，物理学家通过研究黑洞已经推导出，某一部分空间或一定量的物质和能量所能包含信息量的绝对限度，表明宇宙也许并不是我们认为的那种三维空间，而很有可能是某种"写"在二维表面上的全息图形。（全息图形借合适方法曝光，将产生一个真正三维影像。而描述三维图景的所有信息都可以被编码到二维胶片上的明暗相间的图样上。） 这一全息原理就可以类推到所有物理系统，既然二维胶片随时可以复现该三维图景，那么在该区域的二维边界上定义的物理学理论就应该能完全描述该三维区域的物理学。 那么信息熵和热力学熵是否存在上述这种联系呢？ 如果说玻尔兹曼的热力学熵和香农的信息熵是等价概念，差异只来源于两种熵在计算时所考虑的不同自由度。我们就可以经由黑洞热力学定义宇宙熵界，推出某一部分空间或一定量的物质和能量所能包含信息量的绝对限度。一般说来，当我们还不知道一团物质的终极组成部分或其最深层次的结构时，我们是无法计算其终极信息容量的，当然也同样无法计算其热力学熵。 （1）1970──1972，确立广义第二定律（简称GSL） 先是霍金等人证明了最终的视界总面积不会减少（相对论决定了任何进入黑洞的物质都无法逃脱，这个有去无回的点被称为视界，而视界是一个球面，黑洞越大，球体的表面积就越大。） 其次Bekenstein于1972年提出了黑洞熵值正比于其视界表面积的理论。──推测物质落入黑洞后，黑洞熵值的增加总能补偿或者过补偿该物质所“丧失”的熵。即黑洞的熵值及其外面的普通熵值之和永远不会变小。GSL由此可为任何孤立的物理系统设定信息容量的限度。 （2）Bekenstein 第一个研究宇宙熵界（1980年） 黑洞热力学使人们能够导出不同条件下熵密度或者信息密度的界限。──宇宙熵界定义了直径为d质量为m的物质所能包含的信息量。假设一团物质被一个略大于它的黑洞所吸入，黑洞尺寸的增大量就体现了对这团物质所携带信息量的限制。 （3）1995年提出全息界概念 美国斯坦福大学的Leonard Susskind为之确定了占据一定空间体积的物质或能量所能包含信息量的界限。如果一团分布近似为球体的物质，它的表面积为A，虽并非黑洞，但是被紧密地装入到一个表面积为A的表面中。若该物质能坍塌为黑洞，则最终形成的黑洞的视界表面积将小于A。而黑洞熵将小于A/4。 按照GSL，该系统的熵不能减少，物质的初始熵不能大于A/4。 由此推之，边界表面积为A的孤立物理系统的熵值必然小于A/4。 （4）2000年Bekenstein 证明，上述这个界独立于系统的组成或者层次X的特性，而仅仅依赖于GSL。 斯坦福大学的RaphaeI Bousso早在1999年就已提出一个改进的全息界，他这个全息界的构成就起始于任意合适的2维界面，他根据球面内部透射出来的光线符合我们虚拟的从同一点发射出来的光线是它所经过的物质和辐射体的熵，推测这个熵值不能超过由初始界面所代表的熵──表面积的1/4，这样一来，无论是宇宙熵界还是全息界都可以从Bousso界中推导得出。 由此可以设想两个表面上看来非常不同的理论可以完全等效。生存宇宙中的生物（包括人类）将无法确定它们是生活在一个由弦论描述的五维时空还是一个由量子场论描述的4维时空中。而王德奎先生用自然全息探寻宇宙奥秘，早在1959年开始，逐步形成弦圈观念，他的三旋理论堪称超弦理论的“姊妹篇”，全息等价将可能使东西方出现的不同理论，其中一个在某一时空中难以计算的问题可以用另一种方式解决。 今天，微型化技术发展迅速，我们也可设想将来有一天夸克能被用来存储信息，如果说一个夸克—比特，那么一立方厘米该存储多少信息？