#每日讲座#
【量子信息与量子计算漫谈】
主 讲 人 ：费少明 教授
活动时间：https://t.cn/A6XV3ouE 点 ：腾讯会议，会议号：677160687，密码：211217
详情链接：https://t.cn/A6XV3o3u
【120周年校庆系列学术活动：团簇组装材料及https://t.cn/A6XV3o33其新奇量子态的计算研究】
主 讲 人 ：刘志锋 教授
活动时间：https://t.cn/A6XV3o32 点 ：腾讯会议 ID: 180-609-333
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【120周年校庆系列学术活动：ATP与抑郁症】
主 讲 人 ：高天明 院士
活动时间：https://t.cn/A6XV3o3J 点 ：腾讯会议（会议号：666-438-155）
详情链接：https://t.cn/A6XV3o33
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主 讲 人 ：费少明 教授
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【120周年校庆系列学术活动：ATP与抑郁症】
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探讨黑洞
浩瀚宇宙，无奇不有，宇宙中的每一个天体，每一个粒子都在宇宙的规律作用下平稳的运行，存在，各自发生着不同的变化与性质。但当人类将目光放向黑洞-这个宇宙中目前人类所发现的最强大的天体时，我们不由得赞叹宇宙本体在塑造天体以及万物方面能力的伟大。
黑洞，是宇宙中一种特殊的天体，它是由大质量恒星的氢燃料在时间的流逝下逐渐消耗殆尽时其剩余的氢燃料聚变向外所释放的能量无法抵抗恒星自身引力时恒星本体在自身强大引力的作用下不断向内核坍缩最终坍缩的体积达到该恒星的史瓦西半径时形成的，其形成原理和中子星相似（恒星坍缩），但是如果一颗恒星要想在其生命末期坍缩时行成黑洞的话，那么该恒星的质量必须足够大，中子星形成前的原恒星其质量因未能达到形成黑洞的质量，所以在恒星坍缩的过程中自身引力未能战胜中子间的排斥力，最终只能形成密度仅次于黑洞的中子星。质量越大的天体，其引力也会越大，所以质量的大小更能展现出恒星在末期坍缩时自身引力的大小是否能战胜粒子间的排斥力，最终使该恒星坍缩至史瓦西半径极限形成黑洞。
黑洞的密度和引力是由为惊人的，其时空曲率强大到连光都无法从其事件视界中逃逸出来，因此任何物体，包括光，如果被黑洞俘获进入其事件视界时就再也没有逃逸的可能，这也是黑洞的颜色呈黑色的原因，其最恐怖的事件视界能在其蒸发灭亡前“永久”性的俘获住一切物质与信息。早在1916年，太阳系天文学家卡尔.史瓦西通过计算爱因斯坦引力场方程得出，如果一个静态小球在质量不变的情况下其半径小于某一特定值，周围就会产生奇异的时空弯曲现象，即存在视界，任何物质(包括光)一旦进入该视界，那么将无法逃脱，而这就是史瓦西半径的由来。根据该实验表明，任何有质量的物体只要其半径能坍缩至该物体对应质量的史瓦西半径时，都会变为一个黑洞，该实验也为人类后续对黑洞的研究打下了基础。
黑洞究竟是什么?
