Aug 26, 2023
科学的尽头是玄学？空间双光子态振幅和相位的干涉成像拍到阴阳太极图？
作者：唐凯
时间：2023年8月26日
2023 年 8 月 14 日意大利和加拿大科学家在著名《Nature Photonics》发表了题为“空间双光子态振幅和相位的干涉成像”的论文。其中的一张重建图像酷似中国的阴阳太极图。论文中指出，只是使用了阴阳图作为示例图片，来说明双光子数字全息摄影在图像重建方面的潜在应用前景。
插图比例与主图中相同。b，印在未知泵上的振幅和相位结构重建图像。来源：Nature Photonics（2023）。DOI:10.1038/s41566-023–01272‑3
加拿大渥太华大学的研究人员与罗马第一大学的 Danilo Zia 和 Fabio Sciarrino 合作，最近展示了一种全新技术，可以实时地可视化两个纠缠光子（构成光的基本粒子）的波函数。
用一双鞋来比喻，纠缠的概念可以比喻为随机选择一只鞋。当你识别出一只鞋的那一刻，另一只鞋（无论是左鞋还是右鞋）的性质就会立即被识别出来，无论它在宇宙中的位置如何。然而，有趣的因素是在观察的确切时刻之前与识别过程相关的固有不确定性。
波函数是量子力学的核心原理，它提供了对粒子量子态的全面理解。例如，在鞋子的例子中，鞋子的“波函数”可以携带诸如左或右、尺寸、颜色等信息。更准确地说，波函数使量子科学家能够预测量子实体的各种测量的可能结果，例如位置、速度等。这种预测能力是无价的，特别是在快速发展的量子技术领域，在该领域中了解量子态在量子计算机中生成或输入的数据将允许测试计算机本身。此外，量子计算中使用的量子态极其复杂，涉及许多可能表现出强非局域相关性（纠缠）的实体。
了解这种量子系统的波函数是一项具有挑战性的任务——这也称为量子态断层扫描或简称量子断层扫描。使用标准方法（基于所谓的投影运算），完整的断层扫描需要大量的测量，这些测量随着系统的复杂性（维数）而迅速增加。研究小组之前用这种方法进行的实验表明，表征或测量两个纠缠光子的高维量子态可能需要数小时甚至数天的时间。此外，结果的质量对噪声高度敏感，并且取决于实验设置的复杂性。
量子断层扫描的投影测量方法可以被认为是观察从独立方向投射到不同墙壁上的高维物体的阴影。研究人员所能看到的只是阴影，从阴影中，他们可以推断出整个物体的形状（状态）。例如，在 CT 扫描（计算机断层扫描）中，可以从一组 2D 图像重建 3D 对象的信息。
然而，在经典光学中，还有另一种重建 3D 物体的方法。这称为数字全息术，基于记录单个图像（称为干涉图），通过将物体散射的光与参考光进行干涉而获得。
该团队由加拿大结构量子波研究主席、 uOttawa Nexus for Quantum Technologies (NexQT) 研究所联席主任、理学院副教授 Ebrahim Karimi 领导，将这一概念扩展到两个光子的情况。重建双光子态需要将其与可能众所周知的量子态叠加，然后分析两个光子同时到达的位置的空间分布。对两个光子同时到达的图像称为重合图像。这些光子可能来自参考源或未知源。量子力学指出光子的来源无法识别。这产生了可用于重建未知波函数的干涉图案。这项实验是通过先进的相机实现的，该相机以纳秒（一秒的十亿分之一）分辨率记录每个像素的事件。
渥太华大学博士后研究员、该论文的合著者之一 Alessio D’Errico 博士强调了这种创新方法的巨大优势：“这种方法比以前的技术要快得多，只需要几分钟或几秒钟而不是几天。重要的是，检测时间不受系统复杂性的影响——这是投影断层扫描中长期存在的可扩展性挑战的解决方案。”
这项研究的影响不仅仅限于学术界。它有可能加速量子技术的进步，例如改进量子态表征、量子通信和开发新的量子成像技术。
这个阴阳鱼太极图的最外圈为圆形（象征太极），一是表示万物的变化周流不息、无始无终；二是表示无所不包、无处不在；三是表示圆融畅顺圆满法界。
太极图中的S型曲线（象征阴阳两分），一是表示万事万物的变化都包含相辅相成的阴阳两方面；二是阴阳彼此消长互动，阴长则阳消，阳长则阴消阳极生阴，阴极生阳；三是阴阳互为其根，各自均以对方为存在条件；四是事物阴阳的转化都是渐进的过程，即由量变到质变；五是表示阴阳互推互化生生不息。
