我們的量子哲學共同體
我們的量子哲學共同體
武漢大學哲學學院(430072) 桂起權
(發表於《吉林師範大學學報》(社)2004(6))
http://elanso.com/ArticleModule/GTMbKAKAMlVwVwP0JhUfKAIi.html[摘要]量子力學的哲學問題隨同量子力學的創建,一開始就成為各派科學家、哲學家爭論的熱門話題。令人驚奇的是,過了3/4世紀,這種爭論仍然經久不衰.這個事實足以表明,量子力學確實是最富有認識論意味的學科之一.難怪有人說,關於20世紀科學革命只需要記得三件事:相對論、量子革命、混沌。
[關鍵詞] 量子力學;量子力學哲學;科學共同體
[中圖分類號] No2[分類標識碼]A[文章編號]1007-5674(2004)
我們的課題組是一個著重研究量子力學哲學問題、思想活躍的共同體。
我們的「物理學哲學的研究」課題組的幾項重要成果中的頭一項是專著《物理學的新神曲――量子力學曲率解釋》(武漢出版社,2004年第2版,趙國求、桂起權、吳新忠、萬小龍著)。應當指出,曲率解釋的原創性思想最早是由
我對量子力學哲學問題的最早興趣,發端於1961年12月所讀的薩契柯夫的《論量子力學的唯物主義解釋》(1961年譯本),不過當時我在書中寫的批語是「盡信書不如無書」。那時佔主流的是布洛欣采夫的系綜解釋,然而我通過蘇什金的《理論物理學》第四冊(1960年)卻覺得福克觀點(認為波函數表現出單個微觀粒子的實際態)更有吸引力。早在1963年,在大學畢業前夕我就寫過一篇《論微觀客體的粒子性與波動性之間的辯證關係》(未發表),不過直到1981年江蘇省自然辯證法年會上才有機會以此內容來做大會專題報告。
1990年,我申請到一個教育部博士點基金項目,那是關於哥本哈根學派的科學哲學的研究。於是,我與王自華教授等合作者就有機會對量子力學的歷史與哲學的相關方面作比較系統的研究,併產生了一系列研究成果。這些工作也可以看作我們在2000年獲準的國家社會科學基金項目「物理學哲學研究」的前期準備。
實際上,我們從邏輯、科學哲學或自然辯論法以及科學思想史(包括科學家個人的和科學家集團的思想)等三個方面來研究量子力學的哲學問題,前前後後累積起來恐怕有一二十年之久。第一方面,我從邏輯角度著眼所寫論著有:《量子邏輯》(2萬字,載王雨田主編《現代邏輯科學導引》,1988)、《量子邏輯》(8000字,載楊百順主編《現代邏輯啟蒙》,1989)、《量子邏輯對應原理對辯證邏輯的作用》(載《江漢論壇》1983(2))、《對應原理――多種非經典邏輯的通用原理》(載《自然辯論法通訊》1994(3))、《互補性構架及其邏輯重建》(武漢大學報(社)1997(2)),還有《辯證邏輯形式化論綱》中的「對應原理論題」與「超越世界語義學及其量子論詮釋論題」(載《珞珈論壇》(一),1996.11)。第二方面,我從科學哲學與自然辯證法角度著眼所寫的論文有:《量子危機的認識論意義》(載上海社會科學1985(11))、《海森伯科學哲學思想的新評價》(載自然辯證法研究1987(5))、《非完全決定論:因果與機遇的辯證綜合》(載科學技術與辯證法1991(2))、《波普爾對量子理論的實在論詮釋》(載自然辯證法通訊1991(5))、《析量子力學的辯證法思想――玻爾互補性構架之真諦》(載《哲學研究》1994(10))、《大學物理中的波粒二象性概念的教法研究》(載《洛陽大學學報》(科)1994(4))、《玻爾的互補思想是特種辯證法――量子力學的科學哲學》(載《珞珈哲學論壇》(二),1999.1)、《海森伯與三個科學共同體》(載《華南師範大學學報》(社)2000(3))、《理解當代自然哲學的鑰匙――量子/系統辯證法》(載自然辯證法通訊1997(3))、《量子力學的場有整體論解釋》(載《場與有(六)》,中國社會科學出版社,2001)等。第三方面,我與王自華等合作者所寫量子物理學家思想傳記有:《量子王國的佼佼者》(載《科學巨星》,陝西教育出版社,1995)、《哲學科學家:玻恩》(福建教育出版社,1996)、《海森伯傳》(長春出版社1999年版及2001年通俗版)等。在我的《科學思想的源流》一書(武漢大學出版社,1994)中對量子思想史也有系統而簡明的闡述。王自華在現代物理史方面像是一本活辭典。
