开启脉轮调百病 

修身养骨安慧心 

学识空有可互生，

思虑心田消昔因。

践行善护共同体，

悟道净炁禅心明。

命运·生命·健康<共同体

直指人心 见性成佛

心

根性

缘境有

可态无形

衣食住行起

至大极小皆成

海浪潮涌无非水

思虑念想知性

六根大放光

慧灯常明

精气神

可能

性

朱清时：科学与佛法 谈世界和人生的真相（四、五）

 

朱清时

中国科学院院士、国务院学位委员会委员、第三世界科学院院士、中国绿色化学的主要倡导者和组织者、前中国科学技术大学校长、南方科技大学创校校长、1994年获海外华人物理学会亚洲成就奖和汤普逊纪念奖。

目录

序言

一．人类感知的世界图像是心智加工的产物

二．物质世界的深层面目是“空”

三．物质原本是信息(It from bit)!

四．如何由信息构建物质世界？

五．物质与意识

六．四圣谛

一般人很难理解物质就是信息这个观念，它不仅与我们的直觉和经验不一致，而且也是与我们现在的思维定式不一致。

其实古人曾有过万事万物都是信息的思维定式。《易经》是我国传统文化的基础。“易”者，阴阳之变。“易”有二义：“交易者，阴阳之对也；变易者，阴阳之流行”（《河洛理数》卷一）。由于《易经》在两千多年的流传过程中被不断修改补充，现在我们对它的本来面貌已不甚了解，但是《易经》的基本方法是清楚的，它用等价于现代的信息比特（0和1）的阴阳两爻，组合成“八卦”，代表自然界的八种状态，并研究其演变规律。因此《易经》是直接研究信息比特的变化，而不用图像和模型。最初的《易经》主要是预测的学问，这从甲骨文中留下的大量卜莁记载可看出。由于当时没有电脑和信息技术，《易经》的知识体系只能停留在唯象阶段，并且由于历代文人士大夫的改造，可能早已面目全非。

现代科学的知识体系诞生于三个世纪以前，以牛顿出版《自然科学的数学原理》为标志，人类发现自然界可以用数学公式表述的定律来描述，它从简单的公设出发，用逻辑推导出数学，又用数学和简单体系的几个定理，推导出越来越复杂的系统的行为。目前这个科学体系取得了巨大的成就，然而也暴露出了局限。当自然界的各种基本单元的规律已经大致清楚，在转向研究真实世界的复杂事物时，发现许多复杂系统的规律难以从这个科学知识体系中推出，例如生命现象、气象变化、社会行为等。

由于人体和生命现象难以用这个科学知识体系理解，上世纪的一批科学家已开始另辟蹊径。四十年代，冯·诺伊曼就提出了元胞自动机的概念。他设想一个可编程的宇宙，其中时间定义为宇宙之钟的滴答声；空间定义为一个个分离的元胞（Cell）格子，它们可能具有的状态只有两种，“生”与“死”，用颜色表示成绿色或白色，其实等价于易经的阴和阳，就像电脑屏幕是由许多小格子组成一样。宇宙之钟每滴答一次，每个元胞就会转入一个新的状态，这个新的状态是根据其当前状态和其邻居当前的状态，按一个规则决定的。

元胞自动机的一个特例是“生命游戏”，每个元胞的邻居定义为它周围紧邻的8个元胞（见图11左下），其变化规则是：

（1） “人口过少”：如果活邻居少于2个，任何活元胞则死掉；

（2）“正常”：如果活邻居为2个或3个，任何活元胞则继续活；

（3）“人口过多”：如果活邻居大于3个，任何活元胞则死掉；

（4）“繁殖”：如果活邻居正好是3个，任何死元胞则活过来。

图11

这里举几个“生命游戏”的例子，它们用信息流的方法很简单地就构造出了生命现象和时间空间的特征。

“轻量级飞船”：它的周期是4，每2个回合会向右边走一格

图12

“繁殖者”：它会向右行进，留下一个接一个的“滑翔者枪”。动图最后一帧定格时用三种颜色区分了繁殖者本体、滑翔者枪和它们打出来的滑翔者。

图13

什么是运动？我们长期以为，“运动”是指宇宙中发生的一切变化和过程，包括简单的位移、过程、人类思维运动。它是物质的存在方式和根本属性。“生命游戏” 根据某些简单的规则，格子空间中的结构的变易就会使人产生运动的图像。我们感觉到的一切运动可能是心智加工所得的信息建造的图像或模型。

