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量子力学的基本理论观点(合集7篇)

时间:2023-12-06 10:17:47
量子力学的基本理论观点

量子力学的基本理论观点第1篇

关键词:物理本体;物理实体;量子现象;主观;客观

基金项目:国家社会科学基金项目“量子概率的哲学研究”(16BZX022)

中图分类号:N03 文献标识码:A 文章编号:1003-854X(2017)06-0054-06

一、引言

时间和空间是人类所有经验的背景。除去存在的事物,时间、空间什么也不是,不存在只有一件事物的时间、空间,时空是事物之间相互关系的一个方面。

人类通过感性经验认知的时空,称作经验时空;以科学原理和科学方法指导认知的时空是科学时空;牛顿时空、狭义相对论时空、广义相对论时空、量子力学时空,是经验时空的科学提升和科学发展,称作物理时空①。物理时空是科学时空。描述现象实体的时空是现象时空,经验时空、物理时空、科学时空均是现象时空。而未经观察的“自在实体(物理本体)”所在时空,称为“本体时空”。“本体时空”是复数的②,因此,人类实质生活在复数时空中 。作为自然人,观察者存在于“本体时空”,实时空是人类对时空认识的简化③。

主体、客体、观察信号是人类认知自然的三大基本要素④。一般“现象对观察者的主观依赖性”有其客观原因,体现观察信号的自然属性对观察者在认知中的影响。当把现象对观察者的主观依赖性转化为时空的属性后,就可以达到客观描述物质世界⑤。所谓客观描述就是理论计算与经验及科学实验结果相符。

考虑观察信号的客观作用并纳入时空理论的科学建构之中,客观描述物理现象,是物理学家的重要工作。一般,哲学认知中没有明晰“观察信号中介作用”的客观地位,不管“机械反映论”,还是“能动反映论”,都自动将其融入“反映论”理论体系,尤其是前者,往往容易导致主观唯心主义的滋生。

狭义相对论用光对时,考虑了光对建立时空的贡献;牛顿时空是对时信号速度c趋于无穷大的极限情态;考虑引力场对建立时空的影响,引力时空是弯曲的,狭义相对论的平直时空是它的局域特例。从牛顿力学到狭义相对论再到广义相对论,时空发生了变化,但主体与描述对象的关系没有变,主体对客体的描述是客观的。那么是否主体对认知对象完全没有主观影响?如果有,它如何产生,又如何消解,实现客观描述物质世界?经典力学中,人类的处理方法是通过揭示“现象对观察者的主观依赖性”及其产生机理,在不同认知领域区分描述中可以忽略的和不可忽略的,能忽略的舍弃,不能忽略的转化成时空的属性,实现客观描述;而从牛顿力学(或相对论力学)到量子力学,时空没有变化,描述对象具有波粒二象性,“量子现象的主观依赖性”更为突出。如何消解“量子现象对观察者的主观依赖性”,实现量子现象的客观描述,一直是量子力学基础讨论的热点。量子力学必须有自己的客观描述量子现象的时空⑥。

量子力学时空是闵氏时空的复数拓展和推广⑦,由此可以实现客观描述量子世界。它与相对论时空有交集,也有异域。有因必有果,反之亦然,时间与因果关系等价⑧。量子力学中的非定域性,与能量、动量量子化及量子态的突变性相关联。突变无须时间,导致因果链断裂,与因果关联的相互作用也被删除,由此引进了类空间隔。平行并存量子态的出现,是不遵从因果律的量子力学新表现;当能量、动量和相互作用变得连续,宏观时序得到恢复时,回到相对论时空,量子测量中“量子态和时空的坍缩”⑨ 是不同物理时空的转换,希尔伯特空间只是它们的共同数学应用空间⑩。

时空不是绝对的,相对时空有更广阔的含义,人类需要扩大对时空概念的认知,不同的认知层次有不同的时空对应,复数时空更为本质。人们不应该将所有领域的物理实体归于某一时空描述,或者用一种时空的性质去否定另一种时空的存在。还是爱因斯坦说得好:是理论告诉我们能够观察到什么。当然,新的实验事实又将告诉人们,理论及其对应的时空应该如何修改和发展。理论不同时空不同,时空具有建构特征。

二、时空的哲学认知与物理学描述

时空是哲学的基本概念,也是物理学的基本概念。马克思主义哲学认为,时间和空间是物质的存在形式,既不存在没有时空的物质,也不存在没有物质的时空。笛卡尔指出,空间是事物的广延性,时间是事物的持续性;康德认为,时空是感性材料的先天直观形式;牛顿提出时间和空间是彼此分离,绝对不变的,强调数学的时间自我均匀流逝;莱布尼茨说,空间是现象的共存序列,时间与运动相联系;黑格尔认为,事物运动的本质是空间和时间的直接统一。休谟认为,时、空上的接近和先后关系与因果性直接相关。中国的“宇”和“宙”就是空间和时间概念,它是把三维空间和一维时间概念同宇宙密切联系在一起的最早应用{11}。

哲学具有启示作用,但时空概念如果不与人的社会实践、科学实验、科学理论及其数学物理方法相联系,就只能停留在形而上,无法上升为科学理论概念。

物理学中,空间从测量和描述物体及其运动的位置、形状、方向中抽象出来;时间则从描述物体运动的持续性、周期性,以及事件发生的顺序、因果性中抽象出来;空间和时间的性质,主要从物体运动及其相互作用的各种关系和度量中表现出来。描述物体的运动,先选定参照物,并在参照物上建立一个坐标系,一般参照物被抽象成点,它就是坐标系的原点;假定被描述物体的形体结构对讨论的问题(或对参照物的时空)没有影响,将物体抽象成质点,讨论质点在坐标系中的运动及其相关规律,这就是物理学。由此,“时空是物质的存在形式”的哲学认知也就转化为人类可操作的具体物理理论描述。

可见,时空的认知与人类的社会实践、科学实验、科学进步直接相关,离不开物理和数学方法的应用。笛卡尔平直空间、闵可夫斯基空间、黎曼空间都已作为物理学所依托的几何学,在牛顿力学、狭义相对论、广义相对论中得到了充分应用。由此,几何学被赋予了物理意义。从牛顿力学到狭义相对论再到广义相对论,时空发生了变化,但描述对象与观察者之间的关系没有变,描述是客观的,并且描述对象都可抽象成经典的粒子,采用质点模型。量子力学不同,从牛顿力学(相对论力学)到量子力学,描述量子现象的时空没有变化{12},物理模型没有变,但量子现象对观察者有明显的主观依赖性,难以客观描述微观量子现象。深入分析,解决的办法有两种,一是更换物理模型的同时也改变物理时空,消除“量子现象对观察者的主观依赖性”,实现客观描述微观量子客体;二是改变时空的同时,保留“量子现象对观察者的主观依赖性”,将本体、认识、时空融为一体,主观纳入客观,模糊主客关系。双4维时空量子力学基础采用了第一种方法。通过场物质球模型,把点模型隐藏的空间自由度释放出来;在改变物理模型的同时,也改变了描述时空;将不是点的微观客体自身的空间分布特性,转化为描述空间的属性,客观描述量子客体。我们认为,第二种方法将主观认识不加区分地“融入时空”,有损客观性、科W性,量子力学时空必须是描述客观世界的时空。物理时空需要建构。

三、牛顿绝对时空中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”

众所周知,物理学对物体运动状态的描述,理应包含参照物和被描述物体自身的时空特征,而参照物和物体自身的时空特征,必须通过观察发现。观察需要观测信号,物体运动状态及其时空特征必然带有观测信号的烙印{13}。

“物理本体”不可直接观察,我们观察到的是“物理实体”{14}。参照物与研究对象都有自己对应的物理时空,牛顿力学时空应该是两者的综合,而不应该只是参照物的时空。但是,牛顿力学中光速无穷大,在讨论物体运动时,又假设研究对象的时空结构对讨论的问题没有影响,忽略不计,于是,研究对象抽象成了质点,整个理论体系就只有与参照物联系的时空了。

任何具体物体都不会是质点。当用信号去观察它时,物体自身的时空特征与物体的运动状态与观察信号的性质、强弱和传播速度相关。质点模型忽略物体自身的几何形象及其变化,忽略运动及观察信号对物体自身时空特征的影响,参照物也不例外。在从参照物到坐标系的抽象中,抽掉运动及观察信号对参照物时空特性的影响,就是抽掉物体运动及观察信号对坐标系时空特性的影响,就是抽掉人的参与对时空认知的影响{15}。牛顿力学时空与物体运动及观察者无关,绝对不变,基于绝对不动的以太之上。所以,牛顿可以把时间和空间从物质运动中分离出来,时间和空间也彼此分割,空间绝对不变,数学的、永远流逝的时间绝对不变{16}。哲学的时空演变成了可操作的物理时空。这是宏观低速运动对时空的简化与抽象,理论与宏观经验及计算相符。

相互作用实在论认为,现实世界是人参与的世界,对一个研究对象的观察,离不开主体、客体、观察信号三个基本要素。参照物和观察对象的运动和变化及其时空属性,与观察信号的性质相关。牛顿力学中,不是没有现象对观察主体的依赖性,而是在理论的建立中认为影响很小,可以忽略不计。牛顿力学是“物理本体=物理实体”的力学{17}。这与宏观经验和科学实验相符,在宏观低速运动层次实现了主客二分,理论被看作是对客观实在的描述。牛顿力学中,物质告诉时空如何搭建描述背景,时空告诉物质如何在背景中运动。二者构成背景相关。

牛顿时空是均匀平直时空,相对匀速运动坐标系间的变换是伽利略变换。物理定律在伽利略换下具有协变性,相对性原理成立。

四、狭义相对论中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”

狭义相对论建立之前,洛伦兹就认为高速运动中物体长度在运动方向发生收缩{18}。这是他站在牛顿时空立场,承认以太及绝对坐标系的存在对洛伦兹变换所作的解释。描述时空没有变,“现象对观察者出现了主观依赖性”。自然现象失去了客观性,这是一次认识危机,属19世纪末20世纪初两朵乌云之一。

狭义相对论不同,它考虑宏观高速运动中观察信号对物体时空特征的影响。爱因斯坦在“火车对时”实验中,他用“光”作为观察、记录、认知物体时空特征的信号{19};通过参照物到坐标系的抽象,论证静、动坐标系K与K′“同时性”不同,静、动坐标系运动方向时空测量单位发生了变化;将洛伦兹所称“运动物体自身运动方向上的长度收缩”演变成坐标系时空框架的属性,还原质点模型,建立相对论力学。实现了观察者对观察对象的客观描述。