二、量子哲學共同體的起因:「曲率」是切入點我把我們的課題組稱作「科學共同體」,那是採用了科學哲學中的一個習慣說法。正如科學哲學家T.S.庫恩所指出,科學共同體是產生科學知識的單位,它是指這樣的科學家集團,他們從事給定的專業研究,教育與專業訓練的共同要素把他們聯結在一起,他們彼此了解,思想交流充分,在專業上判斷比較一致。一般地說,同一個科學共同體的成員都接受一個公共的總體思想模式(稱作「範式」),從基本的哲學觀、價值觀到所鍾愛的科學上的方法與樣板理論等等都比較一致。([1],159頁)然而,這並不妨礙每個成員保持自己鮮活的個性、獨特觀點及研究傾向。因此,不同成員之間常常發生激烈的爭論,這樣做有助於澄清疑難、消解矛盾並逐漸取得共識。這樣做非但不會產生離心力,恰恰相反,它是使科學共同體長久保持青春活力的必要條件。我相信,現實世界確實是由因果與機遇、必然性與偶然性聯合支配著的。固然,對量子力學的哲學問題的共同愛好是把我們聯結在一起的基本因素,但是機緣也是不可缺少的。
早在1980年代末,我對
1997年我有幸招收了兩名很有才華的博士生,他們就是《曲率解釋》的另兩位作者。萬小龍是由殷正坤教授推薦給我的,他的碩士論文就是研究物理學哲學的。吳新忠可算是由關洪教授無形中推薦的,為什麼這樣說呢?因為在一次科學哲學會議期間,我似乎看到關洪先生與他有過親切交談,「關洪」對我來說就意味著「量子哲學家」,因此一下子就吸引了我的注意力,而從那時起在我的印象中吳新忠就是一個思想活躍、奇思異想特別多的學生。正因為吳新忠、萬小龍加盟於曲率解釋研究,這才引起了我對趙國求先生的工作的高度重視。
吳新忠的碩士論文是研究托姆突變論中所包含的科學哲學思想的。他在研究中發現,趙國求的曲率解釋可以在國際著名學者托姆那兒找到依據,這件事引起了我極大的興趣。原來,托姆早就主張對熵作曲率解釋,他認為歸一化後的量子波函數將體現能量超曲面上的拓撲形態的曲率,而波函數的頻率則反映微觀幾何形態拓撲結構的變化率。看起來,趙國求的量子曲率解釋與托姆的曲率解釋在暗中相互呼應。吳新忠還發現,更有甚者,
據我回憶,「相互作用實在論」是我們這個科學共同體內部熱烈爭論的產物。爭論的起因是對「月亮不看它時,它就不存在」這一論斷有不同評價。趙國求從一開始就持有鮮明的實在論立場,而王貴友則強調量子現象對觀察的依賴性,認為哥本哈根觀點不可輕易否定。我則強調,在現象層次上「月亮」論題並沒有錯,不是主觀唯心主義。否定這一點反而會倒向機械唯物主義。經過熱烈爭論,大家傾向於接受
借用羅嘉昌關係實在論的話來說,月亮有沒人看它的時候作為月球仍然存在;反過來說,只當有人看它的時候,月球才作為「月亮」而存在。前一句話說的是「自在實體」的客觀性,後一句話說的是,「現象實體」對觀察的依賴性。總之,量子實在具有「關係存在」的特徵,但它仍是實在。我補充說,正如羅森菲爾德所看到,所謂「觀察者介入原子事件進程」的局勢,容易產生科學事實的客觀性被敗壞的假象,但實際情況卻並非如此。([3],138頁,130-133頁)我認為,相互作用實在論的價值在於(由趙國求提出實在論的基本構架,他的合作者們通過強調辯證性質進一步完善了它),一方面肯定了主體與客體之間存在著能動的相互作用,另一方面又堅持了科學實在論。從而與羅森菲爾德所說的機械唯物主義與不可救藥的唯心主義劃清了界線。我覺得,相互作用實在論並不孤立,它與羅嘉昌及胡新和的關係實在論、成素梅的《論科學實在》相互呼應,並組成相似族。
三、多元主義方法論立場必須聲明,在量子力學的詮釋問題上,我仍然持科學哲學上的多元主義方法論的立場。按科學哲學眼光來看,在詮釋問題上存在著三種不同的立場:(1)工具主義者認為,詮釋只是一種方便有用的思考工具,無所謂正確與否。(2)一元論者認為,正確詮釋只能是獨一無二的。(3)整體多元主義者則認為,儘管一種合理的詮釋應該對整個論域一概地正確,然而仍可以採取不同視角,在不同意義上進行正確解釋(這符合能動反映論的基本要求)。以上三種態度,可以簡要地概括為如下圖式([4], P225):
對量子力學形式體系的詮釋可以說「對」或「錯」嗎?