若能进一步利用超弦或更深层次的结构来存储信息呢？ 超弦是物，那么三旋就如它的一张全息图。一维的弦圈，除了超弦理论所说的各种外在运动，还应有三弦理论所说的体旋──绕圈面内轴线的旋转，面旋──绕垂直于圈面的圈中心轴线的旋转，线旋──绕圈体内环状中心线的旋转。 三旋理论将表示各种基本粒子的“三旋状态组合”称为“圈态密码”。这里类圈体的自旋不同于宏观物体的自旋。三旋是物性的内禀运动。正如光速不同于声速，光速是自然内禀一样。 今天，超弦理论、M理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在Planck标度领域一致地得出了空间量子化和物质微观结构基本单元存在的结论，这无疑是人们在20世纪末期对我们世界空间时间经典观念的重大突破，也是广义相对论和量子力学统合的成果。 应该相信，三旋组合的圈态密码有可能解答：A、暗物质、暗能量问题，B薛定谔猫问题，C、“EPR实验”问题，D、波粒二象性问题，E、如果把“圈与点并存且相互依存”看成“圈比点更基本”，那么宇宙弦可以看成是环量子线旋耦合起来的，其长可达150亿光年，其短，重叠起来可达10的－33次方厘米，即仍近似一个环量子的大小。而且这还能与弦团的每一段微小的弦，就是直径仅有10的－33次方厘米的环量子，它的三旋就起着一个信息位的作用，足以编码掉进黑洞内部前留在黑洞视界表面上的所有信息，从而也能提供一条解答黑洞信息悖论的途径。──这正是我国的量子计算机信息论，以潘建伟、段路明、郭光灿教授等为首的科学家进行的类似量子退相干的量子计算机研究所可能实现的目标之一。 现在来看观控相对界，实际就是信息相对界。因为它是以爱因斯坦相对论中的光速有极限，作为信息与物质相对划分的界面。映射数学的唯象公式是：复数=实数+虚数 （1） 时空=物质+信息 （2） 物质+信息=实数+虚数 （3）

物质和信息的本质是什么？从观控相对界看，物质是相对信息而言，类似复数偏重实数的一种现象；信息是相对物质而言，类似复数偏重虚数的一种现象。这类似偏微分方程求导，也类似泛系方法。信息是任何物质不可或缺的组成部分，如只给汽车厂的机器人金属和塑料，它们不可能做出任何有用的东西，只有给它们下达如何焊接的指令它们才能组装出汽车；又如身体细胞中的核糖体，拥有阿米诺酸组建模块和ATP合成为ADP过程中释放的能量，但如果没有细胞核中DNA所携带的信息，同样无法合成任何蛋白质。这里存在一个物质和信息观控相对界问题，即物质不能直接进入大脑变成为意识，物质和信息常常是结合在一起的，人们认识物质常常要通过大脑的意识起作用。这种同学工程、生物和物理的认识相通。把大脑比作一个点，那么物质进入点内，信息即是进入点内的代表。三旋理论认为，虚数也联系点内空间，所以信息范型类似虚数论。它的观控来源于物质和信息相对观控界面是有眼孔的，这类似生物膜的离子通道。就是说，任何宏观物质要变为信息，都要类似化为微观物质，通过观控相对界的点孔进行比特计量。这里不但把宏观和微观联系在一起了，而且把物质熵和信息熵也联系在一起了。 物质和信息的观控相对界，类似蔡文联系曹沖稱象首創的"物元分析"求解不相容的可拓問題。这里，大象类似物质熵，石块类似信息熵，船和水类似观控相对界。因为物质熵全息界可以像一个球面一样是封闭的,一定空间体积的物质或能量所能包含信息量的最大可能的熵值，取决于球的边界面积而不是体积，因此物质熵A可设为球的边界面积：A=4πrxr=4S （4） S=A/4 （5） 这里S为物质熵A球面穿过观控相对界的圆眼孔面积πrxr,可看作全息界的信息熵。