阴阳中的鱼眼，一是表示阴阳双方中都包含对立面的因素，即阴中含阳，阳中含阴；二是表示阴阳本身也不是一成不变的，其内部也会自生化出对立面的因素；三是阴阳之间的关系是复杂的，不是单一的对立关系。
太极图被称为“中华第一图”。从孔庙大成殿梁柱，到楼观台、三茅宫、白云观的标记物；从道士的道袍，到算命先生的卦摊；从中医、气功、武术及中国传统文化的书刊封面、会徽会标，到南韩国旗图案、新加坡空军机徽、玻尔勋章族徽……等等，太极图无不跃居其上。这种广为人知的太极图，其形状如阴阳两鱼互纠在一起，因而被戏称为“阴阳鱼太极图”，早期称作“先天图”、“河图”、“先天自然河图”、“先天自然之图”、“古太极图”等。
首先，我们解释一下“太极“这个词，“太极“一词最早见于《庄子》，“太极“是对最大极限的一种描述。作为宇宙本原的“太极“最早出现于《周易-系辞上传》“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。八卦定吉凶，吉凶生大业。“这里的太极就是指天地未分前的原始统一体了。《周易·系辞》中说：“有天道焉，有地道焉，有人道焉。兼三才而两之故六；六者，非它也，三才之道也”。《尚书·洪范》中说：“五行：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。”
古人发现，在自然界中的万物都有一种内在生命力，一颗种子只要给于其适当的条件，它就能发芽、生根，并成长为植株，并开花结果。正是这种生命力造就了万物各具形态、成长繁育、生长化收，使树木的幼苗长成参天大树，使我们的幼儿长大成人，能够使我们身体内部、社会乃至宇宙天体维持自然的平衡与更新；在自然界中这种生命力能够使天地按照昼夜、四季的规律不停运转，能够产生冰霜雨雪、雷电风云、暑寒燥湿的作用，是这种力量带给自然界多姿多彩的勃勃生机。这种“能力”（古人也称之为“气”）它缈无形象却又无处不在，它其大无外其小无内，却又遍布所有有形无形的事物与生命体，这种能力在《易经》中叫做“生生”，它就是“太极”。
从本质上来讲，太极就是气（阴阳二气）的运行流转，就是心与物的统一体，是万物生命能动与化生的本源。在中国古代，认为“气”是万物的根本。那气是什么呢？用现代科学的话讲就是能量场，但具有灵性与可感知性。张载在《正蒙·太和篇》中说：“太虚无形，气之本体，其聚其散，变化之客形尔。至静无感，性之渊源，有识有知，物交之客感尔。”
这个“太极”就是我们的生命之本，是我们的文明之源，它难以言表，难以形容，但是古人还是用各种语言将它的变化进行描述。有学者则根据《周易·系辞》中的：“易有太极，是生两仪”章句创立了各式各样的太极图式，以表述太极的变化原理。周敦颐在《太极图说》中说：“太极动而生阳，动极而静，静而生阴，静极复动。一动一静，互为其根；分阴分阳，两仪立焉”，这是周敦颐对其太极图形阴阳关系的最简要的说明。
太极图是为解《易》而画的。一部《易》书，讲的就是“阴阳”，“一阴一阳之谓道”，它“范围天地”、“曲成万物”，是宇宙的普遍性法则。阴和阳是互根的，两者谁也离不开谁，无阴即无阳，无阳即无阴，两者是互为条件而存在的。老子说：“万物负阴而抱阳，冲气以为和。”太极图形象地说明了这种“负”和“抱”的关系。图中阴阳互负、互抱、互纠，表明了它们的相互依存关系。
阴和阳又不是静止不动的，而是“刚柔相摩”、“刚柔相推”，在“推”和“摩”中相互交感，而生万物。它们是统一的，又是对立的，两者是可以互相转化的。阳息则阴消，阴息则阳消，从太极图的曲线变化清楚地看出，当阳气渐升时，而阴气则渐渐退去；当阴气渐长时，而阳气则渐消，这是事物运动的普遍性规律，如月有盈满虚缺、天有春夏秋冬、人有生老病死、花有花开花落、水有潮涨潮落……无不遵循这一法则！
宇宙是永恒的，物质是可以互相转化，由一种物质变成另一种物质，但是不会灭亡。阳极生阴，阴极生阳，但阴阳不会在这转化过程中消亡。太极图中的黑白点（或黑道和白道），则表示黑中有白，白中有黑；阴中有阳，阳中有阴。当阴达到了极点时，预示着阳开始渐长；当阳盛极时，也开始向反面转化，阴开始渐长，如此遁环，生生不息。四时更迭、昼夜变化，甚至历史变迁，无不是按这一规律进行的。
