量子物理或许离你太远，但量子思维却可以为你所用。《量子大唠嗑（开启未来世界的思维方式）》将提供一套量子思维，让你用前沿量子物理学的思维方式武装自己。

本书内容专业而杂学，好玩又有趣。作者马兆远不仅是一个科学家，还是创业者、业余话剧导演、赛艇运动员、自由投资人。阅读此书，你将有一场开阔而脑洞大开的阅读之旅。

我们生活在21世纪，却在用18世纪的思维看世界？量子力学为内核引领的信息爆炸时代正在逐步取代由牛顿力学引发的工业时代，但是以牛顿力学为蓝本的价值观依然是这个时代的主宰。但真正符合未来世界的思维方式是什么呢？马兆远著的《量子大唠嗑（开启未来世界的思维方式）》一书提供信息爆炸时代的价值体系，从科学论、认知论、管理应用三个部分阐述了量子力学引领下的认知方式与思维体系，同时涤清了一些人们生活中被误导的概念，前沿而新颖，用平实的语言、生活认知中的普通案例、融会贯通的学识展示量子力学理论支撑下的逻辑体系和认知方式，让人脑洞大开，在理性、智性上得到极大启发，前瞻未来。

前言

第一部分

 一 三个问题

 二 信仰从哪里来？

 三 经典科学的诞生

 四 体验的新科学

 五 一百年前的旧文字

 六 科学共同体

 七 科学与技术

 八 科学和信仰

 九 捣蛋鬼哥德尔

 十 神秘论

 十一 不必科学的中医

第二部分

 一 量子力学的逻辑建立

 二 双缝干涉实验

 三 因果论

 四 猫

 五 量子纠缠的缘起

 六 稍稍深入的量子力学

 七 量子模拟实验

 八 经典之外的量子力学

 九 量子力学、哥德尔和杜威的体验主义

第三部分 复杂体系

 一 量子模拟和人工智能

 二 科学和技术的创新

 三 教育的体验

 四 管理创新团队

 五 大脑的冥想体验

 六 营造创新组织

 七 去工业化的进程

 八 为设计而教育

后记

体验的新科学

牛顿的工作经其后的理论和实验科学的发展，形成了如今我们称为经典物理学的宏伟建筑。一位19世纪末的科学家，若是相信物理学建立在不可撼动的基础上，将永远屹立不倒，那是可以原谅的。经过一代代的科学家、数学家和哲学家的努力，牛顿的宏大设计在19 世纪末达到了顶峰。看上去经典物理学几乎能够解释物理世界的一切方面：运动物体的动力学中力和运动的相互联系、热力学、光学、电学磁学，以及引力。它的内涵是广大的：从地球上日常经验的事物，直到可见宇宙的最远处。理论与实验观测十分吻合，理论对实验的解释又如此的无可置疑。所有人都认为，即使还存在一些遗留的问题，但与经典物理的基本成就相比，这些问题似乎是微不足道的——百里之行已经走了九十九里半了。

然而在1900年之后，微不足道的问题竟然将物理学世界颠倒了过来。而将经典物理学推广到原子的层面时，我们看到那两百年建立起来的信仰被完全颠覆。量子力学的出现不但证明经典物理大厦可以被撼动，简直可以说是建立在完全值得怀疑的基础上。牛顿物理学是机械的、决定论的、客观的，其含义似乎没有可以怀疑的余地。但与此相比，量子物理学的特点是交互的、非决定论的和不确定性的。即使在其被发现后一百年，对物理学家而言其含义仍远不清晰。事到如今，我们应当乐于放弃经典物理为我们建立起来的确定性而接受量子物理带给我们的深刻的困惑。这似乎难以置信，但是要知道尽管简单、直观清晰并且与我们的日常经验相吻合，经典物理在面对量子物理的诘难时却真的失败了。然而，量子描述毕竟是建立在以前经典物理构建的废墟之中。因此，从经典的风景中开始我们关于科学的旅行是适当的。到这里，我们需要讲一下人的认知历史，看看由田园到废墟是怎样的历程。

