社會現象中的量子相干態:
Social
Coherent State
國立成功大學航太系 楊憲東 2013/12/01
社會是由眾人所組成，社會現象是眾人行為有規律的集體表現。由於先天與後天環境的影響，個人行為之間存在著很大的差異性，我們很難精確量化描述某一個人的行為，更不用講同時量化描述數十萬人、甚至數百萬人的行為。所以對於社會現象的形成，若想要從微觀到巨觀的方向來切入討論，也就是從個人行為出發，分析其如何交互影響，進而疊加形成社會現象，實在有其相當的困難性。人文現象如此，自然現象也是如此。對於一個自然現象的發生，若追溯其微觀的形成機制，勢必要分析組成粒子(分子、原子、電子)的個別運動如何交互影響，進而疊加化合形成巨觀的自然現象。但是一個自然現象的產生，參與其中的分子與原子不計其數，不管在學理上或數值計算上，我們都不可能一一分析其個別粒子的運動行為。所以很多時候我們只能針對表面現象做分析，提出一個巨觀的表面機制來加以解釋。
量子力學是科學的一個分支，其目的是要由微觀粒子的個別行為出發，對於巨觀自然現象的形成，提出一個微觀的內在機制解釋。如果我們將量子力學的觀念應用在人文科學上，這相當於是要從個人行為出發，對於巨觀的社會現象的形成，提出一個微觀的內在機制解釋。當然量子力學也面臨相同的困境，無法對眾多的組成粒子一一個別討論，僅能以機率統計的方式描述眾多粒子的行為。儘管如此，集合眾多粒子的統計預測均能正確描述巨觀的表面現象。量子力學發現，個別粒子的行為雖有其隨機性，但仍保有整體系統的訊息；當集合眾多粒子的行為時，粒子個別行為的隨機性會互相抵消，而清楚呈現整體系統的訊息。在人文社會中，所謂的『粒子所保有的整體系統訊息』，即是指個人保有集體意識的訊息。如果我們單獨觀察社會中每一個人的行為，將發現個別行為的差異性很大，而且是隨機不可預測的。單從一個人的行為，我們無從得知這個社會的集體意識是甚麼。但是集合社會眾多人的行為時，個人行為的隨機性會互相抵消，而形成規律性的社會行為，此社會行為即是集體意識的表現。
從量子力學的觀點來看，不管是自然科學系統或是人文社會系統，系統的每個微小組成單位均包含著整體系統的訊息，這就是局部與整體的相似性(self-similarity)，此現象稱為碎形結構(fractal
structure)。越來越多的證據顯示，我們所存在的世界，大到宇宙結構，小到量子結構，都是相同的碎形結構在不同尺度下的表現。整體系統的訊息會以不同的方式儲存在所有的單位子系統中，舉例來說:
l
電磁波是由眾多光子所組成，巨觀的波動現象即是眾光子的集體表現。單獨的光子無法呈現波動現象，但是每一個光子卻都攜帶著整體波動的訊息，此訊息稱為波函數(wave function)。當眾多光子一起運動時，即呈現出波函數所指定的波動現象，例如波的散射、繞射與干涉現象。
l
生命是由眾多細胞所組成，巨觀的生命現象即是眾細胞的集體表現。單獨的細胞無法呈現生命現象，但是每一個細胞卻都攜帶著整體生命的訊息，此訊息稱為DNA密碼。當眾多細胞聚集在一起時，即呈現出DNA密碼所指定的生命型態，成為人、動物或植物。
l
社會是眾多人所組成，巨觀的社會現象即是眾人行為的集體表現。單獨的個人行為無法呈現社會現象，但是每一個人卻都攜帶著整體社會的訊息，此訊息屬於後天的，稱為集體意識，屬於先天的，則稱為天命。當眾人聚集在一起時，個別行為的差異性互相抵銷，而呈現出集體意識所指定的行為，或表現出天命所指定的任務。
