關(guān)于量子理論的哲學(xué)研究有兩個(gè)層次，一是根據(jù)量子理論及其技術(shù)的發(fā)展，探討具體的哲學(xué)問題，比如，超出貝爾不等式討論的范圍，從量子信息的維度，如何重新定義和理解量子糾纏和非定域性概念的問題，①這些研究已經(jīng)很深入，而且也相當(dāng)技術(shù)化；二是探討事關(guān)理解科學(xué)理論本身的哲學(xué)框架問題?？蚣軉栴}不能被簡化為具體的哲學(xué)問題，也不能在傳統(tǒng)框架內(nèi)探討，而是需要重新回到量子理論的實(shí)踐中，揭示潛存的新觀念。
本文集中探討第二個(gè)層次的問題?；舅悸肥歉鶕?jù)歷史脈絡(luò)和第一代量子物理學(xué)家的親身感悟，從量子假設(shè)的提出、微觀粒子的特質(zhì)、數(shù)學(xué)思維方式的確立以及理論觀四個(gè)方面，揭示量子理論本身發(fā)出的哲學(xué)宣言，而不是闡述重要的物理學(xué)家所達(dá)成的哲學(xué)共識(shí)。這項(xiàng)工作是基礎(chǔ)性的，既有助于我們澄清長期以來對(duì)量子概念的誤解誤用，也有助于推動(dòng)科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展。
一、微觀世界是不連續(xù)的
在量子力學(xué)的發(fā)展史上，首先難以令人接受的前提之一當(dāng)數(shù)如何理解“量子”概念。今天，雖然人們對(duì)“量子”概念本身并不陌生，但事實(shí)上，真正理解其內(nèi)涵的人卻并非多數(shù)。從詞源與語義上講，“量子”概念來源于拉丁語“quantus”，意思是“多少”(how much)，意指一個(gè)不變的固定量，在量子力學(xué)中是特指一個(gè)基本的能量單位或一份很小的不變的能量，意指電磁波的輻射不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，這樣的一份能量叫做能量子。這就是熱輻射過程中能量的量子化假設(shè)。從此，神秘的量子概念進(jìn)入了人們的視域。量子化假設(shè)中的普朗克常數(shù)h這個(gè)字母取自“Hiete”的第一個(gè)字母，在德語中，Hiete是“幫助”的意思。②在物理學(xué)中有許多常數(shù)，其中有些常數(shù)代表了物體的性質(zhì)，比如，水的沸點(diǎn)、固體的比熱、物質(zhì)的膨脹系數(shù)等，但有少數(shù)常數(shù)卻具有革命性的意義，量子常數(shù)就是其中之一。像光速c代表了物體運(yùn)動(dòng)的極限速度，并表明，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近于光速時(shí)，要用狹義相對(duì)論力學(xué)來描述物體的狀態(tài)一樣，普朗克常數(shù)也有極限的意義，在h不能被忽略不計(jì)時(shí)，就需要考慮量子效應(yīng)，需要用量子力學(xué)來描述對(duì)象的狀態(tài)。這是在量子論創(chuàng)立時(shí)期所確立的普遍認(rèn)識(shí)。
但近年來，隨著量子力學(xué)的廣泛應(yīng)用及其理論發(fā)展，量子效應(yīng)不再只是限于微觀領(lǐng)域。物理學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中觀察到諸如愛因斯坦凝聚、量子霍爾效應(yīng)、超流性、超導(dǎo)性和約瑟夫遜效應(yīng)等宏觀量子效應(yīng)。2009年8月4日，美國物理學(xué)家制造出第一臺(tái)“量子機(jī)器”(Quantum Machine)。在2010年的美國《科學(xué)》雜志及美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)(AAAS)公布的年度十大科學(xué)成就中榮登榜首。量子機(jī)器為微米量級(jí)，能用肉眼分辨，從而證明了宏觀物體也遵守量子理論的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這是一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的技術(shù)發(fā)明，它不僅為物理學(xué)家實(shí)現(xiàn)更大物體的量子控制邁出了關(guān)鍵一步，而且顛覆了我們過去根據(jù)物體大小來區(qū)分宏觀和微觀的劃分理念。當(dāng)代物理學(xué)家的看法是，只根據(jù)尺度的大小來劃分宏觀領(lǐng)域與微觀領(lǐng)域是很不嚴(yán)格的，量子力學(xué)是普遍有效的，既適合宏觀領(lǐng)域，也適合微觀領(lǐng)域，他們把能夠運(yùn)用經(jīng)典概念體系很好地解決問題的領(lǐng)域，稱為經(jīng)典領(lǐng)域，把經(jīng)典概念不能勝任而運(yùn)用量子概念解決問題的領(lǐng)域，稱為非經(jīng)典領(lǐng)域。