想象一束短暂的光线从观控相对界的实数类一边垂直射入，这里唯一的要求就是这些虚拟的光线都是从观控界膜的类似离子通道进入或录入虚数类的。如果该物质能坍塌为信息，则最终形成的信息熵的视界表面积πrxr将不能大于A/4。按照该系统的熵不能减少，因而 A=V.S (6) (6)式为通道流量公式，V为流速，流速V可以为光速c。S=πrxr，r为观控相对界信息熵的视界通道半径，由于观控界膜的类似离子通道进入或录入的眼孔只能为点孔，即观控界膜的类似离子通道可多于一个以上，r并不是点孔的半径，而是点孔视界表面积的积分求和值s的换算半径；A也为点孔视界信息熵流量的积分求和值。弦理论认为物质可分的极限为普朗克长度，即约为10的-33次方厘米，那么观控界膜的类似离子通道的最小切面极限也为普朗克表面积，即它的平方。由于不管虚实或正负的物质要转化为信息，都要从观控界膜的类似离子通道进入或录入，设每经过普朗克表面积极限孔一次为信息单位一比特，那么一个类似普朗克长度半径的球体物质A的信息量，为H=A/4比特。而观控界膜的类似离子通道，物质进入或录入的流速V可以从零増大，最大极限为光速C，因此可以对众多的物质或信息问题进行有限计量。物质进入观控界膜的类似离子通道转化为信息，原来的流速都变为零，因此信息守恒，而且信息可以克隆。信息克隆也可有慢有快，而且可以信息增殖。如描述宋代的岳飞打三国的张飞等类似信息，作真的看，信息计算可以有超光速；作假的看，可以算戏说、文学和艺术。即信息可以光速传播，信息可以光速为零储存，信息可以超光速增殖。 刘月生先生在20世纪90年代初发表了《观控相对论的信息诠释》，把玻尔的互补原理、索罗斯的反身性原理和迪克的人择原理，统一为结构信息与交换信息的相互作用规律，体现的还是没有物质可分终结类圈体似的超弦观念的前哲学时代思维。而相隔10年又在21世纪初发表了《量子悖论的世纪之争》，用以概括科学哲学界对爱因斯坦与玻尔之争的实质性理解，企图包容类圈体似的超弦观念而向后哲学时代转变，并期待得到某种形式的认同。现以2002年关洪教授发表的《消干效应和量子力学新解释的意义》，和倪光炯教授发表的《对量子力学的一种新解释》的这两篇论文为例，说明目前科学哲学思维在没有将二者结合为信息范型之前还处在前哲学时代。 三、对盖尔曼关于量子力学新解释的信息诠释 1、量子状态的"多世界解释" 1957年，艾弗雷特（H·EverettⅢ）提出"相对态表述"，被M·盖尔曼称作是被测系统量子力学现代近似法的解释。它的本义是为了处理整个宇宙的量子姿态，免除经典物理学的观察装置和系统外部的观察者的需要，变客体为主体，把"多世界"变成"多宇宙可选择的历史"。即如盖尔曼所说："一个给定的系统可以有不同的历史，每种宇宙历史有它自己的概率；没有必要使人们心神不安地去接受都具有相同真实性的多个'平行的宇宙'。"这种解释，有别于量子学的初始解释。因为这是盖尔曼向量子力学的"历史求和"解释的转变。 2、盖尔曼的新解释目的是为量子力学找到一种适当的哲学描述，以推进玻尔时代。 他1979年就说过，"玻尔对整整一代物理学家洗了脑"，而在他1994年《夸克与美洲豹》一书的"量子力学的当代观"中又写道："我们在努力建构量子力学的诠释的目的，是想终止玻尔所说的时代。"