描述電磁波的運動有二種方法，第一種是巨觀的傳統方法，它是將電磁波視為一種分布於空間的波動(擾動)，然後利用波傳播的現象去描述電磁波的運動。第二種是微觀的量子方法，它是將電磁波量子化，將電磁波視為是無數光子的組合體，先觀察紀錄單一光子的運動，然後結合所有光子的運動去描述電磁波的運動。採用相同的對比，描述社會現象也有二種方法，第一種是巨觀的傳統方法，它是將社會現象視為一種群體運動的巨觀現象，然後利用現象學或群眾學的觀點去描述社會現象。第二種是微觀的量子方法，它是將社會量子化(個人化)，將社會視為是許多個人的組合體，先觀察紀錄個人的行為，然後結合所有個人的行為去描述社會現象。
在微觀的量子方法中，我們一次只記錄一個光子或一個人的行為，然後再集合一個個光子或一個個人的行為，去描述群體的行為。一般的質疑是，如果我們不去考慮光子之間或人與人之間的交互作用，則許多單獨個體行為的疊加不會等於群體的行為，也就是一加一不等於二。確實沒錯，在許多自然科學或人文科學的領域，若忽略了個體之間的交互作用，則個體行為的疊加不等於群體行為。然則量子力學的研究卻發現一種特殊的狀態，稱為量子相干態(quantum coherent state)，在相干態之中，單獨個體與群體之間存在著某種關聯性，這種關聯性不因個體的分離而消失，縱使我們不去考慮個體之間的交互作用，單獨個體仍然儲存著群體的訊息，也就是個體與群體之間存在著完整的相似性。光波或電磁波就是量子相干態的巨觀表現，而在社會現象中也存在著類似的量子相干態。社會現象中的量子相干態是一種由集體意識所形成的生命共同體，此共同體不會因空間或時間的分離而拆解。量子相干的生命體縱使出生在不同的時代，不同的國家區域，仍然會表現出共同的行為特性。
圖1 光波通過雙狹縫的實驗，(a)圖顯示當分別只有一個狹縫開啟時，光波強度在螢幕上的分別分布情形I1和I2；(b)圖則顯示當二個狹縫同時開時，光波的強度分布I1+2。結果顯示I1+2(x)不等於I1(x)與I2(x)的相加。
不管是自然科學或社會科學中的量子相干態，只要是量子相干態，個體行為的分析(不考慮個體之間的交互作用)，會得到與群體現象分析一模一樣的結果。以下我們以光波為例子來說明個體行為與群體行為的一致性。光波經由20世紀量子力學的研究，知道它是由眾多光子所形成的巨觀量子相干態，然則在18世紀的時代，那時的科學家還不知光波的微觀粒子組成，只知道光波的巨觀波動行為。有趣的是，光的微觀粒子行為與其巨觀波動行為完全一致。
光的巨觀波動行為
仿照18世紀的做法，首先將光視為一種巨觀的波動現象，將其入射到雙狹縫來進行干涉實驗。如圖1所示，S1和S2是二個狹縫，垂直間隔為a，在狹縫前方距離為d之處，放置有螢幕，其上佈滿光了感測器。接下來做三次實驗:
l
第一次實驗將S1打開，S2關閉，光波只能通過S1狹縫而到達螢幕，此時沿著螢幕垂直方向(即x方向)，紀錄到的光波強度分布設為I1(x)。
l
第二次實驗將S2打開，S1關閉，光波只能通過S2狹縫而到達螢幕，此時沿著螢幕垂直方向，紀錄到的光波強度分布設為I2(x)。
l
第三次實驗將S1與S2同時打開，此時光波能同時通過S1與S2狹縫而到達螢幕，則沿著螢幕垂直方向，紀錄到的光波強度分布設為I1+2(x)。