狭义相对论中质点的动量、能量、位置和时间都有确定值,质点的运动具有确定的轨迹,这一点与牛顿力学相同。

狭义相对论时空的另一重要物理意义是揭示了“物理本体”的客观实在性。

牛顿力学缺少相对论不可直接观察的静能(m0c2,m0c)对应物,物理本体=物理实体,哲学上的抽象时空直接过渡到牛顿物理时空。

狭义相对论不一样,每一个物体都有一个不可直接观察的静能(m0c2,m0c)对应物,它在任何静止参考系中都是不变量,是物理实体背后的物理本体,物理本体不变,变的是mc2、mc对应的物理实体。“物理本体”既不是形而上的(物自体),也不是形而下的(物体),是形而中的(静能对应物)。它可以认知、可以理论建构,但又不可直接观察。相对于牛顿,爱因斯坦相对论揭示了“物理本体”的真实存在性。“客观物质世界”不是思维的产物。

狭义相对论中,物质告诉时空在运动方向如何修正测量单位,时空告诉物质如何长度收缩、时间减缓。时空具有相对性。

狭义相对论时空虽然也是均匀平直时空,但由于有上述“相对时空”的出现,时空度规与欧氏时空度规有明显区别,所以称为赝欧氏时空。

但狭义相对论仍然是只考虑光及光速的有限性对建立时空的影响,没有考虑引力作用对建立时空的影响。如果考虑引力对时空的影响又如何呢?

五、广义相对论中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”

广义相对论中有水星近日点进动问题和光走曲线的讨论。站在牛顿平直时空的立场,观察结果与理论计算不符。这不是仪器的精度不够,也不是操作失误,而是理论本身的问题。因为,牛顿力学也好,狭义相对论也好,讨论引力问题,引力场对参照物和研究对象时空属性的影响都没有计入其中,而留在观察者对“现象”的观察、判断之中,出现宇观大尺度“现象对观察者的主观依赖性”。如果考虑引力场使时空发生弯曲,利用弯曲时空计算水星近日点进动和光走曲线现象,“现象对观察者的主观依赖性”就变成时空的属性。“现象对观察者的主观依赖性”就得到了“消解”,观察现象与理论结果就取得了一致。这里,物质使时空弯曲,时空告诉物质如何在弯曲时空中运动。广义相对论实现了观察者对观察对象的客观描述。

广义相对论时空是弯曲的,时空度规是变化的。

六、量子力学中“现象对观察者的主观依赖性”及其“消解”

微观客体具有波粒二象性,同一个电子,通过双缝表现为波,而打在屏幕上又表现为粒子,电子集波和粒子于一身,“量子现象对观察者的主观依赖性”更为突出。经典力学中波动性和粒子性不能集物体于一身,量子力学与经典力学表现出深刻的矛盾。矛盾的产生,可能是描述微观现象的时空出了问题。量子力学的研究领域是微观世界,研究对象是微观客体,不是经典的粒子,用以观察的信号也不是连续的光,而是量子化了的光,通过光信号建立的时空应该与牛顿、相对论时空有所区别。而量子力学使用的还是牛顿时空、狭义相对论时空,时空没有变,物理模型没有变,而研究领域、观察信号和研究“对象”变了。量子力学必须有自己对应的时空,将“量子现象对观察者的主观依赖性”,转化为描述时空的属性,实现客观描述量子现象! 双4维时空量子力学就是为实现这一目标应运而生的。

现有量子力学“量子现象对观察者的主观依赖性”之所以难以消解,与量子力学中的点模型相关。许多量子现象与点模型隐藏的空间自由度有直接联系,但点模型忽略了这些自由度对产生微观量子现象的作用和影响。我们必须将隐藏的空g自由度还原于时空,才可能正确地认识、客观描述量子现象。

可以公认,微观客体不是点{20},是一个有形客体,有一定的空间分布,不存在确定于某点的空间位置,这是客观事实。理论上,牛顿时空几何点位置是确定的,量子力学使用的是质点模型,0 维,位置也是确定的,牛顿时空可以精确描述质点的运动。那么微观客体空间分布的不确定性如何处理?人们只好转而认为点粒子在其“空间分布”区域位置具有概率属性。微观客体自身空间分布的客观实在性在量子世界转化成了一种主观认知,赋予了微观客体“内禀”的概率属性,其运动产生概率分布,或称其为概率波。

这是一个认识上的困惑,似乎量子力学描述失去了客观实在性。这也是量子力学当今的困境。解决困难的方法是:(一)更换点模型,释放点模型隐藏的自由度,展示“这些自由度对产生微观现象的贡献”;(二)建立适合量子力学自身的时空,将释放的自由度植入其中,让“量子现象对观察者的主观依赖性”变成量子力学时空自身的属性。

双4维时空量子力学的办法是:(一)用“转动场物质球”模型取代“质点”模型,释放点模型隐藏的空间自由度;(二)将4维实时空M4(x)拓展到双4维复时空W(x,k),且将“释放的空间自由度――曲率k”作为双4维复时空的虚部坐标;(三)4维曲率坐标将量子力学赋予微观客体自身的概率属性变成量子力学复时空的几何属性,场物质球自身的旋转与运动产生物质波――物理波。

“场物质球”与“物质波”(类似对偶性假设)既是同一物理实在的两种不同描述方式,更是微观客体粒子性和波动性的统一,曲率的大小表示粒子性,曲率的变化表示波动性。场物质球的物质密度是曲率k的函数,因此,物质波既是场物质球的结构波又是场物质密度波。物质波不是传播能量,而是传播场物质球的结构或物质密度变化,可映射成实时空M4(x)的概率分布{21},与实验结果相一致。

这样,点模型中“量子现象对观察者的主观依赖性”通过“释放的自由度”转变为时空W(x,k)的属性,物质波传播其中,量子现象是物质波所为。

研究表明,是量子测量引入的连续作用,使双4维时空W(x,k)全域转换到实时空M4(x),波动形态转变成粒子形态(“相变”),球模型转换成点模型,概率属性内在其中,物质波自动映射成概率波,数学处理类似表象变换{22}。

简言之,传统量子力学,微观客体简化成质点,描述时空不变,人的主观意识介入其中,将其空间分布特性――位置不确定性,变成点粒子的概率属性,实现描述对象从客观到主观认知的转变,具有位置不确定性的点粒子,其运动产生概率波;双4维时空量子力学,微观客体简化成场物质球,“空间分布具体化为几何曲率”,空间分布特性变成曲率坐标,仍然是从客观到客观,描述时空变成了复时空,曲率坐标在其虚部,场物质球的运动产生物质波――物理波。通过量子测量,物质波映射成概率波,球模型演变成点模型,显示概率属性,时空内在自动转换,量子现象对观察者的主观依赖性消解在建构的时空理论中。具体论证方法是:

将静态场物质球写成自旋波动形式:Ψ0=е■,描述在复空间。ω0是常数,它的变化只与自身坐标系时间t0相关,全空间分布(物理本体所在空间)。设建在“静态”场物质球上的坐标系为K0,观察微观客体从静止开始作蛩僭硕,由洛伦兹变换:

微观客体的运动速度不同,平面波相位不同。复相空间kμxμ即为物质波所在时空。物质波是物理波。

自由微观客体的速度就是建在其上惯性坐标系的速度,惯性系间的坐标变换,隐藏速度突变――“超光速”概念,因为,连续变化会引进引力场破坏线性空间。不同惯性系中平面波之间,相位不同,类似量子力学中的不同本征态。这是相对论中的情形{24}。

但是,量子力学建立其理论体系时,把上述不同惯性系中的平面波(不同本征态,每一本征态则对应一惯性系),通过本征态突变跃迁假设(量子分割),切断因果联系,形成同一时空中“同时”并存的本征态的叠加。态的跃迁不需要时间,“超光速”(非定域),将类空间隔引入量子力学时空,破坏了原有的因果关系。叠加量子态的存在,是“违背”因果律在量子力学中的新表现。

量子力学时空显然不是牛顿、狭义相对论时空,但量子力学却误认为量子跃迁引起的时空性质的变化是牛顿、狭义相对论时空中的特征,这当然会带来不可调和的认知矛盾。

同一微观客体,不同本征态“同时”并存的物理状态,从整体看,是洛伦兹协变性在量子力学中的新表现。突变区“超光速”,是类空空间,“不遵从”因果律;释放光子的运动在类光空间;而本征态自身在类时空间,微观客体运动速度不能超过光速,需保持因果律,物质波讨论的就是这一部分,就像相对论讨论类时空间物理一样。量子纠缠态将涉及到上述三种不同性质物理空间量子态的转换,有完全合理的物理机制,不需要思维的特殊作用。不过,相对论长度收缩效应,将以物质波波长在运动方向上的收缩来体现。有了双4维时空量子力学,量子力学与相对论就是相容的,光锥图分析一样适用。

相对论与量子力学的不同,关键在于认知层次发生了变化,光由连续场演变成了量子场。而我们用来观察世界的光信号直接与时空相关,光的物理性质的变化,必然带来物理空间性质的变化,带来物理模型的变化,带来量子力学时空W(x,k)与相对论时空M4(x)之间的区别,带来对物质波――物理波的全新认知。我们预言,物质波有通讯应用价值{25},但与量子力学非定域性无关。

《双4维复时空量子力学基础――量子概率的时空起源》的理论实践表明,我们的工作是可取的{26}。结论是,量子力学中,物质告诉时空如何具有概率属性,时空告诉物质如何作概率运动。量子现象对观察者的主观依赖性消解在对应的时空理论之中,实现了观察者对量子现象的客观描述。

双4维时空是描述量子现象的物理时空,时空度规,无论实数部分,还是虚数部分,都是平直的{27}。

近年来,由于量子通讯技术的飞速发展,量子纠缠的物理基础引起了人们的特别关注,波函数的物理本质,量子力学的非定域性讨论十分热烈。“量子现象对观察者的主观依赖性”更是讨论的核心。人们甚至被量子现象的奇异性迷惑了,特别是,有科学家甚至认为:“客观世界很有可能并不存在”。世界是人臆造出来的?科学实在论者当然不能赞成!更加深入的探讨,我们将另文讨论。

按照曹天予的评论,《双4维复时空量子力学基础――量子概率的时空起源》值得关注{28}。双4维复时空与弦论、圈论比较,最大优点是将时空拓展、推广到了复数空间,数学没有那么复杂,而物理学基础却更加坚实、清晰。

七、结论与讨论

1.“现象对观察者的主观依赖性”普遍存在于人与自然的关系之中,融入时空的只能是物理实体对时空有影响的部分,时空具有建构特征。

2. 物质运动与时空的关系:牛顿力学中,物质告诉时空如何搭建运动背景,时空告诉物质如何在背景上运动;狭义相对论中,物质告诉时空如何修正测量单位,时空告诉物质如何在运动方向长度收缩、时间减缓;广义相对论中,物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何在弯曲时空中运动;量子力学中,物质告诉时空如何具有概率属性,时空告诉物质如何作概率运动。

3. 量子力学时空是平直的,其方程是线性的,而广义相对论时空是弯曲的,其方程是非线性的{29}。量子力学与广义相对论的统一,不能机械地凑合,它们的统一,必须从改变时空的性质做起,建立相应的运动方程,并搭起非线性空间与线性空间的相互联络通道。

注释:

① 赵国求:《双4维时空量子力学基础》,湖北科学技术出版社2016年版,第5页;Cao Tian Yu, From Current Algebra to Quantum Chromodynamics: A Case for Structural Realism, Cambridge: Cambridge University Press, 2010, pp.202-241.