黑洞究竟是什么，是存在于宇宙时空中一个可以穿越平行空间的洞，还是由物质坍缩所形成的密度极大，引力极强的天体实物?这个问题目前人类尚未破解真知，但是只要通过一点比较基本的逻辑思维应该就能推理出比较靠谱的答案。
首先，黑洞是由恒星内核或恒星本体坍缩形成的，这并不意味着该现象就可以对时空产生影响，引力对于时空的只有弯曲作用，而在某种定义上并不能改变时空的某种传输连接状态或形式，因为任何一种事物要想对空间发生改变的话需要巨大的能量，而不是单单靠时空压缩与引力作用能够涉及的。物质本质上即便达到了像史瓦西半径这种临界极限状态也无法对空间造成影响与作用，就比方说虫洞，很多人都推测黑洞正是该理论的一种。但是即便是虫洞的诞生光靠像构成恒星本体的物质作用是无法作用于空间形成的，即便坍缩，其形成的致密物质即便引力再强大，也只能靠着物质与空间本身的关系(物质的存在需要空间)联系关联作用着。所以从理论角度去思考此问题就有了答案，黑洞并不是时空洞，而只是由大质量恒星的内核或本体在自身引力下坍缩至史瓦西半径时形成的物质密度达到了极限的天体，而并非时空的突破口，按照此定律，白洞说就更加不可能了，当黑洞在吞噬物质时，物质与黑洞直接产生的作用为黑洞的强大引力将物质撕碎分解为比夸克还小的微粒，在此面前人类已知的所有物理规律都将失去其本质意义，被撕碎的物质最终结局为被压实结合构成黑洞自身本体的一部分，这也解释了为什么黑洞会通过吞噬物质增加其质量和体积的原因。而如果是白洞理论的话，黑洞是不会发生任何变化的，此时的黑洞只是帮助物质从一时空转移至另一时空的工具而已，而过程中质量体积不会发生任何变化，所以这也解释了黑洞为时空洞和白洞理论的错误，为天体实物理论的正确性，黑洞并非质量体积密度都无限，因为其任有通过吞噬物质增长质量的趋势以及有限的质量和引力范围，如果都成无限就意味着质量密度，尤其是引力的无限，宇宙中的所有物质当此结论成立的话都会被黑洞所吞噬，然而并没有。奇点理论同样也存在错误，要知道错误点在哪里，首先要明白奇点是什么，奇点为一个无长无宽无高的零维空间，而单凭恒星坍缩的能量完全无法将物质坍缩降维至0维空间，降维也属于改变时空的一种方式，同样需要巨大的能量，最主要的是即使是降维打击也只是能量对时空作用后时空将其本身和所处时空物质进行降维，而单纯对物质作用是无法将物质和（或时空）降维，被作用者为时空，而不是物质，所以奇点理论任然错误。
黑洞的终极命运
在霍金的黑洞理论尚未成型时，人们一直认为黑洞是会永远存在的，但是当时的人们却忽视了负能量，以及熵增定律对于宇宙和宇宙中全部物质的影响和作用，根据量子力学，在任何虚无的空间中，总是会通过空间本身零点能衰变能量的作用创造出粒子，虚粒子对正是衰变能量所创造出粒子的其中之一，一对虚粒子对由虚粒子和虚反粒子组成，两个粒子中其中之一携带正能量，另一粒子携带负能量，该粒子对总是会随时从虚无的空间中凭空诞生。由于诞生的两个粒子携带着与彼此相反的能量，根据同性相斥，异性相吸原则，虚粒子对的两个粒子会在诞生后迅速相互碰撞并湮灭，湮灭完之后什么都不会留下，该虚粒子对会重新湮灭释放能量过后消失在空间中。