“滑翔者枪”：它会不停地释放出一个又一个滑翔者。

图14

"脉冲星"：它的周期为3，看起来像一颗周期爆发的星星。

图15

什么是物质？物质科学的目标一直是研究物质的属性，大家都认为物质是真实存在的，比如屋内的桌椅和屋外的石头。凭什么有人说它们只是幻象呢？像“脉冲星” 这样的格子空间中的结构，随时间相对不变，就会使人脑产生某种“实在的东西”，如物质的图像。

十年前，斯蒂芬·沃尔夫勒姆（wolfram）出版了《一种新科学》（A New Kind of Science）一书，他试图用和1的比特流构造出整个宇宙。他研究最简单的一维元胞自动机。从一个黑点开始变化，每次新的变化就产生新的一行，打印在下面。而每一个元胞的死活由且仅由它自己和它左右两侧的细胞在上一行的状态决定。每个元胞只根据上一行中与该细胞紧相邻的三个元胞的状态来改变自己的状态，变成黑色或保留白色。变化规则共有256种。

他在1983年发现了规则30：

图16

运行到几百步后,就出现了一些有趣的特征，一些结构开始既不是周期性地也不是完全随机地出现在画面上。下图左边是按Rule 30迭代250次后的结果。大部分区域看起来近乎是随机的。下图右边是自然界中的织锦芋螺（Conus textile）的花纹，竟然神似Rule 30的结果，说明生物色素沉着这一在现代科学看来非常复杂的现象，可以用这个方法很简单地解释。

图17

沃尔夫勒姆又找到规则110:当某元胞的上一行相邻三个细胞为全黑，全白或者左侧一个细胞为黑时，该细胞为白色，否则为黑色。用这个简单的规则，元胞自动机从初始状态（一个黑色细胞）可以产生出复杂的图形模式。他首先完成了乘法、除法运算，和求素数、求平方根、求π值，甚至解偏微分方程。并把一维元胞自动机扩展到多维元胞自动机，产生更高的复杂程度，模拟了雪花、生物细胞等等。

他又进一步把元胞自动机与周围的真实世界联系起来，弹子球，纸牌游戏，布朗运动，三体问题等等问题中的随机性都可以用元胞自动机来解释；流体的湍流，晶体生长的规律，华尔街股票的涨落也都可用元胞自动机来模拟；还有自然界中的树叶，贝壳，生物色素沉着等，元胞自动机能生成与它们一模一样的图案和形态。

他指出规则110元胞自动机是普适的，等价于一台普适图灵机(Universal Turing Machine)[11]，并证明了"计算等价原理"(the Principle of Computational Equivalence)：几乎所有达到一定复杂程度的系统都等价于规则110元胞自动机，也即等价于一台普适图灵机。

沃尔夫勒姆在书中说：“三个世纪以前,人们发现建立在数学方程基础上的规律能够用于对自然界的描述,伴随着这种新观念,科学发生了转变.在此书中我的目的是将要用简单的电脑程序来表达更为一般类型的规律,并在此种规律基础上建立一种新的科学,从而启动另一场科学变革。"

这里所指的三个世纪前那场发生在科学上的转变就是我们常说的"科学革命"，那场革命以哥白尼发表《天体运行论》为开端，经过伽利略和开普勒等人的推进,到牛顿出版《自然哲学的数学原理》达到高潮，沃尔夫勒姆认为"传统科学"未能建立起解释宇宙复杂性的理论，靠数学方程做不到这一点。所以他要发动一场新的"科学革命"，革命的内容就是要用简单的电脑程序取代数学方程。

虽然现在下结论还为时尚早，然而沃尔夫勒姆的工作说明，现代科学家已经开始重新走到古人的智慧-用信息来构造出我们所感知的世界。《科学》（Scientific American）是一个主流的科普杂志，里面的一篇文章《走过爱因斯坦》认为“物理世界是由信息构成的，信息才是最重要的，物质和能量不过是附属物而已。”