② Rocher Edouard, Noumenon: Elementaryentity of a Newmechanics, J. Math. Phys., 1972, 13(12), pp.1919-1925.

③④⑥⑦⑩{13}{15}{17}{21}{22}{24}{25}{27} w国求:《双4维时空量子力学基础》,湖北科学技术出版社2016年版,第5、105、9、147、179、94、133―136、106、151、151、159、152、149页。

⑤ 主观与客观:“客观”,观察者外在于被观察事物;“主观”,观察者参与到被观察事物当中。 辩证唯物主义认为主观和客观是对立的统一,客观不依赖于主观而独立存在,主观能动地反映客观。

⑧ L・斯莫林:《通向量子引力的三条途径》,李新洲等译,上海科学技术出版社2003年版,第29―33页。

⑨ 张永德:《量子菜根谭》,清华大学出版社2012年版,第29页;赵国求:《双4维时空量子力学基础》,湖北科学技术出版社2016年版,第178页。

{11} 冯契:《哲学大辞典》,上海辞书出版社2001年版,第1579―1582页。

{12} 参见L・斯莫林:《物理学的困惑》,李泳译,湖南科学技术出版社2008年版。

{14} 相互作用实在论中的基本概念:(1)物质:外在世界的本原。(2)基本相互作用:遍指自然力,有引力,电磁、强、弱等力。(3)自在实体:指未经观察的“自然客体”(相互作用实在论中,自在实体作为物理研究对象时称物理本体)。(4)现象实体:经过观察,系统的、稳定的、深刻反映事物本质的理性认知物。现象则表现自在实体非本质的一面。(相互作用实在论中,现象实体作为物理研究对象时称物理实体)。(5)观测信号:人类认知世界使用的探测信号。

{16} 参见伊・牛顿:《自然哲学之数学原理宇宙体系》,武汉出版社1996年版。

{18} 参见倪光炯等:《近代物理学》,上海科学技术出版社1980年版。

{19} 参见A・爱因斯坦:《相对论的意义》,科学出版社1979年版;爱因斯坦等:《物理学的进化》,周肇威译,上海科学技术出版社1964年版。

{20} 坂田昌一:《坂田昌一科学哲学论文集》,安度译,知识出版社2001年版,第140页。

{23} 参见Guo Qiu Zhao, Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function, Journal of Modern Physics, 2014, 5(16), p.1684;赵国求:《双4维时空量子力学基础》,湖北科学技术出版社2016年版,第149页。

{26} 参见Guo Qiu Zhao, Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function, Journal of Modern Physics, 2014, 5(16), p.1684;赵国求:《双4维时空量子力学描述》,

《现代物理》2013年第5期;赵国求、李康、吴国林:《量子力学曲率诠释论纲》,《武汉理工大学学报》(社会科学版)2013年第1期。

{28} 曹天予:《当代科学哲学中的库恩挑战》,《中国社会科学报》2016年5月31日。

量子力学的基本理论观点第2篇

人们通常把爱因斯坦与玻尔之间关于如何理解量子力学的争论,看成是继地心说与日心说之后科学史上最重要的争论之一。就像地心说与日心说之争改变了人们关于世界的整个认知图景一样,爱因斯坦与玻尔之间的争论也蕴含着值得深入探讨的对理论意义与概念变化的全新理解以及关于世界的不同看法。有趣的是,他们俩人虽然都对量子力学的早期发展做出了重要贡献,但是,爱因斯坦在最早基于普朗克的量子概念提出并运用光量子概念成功地解释了光电效应,以及运用能量量子化概念推导出固体比热的量子论公式之后,却从量子论的奠基者,变成了量子力学的最强烈的反对者,甚至是最尖锐的批评家。截然相反的是,玻尔在1913年同样基于普朗克的量子概念提出了半经典半量子的氢原子模型之后,却成为量子力学的哥本哈根解释的奠基人。爱因斯坦对量子力学的反对,不是质疑其数学形式,而是对成为主流的量子力学的哥本哈根解释深感不满。这些不满主要体现在爱因斯坦与玻尔就量子力学的基础性问题展开的三次大论战中。他们的第一次论战是在1927年10月24日至29日在布鲁塞尔召开的第五届索尔未会议上进行的。这次会议由洛伦兹主持,其目的是为讨论量子论的意义提供一个最高级的论坛。在这次会议上,爱因斯坦第一次听到了玻尔的互补性观点,并试图通过分析理想实验来驳倒玻尔—海森堡的解释。这一次论战以玻尔成功地捍卫了互补性诠释的逻辑无矛盾性而结束;第二次大论战是于1930年10月20日至25日在布鲁塞尔召开并由朗子万主持的第六届索尔未会议上进行的。在这次会议上,关于量子力学的基础问题仍然是许多与会代表所共同关心的主要论题。爱因斯坦继续设计了一个“光子箱”的理想实验,试图从相对论来玻尔的解释。但是,在这个理想实验中,爱因斯坦求助于自己创立的相对论来反驳海森堡提出的不确定关系,反倒被玻尔发现他的论证本身包含了驳倒自己推论的关键因素而放弃。

当这两个理想实验都被玻尔驳倒之后,爱因斯坦虽然不再怀疑不确定关系的有效性和量子理论的内在自洽性。但是,他对整个理论的基础是否坚实仍然缺乏信任。1931年之后,爱因斯坦对量子力学的哥本哈根解释的质疑采取了新的态度:不是把理想实验用作正面攻击海森堡的不确定关系的武器,而是试图通过设计思想实验导出一个逻辑悖论,以证明哥本哈根解释把波函数理解成是描述单个系统行为的观点是不完备的,而不再是证明逻辑上的不一致。在这样的思想主导下,第三次论战的焦点就集中于论证量子力学是不完备的观点。1935年发表的EPR论证的文章正是在这种背景下撰写的。从写作风格上来看,EPR论证既不是从实验结果出发,也不再是完全借助于思想实验来进行,而是把概念判据作为讨论的逻辑前提。这样,EPR论证就把讨论量子力学是否完备的问题,转化为讨论量子力学能否满足文章提供的概念判据的问题。由于这些概念判据事实上就是哲学假设,这就进一步把是否满足概念判据的问题,推向了潜在地接受什么样的哲学假设的问题。例如,EPR论证在文章的一开始就开门见山地指出:“对于一种物理理论的任何严肃的考查,都必须考虑到那个独立于任何理论之外的客观实在同理论所使用的物理概念之间的区别。这些概念是用来对应客观实在的,我们利用它们来为自己描绘出实在的图像。为了要判断一种物理理论成功与否,我们不妨提出这样两个问题:(1)“这理论是正确的吗?”(2)“这理论所作的描述是完备的吗?”只有在对这两个问题都具有肯定的答案时,这种理论的一些概念才可说是令人满意的。”〔3〕从哲学意义上来看,这段开场白至少蕴含了两层意思,其一,物理学家之所以能够运用物理概念来描绘客观实在,是因为物理概念是对客观实在的表征,由这些表征描绘出的实在图像,是可想象的。这是真理符合论的最基本的形式,也反映了经典实在论思想的核心内容;其二,如果一个理论是令人满意的,当且仅当,这个理论既正确,又完备。那么,什么是正确的理论与完备的理论呢?EPR论证认为,理论的正确性是由理论的结论同人的经验的符合程度来判断的。只有通过经验,我们才能对实在作出一些推断,而在物理学里,这些经验是采取实验和量度的形式的。〔4〕也就是说,理论正确与否是根据实验结果来判定的,正确的理论就是与实验结果相吻合的理论。但文章接着申明说,就量子力学的情况而言,只讨论完备性问题。言外之意是,量子力学是正确的,即与实验相符合,但不一定是完备的。为了讨论完备性问题,文章首先不加证论地给出了物理理论的完备性条件:如果一个物理理论是完备的,那么,物理实在的每一元素都必须在这个物理理论中有它的对应量。物理实在的元素必须通过实验和量度来得到,而不能由先验的哲学思考来确定。基于这种考虑,他们又进一步提供了关于物理实在的判据:“要是对于一个体系没有任何干扰,我们能够确定地预测(即几率等于1)一个物理量的值,那末对应于这一物理量,必定存在着一个物理实在的元素。”