可以 不可以
只有一種唯一正確的詮釋嗎?
工具主義的解答:是的 不是的。
一元論的解答:多元論的解答 詮釋只是方便的工具,說得通就行,無所謂對或錯詮釋原則上對整個論域一概地正確,但仍可能從不同角度、在不同意義上作出正確詮釋。
因此,當我在讚揚量子力學曲率解釋的優點的時候,請不要誤以為我在排斥與否定其它類型解釋的任何可能性和合理性。現有的量子力學解釋群,若參照曹志平、古祖雪的分類,主要分為五大類:(1)還原性詮釋(包括薛定諤的最早電磁詮釋、馬德隆等的流體力學詮釋、內爾松等的隨機過程詮釋);(2)正統詮釋(哥本哈根詮釋加維格納-馮·諾意曼「標準」詮釋);(3)因果解釋(包括德布洛依雙重解詮釋及其簡化版導波理論、玻姆的量子勢解釋);(4)多世界解釋;(5)統計系綜解釋(布洛欣采夫解釋及波普爾傾向解釋)等([5],147頁)。關於「多世界解釋」,
四、關於正統詮釋對錯之爭
科學紮根於討論與爭論,因此在我們這個科學共同體中各抒己見的激烈爭論是常有的事。由於曲率解釋的原創性思想是在艱苦奮鬥中成長起來的,是靠堅定的自信來支撐的(這是生存之道),因此,在討論的初始階段,
按照通常說法,哥本哈根詮釋的三大支柱是海森伯的不確定性關係、玻爾的互補原理與玻恩的幾率解釋。依我看,經過3/4世紀的風風雨雨之後,新一代的量子物理學的研究者們仍需從哥本哈根詮釋中吸取營養。我本人喜歡追隨羅森菲爾德,按辯證唯物主義精神來解讀互補性、不確定性與幾率性。我的主要觀點可簡括如下:(1)我很欣賞羅森菲爾德,他作為哥本哈根學派的核心成員,能在《量子革命》一書中用恩格斯的辯證法解讀互補性,在「觀察者介入」問題上堅持與「機械唯物主義和不可救藥的唯心主義」劃清界線。(2)關於因果與機遇、決定論與非決定論之爭,我的基本態度是認為:「上帝是擲骰子的」,但「機遇有規則」,「世界是由因果與機遇聯合統治的」(參看[6]),我批判地吸取了玻恩的思想,並改造成「非完全決定論」。(3)我贊同海森伯關於「潛在是一種新型的物理實在」、「可能性與現實性的中間物」的思想([7],11頁),贊同不確定關係是「自然本身所設下的一種客觀限制」,而並不只是由主體測量所引起的。
通過激烈爭論,大家終於認識到將正統詮釋中科學成分與哲學成分混淆起來是不對的(無論支持者或反對者都犯了同樣的錯誤)。應當澄清的是:測不準關係與幾率詮釋本身屬於科學成分,為各派所共有。那正是倡導者獲得諾貝爾獎的根據。唯有把它看成由單個粒子天生的不確定性所致,這種理解方式才為哥本哈根詮釋所特有。
我認為,按幾率解釋所說「某處ψ波的強度(振幅平方)與該處粒子出現的幾率成正比」並沒有錯,它只是用統計的觀點看待單個粒子與粒子總體的聯繫,用最簡明的代數方式讓粒子與波這兩種觀點初步結合了起來。然而,它既沒有給出粒子與波之間更精細的聯繫機制,也並不排斥這種物理機制存在的可能性。看起來,德布洛依的雙重解理論就探索粒子與波的關係方面進了一步,而趙國求的曲率解釋又把重點從德布洛依相位波轉移到康普頓物質波,使人感覺到離開自在的實在又接近了一點,這一想法應當說是很有啟發性的。不過,我並不是贊同
真理越辯越明,通過多次討論與交鋒,課題組成員對量子力學多種解釋的物理內涵與哲學意義的認識大大加深了,並取得越來越多的共識。趙國求在保持曲率解釋的鋒芒和優先性的前提下,對其他解釋的合理成分和優點較以前採取了更為寬容的態度。我和王貴友一開始是從多元主義方法論立場上來接受曲率解釋,而把哥本哈根解釋看做基礎解釋的。如今認識到哥本哈根解釋中的哲學成分與科學成分有可能剝離開來,兩者間只存在可能聯繫,未必存在必然聯繫。把機遇律看做終級自然也未必有充分根據等等。
受張桂權、
誠然,在涉及根本性信念的分歧上,誰也拿不出絕對確鑿的證據,一時間誰也說服不了誰。這就像愛因斯坦與玻爾之爭。愛因斯坦相信客觀實在,卻又相信嚴格決定論(上帝不擲骰子)。玻爾相信非嚴格決定論,並批評愛因斯坦的實在觀太狹隘,但對什麼樣的實在觀不狹隘卻又難以說清楚。一般人都小看了實驗檢驗的複雜性。科學哲學家費耶阿本德早就指出,證據受污染的事件時有發生,被人看作已經十分「確鑿的事實」,恰恰可能在背後埋藏著一個錯誤的解釋性理論,一當隱蔽的錯誤被揭示,「確鑿」性就瓦解了,情況就會反轉。