比較三次的實驗，我們發現I1+2(x)不等於I1(x)加上I2(x)，也就是狹縫S1與S2同時打開時所得到的電磁波強度分布，不等於個別狹縫打開時的強度分布的總和，。尤其注意圖1中xmin的位置，在這一位置上，二波相疊加後的強度比個別波的強度還弱。這一結果顯示二狹縫同時打開時，通過S1的波與通過S2的波產生了干涉交互作用；特別當波峰與波谷相遇時，會產生抵消的效果。假設P為疊加波上的一點，其與狹縫S1與S2的距離分別為d1與d2，則建設性干涉的條件是波程差d1-d2剛好為整數倍波長；破壞性干涉的條件則是波程差等於半個波長。
光的微觀粒子行為
這裡我們要重複前面光波的雙狹縫實驗，但是逐漸降低入射光波的強度，來觀察一個新現象的發生。
l
當光波強度低到某一界線時，我們發現光波並不是連續性地到達螢幕，而是一簇一簇地到達，這顛覆了光波是連續性波面的傳統看法；此時螢幕上的偵測器只有少數會偵測到光波，大部分偵測器則無反應。
l
在傳統光波的雙狹縫實驗中，我們觀察到的是整面干涉波投向螢幕，所以光波的能量是連續性地分布在螢幕上，只是有些部分較強，形成亮紋；有些部分較弱形成暗紋。這種連續性的光波分布原來只是假相，當光波強度夠低時，我們就看到了一簇一簇離散的光波分布。
l
若再持續調降光波的強度，我們將發現螢幕上的偵測器只剩下一個有反應，也就是到達螢幕的光波只剩下一個點，原先一簇一簇的離散分布不見了。
l
如果再降低光波的強度，則螢幕上連一個亮點都沒有，所有偵測器完全偵測不到光波。我們要注意，此時的光波強度雖然很小，但還是大於零，然而光波的效應卻不見了。
以上連串的實驗結果顯示，表面看起來是連續分布的光波，實際上是由無數個能量小包所組成，每個能量小包攜帶相同的基本能量單位。平常光波的能量都遠大於這些能量小包，所以能量小包的離散性不明顯。一旦光波的能量(強度)下降到能量小包的數量級時，則光波的離散性就顯露了出來。先前提到的一個現象，到達螢幕的電磁波只剩下一個點，指的就是這樣一個能量小包。能量小包是光波的最小能量攜帶單位，所以當光波的能量低於能量小包時，光波即無法形成。能量小包就是現在所稱的光子(photon)。巨觀來看，光波是連續性的波面；微觀來看，光波是由無數個離散光子所組成。光子不具有質量，但攜帶有能量及動量。
圖2 光子通過雙狹縫的實驗，一次通過一個光子，螢幕上的光子偵測器紀錄到每個位置上，到達的光子數目。畫出光子數目的分布圖，發現其與光波的干涉條紋一模一樣。
如圖2所示，粒子性的光子竟然也會呈現如波的干涉現象。在此實驗中，我們將光波的強度調到非常小，使得每一次只有一個光子通過實驗。同時因為光子已是光波的最小單位，其無法再分割，所以一個光子只能選擇一個狹縫通過。所以光子不會像連續性的光波一般，一部分的波進入S1狹縫，另一部分的波進入S2狹縫，然後出來的兩道波再產生干涉作用。
一個光子從進入狹縫，再到螢幕被偵測到，自始至終都是同一個光子，這中間沒有其他光子與其接觸。當它到達螢幕時，也只是一個小小的亮點，不可能呈現一系列的明暗相間條紋。但是奇異的事情發生了，當我們收集了數十萬個光子後，畫出每個螢幕點所到達的光子數目，結果如圖2所示，干涉條紋又出現了，而且與圖1中的光波的干涉條紋一模一樣。這一實驗結果說明每一個光子似乎一開始就攜帶著完整的干涉波訊息，這個干涉波與在圖1中的干涉波完全一致。也就是說，光子雖然是組成光波的最小基本單位，但是它們並未失去光波的巨觀波動特性。從相反的角度來看，巨觀的光波應該是光子所攜帶波動訊息的集體表現。