英国剑桥大学的数学家约翰·巴劳在去年发表的一篇文章（《新发现》杂志2005年12月号），提出我们可能只是一个巨大的电子游戏里的虚拟存在而已。如果在高维的世界中，有一个比人类智能更高的物种，他们中有一位超级程序员，在一台超级计算机的三维屏幕上虚拟“生命游戏”，用和1组成的比特流模拟：星辰的升落和星系的形成；整合生物化学法则，观察生命的进化、不同文明的成长；赋予人类以意识，观察他们的悲欢离合。

我们怎么能知道自己不是一个由计算机生成的角色，此刻就生活在一个黑客帝国那样的世界中呢？如果我们生活在一个虚拟的、想象的世界中，“图灵原理”说我们没有任何办法确定在这个虚拟现实的背后还存在另一个现实。

如果认为宇宙是被虚拟的，那就等同于承认存在“超级意识”。

五. 物质与意识

自然科学总是自诩为最客观、最不能容忍主观意识，然而量子力学却发现意识和物质世界不可分开，物质世界从不确定的浑沌到确定状态的转移是靠意识促成的。

有人认为，在宏观世界和宇宙这类问题不会存在，因为大量微观粒子聚集时，它们之间的相互作用会迫使一个粒子出现一个特定的状态，使它的量子不确定性消失（称为“退相干”）。例如用仪器观察，在照相的底片留下记录，就可以使量子力学的不确定性消失。但是严格地说，这种认识并未解决这个问题，因为量子不确定性会向更大的系统转移。
 

1932年，冯·诺伊曼在量子力学刚建立的时候写了一本书，《量子力学的数学基础》，一直是量子力学的数学基础。他指出，一般的观测仪器都是由大量微观粒子组成的系统，因为每个微观粒子都服从量子力学，所以整个系统也服从量子力学，可以由量子力学描述。

用一台与世界其它部分完全隔绝的仪器（记为A）来观察一个处于叠加态的量子系统，比如用盖革计数器观察原子衰变。这时原子状态的不确定消失了，不过他证明这个由更多粒子构成的大观测系统又变得不确定了，量子的不确定性转移到观察仪器上去了。盖革计数器的是否偏转，又变得不确定。

如果再用第二台仪器（记为B）来观察A所指示的状态，那么虽然A的状态确定了，但是他证明这时A+B将成为不确定的的叠加态，不确定性转移到更大的系统中。

这种所谓“冯·诺伊曼链”（A,B,…）将无限持续下去。在实用意义上，在此观测链进入宏观阶段时，电子已失去相干性，干涉现象已不可能出现；然而严格地说，当我们用仪器去测量仪器，这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定叠加状态之中，这叫做“无限后退”（infinite regression）。换句话说，假如我们把用于测量的仪器也加入到整个系统中去，这个大系统的量子状态从未彻底坍缩过；直到有意识（弗洛伊德的“自我”）的观察者参与，由于意识不服从量子力学规则，薛定谔的方程不能再用了，整个系统才坍缩到确定状态。

随后薛定谔举了个例子，说明微观世界的诡异可以直接影响我们宏观尺度上的生活，这个例子现在被称为“薛定谔的猫”。

图18

如果有一个与外界隔绝的密封盒子，外界看不见里面。里面放一只猫，猫的旁边有一个放射性原子，如果它衰变会放出中子，旁边的计数器接收到，启动一个精密装置，铁锤就掉下来砸碎猫旁边的玻璃瓶，瓶里是氰化钾这类剧毒物质，瓶子一破猫就死了。

由于外边看不到盒子里的情况，盒子外的人都不知道这个放射性原子衰变没有衰变，所以也不知道猫死没死。过一段时间后，我们按通常在宏观世界的经验，认为猫要么是死，要么是活，只能是其中之一。然而按照量子力学，微观世界的诡异就在于放射性原子将同时处于两种状态：不衰变和衰变，在这个盒子中的猫也就是既死又活。这样一来，就不仅是微观粒子没有确定状态，现在宏观的猫也变成了没有确定状态了。一只猫同时又是死的又是活的，即处在不死不活的叠加状态，这与常识太不一致了。