“量子”概念像“引力”概念一樣具有劃時(shí)代的意義。萬有引力定律的提出，標(biāo)志著思辨的自然哲學(xué)思維方式的終結(jié)，也標(biāo)志著以牛頓力學(xué)為核心的經(jīng)典物理學(xué)范式成為近代哲學(xué)發(fā)展的基石。以休謨?yōu)榇淼慕?jīng)驗(yàn)論和以康德為代表的理性論，都是從牛頓力學(xué)中獲得啟迪，才提煉出各自的哲學(xué)體系。同樣，“量子”概念的提出為我們撬開了關(guān)注不連續(xù)世界的大門，并在科學(xué)思想史上第一次打破了“自然界不作跳躍”的常識(shí)性觀念。量子信息技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步印證了基于這種不連續(xù)思想建立起來的理論大廈的正確性，限制了經(jīng)典思維方式的適用范圍，把檢驗(yàn)理論正確與否的標(biāo)準(zhǔn)從單純注重觀察與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擴(kuò)展到技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
量子化觀念的確立意味著，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不再像宏觀粒子的運(yùn)動(dòng)那樣，總會(huì)留下可追溯的軌道痕跡，而是分立的(discrete)?！胺至ⅰ备拍钤谖锢韺W(xué)中的含義與在數(shù)學(xué)中的含義一樣，意指“離散”或不連續(xù)。也就是說，在量子領(lǐng)域內(nèi)，某些量或變量不再像經(jīng)典物理學(xué)中那樣是連續(xù)變化的，而是只能取不連續(xù)的值。比如，光子只能出現(xiàn)在特定的能級(jí)上，而不可能出現(xiàn)在兩個(gè)能級(jí)之間，光子的這種特性成為制造激光器的理論基礎(chǔ)。正如普朗克所言，作用量子在原子物理學(xué)中扮演著基本角色，并且，作用量子的登臺(tái)表演，開辟了物理學(xué)的一個(gè)新時(shí)代。這一點(diǎn)再也用不著懷疑了。因?yàn)樽饔昧孔拥奶岢觯淖兞俗匀R布尼茲與牛頓發(fā)明微積分以來，在假設(shè)一切因果關(guān)系都是連續(xù)的這個(gè)基礎(chǔ)上所建立起來的物理思想方法。③
“微觀世界是不連續(xù)的”這一觀念一旦確立，就具有顛覆性的作用。它不僅使過去建立在連續(xù)性假設(shè)基礎(chǔ)上的概念框架不再完全適用，而且會(huì)相應(yīng)地帶來一系列價(jià)值觀的變革，其中，最直接相關(guān)的一個(gè)問題就是如何理解“微觀粒子”的存在性問題。
二、微觀粒子是無法概念化的抽象實(shí)在
在經(jīng)典物理學(xué)中，我們通常理解的“粒子”或“質(zhì)點(diǎn)”，既有質(zhì)量和體積，也有時(shí)空定位，是定域的或彼此分離的，是一種理想狀態(tài)，我們對(duì)一個(gè)粒子的作用，不會(huì)影響遠(yuǎn)距離的另一個(gè)粒子，粒子的運(yùn)動(dòng)變化是有軌跡可循的，可以用位置、速度、力等物理量構(gòu)成的數(shù)學(xué)方程來描述，而且，它們是可觀察的、可感知的、可表征的、可概念化的、可理論化的、可想象的，具有個(gè)體性，我們可以根據(jù)已知的初始條件，因果性地推知粒子的過去與未來，似乎一切都在掌控之中，過去造就了現(xiàn)在，現(xiàn)在決定了未來。實(shí)驗(yàn)測量印證了這種理論化的理想，因?yàn)槔碚摰挠?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果相互印證，彼此一致，理論定律本身具有決定論的因果性，不需要額外提出一種理解性的測量理論。
但是，在量子力學(xué)中，物理量用算符表示，算符是對(duì)波函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的符號(hào)，本身并沒有物理意義。薛定諤方程所提供的理論描述，不是微觀粒子本身的運(yùn)動(dòng)變化過程，而是直到測量結(jié)束之后，才能獲得某個(gè)觀察結(jié)果的可能性。這樣，在量子領(lǐng)域內(nèi)，理論描述與實(shí)驗(yàn)測量之間失去了彼此相互印證的基礎(chǔ)，反而成為互相補(bǔ)充的兩個(gè)不同環(huán)節(jié)。量子化假設(shè)表明，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)無軌道可循，是不連續(xù)的，薛定諤方程也不對(duì)它們的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程提供詳盡描述，這就使微觀粒子本身成為不可概念化的、不可達(dá)的、不可表征的、不可想象的、不可理論化的、不可定義的、不可觀察的東西，延遲實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。