如果一对虚粒子对形成于一个黑洞视界边缘，设一粒子形成于黑洞视界之内，另一粒子形成于黑洞视界之外，那么视界之外粒子就为虚粒子，视界之内粒子则为虚反粒子，则当该虚粒子对诞生时，视界之内的虚反粒子会因为在黑洞视界之内而被黑洞俘获吞噬，而虚粒子由于失去了原本计划与其碰撞湮灭的虚反粒子而无法进行湮灭，则会向着虚反粒子相反方向逃逸出黑洞，此时逃逸出黑洞引力的虚粒子会变为实粒子，而黑洞由于吞噬了携带负能量的虚反粒子，虚反粒子则会与黑洞中的能量（正能量）抵消，黑洞的能量会在此作用下逐渐消耗殆尽。根据熵增定律，任何能量在转化的过程中永远无法百分之百的转化，过程中总会有能量的凭空消失，该理论完美证实了黑洞能量由于虚粒子对不断亏损的理论，此现象则会形成著名的霍金辐射，即黑洞蒸发，蒸发时所向宇宙空间中产生的辐射正为虚粒子对中由虚粒子因逃逸而变成的实粒子。根据霍金辐射理论，质量越小的黑洞其完全蒸发所需的时间就越短，即寿命越短，相反则越长，宇宙中的所有黑洞，最终也会在熵增定律和时间的摧残下逐渐消亡。任何物质和事物都无法永存，如果把一切交给时间，那灭亡是必然的，甚至也同样包括时间本体。
黑洞即使可怕，但王者也会在时间的摧残下灭亡，这就是宇宙定律，有生，必有死，但有死，却不一定有生。#黑洞[超话]##宇宙##黑洞##天体##黑洞如此强大也会蒸发消失##虚粒子对# @银河中的夏季大三角 @Schwarz-king @天文在线 @NASA探索
浩瀚宇宙，无奇不有，宇宙中的每一个天体，每一个粒子都在宇宙的规律作用下平稳的运行，存在，各自发生着不同的变化与性质。但当人类将目光放向黑洞-这个宇宙中目前人类所发现的最强大的天体时，我们不由得赞叹宇宙本体在塑造天体以及万物方面能力的伟大。
黑洞，是宇宙中一种特殊的天体，它是由大质量恒星的氢燃料在时间的流逝下逐渐消耗殆尽时其剩余的氢燃料聚变向外所释放的能量无法抵抗恒星自身引力时恒星本体在自身强大引力的作用下不断向内核坍缩最终坍缩的体积达到该恒星的史瓦西半径时形成的，其形成原理和中子星相似（恒星坍缩），但是如果一颗恒星要想在其生命末期坍缩时行成黑洞的话，那么该恒星的质量必须足够大，中子星形成前的原恒星其质量因未能达到形成黑洞的质量，所以在恒星坍缩的过程中自身引力未能战胜中子间的排斥力，最终只能形成密度仅次于黑洞的中子星。质量越大的天体，其引力也会越大，所以质量的大小更能展现出恒星在末期坍缩时自身引力的大小是否能战胜粒子间的排斥力，最终使该恒星坍缩至史瓦西半径极限形成黑洞。
黑洞的密度和引力是由为惊人的，其时空曲率强大到连光都无法从其事件视界中逃逸出来，因此任何物体，包括光，如果被黑洞俘获进入其事件视界时就再也没有逃逸的可能，这也是黑洞的颜色呈黑色的原因，其最恐怖的事件视界能在其蒸发灭亡前“永久”性的俘获住一切物质与信息。早在1916年，太阳系天文学家卡尔.史瓦西通过计算爱因斯坦引力场方程得出，如果一个静态小球在质量不变的情况下其半径小于某一特定值，周围就会产生奇异的时空弯曲现象，即存在视界，任何物质(包括光)一旦进入该视界，那么将无法逃脱，而这就是史瓦西半径的由来。根据该实验表明，任何有质量的物体只要其半径能坍缩至该物体对应质量的史瓦西半径时，都会变为一个黑洞，该实验也为人类后续对黑洞的研究打下了基础。
黑洞究竟是什么?