文章认为,这个实在性判据尽管不可能包括所有认识物理实在的可能方法,但只要具备了所要求的条件,就至少向我们提供了这样的一种方法。只要不把这个判据看成是实在的必要条件,而只看成是一个充足条件,那末这个判据同经典实在观和量子力学的实在观都是符合的。综合起来,这两个判据的意思是说,如果一个物理量能够对应于一个物理实在的元素,那么,这个物理量就是实在的;如果一个物理理论的每一个物理量都能够对应于物理实在的一个元素,那么,这个物理学理论就是完备的。然而,根据现有的量子力学的基本假设,当两个物理量(比如,位置X与动量P)是不可对易的量(即,XP≠PX)时,我们就不可能同时准确地得到它们的值,即得到其中一个物理量的准确值,就会排除得到另一个物理量的准确值的可能,因为对后一个物理量的测量,会改变体系的状态,破坏前者的值。这是海森堡的不确定关系所要求的。于是,他们得出了两种选择:要么,(1)由波动函数所提供的关于实在的量子力学的描述是不完备的;要么,(2)当对应于两个物理量的算符不可对易时,这两个物理量就不能同时是实在的。他们在进行了这样的概念阐述之后,接着设想了曾经相互作用过的两个系统分开之后的量子力学描述,然后,根据他们给定的判据,得出量子力学是不完备的结论。EPR论证发表不久,薛定谔在运用数学观点分折了EPR论证之后,以著名的“薛定谔猫”的理想实验为例,提出了一个不同于EPR论证,但却支持EPR论证观点的新的论证进路。出乎意料的是,爱因斯坦却在1936年6月19日写给薛定谔的一封信中透露说,EPR论文是经过他们三个人的共同讨论之后,由于语言问题,由波多尔斯基执笔完成的,他本人对EPR的论证没有充分表达出他自己的真实观点表示不满。从爱因斯坦在1948年撰写的“量子力学与实在”一文来看,爱因斯坦对量子力学的不完备性的论证主要集中于量子理论的概率特征与非定域性问题。他认为,物理对象在时空中是独立存在的,如果不做出这种区分,就不可能建立与检验物理学定律。因此,量子力学“很可能成为以后一种理论的一部分,就像几何光学现在合并在波动光学里面一样:相互关系仍然保持着,但其基础将被一个包罗得更广泛的基础所加深或代替。”显然,爱因斯坦后来对量子力学的不完备性问题的论证比EPR论证更具体、更明确。EPR论证中的思想实验只是隐含了对非定域性的质疑,但没有明朗化。但就论证问题的哲学前提而言,爱因斯坦与EPR论证基本上没有实质性的区别。因此,本文下面只是从哲学意义上把EPR论证看成是基于经典物理学的概念体系来理解量子力学的一个例证来讨论,而不准备专门阐述爱因斯坦本人的观点。

二、玻尔的反驳与量子整体性

玻尔在EPR论证发表后不久很快就以与EPR论文同样的题目也在《物理学评论》杂志上发表了反驳EPR论证的文章。玻尔在这篇文章中重申并升华了他的互补观念。玻尔认为,EPR论证的实在性判据中所讲的“不受任何方式干扰系统”的说法包含着一种本质上的含混不清,是建立在经典测量观基础上的一种理想的说法。因为在经典测量中,被测量的对象与测量仪器之间的相互作用通常可以被忽略不计,测量结果或现象被无歧义地认为反映了对象的某一特性。但是,在量子测量系统中,不仅曾经相互作用过的两个粒子,在空间上彼此分离开之后,仍然必须被看成是一个整体,而且,被测量的量子系统与测量仪器之间存在着不可避免的相互作用,这种相互作用将会在根本意义上影响量子对象的行为表现,成为获得测量结果或实验现象的一个基本条件,从而使人们不可能像经典测量那样独立于测量手段来谈论原子现象。玻尔把量子现象对测量设置的这种依赖性称为量子整体性(whole-ness)。

在玻尔看来,为了明确描述被测量的对象与测量仪器之间的相互作用,希望把对象与仪器分离开来的任何企图,都会违反这种基本的整体性。这样,在量子测量中,量子对象的行为失去了经典对象具有的那种自主性,即量子测量过程中所观察到的量子对象的行为表现,既属于量子对象,也属于实验设置,是两者相互作用的结果。因此,在量子测量中,“观察”的可能性问题变成了一个突出的认识论问题:我们不仅不能离开观察条件来谈论量子现象,而且,试图明确地区分对象的自主行为以及对象与测量仪器之间的相互作用,不再是一件可能的事情。玻尔指出,“确实,在每一种实验设置中,区分物理系统的测量仪器与研究客体的必要性,成为在对物理现象的经典描述与量子力学的描述之间的原则性区别。”〔8〕海森堡也曾指出,“在原子物理学中,不可能再有像经典物理学意义下的那种感知的客观化可能性。放弃这种客观化可能性的逻辑前提,是由于我们断定,在观察原子现象的时候,不应该忽略观察行动所给予被观察体系的那种干扰。对于我们日常生活中与之打交道的那些重大物体来说,观察它们时所必然与之相连的很小一点干扰,自然起不了重要作用。”

另一方面,作用量子的发现,揭示了量子世界的不连续性。这种不连续性观念的确立,又相应地导致了一系列值得思考的根本问题。首先,就经典概念的运用而言,一旦我们所使用的每一个概念或词语,不再以连续性的观念为基础,它们就会成为意义不明确的概念或词语。如果我们希望仍然使用这些概念来描述量子现象,那么,我们所付出的代价是,限制这些概念的使用范围和精确度。对于完备地反映微观物理实在的特性而言,描述现象所使用的经典概念是既相互排斥又相互补充的。这是玻尔的互补性观念的精神所在。有鉴于此,玻尔认为,EPR论证根本不会影响量子力学描述的可靠性,反而是揭示了按照经典物理学中传统的自然哲学观点或经典实在论来阐述量子测量现象时存在的本质上的不适用性。他指出:“在所有考虑的这些现象中,我们所处理的不是那种以任意挑选物理实在的各种不同要素而同时牺牲其他要素为其特征的一种不完备的描述,而是那种对于本质上不同的一些实验装置和实验步骤的合理区分;……事实上,在每一个实验装置中对于物理实在描述的这一个或那一个方面的放弃(这些方面的结合是经典物理学方法的特征,因而在此意义上它们可以被看作是彼此互补的),本质上取决于量子论领域中精确控制客体对测量仪器反作用的不可能性;这种反作用也就是指位置测量时的动量传递,以及动量测量时的位移。正是在这后一点上,量子力学和普通统计力学之间的任何对比都是在本质上不妥当的———不管这种对比对于理论的形式表示可能多么有用。事实上,在适于用来研究真正的量子现象的每一个实验装置中,我们不但必将涉及对于某些物理量的值的无知,而且还必将涉及无歧义地定义这些量的不可能性。”其次,就量子描述的可能性而言,玻尔认为,我们“位于”世界之中,不可能再像在经典物理学中那样扮演“上帝之眼”的角色,站在世界之外或从“外部”来描述世界,不可能获得作为一个整体的世界的知识。玻尔把这种描述的可能性与心理学和认知科学中对自我认识的可能性进行了类比。在心理学和认知科学中,知觉主体本身是进行自我意识的一部分这一事实,限制了对自我认识的纯客观描述的可能性。用玻尔形象化的比喻来说,在生活的舞台上,我们既是演员,又是观众。因此,量子描述的客观性位于理想化的纯客观描述与纯主观描述之间的某个地方。

为此,玻尔认为,物理学的任务不是发现自然界究竟是怎样的,而是提供对自然界的描述。海森堡也曾指出,在原子物理学领域内,“我们又尖锐地碰到了一个最基本的真理,即在科学方面我们不是在同自然本身而是在同自然科学打交道。”爱因斯坦则坚持认为,在科学中,我们应当关心自然界在干什么,物理学家的工作不是告诉人们关于自然界能说些什么。爱因斯坦的观点是EPR论证所蕴含的。这两种理论观之间的分歧,事实上,不仅是有没有必要考虑和阐述包括概念、仪器等认知中介的作用的分歧,而且是能否把量子力学纳入到经典科学的思维方式当中的分歧。EPR论证以经典科学的方法论与认识论为前提,认为正确的科学理论理应是对自然界的正确反映,认知中介对测量结果不会产生实质性的影响;而玻尔与海森堡则以接受量子测量带来的认识论教益为前提,认为量子力学已经失去了经典科学具有的那种概念与物理实在之间的一一对应关系,认知中介的设定成为人类认识微观世界的基本前提。第三,就主体与客体的关系问题而言,EPR论证认为,认知主体与客体之间存在着明确的分界线。这意味着,所有的主体都能对客体进行同样的描述,并且他们描述现象所用的概念与语言是无歧义的。无歧义意味着对概念或语言的意义的理解是一致的。而对于量子测量而言,对客体的描述包含了主体遵守的作为世界组成部分的描述条件的说明,从而显现了一种新的主客体关系。为此,我们可以把主体与客体之间的关系划分为三类:其一,能够在主体与客体之间划出分界线,所有的主体对客体的描述都是相同的,EPR论证属于此类;其二,能够在主体与客体之间划出分界线,但主体对客体的描述是因人而异的,人们对艺术品的欣赏属于此类;其三,不可能在主体与客体之间划出分界线,主体对客体的描述包括了对测量条件的描述在内,玻尔对EPR论证的反驳属于此类。显然,EPR论证隐含的主客体关系与玻尔所理解的量子测量中的主客体关系之间存在着实质性的差别。EPR论证是沿袭了经典实在论的观点,而玻尔的观点代表了他基于量子力学的形式体系总结出来的某种新的认识。在这里,就像不能用欧几里得几何的时空观来反对非欧几何的时空观一样,我们也不能用经典意义上的理论观反对量子意义上的理论观。因此,可以说,物理学家关于如何理解量子力学问题的争论,在很大程度上,蕴含了他们关于科学研究的哲学假设之间的争论。

三、实验的形而上学

EPR论证不仅引发了量子物理学家关于物理学基础理论问题的哲学讨论,而且还创立了“实验的形而上学”,提供了物理学家如何基于形而上学的观念之争,最终探索出通过实验检验其结论的一个典型案例。这一过程与寻找量子论的隐变量解释的努力联系在一起。量子力学的隐变量解释的最早方案是德布罗意在1927年提出的“导波”理论。1932年,冯•诺意曼在他的《量子力学的数学基础》一书中曾根据量子力学的概念体系提出了四个假设,并且证明,隐变量理论和他的第四个假设(即,可加性假设)相矛盾,认为通过设计隐变量的观念来把量子理论置于决定论体系之中的任何企图都注定是失败的。冯•诺意曼的这一工作在为量子论的隐变量解释判了死刑的同时,也极大地支持了量子力学的哥本哈根解释。有意思的是,曾是量子力学的哥本哈根解释的支持者与传播者的玻姆,在1951年基于量子力学的哥本哈根精神出版了至今仍然有影响的《量子理论》一书,并在书的结尾,以EPR论证为基础,提出了“量子理论同隐变量不相容的一个证明”之后,从1952年开始反而致力于从逻辑上为量子力学提供一种隐变量解释的研究。