关洪认为，盖尔曼的新解释的继承性表现在费恩曼（R·P·Feynman）创立的路径积分方法里，运用空间-时间中的历史来表述量子力学的做法；亦发扬了在H·EverettⅢ提出的多世界解释里，物理世界有多种可能选择的思想。但关洪只说对了一半，即费恩曼路径积分方法就是盖尔曼的"历史求和"思维。但盖尔曼的"历史求和"不是物理世界有多种可能选择的并列，即不是如生物进化选择的多种并列，而是每次只有一种选择存在。即"多世界"解释只是一种信息增殖，而"历史求和"是一种"交换信息"。 3、"路径积分"不是根本否定"互补原理" 关洪更认为费恩曼创立的"路径积分"，实际上已经从根本上否定了玻尔关于对微观对象不可能同时给出空时标示和因果描述的"互补原理"，他的路径积分，实质上是一种历史性的描述，不过，它描写的不是系统经历的一种真实的历史，而是各种可能历史的振幅的叠加。但恰恰相反，费恩曼的"路径积分"是对玻尔的"互补原理"的发展。类圈体对信息来说是确定性和不确定性的，观控相对界类似是一种类圈体,也具有确定性和不确定性，而互补原理，是支持不确定性原理的。互补原理也说明物质和信息类似复数=实数+虚数，是一种二重结构的互补，是各种可能历史复数振幅的叠加，而不是什么历史性描述。 4、多世界（空间的）解释，只是一种信息增殖 关洪引述H·EverettⅢ的多世界（即多历史）其历史是潜在的而不是实现了的解释，并同意盖尔曼可能世界不等于现实世界新解释。但这里要作一个历史注脚：派斯在《一个时代的神话》一书中关于玻尔和爱因斯坦的反思，他认为玻尔的主要力量不在于学识涵博，而在于他那种惊人的直觉和洞察力；即玻尔也有物质+信息=实数+虚数的直觉和洞察力。而从爱因斯坦方面看，他不仅是旧量子理论的三位奠基人之一，而且也是波动力学的教父；即爱因斯是第一次以狭义相对论光速有极限的定性与定量形式，划分出物质与信息观控相对界的实数与虚数的界面，以广义相对论时空弯曲定性与定量的形式,确定了物质熵的实数界面。但是，当人们终于在1925年达成了他在1909年就已预见了的粒子和波的融合以后，爱因斯坦为什么不肯接受这种融合呢？《一个时代的神话》的译者戈革评论称：量子力学的观念构架绝不能看成德布罗意--爱因斯坦意义下的波和粒子的"融合"，而是二者的"互补"，不然二人的争论就不会出现。因为在爱因斯坦的梦想理论中，波动和粒两图景，"不应该被看成互不相容的"；真能创造出那种"融合"性的理论，玻尔的互补哲学就将一垮到底。这就是爱因斯坦至死不肯接受量子力学现状的原因。派斯百思不解，原因就在于他混淆了"融合"和"互补"的真实涵义。 这是戈革一种典型的前哲学时代思维，即不认识信息范型是一种虚数论。当然，爱因斯坦、玻尔、德布罗意也处在类似的时代，但已作出了很好的描述，因为他们还不知道类圈体似的超弦观念，以及物质能向点内陷落，点内不但存在平面、球面，而且也存在环面；点内的虚数世界是一种虚拟生存；点也可是一个观控相对界，是一个类圈体。在类圈体似的超弦观念看来，爱因斯坦的相对论和玻尔的量子论的統一已经得了较好的解决。要等这种解决完全尘埃落地，中国人才参与、肯定，那么还要重演科研成果与中国擦肩而过的历史。 玻尔常常谈的"时空描述"（或时空图景）和"因果图景"（动量-能量描述）的密切结合，实际是经典物理学实数物质信息的本质特征。他不曾或极少提到物质类似进入点内（包括仪器）的"波动行为"和"粒子行为"的结合，是因为经典物理学类似算术，实数与虚数这两种"行为"是绝对互斥的，是根本谈不到"结合"的；只有在现在已经有了一点影子的爱因斯坦梦想过的那种物质与信息联系在一起的"理论"中，才会有两者的"融合"。 