回旋式运动是宇宙万物运动的普遍性规律。太阳系的星球，银河系星云，都是回旋运动的，地上的海水旋涡、地上气团、龙捲风等无不是螺旋式旋转的。从微观上来看，电子、质子、磁场的形成，就连构成人体基因的蛋白安基酸也是螺旋式排列的。太极图正确地揭示了这种运动规律。事物是曲线发展的，太极图中的阴阳曲线揭示了这种运动、发展规律。
正因为太极图揭示《易》的实质和宇宙运动的规律，所以将它配以八卦方位、六十四卦次序、河图，是通的；甚至配以日月星辰，也是天衣无缝！“《易》与天地准”，用太极图去解释天地间万物，都是触类旁通的，这就是太极图的魅力所在！
从学理上讲，阴阳鱼太极图正确地表达了太极与阴阳、八卦的关系。无极生太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦演万物。
五行是在太极图中由阴阳变合凝聚而形成的多元互动关系，是构成事物间诸多关系中的最根本的五要素。
五行学说是将自然界与社会各种事物参照五行之物（水、火、木、金、土）的性质进行取象比类，建立的五行生、克制约、平衡与生化关系，在五行关系中：
1. 木主生，火主长，土主化，金主收，水主藏。生、长、化、收、藏是自然界中遵循的统一规律。
2. 木生火，火生土，土生金，金生水，水生木。这是五行相生关系
3. 木克土，土克水，水克火，火克金，金克木。这是五行相克关系
中国传统文化中（特别是儒家），奉行“仁、义、礼、智、信”五常之德，“五常”是中国文化的核心价值，是处理、协调、维持社会中个体与群体和谐关系的人伦原则，是大家应共同该遵守与营建的基本关系。如依照这五常之道行事，则人与人之间相互融通，社会群体融洽和谐，反之人人不得安宁，社会失序。
五常来之于五行，在五行中，仁属木，义属火，礼属金，智属水、信属土。见图示。
仁就是仁省、仁爱，就是推己及人，就是“己所不欲，勿施于人”，就是宽容、恻隐、包容，就是协调与谅解。在政治上就是公平、平等，一视同仁，就是亲政爱民，就是以民为本。
义就是宜，就是恰当，就是因时、因地制宜，就是当作即做，不当作即不做，就是恰如其分，就是把握尺度。在政治上就是坚守正义，就是把握原则，就是合理分配，就是恪尽职守，就是亲政奉献。
礼就是履，就是践行，就是秩序，就是规矩。在政治就是制度，就是法律，就是遵守与履行，就是以身作则。
智就是智慧，就是明辨曲直、是非，就是创新，就是改善。在政治就是崇尚理性，就是科学、民主，就是改善民生，就是创新发展。
信就是诚，就是不疑，就是“言出由衷，信守承诺”，就是处世端正，不欺不诈，就是知恩图报，就是信仰至诚。在政治就是坚守公信，赏罚有信就是令行禁止，不朝令夕改，就是为政诚明。
中国的传统医学（中医）就是以阴阳五行作为理论基础的，中国的武术强调动静虚实，也是以阴阳五行为理论支撑的，特别是太极拳就是以太极图为理论依据而形成的广为流传的拳种，太极拳有太极十三势之说，即八卦、五行。八卦者：掤、捋、挤、按、采、例、肘、靠；五行者：进、退、顾、盼、定。
太极的运转为什么是顺时针方向？在中国古代通常以上为南，下为北，左为东，右为西，而人的正位是面南背北（所以正房都是这个位），在一日之内太阳是从东方升起，至西方落下，人处在正位看到太阳（阳气）运行的轨迹就是太极运行方向，即从东（左）至上再到西（右），故太极图的运转是顺时针方向。
宇宙是场，宇宙是数。宇宙之大小决定于场，宇宙之兴衰取决于数，宇宙物质场数是统一的。宇宙演变是物质的演变，物质的演变是组成物质的元素的演变，元素的演变是宇宙统一场数的聚裂兴衰。因此，宇宙元素聚裂兴衰相互转化的规律，就是宇宙自然界的根本规律。
作为自然科学完整的理论体系，它必须符合宇宙自然界演化的根本规律。而凡是符合宇宙自然界演化根本规律的理论体系，它也必定可以完满地解释宇宙间所发生的一切自然现象。
爱因斯坦是当代一位伟大的物理学家。他一生最大的贡献是创立了相对论。他一生最大的遗憾是没有完成宇宙学统一场论。
一个人最急切的愿望，莫过于自己已经看到了最美好的东西，而自己又不能亲手去得到它。1948年11月25日他在写给 M•索洛文的信中说道：“在我的科学工作方面，我总是为同样的数学困难所阻，因此，我还不可能对我的广义相对论场论加以肯定或加以否定。”“我完成不了这项工作了；它将被遗忘，但是将来会被重新发现。”（见《爱因斯坦文集》第一卷 453 页）爱因斯坦的科学遗愿是可以实现的。因为爱因斯坦惊奇地发现：作为西方科学发展基础的东西，在中国古代的科学发明中全都做出来了。