微觀粒子的性質(zhì)是非常獨(dú)特的。第一，微觀粒子既能產(chǎn)生又能湮滅。第二，微觀粒子相碰撞之后的碎片仍然是同類粒子，而且，它們是從碰撞過程所包含的能量中創(chuàng)生出來的。這就對(duì)我們過去所信奉的“物質(zhì)是無限可分的”觀念提出了挑戰(zhàn)。第三，微觀粒子遵守全同性原理，即，同類粒子是完全相同的，它們不可能被分辨開來，也不可能被通過任何貼標(biāo)簽或加標(biāo)記的辦法來加以識(shí)別。第四，曾經(jīng)相互作用過的兩個(gè)粒子，在分開之后仍然存在著非定域性的關(guān)聯(lián)，被稱為量子糾纏，并且這種糾纏可以被操縱。④關(guān)于量子糾纏研究的這些新進(jìn)展，反過來促進(jìn)了我們對(duì)量子力學(xué)的理解。第五，對(duì)于微觀粒子而言，測量得到的值與測量之前通過理論計(jì)算得到的值，屬于兩個(gè)不同的層面，測量儀器的設(shè)置甚至決定了微觀粒子在被測量時(shí)的行為表現(xiàn)，即使在微觀粒子發(fā)射出來之后也是如此。微觀粒子表現(xiàn)出的這種隨著測量域境(context)的變化而變化的現(xiàn)象，已經(jīng)得到了相關(guān)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。
微觀粒子的這些特性，在微觀粒子、測量儀器和理論描述之間帶來了兩種不可約化的斷裂或不連續(xù)：一是微觀粒子的真實(shí)存在情形與理論描述之間的斷裂。這種斷裂使得微觀粒子在測量過程中所起的功效或作用成為不可知的，因而也相應(yīng)地阻斷了因果性思維的鏈條。正如海森堡所言：“如果我們想描述在原子事件中所發(fā)生的事情，我們不得不認(rèn)識(shí)到'發(fā)生’一詞只能夠應(yīng)用于觀察，而不能應(yīng)用于兩種觀察之間的物態(tài)……我們可以說，只要微觀對(duì)象與測量儀器發(fā)生相互作用，那么，系統(tǒng)就會(huì)從'可能的’狀態(tài)躍遷到'現(xiàn)實(shí)’的狀態(tài)?！雹莺Ｉにf的這種“躍遷”就是意指這種斷裂或不連續(xù)的存在。二是在測量過程中，微觀粒子所起的不可知的作用或功效與可知的測量結(jié)果之間的斷裂。這種斷裂使得對(duì)量子力學(xué)和量子測量過程的任何一種特殊解釋，比如，玻爾的互補(bǔ)性、海森堡的潛能論、玻姆的隱變量、埃弗雷特的多世界，以及后來有人提出的歷史一致性、多心靈等，都成為帶有哲學(xué)傾向的一家之言。
微觀粒子的這種不可概念化的抽象存在，以及量子糾纏的不可理解性等特征，要求物理學(xué)家相應(yīng)地放棄長期以來信奉的圖像化的思維方式。
三、用抽象的數(shù)學(xué)思維替代經(jīng)典的圖像思維
在經(jīng)典物理學(xué)中，自然規(guī)律第一次以定量的數(shù)學(xué)形式來表達(dá)，歸功于16世紀(jì)的哥白尼革命。經(jīng)過伽利略、牛頓等人的工作，最終奠定了用數(shù)學(xué)公式表達(dá)物理定律的科學(xué)發(fā)展之路。爾后，麥克斯韋方程組的提出，把這種追求推向了高峰。經(jīng)過這些發(fā)展，物理學(xué)家把檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，從過去的宗教或哲學(xué)信條，轉(zhuǎn)向了觀察和實(shí)驗(yàn)。由于自然界是連續(xù)變化的，所以，經(jīng)典概念不僅有明確的指稱和連續(xù)變化的數(shù)值，而且是可以圖像化的。
這種圖像思維建立在主體和客體二分的基礎(chǔ)上，也就是說，我們能夠在研究對(duì)象與研究者之間劃出明確的邊界。這個(gè)邊界既是用經(jīng)典語言描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的必要條件，也是人們無歧義地描述社會(huì)體系和法律制度等的必要條件。在經(jīng)典物理學(xué)中，有兩套概念體系：一套是描述物體運(yùn)動(dòng)變化的粒子概念，另一套是描述波傳播的波動(dòng)概念。這兩套概念體系又相應(yīng)地塑造了兩種圖像思維：一種是粒子的圖像思維，另一種是波動(dòng)的圖像思維。它們像是建造了毗鄰而立的兩座經(jīng)典物理學(xué)大廈，也相應(yīng)地確立了物理學(xué)家的經(jīng)典實(shí)在論立場。