黑洞究竟是什么，是存在于宇宙时空中一个可以穿越平行空间的洞，还是由物质坍缩所形成的密度极大，引力极强的天体实物?这个问题目前人类尚未破解真知，但是只要通过一点比较基本的逻辑思维应该就能推理出比较靠谱的答案。
首先，黑洞是由恒星内核或恒星本体坍缩形成的，这并不意味着该现象就可以对时空产生影响，引力对于时空的只有弯曲作用，而在某种定义上并不能改变时空的某种传输连接状态或形式，因为任何一种事物要想对空间发生改变的话需要巨大的能量，而不是单单靠时空压缩与引力作用能够涉及的。物质本质上即便达到了像史瓦西半径这种临界极限状态也无法对空间造成影响与作用，就比方说虫洞，很多人都推测黑洞正是该理论的一种。但是即便是虫洞的诞生光靠像构成恒星本体的物质作用是无法作用于空间形成的，即便坍缩，其形成的致密物质即便引力再强大，也只能靠着物质与空间本身的关系(物质的存在需要空间)联系关联作用着。所以从理论角度去思考此问题就有了答案，黑洞并不是时空洞，而只是由大质量恒星的内核或本体在自身引力下坍缩至史瓦西半径时形成的物质密度达到了极限的天体，而并非时空的突破口，按照此定律，白洞说就更加不可能了，当黑洞在吞噬物质时，物质与黑洞直接产生的作用为黑洞的强大引力将物质撕碎分解为比夸克还小的微粒，在此面前人类已知的所有物理规律都将失去其本质意义，被撕碎的物质最终结局为被压实结合构成黑洞自身本体的一部分，这也解释了为什么黑洞会通过吞噬物质增加其质量和体积的原因。而如果是白洞理论的话，黑洞是不会发生任何变化的，此时的黑洞只是帮助物质从一时空转移至另一时空的工具而已，而过程中质量体积不会发生任何变化，所以这也解释了黑洞为时空洞和白洞理论的错误，为天体实物理论的正确性，黑洞并非质量体积密度都无限，因为其任有通过吞噬物质增长质量的趋势以及有限的质量和引力范围，如果都成无限就意味着质量密度，尤其是引力的无限，宇宙中的所有物质当此结论成立的话都会被黑洞所吞噬，然而并没有。奇点理论同样也存在错误，要知道错误点在哪里，首先要明白奇点是什么，奇点为一个无长无宽无高的零维空间，而单凭恒星坍缩的能量完全无法将物质坍缩降维至0维空间，降维也属于改变时空的一种方式，同样需要巨大的能量，最主要的是即使是降维打击也只是能量对时空作用后时空将其本身和所处时空物质进行降维，而单纯对物质作用是无法将物质和（或时空）降维，被作用者为时空，而不是物质，所以奇点理论任然错误。
黑洞的终极命运
在霍金的黑洞理论尚未成型时，人们一直认为黑洞是会永远存在的，但是当时的人们却忽视了负能量，以及熵增定律对于宇宙和宇宙中全部物质的影响和作用，根据量子力学，在任何虚无的空间中，总是会通过空间本身零点能衰变能量的作用创造出粒子，虚粒子对正是衰变能量所创造出粒子的其中之一，一对虚粒子对由虚粒子和虚反粒子组成，两个粒子中其中之一携带正能量，另一粒子携带负能量，该粒子对总是会随时从虚无的空间中凭空诞生。由于诞生的两个粒子携带着与彼此相反的能量，根据同性相斥，异性相吸原则，虚粒子对的两个粒子会在诞生后迅速相互碰撞并湮灭，湮灭完之后什么都不会留下，该虚粒子对会重新湮灭释放能量过后消失在空间中。