李约瑟博士是一位英国人，他又研究了什么呢？一位西方学者，身居近代世界科技发展的中心欧美，却以大半个世纪不遗余力地把目光注视着古老和复兴的中国。他写成了鸿篇巨著二千四百多万字的《中国科学技术史》，这是令人深思和回味的。然而更值得注意的是：当他根据大量材料仔细追溯近现代一系列最有影响的西方科学家的欧洲思想渊源的时候，它们都通向莱布尼兹，然后就似乎消失不见了。”
莱布尼兹是十七世纪西方的一位学者，他是微积分和二进位制数学的创始人，也是计算机发明的先驱者。经李约瑟研究证明：莱布尼兹一生都热爱中国学术，他完成二进位制翻译的成就，就是基于传教士鲍威特从中国得到的两张“易图”。一张是“伏羲六十四卦次序图”，另一张是“伏羲六十四卦方位图”，然而，所有“易图” 的精华，又都集中于一张相传为中国六千年前由伏羲氏所画的“古太极八卦图”上。
所谓古太极图是以圆圈代表太极；曲线两分（一黑一白）代表两仪；纯黑纯白及白中黑眼、黑中白眼为四象；圆周八分而有八卦，该八卦与伏羲圆图若合。
古太极八卦图正是人类的祖先留给后代唯一的传世魂宝。它是全部宇宙数理论和宇宙物理论的最高结晶。亘古一图，包罗了宇宙万物。它是人类认识宇宙的指南，也是现代人类建立完整自然科学理论体系的奠基石。
古太极八卦图所蕴含的全部数理学和物理学内容，就是宇宙物质成因的阳（正）阴（负）相互交变的统一。这也同唯物辩证法所揭示的矛盾对立统一规律相一致。
古太极八卦图 的图形是由两大部分内容组成。一是中心的阴阳相交，归于太极，它揭示了宇宙场的物理成因；二是其外围的奇、偶数（素）相交，归于太极，它揭示了宇宙数的数理成因。宇宙和宇宙数的统一，这就是“古太极八卦图” 的全部含义。
“阴阳相交，归于太极”，这是容易理解的。因为，宇宙中的万物皆为阴阳相交而生。谓之独阳不长，孤阴不生，两合其精，乾坤乃成。乾坤者，宇宙也。
“数（素）相交，归于太极”，这是不大容易理解的。因为，宇宙万物的生灭转换都是依据数（素）相交，而后归体或解体的。因此，“古太极八卦图” 外围的符号，就是代表宇宙数（素）相交和转换的。
现代有不少人认为太极图起源于原始时代，甚至有人认为是太古洪荒之时外星人馈赠地球人的礼物，或本次人类文明以前上一次甚至两三次文明毁灭时遗留下来的唯一信物。
太极=量子纠缠？
太极和宇宙大轮回（大爆炸-大膨胀-大收缩-大爆炸）？
本文参考文献：
- Zia, D., Dehghan, N., D’Errico, A. et al. Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states. Nat. Photon. (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023–01272‑3
- Visualizing the Mysterious Dance: Quantum Entanglement of Photons Captured in Real-Time https://www.uottawa.ca/en/news-all/visualizing-mysterious-dance-quantum-entanglement-photons-captured-real-time
- 看见神秘的舞蹈：实时捕获光子的量子纠缠 https://www.opticsjournal.net/News/PT230822000009RxTzW.html
- 如何看待渥太华大学可视化量子纠缠使用太极图图案？https://www.zhihu.com/question/618672347/answer/3178315762
- 什么是太极？其意义是什么？太极图是谁画的？https://www.163.com/dy/article/GOMT5GHF05529RGB.html
- 太极(阴阳)图的内涵深解！https://zhuanlan.zhihu.com/p/412579549
- 探索阴阳太极图中的奥秘和精粹 https://www.sohu.com/a/257696132_100259558
- 可视化神秘的舞蹈：实时捕获的光子的量子纠缠 https://www.youtube.com/watch?v=pGccIHwTKlU