在牛顿之前，数学本身已经逐渐形成了一套理性的逻辑语言体系，根据我们之后会讲到的哥德尔不完备定理，这样的体系是无法自己证明自己是正确的和完善的。不同的假设可以把我们导向完全不同的理论体系。注意我开始很小心地使用“理论体系”和“知识体系”这样的词汇，因为“知识体系”是在自然世界的体验中验证过的“理论体系”。比如对平行线公理的认可与否，有欧几里德几何，也会衍生出黎曼几何。人类的哲学思考也类似，一套逻辑体系本身，无论有怎样的修饰词汇，怎样的繁复，一定会在体系内部找到既不能证实也不能证伪的问题。因此，这些问题往往成为对手找到的“阿喀琉斯的脚后跟”。事实上，这里我必须插播一点以生命为代价的争论。

玻尔兹曼（Ludwig E. Boltzmann）与奥斯特瓦尔德（Friedrich W. Ostwald）之间发生的“原子论”和“唯能论”的争论，在科学史上非常著名。按照普朗克（Max Planck）的话来说，“这两个死对头都同样机智，应答如流；彼此都很有才气”。当时，双方各有自己的支持者。奥斯特瓦尔德的支持者是以不承认有原子存在的恩斯特·马赫（Ernst Mach）为代表的当时的主流科学家。而作为少数派，玻尔兹曼常年沉浸在与这些不同见解的斗争中，一定程度上损害了他的生理和心理健康。尽管玻尔兹曼的“原子论”与奥斯特瓦尔德的“唯能论”之间的论战，玻尔兹曼最终取胜，甚至普朗克承认他对黑体辐射的解释借鉴了玻尔兹曼的原子论，但玻尔兹曼似乎一直是少数派。他的痛苦与日俱增，又没有别的办法解脱，终于在1906年，他让自己那颗久已疲倦的天才心灵安息下来。对于他的死，普朗克感慨说：“一个新的科学真理不能通过说服对手，让对手心悦诚服而建立。只能等到对手们渐渐死去，新的一代开始熟悉真理时才能贯彻。”对普朗克来说，学术争论没有多少诱惑力，因为他认为争论不能产生任何新东西，没有实验检验的辩论是没有实际意义的。“达摩东来，只求一不受人惑的人”，人是可以接受新知识的，但如果已经有了固执的己见，通过思辨来改变他是没有意义的，接着走就是，找到愿意接受的人，或等到人们愿意接受就好。

20世纪30年代，人们才认识到普朗克所指的学术争论在逻辑上有多么的可笑：任何一个逻辑体系自身不能做到完备或自洽，而物理学恰恰是从自然界找来新证据，终结这些因不完备或不自洽而引起的争论问题的唯一通道。或者说，逻辑和数学的工具性从这个时候开始明确，物理学成为人类思维过渡到自然的第一步。它的一侧是人类的理性思维，另一侧是检验这些思维是否正确的自然世界。因此牛顿的工作给了物理这门科学深刻得多的含义。由此人类确立了实证的方法来检验理论是否正确，自然界提供了一个无限大新的假设的库，源源不断地引入哥德尔定理所要求的补充已有理论的“假设”根据。这一点，我们在接下来的内容里还会多次讨论。

这一时期，在奥地利首都维也纳形成了一个学术团体，被后人称为维也纳学派。学派的成员多是当时欧洲大陆优秀的物理学家、数学家和逻辑学家。他们关注当时自然科学的发展成果，如数学基础论、相对论与量子力学，并尝试在此基础上去探讨哲学和科学方法论等问题。受19 世纪以来德国实证主义传统影响，加上在维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）《逻辑哲学论》思想启示下，维也纳学派提出了一系列有别传统的见解。大致来说，他们主张：一，拒绝形而上学，认为经验是知识唯一可靠来源；二，只有运用逻辑分析的方法，才可最终解决传统哲学问题。维也纳圈子的观点统治了20 世纪中期的科学哲学。维也纳学派主张科学是认知真正知识的渠道，而一个科学陈述要有意义，就必须既符合形式逻辑，又是可验证的。这对于物理学理论发展的意义一目了然。他们的哲学有时被称为逻辑实证主义，其基础是逻辑分析、可验证性准则以及被认可的科学陈述。由此建立的经验实在必须表现为可被我们直接感知的效应、因而可验证的那种实在的元素，但是不要期望能够超越这个经验水平，一旦超越了可认知的界限，就会陷入无意义的思辨。