这个理想的实验的每个环节都是可以实行的。它说明微观世界没有确定状态的诡异，与宏观世界完全可以连接起来，因此宏观世界也会有这类诡异的不确定性。

有人会说，我们要知道这个猫死没死，这个原子衰不衰变，只要打开箱子一看不就得了，猫肯定要么是死、要么是活，只有一种可能。然而量子物理的第二个诡异之点，就是说只要有人去观察，这个微观粒子会突然选一个确定状态出现，所以你观察到的只有一个确定的结果，那么猫死和活也有确定的结果。

还有人问猫有意识吗？其实在这个理想实验中，猫有无意识并不重要。盒子里的猫只是起探测仪器的作用，死与活是生命系统的两种可能的状态，是这种仪器给出的两种测量结果。按照量子物理，有死和生两个本征态的系统，任何这两个态的叠加也是可能的态，在这些叠加态上，猫就是 “既死又活” 的。原则上，使用薛定谔方程可以得出这些态的波函数如何随时间变化。然而，如何用当前物理学中的数学语言写出这些态的波函数和薛定谔方程？

据估计，猫是由大约10^26个原子组成的复杂系统。这些原子都按物理学化学和生物学的规律运行，形成一个个统一协调的整体。“活”意味着这个系统运行正常，即使部分不正常，系统也可以自我修复他们，或者整合成一个新的协调运行的整体；“死”意味着这个系统崩溃。当这只猫与一个放射性原子连同盒子内的装置在一起时，它们形成一个新的更大系统。这个原子与猫连同装置本身的原子相比，微乎其微，它怎么能影响猫的生死啊！这就像一只蚂蚁要推倒一座大山。

然而，我们世界的一个奥妙就是，这是可能的。科学家们已发现，在复杂系统中，初始条件的极微小变化, 可能导致结果的巨大差别。例如长期的气象现象是不可能被准确预报的，因为气象预报的初始条件, 由极不稳定的环球的大气流所决定。巴西的一只蝴蝶抖动了一下翅膀，改变了气象站所掌握的初始资料，三个月之後，就有可能引发美国德克萨斯州出乎意料之外地刮起一阵未曾预报到的龙卷风。这个结论被形象地称为“蝴蝶效应”。这就相当于一只蚂蚁推倒一座大山。这种现象被称为“混沌”（英文“Chaos”的译名），含有“差之毫厘，谬以千里”之意。

19.“蝴蝶效应”示意图

“蝴蝶效应”是第一个被深入研究的混沌现象。现已发现，混沌这种对初始条件非常敏感，以至于几乎不可能预测其行为的系统，广泛地存在于宏观世界中，即使在人文和社会学的研究系统中也发现了一批混沌运动的实例。其实周围这类状态比比皆是，不过我们熟视无睹。

最近（2016年7月11日）《自然·物理》杂志报道了尼尔（Charles Neill）等人的实验，他们发现之前被认为无关的两个现象—属于经典物理的混沌现象和属于量子物理的量子纠缠现象—之间存在联系。量子纠缠特性能够用经典物理体系下的热力学和混沌理论来描述。这提示我们，混沌可能就是与量子纠缠相应的宏观现象。这样一来，原子衰变与不衰变相应于猫系统崩溃与不崩溃。“猫既死又活”等价于猫系统崩溃又不崩溃。科学正在厘清量子不确定性与宏观系统的不确定性的关系。

佛法的“诸法无常”讲的就是宇宙万有的不确定性。在大乘经典《中论》中最不容易懂的就是“不生亦不灭，不常亦不断，不一亦不异，不来亦不出”，大家想像不出这是什么状态。其实中观的“中”是为了对佛陀说的“空”做更细致的分析，它是缘起和诸法无常的另一表述。“空”或“中”，这样不生亦不灭，不常亦不断的状态，是否与薛定谔的猫有些相似呢？

更有意思的是，在人观察之后，猫不生不死的不确定状态就消失了。这又契合了佛法。佛法认为妄念产生了妄动，然后才出现物质世界。《楞严经》云：“性觉必明，妄为明觉，觉非所明，因明立所，所既妄立，生汝妄能。”就是说，宇宙本体－如来藏本是清净本然，元自灵明。因为明极了，而忽生妄念，想看看自己是什么样，就发生照明感觉的作用。物质世界的本体是清净本然，因为产生了妄念想看看什么样子，这个时候产生了妄动心，就形成了物质世界，也就是说观察生成了物质世界。

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