如果一对虚粒子对形成于一个黑洞视界边缘，设一粒子形成于黑洞视界之内，另一粒子形成于黑洞视界之外，那么视界之外粒子就为虚粒子，视界之内粒子则为虚反粒子，则当该虚粒子对诞生时，视界之内的虚反粒子会因为在黑洞视界之内而被黑洞俘获吞噬，而虚粒子由于失去了原本计划与其碰撞湮灭的虚反粒子而无法进行湮灭，则会向着虚反粒子相反方向逃逸出黑洞，此时逃逸出黑洞引力的虚粒子会变为实粒子，而黑洞由于吞噬了携带负能量的虚反粒子，虚反粒子则会与黑洞中的能量（正能量）抵消，黑洞的能量会在此作用下逐渐消耗殆尽。根据熵增定律，任何能量在转化的过程中永远无法百分之百的转化，过程中总会有能量的凭空消失，该理论完美证实了黑洞能量由于虚粒子对不断亏损的理论，此现象则会形成著名的霍金辐射，即黑洞蒸发，蒸发时所向宇宙空间中产生的辐射正为虚粒子对中由虚粒子因逃逸而变成的实粒子。根据霍金辐射理论，质量越小的黑洞其完全蒸发所需的时间就越短，即寿命越短，相反则越长，宇宙中的所有黑洞，最终也会在熵增定律和时间的摧残下逐渐消亡。任何物质和事物都无法永存，如果把一切交给时间，那灭亡是必然的，甚至也同样包括时间本体。
黑洞即使可怕，但王者也会在时间的摧残下灭亡，这就是宇宙定律，有生，必有死，但有死，却不一定有生。#黑洞[超话]##宇宙##黑洞##天体##黑洞如此强大也会蒸发消失##虚粒子对# @银河中的夏季大三角 @Schwarz-king @天文在线 @NASA探索
阅读摘录：
诡异的著名数学悖论：缸中之脑
原创：好书都在
清华大学出版社
2018-10-07 12:50
无限的概念与哲学思想密切相关。中国古代有位哲学大师庄子 (公元前369—前286年)，或称庄周，就非常善于观察周围世界中的科学现象，并提出一系列有意义的问题。庄子给“宇宙”一词的定义： “有实而无乎处者，宇也；有长而无木剽者，宙也。”可翻译为：“有实体但不静止于某处，叫做宇；有外延但无法度量，叫做宙。”显然给出了一副无限而动态的宇宙图景。
庄子不仅是著名哲学家和思想家，也是文学家。庄周善于用短小精悍又文字优美的寓言故事来表达深刻的哲理。诸如庄周梦蝶、 混沌开窍、庖丁解牛、惠施相梁、螳螂捕蝉等都是出色的例子，其中庄周梦蝶的故事（图3-4-1（a））与我们本节要介绍的悖论有关。
有一天庄子做梦，梦见自己变成了一只翩翩起舞、快乐无比的蝴蝶，梦醍之后他发现自己仍然是僵卧在床的庄子。于是庄子提出一个发人深省的疑问：我到底是蝴蝶还是庄周呢？也许我本为蝴蝶， 在梦中变成了庄周。但也可能我本为庄周，在梦中变成了蝴蝶。这两种情形哪个是真实的？继而扩展到思考生与死、物和我的微妙界限，我们真的能够区分它们吗？
仅寥寥数言，庄子的描述惟妙惟肖、妙趣横生，因而常被文学家、 哲学家们引用。后人对这个短短的故事有各种不同的诠释，甚至在现代科学中也有一个绝妙的类比。
距离庄周的时代过去2000多年之后，1981年，美国哲学家希拉里· 普特南（Hilary Putnam，1926—）写了一本书：《理性，真理和历史》，书中叙述了一个被称为“缸中之脑”的思想实验，与“庄周梦蝶”有异曲同工之妙，实验的大意如下：
从现代科学的角度，人所感知的一切都将经过神经系统传递到大脑。那么，有疯狂科学家便作如此设想：如果将一个人大脑皮层中接收到的所有信号，通过计算机和电子线路传送到另一个大脑，情形将会如何呢？这第二个大脑是放在一个装有营养液的缸中的，见图 3-4-1（b）。
让我们将这个思想实验叙述得更为具体一些。白天，一个人进行各种活动：划船、游泳、爬山、跑步、看电视、听音乐……假设科学家将这十几小时大脑神经末枘接收到（及传出去）的信号全部记录下来并储存到计算机里。当然，实际上这是一个相当复杂的过程，人脑并非只是被动地接收信号，它还需要对不同的信号进行分析处理并发出反馈信息。