玻姆阐述隐变量理论的目标可以大致概括为两个方面,一是试图用能够直觉想象的概念为量子概率和量子测量提供一种可理解的说明,证明为量子论提供一个决定论的基础是可行的;二是希望从逻辑上表明,隐变量理论是有可能的,“不论这种理论是多么抽象和‘玄学’。”玻姆的追求显然是一种信念的支撑,而不是事实之使然。在这种信念的引导下,玻姆在1952年连续发表了两篇阐述隐变量理论的文章,在这些文章中,他用经典方式定义波函数,假定微观粒子像经典粒子一样总是具有精确的位置和精确的动量,阐述了一种可能的量子论的隐变量解释,最后,用一个粒子的两个自旋分量代替EPR论证中的坐标与动量,讨论了EPR论证的思想实验,并运用量子场与量子势概念解释了测量一个粒子的位置影响第二个粒子的动量的原因。

贝尔在读了玻姆的文章之后,认为有必要重新系统地研究量子力学的基本问题。贝尔试图解决的矛盾是:如果冯•诺意曼的证明成立,那么,怎么会有可能建立一个逻辑上无矛盾的隐变量理论呢?为了搞明白问题,贝尔首先重新剖析了冯•诺意曼的关于隐变量的不可能性的证明和EPR论证中设想的思想实验,然后,抓住了隐变量理论的共同本质,于1964年发表了“关于EPR悖论”的文章。在这篇文章中,贝尔引述了用自旋函数来表述EPR论证的玻姆说法,或者说,从EPR—玻姆的思想实验出发,以转动不变的独立波函数描述组合系统的态,推导出一个不同于量子力学预言的、符合定域隐变量理论的关于自旋相关度的不等式,通常称为贝尔不等式或贝尔定理,然后,用归谬法了量子力学的预言和贝尔不等式相符的可能性,说明任何定域的隐变量理论,不论它的变数的本性是什么,都在某些参数上同量子力学相矛盾。贝尔还假设,如果所进行的两个测量在空间上彼此相距甚远,那么,沿着一个磁场方向的测量,将不会影响到另一个测量结果。贝尔把这个假设称为“定域性假设”。从这个假设出发,贝尔指出,如果我们可以从第一个测量结果预言第二个测量结果,测量可以沿着任何一个坐标轴来进行,那么,测量的结果一定是已经预先确定了的。但是,由于波函数不对这种预先确定的量提供任何描述,所以,这种预定的结果一定是通过决定论的隐变量来获得的。贝尔后来申明说,他在“关于EPR悖论”一文中假设的是定域性,而不是决定论,决定论是一种推断,不是一个假设,或者说,贝尔的这篇文章是从定域性推论出决定论,而不是开始于决定论的隐变量。从逻辑前提上来看,贝尔的假设更接近于爱因斯坦的假设,他们都把“定域性条件”看成是比“决定论前提”更基本的概念。因此,贝尔的工作比冯•诺意曼和玻姆的工作更进一步地推进了关于量子力学的根本特征的理解。贝尔的这篇文章具有划时代的意义。它不仅成为20世纪下半叶物理学与哲学研究中引用率最高的文献之一,而且为进一步设计具体的实验来澄清量子力学的内在本性迈出了决定性的一步。粒子物理学家斯塔普(HenryStapp)甚至把贝尔定理的提出说成是“意义最深远的科学发现。”

同EPR论证一样,贝尔的这一发现也不是从实验中总结出来的,而是基于哲学信念的逻辑推理的结果。此后,量子物理学界进一步推广贝尔定理的理论研究与具体实验方案的探索工作并行不悖地开展起来。而这些工作都与EPR论证相关。就实验进展而言,物理学界承认,阿斯佩克特等人于1982年关于“实现EPR-玻姆思想实验”的实验结果,支持了量子力学,针对这样的实验结果,贝尔指出:“依我看,首先,人们必定说,这些结果是所预料到的。因为它们与量子力学预示相一致。量子力学毕竟是科学的一个极有成就的科学分支,很难相信它可能是错误的。尽管如此,人们还是认为,我也认为值得做这种非常具体的实验。这种实验把量子力学最奇特的一个特征分离了出来。原先,我们只是信赖于旁证。量子力学从没有错过。但现在我们知道了,即使在这些非常苛刻的条件下,它也不会错的。”

虽然EPR论证的初衷是希望证明量子力学是不完备的,还没有提出量子测量的非定域性概念,但是,物理学家则通常运用EPR思想实验的术语来讨论非定域性问题。经过40多年的发展,具体的实验结果使EPR论证失去了对量子力学的挑战性。一方面,这些实验证实了非定域性是所有量子论的一个基本属性,要求把在同一个物理过程中生成的两个相关粒子永远当作一个整体来对待,不能分解为两个独立的个体,其中,一个粒子发生任何变化,另一个粒子必定同时发生相应的变化,这种相互影响与它们的空间距离无关;另一方面,这些实验也表明了EPR论证提供的哲学假设不再是判断量子力学是否完备的有效前提,而是反过来提醒我们需要重新思考玻尔在反驳EPR论证的观点中所蕴含的哲学启迪。总而言之,EPR论证尽管是基于哲学假设,运用思想实验,来驳斥量子力学的完备性,但在客观上,物理学家围绕这一论证的讨论,最终在思想实验的基础上出乎意料地发展出可以具体操作的实验方案,并且获得了有效的实验结果。这一段历史发展不仅证明,无论在哲学假设的问题上,还是在物理概念的意义理解的问题上,量子力学都不是对经典物理学的补充和扩展,是一个蕴含有新的哲学假设的理论。正是在这种意义上,物理学家玻恩得出了“理论物理学是真正的哲学”的断言。

四、认识论的思维方式

如前所述,EPR论证—玻姆—贝尔这条发展主线是把对物理学问题镶嵌在哲学信念中进行思考的。这一历史片断揭示出,基于哲学信念的逻辑推理在物理学的理论研究与实验研究中起到了积极的认知作用。一方面,在这些探索方式中,不论是EPR论证的真理符合论假设,玻姆的决定论假设,还是贝尔的定域性假设,它们的初衷都是希望能够把量子力学纳入到经典物理学的概念框架或哲学信念之中。另一方面,检验贝尔不等式的物理学实验结果对量子力学的支持和对贝尔不等式的违背意味着,我们不应该依旧固守经典物理学的哲学假设来质疑量子力学,而是应该颠倒过来,积极主动地揭示量子力学蕴含的哲学思想,以进一步明确经典物理学的哲学假设的适用范围。

但是,这种视域的逆转不是简单地倡导用量子力学的哲学假设取代经典物理学的哲学假设,也不是武断地主张用玻尔的理论观替代EPR论证所蕴含的理论观,而是提倡摆脱习以为常的自然哲学的思维方式,确立认识论的思维方式。自然哲学的思维方式是一种本体论化的思维方式。这种思维方式是从古希腊延续下来的,追求概念与实在之间的直接的一一对应关系,忽视或缺乏对认知过程中不可避免的认知中介和理论框架的考虑。从起源上来讲,这种无视认知中介的本体论化的思维方式,源于常识,是对常识的一种延伸外推与精致化。近代自然科学的发展进一步强化与巩固了这种思维方式。EPR论证也是基于这种思维方式使经典科学蕴含的哲学假设以具体化的判据形式呈现出来。然而,与过去的物理学理论所不同的是。量子力学不再是关于可存在量(beable)的理论,而是关于可观察量(observable)的理论,“是理论决定我们的观察内容”这一句话,既是爱因斯坦创立相对论的感想,也为海森堡提出不确定关系提供了观念启迪。就理论形式而言,量子力学的理论描述用的是数学语言,而不是日常语言。用数学语言描述的微观世界是一个多位空间的世界,而我们作为人类,很难直观地想象这样的世界,更不可能直接“进入”这个世界来“观看”一切。人类感知的这种局限性是原则性的,从而限制了我们对微观世界的知识的全面获得。用玻尔的话来说,我们对一个微观对象的最大限度的知识不可能从单个实验中获得,而只能从既相互排斥又相互补充的实验安排中获得。用玻恩的话来说,在量子测量中,观察与测量并不是指自然现象本身,而是一种投影。

量子力学的基本理论观点第3篇

量子力学是当代科学发展中最成功、也是最神秘的理论之一。其成功之处在于,它以独特的形式体系与特有的算法规则,对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言,已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具,同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础;其神秘之处在于,与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反,量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基本概念的意义的理解时,至今仍未达成共识。量子物理学家在理解和解释量子力学的基本概念的过程中所存在的分歧,不是关于原子世界是否具有本体论地位的分歧,而是能否仍然像经典物理学理论那样,把量子理论理解成是对客观存在的原子世界的正确描述之间的分歧。

在量子力学诞生的早期岁月里,这些分歧的产生主要源于对量子理论中的波函数的统计性质的理解。因为量子力学的创始人把量子力学理解成是一种完备的理论,把量子统计理解成是不同于经典统计的观点,在根本意义上,带来了量子力学描述中的统计决定性特征。而理论描述的统计决定性与物理学家长期信奉的因果决定论的实在论研究传统相冲突。在当时的背景下,对于那些在经典物理学的熏陶下成长起来的许多传统物理学家而言,对量子力学的这种理解是难以容忍的。这些物理学家仍然坚持以经典实在观为前提,希望重建对原子对象的因果决定论的描述。这种观点认为,现有的量子力学只是临时的现象学的理论,是不完备的,将来总会被一个拥有确定值的能够解决量子悖论的新理论所取代。量子哲学家普遍地把这种实在论称之为定域实在论,或者称为非语境论的实在论。从EPR悖论到贝尔定理的提出正是沿着这一思路发展的。这种观点把量子论中的统计决定论与经典实在论之间的矛盾,理解成是量子论与传统实在论之间的矛盾。

但是,自从1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列实验,没有支持定域隐变量理论的预言,而是给出了与量子力学的预言相一致的实验结果以来,量子论与传统实在论之间的矛盾焦点,由对量子理论中的统计决定性特征的质疑,转向了对更加基本的量子测量过程中的“波包塌缩”现象的理解。因为量子测量问题是量子理论中最深层次的概念问题。冯诺意曼在本体论意义上引入量子态的概念来表征量子实在的作法,直接导致了至今难以解决的量子测量难题。到目前为止,所有的量子测量理论都是试图站在传统实在论的立场上,对量子测量过程作出新的解释。玻姆的本体论解释在承认量子力学的统计性特征,把量子世界看成是由客观的不确定性、随机性和量子纠缠所支配的世界的前提下,通过假设非定域的隐变量的存在,寻找对量子测量过程的因果性解释。量子哲学家把这种实在论称为非定域的实在论。[1] 多世界解释在承认现有的量子力学的形式体系和基本特征是完全正确的前提下,通过多元本体论的假设来对具有整体性特征的量子测量过程作出整体论的解释。量子哲学家把这种实在论称为非分离的实在论。[1]