這種實(shí)在論立場認(rèn)為，稱為“自在實(shí)在”的客觀世界是獨(dú)立于知覺主體而存在的，它們是物理學(xué)研究的潛在對(duì)象；被納入科學(xué)認(rèn)知范圍內(nèi)的“自在實(shí)在”，被稱之為“對(duì)象性實(shí)在”，它們是物理學(xué)研究的實(shí)現(xiàn)對(duì)象?！白栽趯?shí)在”是“對(duì)象性實(shí)在”的資源庫。這個(gè)資源的大門是敞開著的，隨著人類認(rèn)知手段的不斷豐富與認(rèn)知視域的不斷擴(kuò)展，資源庫中的“自在實(shí)在”會(huì)源源不斷地被納入“對(duì)象性實(shí)在”的范圍內(nèi)。“自在實(shí)在”和“對(duì)象性實(shí)在”只有范圍大小之別，沒有屬性之異，都是先于理論描述而存在的，它們構(gòu)成了經(jīng)典自然科學(xué)研究之所以可能的本體論基礎(chǔ)。物理學(xué)家認(rèn)為，基于實(shí)驗(yàn)而形成的科學(xué)理論，直接描述了“對(duì)象性實(shí)在”的運(yùn)動(dòng)變化過程，以及實(shí)在之間的相互關(guān)系，由這些理論描述出來的實(shí)在圖像，被稱為“經(jīng)典實(shí)在”或“經(jīng)典的理論實(shí)在”。在經(jīng)典物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，“自在實(shí)在”、“對(duì)象性實(shí)在”和“理論實(shí)在”是三位一體的。這是一種本體論化的理論觀。
然而，量子化概念的確立使這兩座大廈轟然崩塌，并導(dǎo)致了一系列涉及哲學(xué)的根本問題，其中有四個(gè)最重要的問題。
其一，“自然界是連續(xù)的”觀念一旦被摧毀，在此基礎(chǔ)上形成的概念框架也相應(yīng)地被摧毀，從而使概念的意義成為不明確的。玻爾喜歡講的一個(gè)故事很好地表明了用經(jīng)典物理學(xué)概念來描述微觀粒子時(shí)的不適當(dāng)性。玻爾的故事是，一個(gè)小孩子拿著兩便士跑到商店，要求售貨員賣給他兩便士的雜拌糖。售貨員給了他兩塊糖，然后說，“你自己把他們混合起來吧”。這個(gè)故事意味著，當(dāng)我們只有兩個(gè)對(duì)象時(shí)，“混合”這個(gè)詞就失去了意義，同樣，當(dāng)我們處理最小的粒子時(shí)，像位置、速度和溫度等經(jīng)典概念也失去了其意義。海森堡希望哲學(xué)家和物理學(xué)家了解量子力學(xué)所發(fā)生的這些變化。在他看來，在量子領(lǐng)域內(nèi)使用經(jīng)典語言是危險(xiǎn)的。他認(rèn)為，這個(gè)事實(shí)也會(huì)在其他領(lǐng)域內(nèi)反映出來，只是還需要經(jīng)歷一個(gè)漫長的過程。但是，人們并不知道要在哪里放棄一個(gè)詞語的用法，就像在玻爾講的故事中“混合”這個(gè)詞語的用法一樣，我們不能說，當(dāng)有兩樣?xùn)|西時(shí)，把它們混合起來，那么，當(dāng)有五樣或十樣?xùn)|西呢？⑥
在海森堡看來，造成這種困難的根源在于，我們的語言是從我們與外在世界的不斷互動(dòng)中形成的，我們是這個(gè)世界的一個(gè)組成部分，擁有語言是我們生活中的重要事實(shí)。語言成為我們與世界和睦相處的前提。然而，這些日常語言不可能在原子領(lǐng)域內(nèi)還能完全適用，或者說，我們?cè)谶\(yùn)用經(jīng)典概念時(shí)，是從宏觀領(lǐng)域延伸到微觀粒子領(lǐng)域，因此，就不應(yīng)該指望這些詞語還會(huì)具有原來的含義。這也許是哲學(xué)的基本困難之一：我們的思維懸置在語言之中，我們最大限度地?cái)U(kuò)展已有概念的用法，就必然會(huì)陷入它們沒有意義的情境之中。關(guān)于量子力學(xué)解釋的微粒說和波動(dòng)說之爭，正是揭示了物理學(xué)家用經(jīng)典概念的圖像思維方式理解量子力學(xué)的困難所在。
其二，根據(jù)圖像思維，我們無法把不連續(xù)的粒子圖像與連續(xù)的波動(dòng)圖像統(tǒng)一到同一個(gè)微觀對(duì)象身上。玻爾用“互補(bǔ)性原理”來概括這種現(xiàn)象。然而，事實(shí)上，從當(dāng)代量子理論的發(fā)展來看，玻爾的這種觀點(diǎn)就像他在1913年基于普朗克的量子假設(shè)，提出軌道量子化的觀點(diǎn)來解決氫原子的穩(wěn)定問題的做法一樣，也是半量子和半經(jīng)典的。因此，就像玻爾的軌道量子化理論被后來的量子力學(xué)所取代一樣，玻爾的互補(bǔ)性原理也只是一種權(quán)宜之計(jì)。這正是以互補(bǔ)性原理為核心的量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋長期以來備受質(zhì)疑的主要原因之一。
其三，量子物理學(xué)家對(duì)量子系統(tǒng)的許多詭異特性的理解，并不是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中歸納而來的，而是通過抽象的數(shù)學(xué)思維進(jìn)行的。此外，從理論物理學(xué)的發(fā)展來看，微分方程、幾何學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、數(shù)論、群論、抽象代數(shù)、概率論等抽象的數(shù)學(xué)工具似乎越來越成為物理學(xué)家的研究向?qū)В蛘哒f，由于微觀粒子是不可概念化的，所以，物理學(xué)家不可能依靠直接經(jīng)驗(yàn)來感知亞原子粒子的運(yùn)動(dòng)情況，而是依靠抽象的數(shù)學(xué)來設(shè)想其存在并預(yù)言實(shí)驗(yàn)結(jié)果或現(xiàn)象。