但无论如何，这一切都是通过大脑自身以及神经末梢的输出输入来实现的。当然就目前而言，这只是一个“思想实验”。 夜晚到了，科学家将此人的大脑从头颅中取出，放入实验室的缸中。 缸里装有营养液以维持大脑的生理活性。同时，科学家将原来储存的白天活动的全部信息通过人造的神经末梢传递到缸中的大脑。大脑反馈发出指令，计算机按照储存的程序给予回应。如此反复循环以致实现完成自天十几小时内大脑所经历的整个活动过程。
这颗“缸中之脑”，虽然已经和原来的身休完全没有关系了，但是它却自以为有一个“形体”，它在进行跑步、游泳、划船等各种运动，感觉与白天一样。
我们进一步想象，这个过程可以每天夜以继日、曰以继夜地重复下去。也就是说，让这颗“大脑”，白天活在人的头频中，晚上“活”在实验室的缸中。
现在，疯子科学家提出一个和几千年前庄子提出的类似的问题： 因为“颅中之脑”和“缸中之脑”的体验是一模一样的，所以该大脑无法分清楚它是在缸中还是在颅中。从我们传统“实验者”的角度来看，颅中之脑认识的世界是“真实”的，缸中之脑认识的世界是虚幻的、模拟的、计算机制造出来的。然而，如果你从“大脑”的角度来思考的话：“两种情形既然一模一样，我怎么知道何时是现实，何时为虛拟呢？”
人类认识世界也是靠着我们头颅中的这颗“大脑”，所以上面的问题也可以这么问：我们大脑认识的世界是真实的吗？该不会是某个“疯子、恶魔”操纵的恶作剧吧？
或许这个问题根本没有什么意义，既然无法判断我们的大脑是 “颅中之脑”还是“缸中之脑”，即使有某个恶魔正在操纵着我们，那又何妨呢？我们照常快快乐乐地活着，早观沧海日出，晚看人间焰火，生活得开开心心，就让魔鬼尽情“操纵”好了。只要虚幻一直持续，它和真实就没有什么区别！
何为虛幻，何为真实？不由得使人联想到量子力学的哥本哈根诠释。物理学家约翰·惠勒可算是哥本哈根学派的最后一位大师， 他有一句名言：“任何一种基本量子现象只有在其被记录之后才是一种现象。”笔者当初乍一听此话觉得怪怪的，但越仔细推敲越觉得有道理。所有我们认为是客观存在的物休，山、水、太阳、月亮、房屋、 树木，都不过是来自于大脑的意识。
经典理论中，我们将人类所有正常大脑能得到的共同认识，总结抽象为“客观实体”。比如说，我们认为月亮是独立于意识而客观存在的，只不过是因为每个正常人（生物）都能看到它，航天员甚至还曾经站在它的表面挥动国旗。但是，务必提醒大家注意：这一切仍然难以“证明’’月亮独立于意识而存在，因为“实际”仍然来自于意识，正如缸中之脑不能证明它体会到的 “外部世界”的真实存在性一样。
但无论如何，尽管无法证明，人类仍然可以将这些日常生活中能得到的“共同”休验称之为“客观存在”。因为它们是每个人（包括动物）的感官都能感觉到的东西。不过，人类总是会犯一个同样的错误：常常希望把自己在常识范围内总结的东西加以推广，推广到与他们的日常经验相违背、难以理解的领域，比如说极小的微观世界和极大的宇宙范围。人们往往会错误地以为被他们称为“客观存在”的东西在那些领域也“真的”客观存在，并且存在的形式也都“应该”是他们见过的模样。
但实际上，到了极其微小的量子世界，大多数人的感觉器官无法 “感觉到”那些量子现象了，只有少数从事量子研究的物理学家们，从 实验和理论中（最终也是来源于意识的）得出了一些与我们日常生活经验相悖的规律。但人们却仍然希望用他们的日常经验来“理解”和 “诠释”这些现象，建立符合他们所能感受到的经验的理论。然而，对尺度完全不同的量子世界，这个要求难以实现，对极大的宇宙范围的研究也会有类似的问题。