量子测量现象的非定域性和非分离性所反映的是量子测量过程的整体性特征。问题是,相对于科学哲学研究而言,如果把量子测量系统理解成是一个包括观察者在内的整体,我们将永远不可能在观察者与被观察系统之间作出任何形式的分割。而观察者与被观察系统之间的分界线的消失,将会使我们在不考虑观察者的情况下,对物理实在进行客观描述的梦想彻底地破灭。这是因为,一方面,如果我们认为量子力学的形式体系是正确而完备的理论,那么,就能够用量子力学的术语描述包括观察者在内的整个测量过程。这时,观察者成为整个测量系统中的一个组成部分参与了测量中的相互作用;另一方面,如果我们仍然渴望像以可分离性假设为基础的经典测量那样,在以整体性假设为基础的量子测量系统中,也能够得到确定而纯客观的测量结果,那么,他们必须要在观察者与被观察的量子系统之间作出某种分割,观察者才有可能站在整个测量系统之外进行观察。然而,在量子测量的具体实践中,这个重要的“阿基米德点”是永远不可能得到的。因为对量子测量系统进行的任何一种形式的分割,都必然会导致像“薛定谔猫”那样的悖论。这样,关于量子论与实在论之间的矛盾事实上转化为,在承认量子力学的统计性特征的前提下,如何解决量子测量的整体性与传统实在论之间的矛盾。

以玻尔为代表的传统量子物理学家在创立了量子力学的形式体系之后,并不追求从量子测量现象到量子本体论的超越中提供一种本体论的理解。而是在认识论和现象学的意义上做文章。玻尔认为,观察的“客观性”概念的含义,在原子物理学的领域内已经发生了语义上的变化。在这里,客观性不再是指对客体在观察之前的内在特性的揭示,而是具有了“在主体间性的意义上是有效的”这一新的含义。这种把“客观性”理解成是“主体间性”的观点,在认识论意义上,所隐藏的直接后果是,使“客观性”概念失去了与“主观性”概念相对立的基本含义,从而使量子力学成为支持科学的反实在论解释的一个重要的立论依据。与此相反,近几十年发展起来的多世界解释,试图以多元本体论的假设为前提,恢复对客观性概念的传统理解;玻姆的本体论解释则是以粒子轨道与真实波的二元论假设为代价,把测量过程中的整体性特征归结为是量子势的性质。这两种解释虽然在理解量子测量现象时坚持了传统实在论的立场。但是,这些立场的坚持是以在量子力学中增加某些额外的假设为代价的。这正是为什么近几十年来,反思与研究量子力学与量子测量的概念基础问题,成为不计其数的论著和论文所讨论的中心论题的主要原因所在。

到目前为止,在量子物理学家的心目中,微观客体的非定域性特征和量子测量的非分离性特征已经成为不争的事实。如果我们站在科学哲学的立场上,像当初接受量子统计性一样,也接受量子力学描述的微观系统的这种整体性特征。那么,量子测量过程中被测量的系统与测量仪器(包括观察者在内)之间的整体性关系将会意味着,在微观领域内,我们所得到的知识,事实上,总是与观察者密切相关的知识。这个结论显然与长期以来我们所坚持的真理符合论的客观标准不相容。因此,接受量子力学的整体性特征,就意味着放弃真理符合论的标准,需要对传统实在论的核心概念——理论和真理的性质与意义——进行重新理解。这样,现在的问题就变成是,能否在接受量子力学的统计性和整体性特征的前提下,阐述一种新的实在论观点呢?如果答案是否定的,那么,科学实在论将永远不可能得到辩护;如果答案是肯定的,那么,与理论的整体性特征相协调的实在论是一种什么样的实在论呢?这正是本文所关注的主要问题所在。

2.认识论教益:隐喻思考与模型化方法的突现

自近代自然科学产生以来,公认的传统实在论的观点是建立在宏观科学知识基础之上的一种镜像实在论。在宏观科学的研究领域内,观察者总是能够站在整个测量系统之外,客观地获得测量信息。在有效的测量过程中,测量仪器对测量结果的干扰通常可以忽略不计。测量结果为理论命题的真假提供了直接的评判标准,使命题和概念拥有字面表达的意义(literal meaning)或非隐喻的意义和指称。因此,镜像实在论是以观察命题的真理符合论为前提的。

真理符合论的最实质性的内容是,坚持命题与概念同实际的事实相符合。长期以来,科学家一直把这种观点视为是科学研究活动的价值基础。

维特根斯坦在其著名的《逻辑哲学导论》一书中,把真理的这种符合论观点表述为:就像唱片是声音的画像并具有声音的某些结构一样,命题所描述是事实的画像,并具有与事实一致的结构。因为用语言来思考和说话,就是用语言来对事实作逻辑的模写,它类似于画家用线条、色彩、图案来描绘世界上的事物。所以,用语言描述的图象与世界的实际图象之间具有同构性。1933年,塔尔斯基对这种真理观进行了定义。在当前科学哲学的文献中,人们习惯于用“雪是白的”这一命题为例,把塔尔斯基对真理的定义形象地表述为:“雪是白的”是真的,当且仅当,雪是白的。

普特南把塔尔斯基对真理的这种定义概括为“去掉引号的真理论”。塔尔斯基认为,要想使“‘雪是白的’是真的”,这个句子本身成真,当且仅当,“雪是白的”这个事实是真实的,即我们能够得到“雪是白的”这一经验事实。这个看似简单的句子隐含着两层与常识相一致的符合关系:第一层的相符合关系是,语言表达的命题与实际事实相符合;第二层的相符合关系是,观察得到的事实与真实世界相符合。在日常生活中,像“雪是白的”这样的经验事实是非常直观的,只要是一个正常的人,都有可能看到“雪确实是白色的”这个实际存在的事实。因此,人们对它的客观性不会产生任何怀疑,能够作为“‘雪是白的’是真的”这个句子的成真条件。

然而,量子力学揭示出的微观测量系统中的整体性特征,既限制了我们对这种理想知识的追求,也向传统的客观真理标准的价值观提出了挑战。这是因为,在量子测量的过程中,对命题的这种理想的描述方式和对对象的如此单纯的观察活动,已经不再可能。以玻尔为代表的许多物理学家虽然在量子力学诞生的早期就已经意识到这一点。但是,在科学哲学的意义上,他们在抛弃了真理符合论之后,却走向了认识论的反实在论;冯诺意曼的测量理论以真理符合论为基础,要求在观察者与测量仪器之间进行分割的做法,直接导致了量子测量中的“观察者悖论”;现存的非分离与非定域的实在论解释,也是以真理符合论为基础,在量子力学的形式体系中增加了某些难以令人接受的额外假设,来解决量子测量难题。从哲学意义上看,这种借助于额外假设来使量子力学与实在论相一致的作法并没有唯一性。它不过是借助于各种哲学的想象力来解决量子测量难题而已。

由此可见,量子测量难题的产生,实际上是以真理符合论为基础的传统实在论的观点,来理解量子测量过程的整体性特征所导致的。现在,如果我们像放弃经典的绝对时空观,接受相对论一样,也放弃真理符合论的实在论,接受现有的量子力学。那么,在当代科学哲学的研究中,我们需要以成功的量子力学带给我们的认识论教益为出发点,对理论、概念和真理的性质与意义作出新的阐述。量子力学所揭示的微观世界与宏观世界之间的最大差异在于,我们对微观世界的内在结构的认知,不可能像对宏观世界的认知那样,使观察者能够站在整个测量语境的外面来进行。

这就像盲人摸象的故事一样,不同的盲人从大象的不同部位开始摸起,最初,他们所得到的对大象的认识是不相同的,因为每个人根据自己的触摸活动都只能说出大象的某一个部分。只有当他们摸完了整个大象时,他们才有可能对大象的形状作出客观的描述。然而,虽然他们对大象的描述始终是从自己的视角为起点的,并建立在个人理解的基础之上。但是,不可否认的是,他们的触摸活动总是以真实的大象为本体的。在微观领域内,量子世界如同是一头大象,物理学家如同是一群盲人,有所区别的是,物理学家对微观世界的认识不可能是直接的触摸活动,而只能借助于自己设计的测量仪器与对象进行相互作用来进行。在这个相互作用的过程中,包括观察者在内的测量语境成为联系微观世界与理论描述之间的一个不可分割的纽带。

如果把这种量子力学的这种整体性思想延伸外推到一般的科学哲学研究中,那么,可以认为,科学家所阐述的理论事实上是一个产生信念的系统。科学家借助于模型化的理论,把他们对世界的认知模拟出来。理论模型所描述出的世界与真实世界之间的关系是一种内在的、整体性的相似关系。这种相似分为两个不同的层次:其一,在特定的语境中,模型与被模拟的世界在现象学意义上的初级相似。这种相似是指,在这个层次上,我们只是能够通过某些关系把现象描述出来,但是,对现象之所以发生的原因给不出明确的说明;其二,在特定的语境中,模型与被模拟的世界在认识论意义上的高级相似。这种相似是指,理论模型达到了与真实世界的内在结构与关系之间的相似。所以,现象学意义上的相似最后会被成熟理论所描述的认识论意义上的结构相似所包容或修正。

这两个层次之间的相似关系是建立在经验基础之上的,而不是建立在逻辑或先验的基础之上。这样,虽然科学家在建构理论模型的过程中,总是不可避免地存在着许多非理性的因素。但是,在根本的意义上,他们的建构活动是以最终达到使理论描述的可能世界与真实世界之间的结构与关系相似为目的的。因此,测量语境的存在成为科学家建构活动的一个最基本的制约前提。建构理论模型的活动是一种对世界的认知活动。建构活动中的虚构性将会在与公认的实验事实的比较中不断地得到矫正,直至达到与真实世界完全一致为止。或者说,在一定的语境中,当从理论模型作出的预言在经验意义上不断地得到了证实的时候,类比的相似性程度将随之不断地得以提高;当科学共同体能够依据理论模型所描述的可能世界的结构来理解真实世界时,相似性关系将逐渐地趋向模型与世界之间的一致性关系。