其四，在經(jīng)典物理學(xué)中，物理思想是主要的，數(shù)學(xué)不過是使物理思想更加精確的一種輔助手段。然而，在量子領(lǐng)域內(nèi)卻正好相反。物理學(xué)家首先得到的是具有可操作性的兩套數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，盡管后來證明兩者是等價(jià)的，但是，物理學(xué)家對(duì)量子力學(xué)的形式體系的解釋卻至今沒有達(dá)成共識(shí)。一方面，處于疊加態(tài)的粒子會(huì)失去個(gè)體性，或者說不能再被拆分為各個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，而是需要作為一個(gè)整體來對(duì)待，其中一個(gè)粒子的狀態(tài)變化，必然會(huì)導(dǎo)致其他粒子的狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)的變化，粒子狀態(tài)變化之間的這種關(guān)聯(lián)與時(shí)空距離無關(guān)。薛定諤用“量子糾纏”概念來概括這些粒子之間的這種整體性。量子糾纏現(xiàn)象是一種純粹的量子現(xiàn)象，無法用經(jīng)典的圖像思維來理解，只能用抽象的數(shù)學(xué)思維來理解。
另一方面，“薛定諤貓”的思想實(shí)驗(yàn)已經(jīng)揭示出，我們?nèi)绻媒?jīng)典的圖像思維方式來理解態(tài)疊加原理，必然會(huì)出現(xiàn)悖謬。物理學(xué)家維格納在1967年出版的論文集中提出了薛定諤方程，貓?jiān)谌我粫r(shí)刻的態(tài)只能處于疊加態(tài)，即，放出輻射而貓死的態(tài)和未放出輻射而貓活的態(tài)的疊加。輻射原子不會(huì)為了滿足觀察者的主觀愿望而決定是否放出輻射粒子，更不是觀察的觀看行為導(dǎo)致貓態(tài)的變化。問題的關(guān)鍵在于，輻射原子是否會(huì)發(fā)出輻射，量子力學(xué)并不作回答。對(duì)于輻射原子來說，是否放出輻射是隨機(jī)的，我們只知道它的半衰期，只能依據(jù)概率來理解，無法獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)來對(duì)真實(shí)發(fā)生的情況下判斷，或者說，理論描述本身不對(duì)真實(shí)發(fā)生的情況作出確定性的判斷。
在當(dāng)代物理學(xué)家看來，理論物理學(xué)一直在不斷地、無法阻擋地朝著抽象化的方向發(fā)展。從經(jīng)典力學(xué)到非相對(duì)論量子力學(xué)，從非相對(duì)論量子力學(xué)到量子場論(含有二次量子化和重整化)，從麥克斯韋理論到規(guī)范場，從規(guī)范不變性到纖維叢理論等，都是向著抽象程度越來越高的方向發(fā)展的例子。物理學(xué)家一直在借助于抽象的數(shù)學(xué)來理解世界，而且這種依賴程度越來越深入。⑦由這種抽象的數(shù)學(xué)理論描繪出來的“量子實(shí)在”，就其存在形式而言，既不同于自在實(shí)在，也不同于對(duì)象性實(shí)在，而是被建構(gòu)出來的，就其內(nèi)容而言，卻并非是憑空想象的，而是程度不同地受到了來自不可感知的“自在實(shí)在”信息的約束，并且，這些信息無法被從對(duì)象性實(shí)在的整體信息中剝離出來，只能是一種整合性的存在。然而，正是這種約束才使得從數(shù)學(xué)公式得到的推理結(jié)果，具有了可證實(shí)的經(jīng)驗(yàn)價(jià)值和可應(yīng)用的技術(shù)價(jià)值。當(dāng)前，用來進(jìn)一步理解電子、光子、夸克等微觀粒子存在性的弦理論的研究，正在引起了數(shù)學(xué)家的重視。這些數(shù)學(xué)家正在致力于通過研究復(fù)幾何和辛幾何之間的鏡像現(xiàn)象來驗(yàn)證弦理論的預(yù)言。如果說量子力學(xué)的情況只是揭示出物理學(xué)家在運(yùn)用經(jīng)典的圖像思維來理解問題時(shí)所出現(xiàn)的悖論的話，那么弦理論的發(fā)展則只能依靠抽象的數(shù)學(xué)思維加以理解。