在以上的光子雙狹縫實驗中，每次只發射一個光子，每個光子所攜帶的動量與能量均完全相同。且相鄰二次發射間隔足夠長的時間，使得光子與光子之間沒有任何互動，光子各自遵照自己所攜帶的波動訊息而運動。當在螢幕端聚集足夠多的光子落點時，這些光子的連續性分布就具體呈現出當初每個光子所攜帶的波動訊息。當光子數量越多，其可能落點越多，而所累積圖案則越連續，越趨近於干涉波的外型。所以一個光子的可能落點不是單獨一個點，而是一個連續變化的波形，它是由無窮多個點所組成。因此一個光子雖不是波，但卻需要一個波函數才能描述它的所有可能運動。1926年波恩(Born)綜合實驗的結果提出下面的假設，並一直沿用至今:
『每一個光子都有一個波函數與其對應，此波函數稱為光子的機率振福(probability amplitude)，而其長度的平方用以代表該光子出現在某一點上的機率。』
此機率波是對應到每一個光子，而不是一束光波。機率波只能給定光子出現在某一位置的機率，但無法去預測下一時刻光子可能出現的位置。單獨一個光子的行為無法反映機率波的整體趨勢，唯有當累積足夠多的光子位置時，這些光子位置的分布圖才能將機率波予以具像化。我們觀察圖2中光子出現的位置，有些出現在光子集中的地方(亮紋)，有些出現在光子稀疏的地方(暗紋)，集合所有光子的位置，才形成了明暗相間的干涉條紋，以及高低起伏的光子分布曲線，從而複製了上面所說的機率波。這中間我們要特別注意的是，雖然每個光子只能佔據機率波上的一個點，但每個光子卻記憶著(跟隨著)整體機率波的外型，每個光子都攜帶著無窮維度的波動訊息。
社會現象中的量子相干態
每個光子所攜帶的機率波訊息可想成就是組成干涉條紋的DNA訊息。組成干涉條紋的材料是光子，而安排光子的落點及排列方式的密碼，就是光子所攜帶的DNA訊息:波函數。生命體內每一個細胞都攜帶著完整的DNA訊息。雖然每一個細胞所攜帶的DNA訊息均相同，但DNA的訊息密碼引導細胞產生不同的分化，集合眾多不同分化的細胞，而形成了組織與器官，最後成長成完整的生命體。單一細胞無法構成整個人體，但每個細胞內所攜帶的DNA訊息，卻包含著組成人體的所有訊息。這個情況就猶如單一光子無法形成雙狹縫的干涉條紋，但每個光子所攜帶的波函數訊息卻包含著組成干涉條紋的所有訊息。
光波是自然科學中的量子相干態，在同一量子相干態中的每個光子都攜帶著相同波函數的訊息。若將量子相干態應用到社會科學中，我們提出以下的對比
光子→個人
波動現象→社會現象
量子相干態→生命共同體
波函數→集體意識
藉由集體意識的連結，一群人形成生命共同體，這就是自然科學中所稱的量子相干態。處於量子相干態中的個體，不因時間或空間的隔離，而喪失其集體意識的連結。集體意識有些來自後天環境，例如政治環境所激起的社會革新思想；有些來自先天環境，例如宗教的救贖天命思想。一群天命思想相同的個人，在不同的時代、不同的國家區域，前仆後繼完成上天所交付的使命。這些人看似沒有關連性，卻是處於相同的量子相干態之中。人是群居的動物，免不了集體意識的影響，而處於人為的量子相干態中；但在另一方面，人也是大自然的一環，而處於自然界的量子相干態中。金、木、水、火、土，五行的思想可能是對自然界中的量子相干態的五種區分。而星相學則是認為日月星座的運行與排列，會形成不同種類的量子相干態，而落入相同量子相干態(相同星座)的一群人會呈現出某種相同的行為特性。以量子力學的術語來說，就是這一群人的行為是由相同的波函數所描述。
沒有留言:
張貼留言