在这种理解方式中,真理是物理模型与真实世界之间的相似关系的一种极限,是在一定的语境中完善与发展理论的一个最终结果。这样,在科学研究中,真理成为科学研究追求的一个最终目标,而不是科学研究的逻辑起点。或者说,把真理理解成是在科学的探索过程中,成熟的物理模型与世界结构之间达成的一致性关系。对真理的这种理解,使过去追求的客观真理变成了与语境密切相关的一个概念。超出理论成真的语境范围,真理也就失去了存在的前提和价值。这样,与玻尔把理论的客观性理解成是主体间性的观点所不同,本文是通过改变对真理意义的理解方式,挽救了理论的客观性。

如果把科学活动理解成是对世界的模拟活动,那么,在理论的建构活动中,科学理论的概念与术语所描述出的可能世界,只在一定的语境中与真实世界具有相似性。所以,相对于不可能被观察到的真实世界而言,科学的话语(scientific discourses)将不再具有按字面所理解的意义,而是只具有隐喻的意义。只有当理论与世界之间的关系趋向于一致性关系时,对某些概念的隐喻性理解才有可能变成字面语言的理解。所以,在科学研究的活动中,研究对象越远离日常经验,科学话语中的隐喻成份就越多。这也许是为什么在量子理论产生的早期年代,物理学家在理解微观现象时,不可能在微观对象的粒子性和波动性之间作出任何选择的原因所在。实际上,微观粒子的波——粒二象性概念只是在现象学意义上的一种典型的隐喻概念,它们并不拥有概念的字面意义,而只具有隐喻的意义。因此,它们不是对真实世界的基本结构的实际描述。正如惠勒的“延迟实验”所揭示的那样,物理学家不可能选择用其中的一类图象来解释另一类图象。只有当关于微观世界的内在结构在可能世界的模型中得到全部模拟时,原来的波——粒二象性的概念才被一个更具有普遍意义的新的量子态概念所取代。

如果科学语言只具有隐喻的意义,科学理论所描述的是可能世界,那么,物理学家对测量现象的描述,也只是一种隐喻描述,而不是非隐喻的按照字义所理解的描述。这种描述既依赖于观察者的背景知识,也依赖于当时的技术发展的水平。就像格式塔心理学所阐述的那样,同样的图形、同一个对象,不同的观察者会得出不同的结论。在这个意义上,测量与观察不再是纯粹地揭示对象属性的一种再现活动,而是观察者与对象发生相互作用之后,受到测量语境约束的一种生成活动。在这个活动中,就现象本身而言,至少包含有两类信息:一是来自对象自身的信息;二是包括观察者在内的测量系统内部发生相互作用时新生成的信息。

从这个意义上看,微观粒子在测量过程中表现出的波——粒二象性只是一种现象学意义上的相似,而不是微观粒子的真实存在。在大多数情况下,现象还不等于是证据,把现象作为一种证据表述出来,还要受到物理学家的背景知识和社会条件的制约,甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制约。按照对理论、真理和测量的这种理解方式,由“波包塌缩”现象所反映的问题,就变成了提醒物理学家有必要对过去所忽视的物理测量过程的各个细节,对宏观与微观之间的过渡环节,进行更细致的理论研究的一个信号,成为进一步推动物理学发展的一个技术性的物理学问题,而不再是观念性的与实在论相矛盾的哲学问题。

玻姆的量子论是试图用非隐喻的字面语言对真实的量子世界进行描述,而现有的量子力学在它的产生初期则是用隐喻的语言对量子世界的一种模拟描述。正是由于理论模型具有的相似性,才使得薛定谔的波动力学与海森堡等人的矩阵力学能够得出完全相同的结果,并最终证明两者在数学上是等价的。在量子力学的语境中,不论是波动图象,还是粒子图象都只是理论与世界之间的现象学意义上的初级相似。在以后的发展中,量子力学所描述的可能世界的预言与真实世界的实验现象相一致的事实说明,当冯诺意曼在希尔伯特空间以量子态为基本概念建立了量子力学的公理化体系之后,这些现象学意义上的相似已经上升到认识论意义上的结构相似,说明量子力学描述的可能世界与真实世界在微观领域内是一致的。这时,以波——粒二象性为基础的隐喻图象被整体论的世界图象所取代。这也许正是物理学家可以在抛开哲学争论的前提下,只注重量子物理学的技术性发展的一个原因所在。而相比之下,玻姆的理论不过是追求传统意义上的非隐喻的字面图象和传统哲学观念的一种理想产物。

在对理论、概念和真理的意义的这种理解方式中,理论与世界之间的一致性关系不是建立在命题与概念的层次上,而是以测量语境为本体,建立在物理模型与真实世界之间从现象学意义上的初级相似到认识论意义上的结构相似的基础之上的。测量语境的本体性,成为我们在认识论意义上承认科学理论是一个信念系统的同时,拒绝后现代主义者把理论理解成是可以随意解读的社会文本的极端观点的根本保证。所以,真理的意义不是取决于词、概念和命题与世界之间的直接符合,而是在于理论整体与世界整体之间在逼真意义上的一致性。由于可能世界与真实世界之间的这种一致性关系在一定程度上是依赖于社会技术条件的动态关系。因此,以一致性为基础的真理是依赖于语境的真理,它永远是一个动态的和可变的概念,而不是静止的和不变的概念。这显然是对“把科学研究的目的理解为是追求真理”这句话的最好解答。

3.从思维方式的变革到语境实在论的基本原理

当我们把对理论、真理和意义的这种理解方式应用于对真实世界的认识时,也可以在测量语境的基础上,对理论进行实在论的解释。所不同的是,这种实在论不再是把科学理论理解成是提供关于世界的某种镜象图景的、以强调语言与命题的真理符合论为基础的那种实在论,而是把科学理论理解成是通过先对世界的模拟,然后,与真实世界趋于一致的、依赖于测量语境的实在论。不同的理论模型和测量语境可以提供对世界的不同描述。但是,通过进一步的观察或实验,我们可以判断哪一个模型能够更好地与世界相一致。在这里,理论模型与世界之间的关系是一种相似关系,而不再是相符合的关系;测量结果与对象之间的关系是在特定条件下的一种境遇性关系,而不再是一种纯粹的再现关系。我们把这种与量子力学的整体性特征相一致的量子实在论称为“语境实在论”。用语境实在论的观点取代传统实在论的观点,必然带来思维方式的根本转变。需要以整体性的语境论的思维观取代传统思维观。这种思维方式的逆转主要通过下列几个方面体现出来:

首先,在本体论意义上,用普遍的本体论的关系论(global-ontological relationalism)的观点取代传统的本体论的原子论(ontological atomism)的观点。承认关系属性或倾向性属性的存在,承认概率的实在性,承认世界中的实体、属性与关系之间的整体性。传统的原子本体论总是把世界理解成是由可以进行任意分割的部分所组成,整体等于部分之和,牛顿力学是这种本体论的一个典型范例;关系本体论则把世界理解成是一个不可分割的整体,整体大于部分之和,量子力学是这种本体论的一个典型范例。与原子本体论中认为实体可以独立地拥有自身的属性所不同,在关系本体论中,实体及其属性总是在一定的关系中体现出来。这里存在着两层关系:一层是实体之间的内在关系属性;另一层是实体固有属性表现的外在关系条件。前者具有潜存性,后者为潜存性向现实性的转变创造了有利条件。 其次,在认识论意义上,用理论模型的隐喻论的观点取论模型的镜象论的观点。传统的模型镜象论观点把理论理解成是命题的集合,命题与概念的指称和意义是由对象决定的,它们的集合构成了对对象的完备描述;而模型隐喻论的观点虽然也认为理论能够以命题的形式表示出来,但是,理论不是命题的集合,而是包含有模仿世界的内在机理的模型集合。理论与世界之间的关系不是传统的相符合关系,而是在一定的语境中,理论描述的可能世界与真实世界之间以相似为基础的一致性关系。理论系统的模型与真实系统之间的相似程度决定理论的逼真性。这样,真理不再是命题与世界之间的符合,而是成为理论的逼真性的一种极限情况。或者说,当理论所描述的可能世界与真实世界相一致的时候,理论的真理才能出现。这是对基本的认识论概念的倒转:传统的逼真性理论是用命题或命题集合的真理作为基本单元,来衡量理论距真理的距离,即理论的逼真度;而现在正好反过来,是通过对逼真性概念的理解来达到对真理的理解。

第三,在方法论意义上,用语义学方法取代传统的认识论方法。在传统的认识论方法中,是用命题的真理或图象与世界之间的逼真度的术语来表达科学实在论的一般论点。然而,这种方法使我们从开始就需要清楚地辨别对一些解释性描述的理解。例如,在相同的研究领域内,我们为什么能够说,一个理论比与它相竞争的另一个理论更逼近真理或更远离真理?对于诸如此类的问题,如果没有一个明确的和可辩护的回答方式,那么,逼真性概念要么是空洞的;要么就是不一致的。结果,对理论的逼真性的论证反而成为对“认识的谬误(epistemic fallacy)”的证明,并在某程度上支持了认识论的怀疑论观点。但是,如果我们在语义学的语境中,通过对逼真性概念的分析与辩护,然后,衍生出理论的真理,对上述问题的理解方式将不会陷入如此的认识论困境。并且从认识论的怀疑论也不会推论出语义学的怀疑论。

第四,在经验的意义上,用现象生成论的测量观取代现象再现论的测量观。所谓现象再现论的测量观是指,把物理测量结果理解成是对对象固有属性的一种再现,测量仪器的使用不会对对象属性的揭示产生实质性的干扰,它扮演着一个单纯意义上的工具角色。理论术语能够对这些观察证据进行精确的表述。观察证据的这种纯粹客观性成为建构与判别理论的逻辑起点;而现象生成论的测量观则认为,测量是对世界的一种透视,测量结果是在对象与测量环境相互作用的过程中生成的。测量结果所表达的经验事实,不是纯粹对世界状态的反映,因为经验事实存在于我们的信念系统之中,而不是独立于观察者的意识或论述之外与世界的纯粹符合,只是在特定的测量语境中的一种相对表现,是相互作用的结果。或者说,测量语境构成了对象属性有可能被认识的必要条件。