我们人类是否永远不能越过自身的认知条件而最终无法妄言理解了“客观世界”？即使存在一个“客观世界”，这个客观世界的样貌在不同的尺度中也将有不同的可能性。“大脑”分不淸自己是在缸中还是在颅中。看看上面这幅埃舍尔的画中的青年，他也分不淸自己是在“画廊里”，还是在自己正在欣赏的“图画中”。
文：张天蓉
图源：网络
版权归原作者所有
编辑：祈蕊
诡异的著名数学悖论：缸中之脑
原创：好书都在
清华大学出版社
2018-10-07 12:50
无限的概念与哲学思想密切相关。中国古代有位哲学大师庄子 (公元前369—前286年)，或称庄周，就非常善于观察周围世界中的科学现象，并提出一系列有意义的问题。庄子给“宇宙”一词的定义： “有实而无乎处者，宇也；有长而无木剽者，宙也。”可翻译为：“有实体但不静止于某处，叫做宇；有外延但无法度量，叫做宙。”显然给出了一副无限而动态的宇宙图景。
庄子不仅是著名哲学家和思想家，也是文学家。庄周善于用短小精悍又文字优美的寓言故事来表达深刻的哲理。诸如庄周梦蝶、 混沌开窍、庖丁解牛、惠施相梁、螳螂捕蝉等都是出色的例子，其中庄周梦蝶的故事（图3-4-1（a））与我们本节要介绍的悖论有关。
有一天庄子做梦，梦见自己变成了一只翩翩起舞、快乐无比的蝴蝶，梦醍之后他发现自己仍然是僵卧在床的庄子。于是庄子提出一个发人深省的疑问：我到底是蝴蝶还是庄周呢？也许我本为蝴蝶， 在梦中变成了庄周。但也可能我本为庄周，在梦中变成了蝴蝶。这两种情形哪个是真实的？继而扩展到思考生与死、物和我的微妙界限，我们真的能够区分它们吗？
仅寥寥数言，庄子的描述惟妙惟肖、妙趣横生，因而常被文学家、 哲学家们引用。后人对这个短短的故事有各种不同的诠释，甚至在现代科学中也有一个绝妙的类比。
距离庄周的时代过去2000多年之后，1981年，美国哲学家希拉里· 普特南（Hilary Putnam，1926—）写了一本书：《理性，真理和历史》，书中叙述了一个被称为“缸中之脑”的思想实验，与“庄周梦蝶”有异曲同工之妙，实验的大意如下：
从现代科学的角度，人所感知的一切都将经过神经系统传递到大脑。那么，有疯狂科学家便作如此设想：如果将一个人大脑皮层中接收到的所有信号，通过计算机和电子线路传送到另一个大脑，情形将会如何呢？这第二个大脑是放在一个装有营养液的缸中的，见图 3-4-1（b）。
让我们将这个思想实验叙述得更为具体一些。白天，一个人进行各种活动：划船、游泳、爬山、跑步、看电视、听音乐……假设科学家将这十几小时大脑神经末枘接收到（及传出去）的信号全部记录下来并储存到计算机里。当然，实际上这是一个相当复杂的过程，人脑并非只是被动地接收信号，它还需要对不同的信号进行分析处理并发出反馈信息。
但无论如何，这一切都是通过大脑自身以及神经末梢的输出输入来实现的。当然就目前而言，这只是一个“思想实验”。 夜晚到了，科学家将此人的大脑从头颅中取出，放入实验室的缸中。 缸里装有营养液以维持大脑的生理活性。同时，科学家将原来储存的白天活动的全部信息通过人造的神经末梢传递到缸中的大脑。大脑反馈发出指令，计算机按照储存的程序给予回应。如此反复循环以致实现完成自天十几小时内大脑所经历的整个活动过程。
这颗“缸中之脑”，虽然已经和原来的身休完全没有关系了，但是它却自以为有一个“形体”，它在进行跑步、游泳、划船等各种运动，感觉与白天一样。