這就提出一個(gè)更加尖銳的問題，當(dāng)物理學(xué)家越來越用抽象的數(shù)學(xué)思維替代經(jīng)典的圖像思維時(shí)，我們應(yīng)該如何理解只能依靠抽象的數(shù)學(xué)思維才能理解的量子理論的實(shí)在性呢？對(duì)于無法進(jìn)行圖像思維的這類量子理論，應(yīng)該被刻畫為是形而上學(xué)而不是物理學(xué)嗎？或者說，像有些人所認(rèn)為的那樣，把與實(shí)驗(yàn)無關(guān)或關(guān)系不密切的量子理論的數(shù)學(xué)化的發(fā)展趨勢，比如弦論、超對(duì)稱等，說成是“童話般的物理學(xué)”嗎？⑧或者說當(dāng)物理學(xué)家采納了遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)和可證實(shí)性的數(shù)學(xué)思維方式時(shí)，意味著理論物理學(xué)告別了對(duì)實(shí)在的揭示，背叛了對(duì)科學(xué)真理的追求，失去了成為科學(xué)的資格嗎？這就進(jìn)一步涉及如何理解科學(xué)理論的根本性問題。
四、量子理論是在談?wù)撌澜缍皇窃诿枋鍪澜?/p>
在量子領(lǐng)域內(nèi)，物理學(xué)家把微觀粒子(即自在實(shí)在)看成是存在于我們?nèi)祟愓J(rèn)為是抽象的數(shù)學(xué)空間中。這種存在相當(dāng)于康德的“物自體”，只是作為感知世界的基礎(chǔ)而存在，而不是作為理論描述的直接對(duì)象而存在?？档抡J(rèn)為，“自在的事物本身雖然就其自己來說是實(shí)在的，但對(duì)我們卻處于不可知的狀態(tài)”⑨。不過，我們即使承認(rèn)這一點(diǎn)，也用不著擔(dān)心走向反實(shí)在論，而是提出了另一種形式的更加寬容的實(shí)在論。正如量子物理學(xué)家玻恩認(rèn)為的那樣，在科學(xué)研究中，“實(shí)在”概念是無法放棄的。哲學(xué)家之所以輕易放棄“實(shí)在”概念，是混淆了“實(shí)在”概念的用法，把“實(shí)在”概念理解為是需要提供關(guān)于研究對(duì)象的一切細(xì)節(jié)，也就是說，我們只有知道微觀粒子的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)情況和一切屬性，才能認(rèn)為它們不是抽象的虛構(gòu)，而是真實(shí)的存在。這是一種誤解。⑩
在玻恩看來，科學(xué)哲學(xué)家否認(rèn)微觀粒子的實(shí)在性依據(jù)的是邏輯推理，而邏輯推理的一致性只能是一個(gè)否定標(biāo)準(zhǔn)，而不是一個(gè)肯定標(biāo)準(zhǔn)。任何一個(gè)科學(xué)理論，如果沒有邏輯的一致性，一定是無法被接受的，但反之則不然，沒有一個(gè)科學(xué)理論只是因?yàn)檫壿嫼侠矶唤邮??？茖W(xué)哲學(xué)家否定電子、光子等微觀粒子的存在性的根源在于把“真實(shí)的”這個(gè)概念解釋為“知道所有的細(xì)節(jié)”。這與“實(shí)在”概念的日常用法不相符。簡單地否定微觀粒子的實(shí)在性的觀點(diǎn)是相當(dāng)表面的，沒有觸及物理學(xué)遇到的和迫使我們修改的基本概念的實(shí)際困難。(11)
我們之所以不能知道微觀粒子的全部屬性，是因?yàn)樽鳛椤皩?duì)象性實(shí)在”的東西，不再像經(jīng)典科學(xué)的“對(duì)象性實(shí)在”那樣，是從“自在實(shí)在”的資源庫中直接提取出來的，而是抽象的多維空間中的存在物在四維空間中的投影，是微觀粒子與測量儀器共生的結(jié)果。這種結(jié)果既包括有微觀粒子(自在實(shí)在)的信息，也包括投影過程中或測量過程中生成的信息。因此，在量子領(lǐng)域內(nèi)，“自在實(shí)在”和“對(duì)象性實(shí)在”是既有關(guān)聯(lián)又有所區(qū)別的兩個(gè)不同層次的實(shí)在。前者是被制備出來的自在實(shí)在，屬于本體論意義上的實(shí)在，后者是在測量過程結(jié)束之后呈現(xiàn)出的結(jié)果，屬于方法論意義上的實(shí)在。因此，使用的測量方式的不同，呈現(xiàn)出的對(duì)象性實(shí)在也會(huì)不同。
由量子理論描述的量子實(shí)在(即量子的理論實(shí)在)是對(duì)“對(duì)象性實(shí)在”的描述，或者說，是在描述當(dāng)一個(gè)宏觀測量儀器干擾了微觀粒子時(shí)所發(fā)生的情況，而不是對(duì)作為“自在實(shí)在”的微觀粒子本身的直接描述。玻爾正是在這種意義上認(rèn)為，物理學(xué)只能提供關(guān)于自然界我們能夠說些什么，根本不可能判斷自然界到底是怎樣的。人們通常根據(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)在論觀點(diǎn)，把玻爾的上述觀點(diǎn)說成是實(shí)證主義的觀點(diǎn)。但是，如果我們承認(rèn)量子理論是描述“對(duì)象性實(shí)在”而不是“自在實(shí)在”，或者說，是通過描述對(duì)象性實(shí)在間接地談?wù)撟栽趯?shí)在，而不是在直接描述自在實(shí)在，那么，就會(huì)認(rèn)為，玻爾是提供了另一種形式的實(shí)在論：一種有能力承認(rèn)理論是對(duì)世界的整體的建構(gòu)性模擬，因而是可錯(cuò)的、可修正的，這是一種有條件的更靈活的實(shí)在論，筆者稱為“域境實(shí)在論”(contextual realism)。①