「量子」共同體中每個成員都有鮮活的個性,也各有各的貢獻。我認為,吳新忠對曲率解釋研究的推進與傳播起到了激活劑的作用,藉助於科學共同體內部的討論,則產生了「非線性」的正反饋放大效應。看起來,吳新忠的右腦原發性思維特別發達。我很欣賞美國心理學家阿瑞提在《創造的秘密》之中所作的分析,創造的第一階段主要是原發性思維在起作用,打破常規,大膽想像,似瘋非瘋,似醉非醉,帶一點非邏輯、非理性並非壞事;第二階段是繼發性思維,發散之後需要收斂,此時亞里士多德邏輯才起調節和控制作用;第三階段是最後的整合。吳新忠在提出創新觀點前夕,往往愛作夢一般的瘋狂聯想,說些在常人看來不著邊際的怪話,由於阿瑞提有言在先,對此我並不太在意。我所關注的只是他的最終成果:他已經將量子曲率解釋推廣到解開傳統量子疑難(如EPR)、量子場論乃至量子引力論的研究之中。這就像人們只關心李白是否做出了好詩,而並不介意他醉了沒有一樣。我敢肯定,在《曲率解釋》第一版中吳新忠所寫的「量子場論的世界圖像與統一場論展望」,或在第二版中對「物理學中的瞬間」所作的獨特分析都是極富於啟發力的,並非只是異想天開。假如職業物理學家能將雄厚的科學功底、高超的數學技巧與大膽豐富的想像以及批判性思維有機地結合起來,定能取得出奇制勝的效果。至於萬小龍的特點則在於對物理概念作精細的哲學與邏輯分析,他更擅長於理性思維。依我看,他的貢獻有二:一是通過邏輯分析得出,量子力學的標準數學形式是內在地自洽的,並與正統物理解釋相協調,然而由標準數學形式加上正統詮釋所構成的整體量子力學卻是不完備的。二是運用歷史分析得出,若要使之完備化,必須將玻恩幾率這種關於代數關係的解釋轉換成相應的空間關係解釋。概括起來說,萬小龍對曲率解釋的必要性做了邏輯論證。萬小龍的博士論文是研究美國普林斯頓大學教授范弗拉森關於量子力學的哲學思想的,其核心內容是關於量子測量的模態解釋。在正統解釋中,馮諾意曼將量子測量過程解釋為因果與機遇兩方面的作用:由薛定諤方程式控制制的量子態的可逆過程是因果決定性的,另一方面,還存在量子態的不可逆突變,那是非因果決定性的(即投影假定)。由於按馮·諾意曼的說法,最後若不是歸結到人類意識(的介入),測量過程就無法完成。因此許多持客觀主義立場的學者對此十分不滿,並且企圖摒棄投影假定,結果雖能將量子測量歸結為純客觀的物理相互作用,卻無法重現玻恩幾率解釋的一切經驗預言,這就是著名的量子測量疑難。范弗拉森的模態解釋就正是為了解決這一疑難而提出的。范氏方案的要點是:假定整個物理情態包括兩種情況,一是動力學態無論是否作測量,它總是按薛定諤方程作因果決定性的演化;二是值態,它是由測量儀器的指針所顯示。新解釋的關鍵在於認定動力學態與值態之間在邏輯上存在模態關係(統計約束關係)。其實,模態關係並不神秘。這就像投拋硬幣之前,正面朝上或朝下只是兩種抽象的可能狀態,拋下去以後就變成例如正面朝上的現實狀態。在測量中從動力學態到值態的轉變,正好是海森伯所說的物理實在從潛在可能到實在的轉換,只不過范弗拉森用精確的數學和模態邏輯語言方式作了重塑。范氏把這種模態解釋的思想推廣處理整個量子力學和其他科學實驗問題,這樣在科學哲學上才確定了他的建構經驗論。目前國內學術界對范弗拉森的研究很少能達到這一深度。萬小龍在博士論文答辯後,又赴法國深造,現已完成他在法國國家科研中心及著名的巴黎理工大學的博士後研究,回國繼續量子力學哲學的研究。
在我們這個「量子」共同體中還有兩員女將。
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【參考文獻】
[1] [美] 托馬斯·庫恩,金吾倫、胡新和譯,科學革命的結構[M]北京:北京大學出版社,2003.
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