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今天我們將送出由未讀·探索家提供的優質科普書籍《給仰望者的天文朝聖之旅》。
科學家切特·雷莫在本書中探尋到科學與信仰的深處，探究天文學中所包含的人類精神性及其意義的奧秘。通過天上繁星的排列以及幾千年來人類口口相傳的關於它們的故事與神話，雷莫帶領讀者踏上了一場「追尋黑夜的靈魂的朝聖之旅」。
切特·雷莫的優雅筆觸將夜空中的神秘現象與人類的思想和精神聯繫起來，其所涉獵的內容包含神話、文學、宗教、歷史及人類學等多個領域。這本書對於那些對科學與信仰之間的關係感興趣的讀者來說是一部必讀之作。
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作者： Rachel Thomas
翻譯：Nothing
審校: Nuor
一棵樹倒在樹林裡，假如沒有人在那聽著，樹倒下時會有聲音嗎？事物只有在被感知時才存在嗎？物理學能告訴我們什麼是現實嗎？這些都是物理學和哲學中最艱深的問題，人們爭論了幾十上百年，至今仍然沒有答案。有人甚至懷疑這些問題是否能得到解答，但有一位物理學家敢於嘗試：他就是約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）。
存在從何而來？
約翰·阿奇博爾德·惠勒（右）與同事埃克哈德·米爾克
惠勒（1911-2008）是物理學界的傳奇人物。他與尼爾斯·玻爾合作解釋核裂變，在洛斯阿拉莫斯研究氫彈，並教過許多著名物理學家，包括理察·費曼、基普·索恩和休·埃弗雷特。他是現代廣義相對論之父，是加深對黑洞理解的關鍵人物，事實上，他推廣了「黑洞」一詞，並創造了許多其他詞彙，包括「蟲洞」和「量子泡沫」。
惠勒把他漫長而成果豐碩的物理學生涯分為三個時期：「一切都是粒子」，「一切都是場」，「一切都是信息」。第三個時期的思想是由他對古老問題的思考所激發的：「存在從何而來？」他的答案是：存在來自於比特，1989年他將這一結果發表在一篇很好的論文中。
沒有問題？沒有答案！
惠勒的「存在來自於比特」的概念意味著物理學，特別是量子物理學，並不是為了解釋存在，而只是我們對所觀察到的東西的最佳描述。沒有「量子世界」，只有我們對事物如何呈現在我們面前的最好描述。正如量子理論的奠基人之一尼爾斯·玻爾所說：「如果你認為物理學的任務是發現自然界的本質，那你就錯了。物理學關心的是對於自然我們可以說什麼。」
安東·齊林格是維也納大學的物理學教授。
量子光學與量子信息研究所所長安東·齊林格（Anton Zeilinger）解釋說：「我對『存在來自於比特』的解釋是，為了定義現實，人們必須考慮到信息的作用：主要原因是我們在科學中所做的一切都是基於我們以任何方式接收來自於自然的信息。」
但我們能更深入麼？我們能說現實就是信息嗎？它們是同一種事物嗎？齊林格並不這麼認為：「不，我們【需要】現實和信息這兩個概念。但在基礎上嚴格區分這兩個概念是非常困難的，也許這告訴了我們更多的東西，相反，我們需要同時考慮現實和信息，兩者之間會相互影響。」
也許答案將類似於愛因斯坦一個世紀前提出的偉大的觀點，當時他表明你不能區分空間和時間，相反，它們是一個更寬泛的概念的一部分：時空。類似的，也許我們需要一個既包含現實又包含信息的新概念，而不是一定要將他們區分開。
觀察宇宙的行為創造了它嗎？
「存在於比特」的一個明顯結果是要考慮觀察者的重要性：現實需要一個觀察者。「我認為惠勒非常激進，」齊林格說，「他談到了參與者的宇宙，在那裡，觀察者不僅進行觀察，而且在某些情況下，觀察者使現實發生。」
在觀察量子粒子（如盒子中的單個粒子）之前，它處於疊加狀態，同時處於盒子中的多個不同位置。我們所知道的（根據薛丁格方程的解）就是我們在這些位置中找到粒子的機率。但是當我們進行測量時，我們只會在一個位置找到粒子。量子物理學並沒有如實地描述現實，現實是被觀察者所感知的。它根本無法回答諸如「粒子在沒有被觀測時處於什麼狀態？」這類問題。
但惠勒更進一步地說，我們只能通過觀察來描述現實。「不止如此，」齊林格說。「他可能會說，除了可以觀察到的，不存在任何現實。我不知道這是不是真的，但我喜歡這種方法的極端性。」
這個想法可能是激進的，但在哲學上並不新鮮。早在1710年，哲學家喬治·伯克利就曾寫道：「現實意味著被感知。」「我不知道惠勒是否會走那麼遠。」齊林格說。相反，他認為惠勒相信，仔細分析什麼是信息，信息意味著什麼，可以教會我們關於現實的知識。
無知的海岸
「我們住在一個被無知之海包圍的島上。隨著我們知識之島的增長，我們無知的海岸也在增長。」—約翰·惠勒，摘自《科學美國人》（1992），第267卷
惠勒關於「一切源於比特」的猜想對於研究現代量子力學中信息的作用起到很大幫助。它給了理論家、哲學家和實驗家新的途徑去探索幾十年來挑戰量子物理學家的問題。
觀察者在量子力學中的角色眾說紛紜。而且一個參與者的世界會帶來更多的問題，例如：什麼是觀察者？大多數物理學家都同意，觀察者不必是人，甚至不必是有意識的。測量和觀測可以發生在無生命的儀器中：例如，照相膠片記錄光子的存在。但是，如果是觀察使現實發生，為什麼那麼多觀察者都看到相同的宇宙?
如果惠勒是正確的，而現實是基於對是或否這樣的問題的回答，那麼理解測量是如何產生的非常重要。但什麼是衡量標準？這在經典物理學中是一個直截了當的問題：它是用某種設備記錄物理空間中發生的事情。問題「物體是否位於x點，是或否？」不管觀察結果如何都有答案。但是在量子物理學中，正如我們在上面看到的盒子裡的量子粒子的例子，測量帶來了很多困難。當我們進行一個測量時會發生什麼，什麼構成了一個測量，這個問題仍然有存在爭論。
但惠勒認為，在測量之前談論現實是沒有意義的：「你無法感知過去，只有現在有記錄。」例如，在雙縫實驗中，無論是標準版還是惠勒的延遲選擇實驗，光子都將扮演波或粒子的角色，這取決於你如何決定去測量它。在你測量之前問它處於什麼狀態是沒有意義的。
雙狹縫實驗：上圖顯示了波通過狹縫時產生的干涉圖樣，中間的圖片顯示了粒子通過狹縫發射時的預期效果，下圖顯示了粒子（如電子）通過狹縫發射時的實際情況。
惠勒的想法不僅使量子物理學的理論方面受益。齊林格是實驗物理學家，他說惠勒的「存在來自於比特」的觀點對他和他的同事設計實驗的想法產生了影響。
「他對量子力學的發展提出了巨大的挑戰，這一挑戰非常重要，」齊林格說。「在某些方面，他的想法可能會被證明過於激進—現在下結論還為時過早。但這是科學進步的過程！在科學上，有時需要採取激進的立場。當這些立場受到挑戰，我們就能發現一個人能走多遠，這就是進步。這就是科學的運作方式。」
原文連結：https://plus.maths.org/content/it-bit
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編輯：aki
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