這種承認(rèn)理論是在談?wù)撌澜缍皇敲枋鍪澜绲膶?shí)在論，把在經(jīng)典物理學(xué)中無意識(shí)地忽視的方法論問題和本體論化了的認(rèn)識(shí)論問題重新突出出來，歸置到各自應(yīng)有的位置，使本體論意義上的“自在實(shí)在”、方法論意義上的“對(duì)象性實(shí)在”，以及認(rèn)識(shí)論意義上的“理論實(shí)在”既相互區(qū)別又彼此聯(lián)系起來。這三者之間的相互依存關(guān)系，并沒有放棄長期以來形成的“存在著獨(dú)立實(shí)在”的直覺和“科學(xué)能使我們認(rèn)識(shí)實(shí)在”的直覺。
余論：關(guān)注理論的可理解性問題
愛因斯坦曾早在1936年發(fā)表的“物理學(xué)與實(shí)在”一文中指出，通常有理由認(rèn)為，科學(xué)家是拙劣的哲學(xué)家，但對(duì)于物理學(xué)家來說，任憑哲學(xué)家進(jìn)行哲學(xué)探討的觀點(diǎn)，應(yīng)該并不總是正確的。當(dāng)物理學(xué)家相信，他們的基本概念和基本定律的體系是確定無疑的時(shí)，這種觀點(diǎn)是正確的；但是，當(dāng)物理學(xué)的基礎(chǔ)變得成問題時(shí)，這種觀點(diǎn)就不正確了。當(dāng)經(jīng)驗(yàn)迫使物理學(xué)家尋找得到確認(rèn)的新基礎(chǔ)時(shí)，他們就決不能聽任哲學(xué)家對(duì)理論基礎(chǔ)的批判性思考，因?yàn)橹挥形锢韺W(xué)家才最知道哪里有困難。物理學(xué)家在尋找新的基礎(chǔ)時(shí)，必定會(huì)努力使自己搞清楚，他所用的概念在多大程度上是合理的，在多大程度上是必要的。②愛因斯坦這里所說的尋找新基礎(chǔ)正是針對(duì)量子力學(xué)而言的。也就是說，哲學(xué)家尋找對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)的理解，要從該理論預(yù)設(shè)的前提假設(shè)中，從物理學(xué)家的理解及其他們之間展開的爭論中來進(jìn)行，然后，基于理論蘊(yùn)含的前提假設(shè)，重塑新的科學(xué)理論觀，而不是相反。
這就呈現(xiàn)出兩種不同層次的理解。在傳統(tǒng)的科學(xué)觀中，人們重視科學(xué)，是因?yàn)榭茖W(xué)理論提供了關(guān)于世界的理解，理解和說明現(xiàn)象是傳統(tǒng)科學(xué)認(rèn)識(shí)的核心目標(biāo)。在經(jīng)典科學(xué)理論中，理論是對(duì)現(xiàn)象的理解與說明，而科學(xué)家不需要對(duì)理論本身作出進(jìn)一步的理解與闡釋，因?yàn)檫@些理論本身是可以圖像化的，它們所使用的概念也與日常概念相連續(xù)。在量子理論中，情況則完全不同，像量子糾纏之類的概念，不僅與日常概念相差甚遠(yuǎn)，而且根本無法被形象化，這就進(jìn)一步帶來了對(duì)理論的可理解性問題。如果說，科學(xué)家運(yùn)用理論來理解現(xiàn)象屬于一階理解的話，那么，科學(xué)家對(duì)理論基礎(chǔ)的理解則屬于二階理解。
理解現(xiàn)象是科學(xué)說明的目標(biāo)與結(jié)果，是指科學(xué)家要么把新的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)納入現(xiàn)有的理論知識(shí)中，要么為解答新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來提出新的理論體系，就像物理學(xué)家提出量子力學(xué)來理解經(jīng)典物理學(xué)理論無法說明的黑體輻射等現(xiàn)象那樣。而理解理論則有所不同，理論的可理解性，并不是理論本身的內(nèi)在屬性，而是一種外在的關(guān)系屬性，因?yàn)檫@不僅依賴于理論的特質(zhì)，而且還依賴于從事理論工作的科學(xué)家的認(rèn)知技能，特別是，他們?cè)陂L期的科研實(shí)踐中親自獲得的關(guān)于第一手知識(shí)的那種直覺與洞見，比如，普朗克提出“作用量子”概念時(shí)具有的那種連自己都無法相信的直覺與洞見。理論的可理解性是與理論的應(yīng)用與傳播相關(guān)的所有價(jià)值的總匯，既隨時(shí)間而變，也與理論的直觀性或圖像化程度成正比。量子理論中的許多概念，由于失去了直觀性，因而相應(yīng)地失去了傳統(tǒng)的可理解性的條件，需要借助數(shù)學(xué)思維來進(jìn)行。但是，借助數(shù)學(xué)思維進(jìn)行的理解，并不等于放棄了理論的實(shí)在性，只是改變了我們對(duì)理論實(shí)在性的理解方式。