P33-37

博士毕业后的第一年，我在牛津有了份差事，导师Keith Bumett(KB)爵士给了我特别宽松的环境，博士后做的不那么辛苦，有了大把时间读闲书。而牛津在藏书上毫不吝啬，大学平均每年花在图书上300万英镑，而且英国印书协会要求英联邦每一家出版社的新书，都要送一本来做馆藏。牛津东亚图书馆就有一套《李敖大全集》。我所经历的中国教育，上大学之后，理科生就不再学中文。所以我对于中国文化的后天补习，都是在牛津以李敖为线索开始的。牛津的青灯古佛，除了物理世界的日拱一卒以外，李敖对我那个时候的思想成熟、写作文风和对人对事的态度都有很大的影响。以至于多年以后，见到李敖时把他的习惯爱好一一道来，老爷子玩笑说，到底是你对我阴魂不散还是我对你阴魂不散。

李敖的思想上承胡适，是“胡适思想的唯一传人”。嘴上厉害，但私底下待人极和善，做学问和写作是一点都不虚的。而他的身上又有中国儒家“士”的方正，这点对我影响也很深。前些日子去看了根据李敖《北京法源寺》改编的话剧，勾起我对二十多岁时的回忆。我想这本书影响了很多像我一样的年轻人，骨子里讲家国天下，把自己当作儒家文化的继承者，“士不可不弘毅”，在国家需要的时候，敢于为天下先。后来2008年汶川地震，当时在伯克利的我已经觉得自己不得不回国了。

我的回国，冠冕堂皇讲是“为了报效国家”，但留学的老前辈季羡林是最老实的一个：“工资比较高。”事实上我所从事的学术方向那时已经相对成熟，到2009年时已经拿过三次诺奖，美国该有这个方向的好学校都有了这个方向，而又由于是实验物理，大学需要准备几百万美元给新晋的助理教授做启动经费。2009年赶上金融危机，全美国在这个方向只有一个助理教授的位置，被朱棣文的关门弟子拿到。而我们这些剩下的博士后们，要么继续做博士后，要么转进工业界。这个时候，中科院给我伸来橄榄枝，可以自己开坛继续做物理。这对我，二十多岁要到头但还怀揣残山剩水的理想主义的人来说很重要。然而这几年在国内待着，越来越觉得我们缺的不是钱也不是好的设备。说实话我们确实越来越有钱了，按川普(Donald Trump)的话“very，very，rich”（非常，非常有钱）。倒是我们的思想里尚缺一些基本的东西。因为缺了这些基本的东西，我们才有了论证亩产万斤的科学巨匠，而这位科学巨匠终于在弥留之际，问了憋了一辈子的问题：为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？

要说我们这行，朱棣文是个绕不开的人。我入大学听的第一个报告是他做的，他那时还没有拿诺贝尔奖，他讲他不写书，写书是因为科学该做的事情做完了。后来他去做了美国的能源部长，就更没有写书的时间了。对我而言，做物理的黄金期是二十多岁到三十出头，再往后就成了科研的包工头。加上我山西商人传统，习惯做个小买卖，与其扭扭捏捏包工，不如干得赤裸裸些，我开始转战商界，希望能把科学研究和产业创新联系起来。可我发现我身边更多的年轻人实践有余而创新不足。究其原因，似乎一直要追寻到一百多年前。

科学这事情，一直就没有在中国发生。说这话基本是招仇恨的节奏，读者一定举出四大发明，一定会从一百多年前上溯到五千年文明，说不定还有沈括和中医。我根本就没打算辩驳，“达摩东来，只寻一不受人惑的人”，读者只要耐心去读这本书，就知道我所言非虚。科学传入中国，恐怕只是从辛亥革命起短短的几十年。但好像正是这灵光乍现的几十年，虽战争频仍，我们还是培养了几个诺贝尔奖得主和一代大师，他们的教育，显然也延续到了最近的诺贝尔奖。这之后就又沉寂下来了，算起来又过了好几代人。和学术圈子与商业圈子里外的人聊天，聊得越多，我越感到自己生活在一个古代的中国。我看到漫天飞舞的新科学名词，但我也看到了年轻人去修佛而轻生。我看到了万众创业的浪潮，也看到了凋敝冷落的煤矿，似乎“五四”前后的启蒙，那时的百花齐放、百家争鸣都是昙花一现了。