玻尔强调：只有通过坚持用信息经典术语来描述观察结果，才能避免表观上由粒子和波的二象性所造成的逻辑佯谬，粒子和波本身就是两个经典定义的信息名词。二者行为彼此互斥，是因为复数和虚数运算不同于各种实数的运算。例如，经典物理学家会说：如果两种描述是互斥的，则其中至少有一种是错的；量子物理学家会说：一个客体表现像一个粒子或像一列波，取决于信息结构使用信息范型偏重实数还是虚数来观察它的那种实验装置的选择。这就不会否认粒子行为和波动行为是互斥的，而且还会断言，为了充分地理解客体的物质和信息特性，这两者都是必要的。即用信息范型虚数论的语言来说，波和粒不是一个客体系统的实数"结构信息"，而是客体系统与环境（观察实验装置）"历史求和"相互作用的某刻"交换信息"。故而玻尔要求把这两种历史求和"交换信息"--空时标示和因果描述，作为不同经典理论表征的联合，看作是对客体系统描述的实与虚互补而又互斥的两个特征，它们分别代表着观察和定义的理想化。 这样我们就可以重新诠释"多世界解释"：EverettⅢ提出"相对态表述"即"多世界解释"，是为了调和系统演化的连续性增殖和测量过程的突然跳跃增殖这两方面的矛盾，认为在某一测量结果实现的同时（信息的两重性：既是系统的结构信息，又是系统与环境相互作用的"历史求和"交换信息），也实现了其他所有可能的测量结果"历史求和"（交换信息1/n）。因为，在这一瞬间，同原来状态对应的一个世界增殖（环境n/n）分裂成了多个同被测量变量的各个本征态相对应的那么多世界（与多层次多方位的环境结构信息n相交换），每一个世界对应着一个可能的信息增殖测量结果（"历史求和"交换信息1/n）。在这里没有波函数的坍缩，而只有世界的分裂，即使每一个世界都是同样真实的。我们之所以看到某一个测量结果（主客体结构信息及其交换），是因为我们正好生活在同这一观察结果相对应的世界历史求和里（主体结构信息与其同构），在其他的信息增殖世界（其他的客体结构信息），对应着其他的测量结果（与主体结构信息交换的结果），只不过是我们看到的信息虚拟生存罢了。 参考文献 1、刘月生，观控相对论的信息诠释， 江苏工学院学报（英文泛系专辑），1991年； 2、刘月生，量子悖论的世纪之争--观控相对论的历史背景与理论探索，兵团教育学院学报，2000年第4期； 3、关 洪，消干效应和量子力学新解释的意义，物理，31卷，2002年第3期； 4、王德奎，三旋理论初探，四川科学技术出版社，2002年5月； 5、M·盖尔曼，夸克与美洲豹，湖南科学技术出版，2001年； 6、A·派斯，一个时代的神话（爱因斯坦的一生），戈革译，东方出版中心，1998年6月1版。 7、陈徐宗等，物质的新状态--玻色-爱因斯坦凝聚，物理，31卷，2002年第3期； 8、倪光炯，对量子力学的一种新解释：测量与信息，科学，54卷6期 ； 9、倪光炯，对量子力学的一种新解释：量子力学中的认识和方法论问题，科学，2003年第1期； 10、王德奎，解读《时间简史》，天津古籍出版社 ，2003年9月； 11、俞吾金，从康德到马克思──千年之交的哲学沉思，广西师范大学出版社，2004年6月； 12、Jacob D.Bekenstein，世界是一张全息图，科学，2003年第10期; 13、王德奎、刘月生，从电脑信息论到量子计算机信息论 ，凉山大学学报，2004年第4期。 （Email:y-tx@163_com，lys3146847@yahoo_com_cn）