我们进一步想象，这个过程可以每天夜以继日、曰以继夜地重复下去。也就是说，让这颗“大脑”，白天活在人的头频中，晚上“活”在实验室的缸中。
现在，疯子科学家提出一个和几千年前庄子提出的类似的问题： 因为“颅中之脑”和“缸中之脑”的体验是一模一样的，所以该大脑无法分清楚它是在缸中还是在颅中。从我们传统“实验者”的角度来看，颅中之脑认识的世界是“真实”的，缸中之脑认识的世界是虚幻的、模拟的、计算机制造出来的。然而，如果你从“大脑”的角度来思考的话：“两种情形既然一模一样，我怎么知道何时是现实，何时为虛拟呢？”
人类认识世界也是靠着我们头颅中的这颗“大脑”，所以上面的问题也可以这么问：我们大脑认识的世界是真实的吗？该不会是某个“疯子、恶魔”操纵的恶作剧吧？
或许这个问题根本没有什么意义，既然无法判断我们的大脑是 “颅中之脑”还是“缸中之脑”，即使有某个恶魔正在操纵着我们，那又何妨呢？我们照常快快乐乐地活着，早观沧海日出，晚看人间焰火，生活得开开心心，就让魔鬼尽情“操纵”好了。只要虚幻一直持续，它和真实就没有什么区别！
何为虛幻，何为真实？不由得使人联想到量子力学的哥本哈根诠释。物理学家约翰·惠勒可算是哥本哈根学派的最后一位大师， 他有一句名言：“任何一种基本量子现象只有在其被记录之后才是一种现象。”笔者当初乍一听此话觉得怪怪的，但越仔细推敲越觉得有道理。所有我们认为是客观存在的物休，山、水、太阳、月亮、房屋、 树木，都不过是来自于大脑的意识。
经典理论中，我们将人类所有正常大脑能得到的共同认识，总结抽象为“客观实体”。比如说，我们认为月亮是独立于意识而客观存在的，只不过是因为每个正常人（生物）都能看到它，航天员甚至还曾经站在它的表面挥动国旗。但是，务必提醒大家注意：这一切仍然难以“证明’’月亮独立于意识而存在，因为“实际”仍然来自于意识，正如缸中之脑不能证明它体会到的 “外部世界”的真实存在性一样。
但无论如何，尽管无法证明，人类仍然可以将这些日常生活中能得到的“共同”休验称之为“客观存在”。因为它们是每个人（包括动物）的感官都能感觉到的东西。不过，人类总是会犯一个同样的错误：常常希望把自己在常识范围内总结的东西加以推广，推广到与他们的日常经验相违背、难以理解的领域，比如说极小的微观世界和极大的宇宙范围。人们往往会错误地以为被他们称为“客观存在”的东西在那些领域也“真的”客观存在，并且存在的形式也都“应该”是他们见过的模样。
但实际上，到了极其微小的量子世界，大多数人的感觉器官无法 “感觉到”那些量子现象了，只有少数从事量子研究的物理学家们，从 实验和理论中（最终也是来源于意识的）得出了一些与我们日常生活经验相悖的规律。但人们却仍然希望用他们的日常经验来“理解”和 “诠释”这些现象，建立符合他们所能感受到的经验的理论。然而，对尺度完全不同的量子世界，这个要求难以实现，对极大的宇宙范围的研究也会有类似的问题。
我们人类是否永远不能越过自身的认知条件而最终无法妄言理解了“客观世界”？即使存在一个“客观世界”，这个客观世界的样貌在不同的尺度中也将有不同的可能性。“大脑”分不淸自己是在缸中还是在颅中。看看上面这幅埃舍尔的画中的青年，他也分不淸自己是在“画廊里”，还是在自己正在欣赏的“图画中”。
文：张天蓉
图源：网络
版权归原作者所有
编辑：祈蕊
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