而恰巧，我是做物理的，万事希望求其本；而恰巧，我又是做量子物理的。首先如果说我这学问在现实的世界有什么用，很难一句两句说清楚，但离了它，现在的世界就要停摆。要知道，我们身边所有的一切都是依据量子力学的原理来工作的。最近二十年，量子力学开始给我们揭示一个完全不同的世界。这个新的世界，除了让我们惊讶之外，多少会让我们更加的迷茫。所以我不得不从源头上，先去想明白什么是科学的认知。通过这个认知了解我们到底缺了哪些东西，在此基础上进一步了解20世纪的物理学和数学的发展。先补上这一课，再看量子与经典世界的认识有什么不同。这是个危险的举动，在一个尚古气息浓重而没有科学传统的文化氛围里，不熟悉经典的科学路径，而直接跳跃到量子理论里，很容易进入另外一种神秘论，这样的话量子的理论又能被看作虚无主义的支柱。所以我建议读者，不明白第一部分，千万不要开始第二部分的阅读，会很伤神，甚至被误导。

用量子力学去理解现代的各种学科理论，我们会面对两类困难：一是多数人对物理的了解是不够全面的，利用古人的观点来类比更是错误的；二是我们作为物理工作者，量子力学也没有彻底搞明白。按照我们的认知习惯，不得不借助于已有的经验来学习新的事物，这也是最懒而方便的过程，我们无法想象婴儿怎样了解世界。因此倘若让我们从头认识世界，我们会感到困难和无所适从。量子力学在一定意义上暗示我们，世界不一定是我们所习惯认识的，而且我们的认知方法可能也不那么合适。这多少让我们震惊，渐而惶恐。

能够抛弃已有的经验和先验的判决的声音，重新以虚空心态去学习，需要伟大的勇气，这也是学习型社会里人所应具有的内涵。我们在婴儿时学习语言，会在语言与事物、概念、内涵之间建立联系。而成年以后，总有一个已知的关联来做认识新事物的媒介，把未知的和已知的联系起来。而如果连已知的经验本身都被怀疑了呢？量子力学所阐述的思维与我们传统的完全不同，也无法用我们已知的东西来类比。我们必须搁置已有的思维习惯而重新像婴儿一样认识世界，重新审视我们已有的观念。我们不得不这样做来建立经典世界和未知世界的沟通。但同时这种新的认识也为我们开启了更广阔的未知世界。

古代的哲学家们努力寻找广阔的已知世界和未知世界的终极理论和绝对真理。而杜威(John Dewey)所倡导的体验主义精神却强调了一件事：“也许那里从来没有也不会有终极的真理，我们只是不断找到更好的解释。”这本书会从这些年的量子力学认识上对杜威的体验主义做出一个更为基础的诠释，使得体验主义变为一种具体的工具而不是通用的哲学。我们寻求的终极解决方案或者真理，不应被看成永恒完美的，而应被看作我们继续去认识世界的工具或阶梯。我们在利用这些工具开拓未知世界时也要处处提醒自己，这些工具也会成为我们规划自己行为和限制认识能力的枷锁。

真理是状态量，而科学是过程量。

很多人不喜欢量子力学，这包括爱因斯坦，我们也很无奈。科学并不是要跟神秘论作斗争，神秘论是状态的，它与科学最大区别不在于结论的陈述，而在于方法的探索，科学无非提供了一套可以诉求并不断为诉求提供公正依据的方法，而神秘论的问题在于对这种方法的不屑，或者出于无知或私心的隐藏证据。人类的异想天开，向来都是促进人类进步的源泉之一，但如果只停留在出发地，不知道系统地扩大我们的认知领域，人类无论再过多久都还只在原地徘徊。这一点我们中华文明的四千年文明史算是深刻的教训。也许我们还是能通过各种辩证的办法来论述过去文化和思想如何如何的高级，来树立东方本位的想法，但那根本就是古代。过去回不去了，我们不得不适应现代。回到观察者的问题上，人会被自己所处的时代限制，所以我们也不能够求全责备，更不能简单地以今日的眼光和今日的标准来看过去人。作为后来者，我们所掌握的知识总量远远超过了前人，我们以一个已坍缩的世界去面对过去某一时刻无穷多未知的世界，当然我们有优势去评判，因为我们毕竟站在了掌握足够多的证据并可以验证的一端。同理，我们对未来人也应该心怀敬意，比如说我们的后代，我们不应该以任何设计者和教导者的面目出现，因为对我们而言，他们才是裁判，我们一定不如他们掌握的知识多。如果我们当中有任何人被后人提及，我们都应该满怀欣喜地感激他们的“不杀之恩”。