廣而言之，物理學(xué)是質(zhì)疑哲學(xué)假設(shè)的沃土。物理學(xué)對(duì)哲學(xué)的意義，不僅是增加了我們關(guān)于世界的經(jīng)驗(yàn)，而且還能檢驗(yàn)運(yùn)用基本概念的范圍和基礎(chǔ)。開始于哥白尼的經(jīng)典物理學(xué)和開始于普朗克的量子理論，都有力地證明了這一點(diǎn)。反過來，物理學(xué)家關(guān)于物理學(xué)基本問題的哲學(xué)爭論，也有助于深化我們對(duì)科學(xué)本性的理解。物理學(xué)與哲學(xué)之間具有相互促進(jìn)和相互檢驗(yàn)的關(guān)系。數(shù)學(xué)和物理學(xué)的知識(shí)越深入，越能夠提出新的哲學(xué)概念?？茖W(xué)哲學(xué)家需要深入到數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家的研究實(shí)踐中，深入到被證明是有效而正確的物理學(xué)理論的基本假設(shè)中，揭示所蘊(yùn)含的哲學(xué)宣言?？傊孔永碚摰陌l(fā)展改變了我們的語言觀、物質(zhì)觀、世界觀、實(shí)在觀、理論觀。如何基于量子理論所蘊(yùn)含的這些哲學(xué)宣言，來重建科學(xué)哲學(xué)的基本框架，不只是擺在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)家面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)，而且還會(huì)把科學(xué)哲學(xué)研究的視域從關(guān)注理論的面向，轉(zhuǎn)向關(guān)注科學(xué)家的認(rèn)知技能和實(shí)踐的面向。
注釋：
①Alisa Bokulich and Gregg Jaeger,eds.,Philosophy of Quantum Information and Entanglement,Cambridge:Cambridge University Press,2010.
②參見Arthur Edward Ruark and Harold Clayton Urey,Atoms,Molecules and Quanta,New York and London:McGraw-Hill Book Company,Inc.,1930,p.12.關(guān)于作用量子的解釋與這里引用這個(gè)文獻(xiàn)，是當(dāng)時(shí)歐洲國家最通用的量子力學(xué)教材。
③參見M.普朗克：《科學(xué)自傳》，林書閔譯，北京：龍門聯(lián)合書局，1955年，第22頁。
④Alisa Bokulich and Gregg Jaeger,eds.,Philosophy of Quantum Information and Entanglement,p.xvii.
⑤W.Heisenberg,Physics and philosophy,New York:Harper & Row Publishers,Inc.,1958,p.54.
⑥Paul Buckley and F.David Peat,A Question of Physics:Conversations in Physics and Biology,Toronto:University of Toronto Press,1979,pp.3-16.
⑦成素梅：《如何理解微觀粒子的實(shí)在性問題：訪斯坦福大學(xué)的趙午教授》，《哲學(xué)動(dòng)態(tài)》2009年第2期。
⑧Hegle Kragh,Farewell to Reality:How Modern Physics Has Betrayed the Search for Scientific Truth,American Journal of Physics,vol.83,no.4 (April 2015),p.382.
⑨康德：《純粹理性批判》，鄧曉芒譯，北京：人民出版社，2004年，第17頁。
⑩Max Born,Physical Reality, The Philosophical Quarterly,vol.3,no.11,1953,pp.139-149.
(11)Max Born,Physical Reality.
(12)在這里，筆者之所以把contextual realism譯為“域境實(shí)在論”，而放棄早期文章中“語境實(shí)在論”的譯法，是因?yàn)檫@種實(shí)在論所強(qiáng)調(diào)是整體性的領(lǐng)域環(huán)境，而不只是語言環(huán)境，包括對(duì)象、儀器、觀察者、操作規(guī)則、環(huán)境設(shè)置等各個(gè)方面。
(13)Albert Einstein,Physics and Reality, trans.Jean Piccard,Journal of FrankinInstitute,vol.221,no.3 (March 1936),p.349.
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