相对于我们已经习惯的理性认知来说，量子力学所揭示的是一个不那么客观也不那么实在的世界，我们无法用简单的分析综合的手段来认知世界。它对我们的理性的因果论也提出了挑战，而这一切似乎又与量子关联有着不可割裂的渊源。量子理论提供给我们一个可能更加真实的世界，在这个世界里，测不准关系设定了的人类认知边界，而这边界又有量子的关联本质，体现在量子纠缠、量子随机、不确定性和量子测量的核心问题上。

20世纪初在中国还在启蒙运动中的时候，科学界和思想界发生了几个重大的变化。首先是数学界和物理学界，物理学界曾经以为的经典物理将要完成的事情被量子力学重新建立了，而数学界认为可以做终极数学的事情被哥德尔否定了，两件事情都告诉我们人类理性认识的边界和能力，在事实上否定了绝对真理的存在，而我们人类又还没有找到更加合适的感性的物理或者数学的工具来代替我们已有的理性工具，我们目前的结论，似乎也只能这样了，这是一个极其体验主义的解决方案，不去追求极致的、绝对的真理，而是认识一点算一点，一寸有一寸的欢喜，有一分证据说一分话。

然而这样其实我们更加安心，人始终会与我们生活的环境成为一体，不能独立而客观地把自己和世界冷漠地分隔开，人的道德也因此不存在绝对的标准，需要随着环境的变化而演进。因此也不必担心而绝望，应该相信既然我们是自然的一部分，我们就有能力去改变它或受它改变。这时候我想起约翰·唐恩(John Donne)著名的布道辞，

No man is an island.

entire of itself：

every man is a piece of the continent.

a part Ofthe main.

If a clod be washed away by the sea，

Europeistheless，

as well as if a promontory were.

as well as if a manor of thy friend’s or of thine own were,

any man’s death diminishes me.

because I am involved in mankind.

and，therefore，

never send to know for whom the bells tolls；

it tolls for thee.

没有人能自全，

没有人是孤岛，

每个人都是大陆的一角，

便是一寸土地，

一旦海水冲走，

欧洲就变小。

任何人的死亡，

都是我的减少，

作为人类的一员，

我与生灵共老。

丧钟在为谁敲，

我本茫然不晓，

不为幽明永隔，

它正为你哀悼。

写这本书的时候我越来越怀疑理性存在的自然属性。因果顺序、客观实在，这些曾经作为理性的经典信条是不是在自然界就是不存在的？它只是我们人类为了认识世界而制造的工具。也许鸟类从来不是因为饥饿而觅食，我们也不为生存而思考。自然界基于量子的单元组织成为我们看到的大干世界，它们的本源是量子的，强行把他们拉入到我们习惯的认知体系里来也许从根本上就是有问题的。当我们谈及感性的时候，总强调的是相对于理性而言的感性是不可捉摸时时变化的一面的，这似乎与我们谈的量子信息部分有着如出一辙的相似，当我们试图用理性来解构、描述它的时候，它就呈现出了我们想要了解的模样。我们不能抱怨理性工具的不够客观，它至少是我们至今能掌握的趋近更靠谱的关联的最有效的工具，我们这一支人类可以通过交流建立人和人的联系，通过观察发现人与自然的关联，而通过思维获得人关于自己内心的知识。

一旦不再为理性和感性困扰，我们便可以用平和的心态看待科学的发展和它的进步，一旦了解到它的秉性，我们就不再畏惧科学的日新月异，相反地能够以快乐的、探索的、求知的、不受束缚的自由之心用科学的眼光来了解世界，了解人类，了解我们自己。