所以,理论的逼真度与科学进步之间的联系,应该在经验的意义上来确立。科学进步的记录并不是真命题的积累,而是从模型系统与真实系统之间的相似性出发,用逼真度的概念衡量科学研究纲领接近真理的程度。在这里,相似性不是一个命题,也不是两个世界之间的一种固定不变的关系,而是依赖于语境的一个程度性的概念。它的内容将会随着我们对世界的不断深入的理解而发生变化。所以,科学进步不是真命题积累的问题,而是理论的成功预言与经验事实的函数。

第五,在语义学的意义上,用整体论或依赖于语境的隐喻语言范式取代非隐喻的字面真理范式(literal-truth paradigm)。从17世纪开始,非隐喻的字面真理的范式就已经被科学家广泛地接受为是理想的语言。其动机是期望把理论模型的言语和论证,建立在优美而简洁的数学和几何的基础之上。当时的理性论者和经验论者把科学语言当成是理想的合乎理性的语言,或者说,把科学的经验和知识看成是人类经验和知识的典范。这种观点认为,所有的知识与真实世界之间的关系是根据表征知识的命题方式来讨论的,科学语言与概念的意义由它所表征的世界来确定,它们不仅在本质上具有固有的字义,而且语言本身的字面意义就是使用词语的标准。语言的意义不仅与语言的用法无关,而被认为是客观地对应于世界的各个方面。科学的话语总是关于自然界的现象、内在结构和原因的话语。

然而,在整体论的隐喻语言范式中,理论所讨论的是由科学共同体提出的关于世界的因果结构的信念,知识与真实世界之间的关系是根据可能世界与真实世界之间的相似关系来讨论的。在这里,两个世界之间的相似程度的提高是它们共有属性的函数。在隐喻的意义上,语言与概念的意义是极其模糊的和语境化的,隐喻的表达通常并不直接对应于世界中的实体或事件:即,按照字面的意义理解隐喻的陈述常常是错误的。例如,在理解量子测量现象时,实验已经证明,或者强调使用粒子语言,或者强调波动语言都是失败的。这也是玻尔的互补性原理在量子力学的时期岁月里容易被人们所接受的高明之处。从本文的观点来看,关于微观世界的粒子图象或波动图象只不过是传统思维惯性的一种最显著的表现而已。事实上,这两种图象都只是一种隐喻意义上的图象,而不代表微观世界的真实图象。隐喻与其它非字面的言词是依赖于语境的。正如后期维特根斯所言,语言与概念的意义依赖于活动,使用一个符号的充分必要条件必须包括对活动的描述。

在这种整体论的思维方式的基础上,我们可以把语境实在论的主要观点,总结为下列六个基本原理:

本体论原理:在物理测量的过程中,物理学家所观察到的现象是由不可能被直接观察到的过程因果性地引起的。这些不可能被直接观察到的过程是独立于人心而自在自为地存在着的。

方法论原理:对一个真实过程的理论模型的建构,是对不可能被观察到的真实世界的机理和结构的模拟。对于真实世界而言,它在现象学意义上的表现与它的内在结构或机理在定性的意义上具有一致性。即,理论模型具有经验的适当性。

认识论原理:理论描述的可能世界与真实世界只具有的相似性,它们之间的相似程度是它们具有的共同特性的函数。这些共性是在实验与测量语境中找到的。

语义学原理:在一定的语境中,理论模型与真实系统之间的相似关系决定理论的逼真性。在理想的情况下,真理是理论描述的可能世界逼近真实世界的一种极限。

价值论原理:科学理论的建构在最终意义上总要受到实验证据的制约,科学理论的发展总是向着越来越接近真实世界机理的方向发展的。

伦理学原理:包括人类在内的自然界具有不可分割的整体性,关于人类行为的评价标准应该建立在人与自然的整体性关系上。

4.科学进步的语境生成论模式

探讨科学进步的模式问题一直是科学哲学研究中的重大理论问题之一。不同的学派提出了不同的观点。逻辑实证主义者继承了自培根以来的哲学传统,认为科学的发展在于对经验证实的真命题的积累。理论所包括的真命题越多,它就越逼近真理。波普尔把理论逼近真理的这种性质称为“逼真性”,逼真性的程度称为“逼真度”。他认为,理论是真内容与假内容的统一,理论的逼真度等于理论中的真内容与假内容之差。而真内容由理论中那些得到经验确认的真命题所组成。真命题越多,理论的逼真度就越高。在所有这些观点中,逼真性的主要特性是用命题与事实的符合作为近似真理的基本单元。换言之,是用命题真理的术语来理解理论的逼真性。在这里“符合”没有程度上的差别;逼真性与真理之间的关系是部分与整体之间的关系。这种“符合”或“与事实相符”包含着四个方面的关系:其一,句子的主语与谓词之间处于相互联系的状态;其二,事态(the state of affairs)与主语之间的指称关系;其三,谓词表达与被选择的事态之间的指称关系;其四,说话者所选择的对象与事态之间的相适合关系。[1]

然而,这种以真命题的多少来衡量理论的逼真度的方法,似乎没有办法回答诸如下面的那些问题:如果一个理论最后被证明是与事实不相符,那么,这个理论怎么可能接近真理呢?比如说,在当前的情况下,量子场论还是一个不成熟的理论,它在未来一定会被加以修改,那么,我们能够说,量子场论不如牛顿力学与事实更相符吗?此外,“符合事实”这个概念也会遇到同样的问题:如果某个理论根本就是错误的,我们又怎能说,它与事实符合的更好或更糟呢?也许有些在表面上曾经显示出具有某种逼真性的理论,实际上,它却在根本意义上就是错的。例如,化学中的“燃素说”、物理学中的“地心说”,等等,这些理论都曾经在科学家的实际工作中,起到过积极的作用。但是,后来的发展证明,它们都是错误的假说。另一方面,这种方法还无法解释为什么在前后相继的理论中使用的同一个概念,却具有不同的内涵这样的问题。例如,经典物理学中的质量概念不同于相对论力学中的质量概念;量子力学的中微观粒子概念也比经典物理学中的粒子概念拥有更丰富的内涵。库恩在阐述他的科学进步的范式论模式时,为了避免上述问题的出现,走向了彻底的相对主义。

如果我们用强调理论描述的物理模型与世界之间的相似性比较,取论中包含的真命题的比较来理解理论的逼真性,那么,上述问题就很容易得到解决。在特定的语境中,并存着的相互竞争的理论,分别描绘出几个相互竞争的可能世界,这些可能世界与真实世界之间的相似程度决定理论的逼真性。逼真度越高的理论,将会越客观、越接近于真理。真理是理论的逼真度等于1时的一种极限情况。例如,牛顿力学比伽里略的力学更接近真理的真正理由是,因为牛顿物理学所描绘的世界模型比伽里略物理学所描绘的世界模型与真实世界更相似。而不应该把这个结论替换成是,在每一个方法中通过真命题的计数来使它们与精确地说明真实世界的真命题的总数进行比较后作出的选择。前后相继的理论中所使用的共同概念的意义也是依赖于可能世界的。不同层次的可能世界虽然赋予同一个概念以不同的内涵。但是,由于更深层的可能世界更接近真实世界的内在结构,所以,对为什么同一个概念会有不同内涵的问题就容易理解了。

我们把由理论描绘的可能世界逼近真实世界的过程,以及前后相继的理论之间的更替关系总结为:

前语境阶段——语境确立阶段——语境扩张阶段——语境转换阶段

——新的语境确立阶段……

在科学进步的这个模式中,前语境阶段是指,当科学进入一个新的研究领域时,面对不可能被旧理论所解释的有限数量的实验证据和存在的重要问题,科学家首先是进行大胆的创新和积极地猜测,提出可能与证据相一致的相互竞争的理论或假说。这些理论或假说分别描绘出了相互竞争的各种可能世界的图象。这个时期,科学家在建构理论时,通过模型与现象的比较来约束他们的想象。或者说,他们的富有创造性的想象力是一种意向性的想象,而不是完全随意的想象。这种意向性的信息直接来自不可能被直接观察到的对象本身。科学家在相互竞争的理论中作出选择时,依赖于两个主要的归纳根据:其一,相信任何一个理论模型的建构都是为了尽可能准确地模拟真实世界的结构和机理;其二,依据模型所产生的信念能够作为成为设计新的实验方案的基础,这个实验方案的设计是为了探索世界,和检验模型与它所表征的世界之间的类似程度。在特定领域内和一定的历史条件下,根据一个理论的信念所设计的实验越新颖,在得到应用之后,越能够证明理论的成功性。同时,理论的调整总是向着与新的实验结果相一致的方向进行的。而新的实验结果是由自然界中某种未知的因果机理引起的。

然而,说明的成功(explanatory success)只是理论逼近真理的一个象征或一个结果,或者说,说明的成功只是理论逼近真理的一个必要条件。凡是逼真的理论都必定能够对实验现象作出成功的说明。但是,并不是每一个拥有成功说明的理论都是逼真的理论。在理论的说明中,理论的逼真性与不断增加的成功之间的联系应该是一个认识论问题,而不是一个语义学问题。一个完整的科学理论从产生到成熟通常要经过三个阶段:其一,对现象的描述阶段,这个阶段得到了在经验上恰当的模型。例如,在量子力学之前,玻尔等人提出的各种原子模型;第二个阶段是建立一个理论的说明模型。例如,现有的量子力学的数学形式体系。第三个阶段是为成功的说明模型寻找一种可理解的机理,或者说,对说明模型提供语义学的基础。相对于一个成熟的科学理论而言,现象——模型——机理三者之间的相互关系具有内在的不可分割的整体性。这也就是为什么原子物理学家在理解量子力学的内在机理的问题上没有达成共识时,产生了量子力学的解释问题的原因所在。

在这里,我们所说的模型是指物理模型而不是仅仅指数学模型。物理模型除了包括数学模型之外,还包括理解世界的构成机理的模型。物理模型是为数学模型提供一个语义学基础。例如,分子运动论模型是解释压强公式的语义学基础;场的观点是理解引力理论的语义学基础。所以,物理学中的模型是指真实物理系统的替代物,它既具有解释的作用,也能够把抽象的数学系统翻译为一个可理解的论述。正是在这个意义上,物理学模型是指一个模型簇。由这些模型簇所描绘的可能世界的结构与真实世界的结构之间的相似关系,在选择理论时是很重要的。一方面,它能够使理论在科学实践中被不断地修改和扩展以适应新的现象,而不是静止的和孤立的;另一方面,它使相互竞争的理论之间的选择在科学实践的规则与活动之内自然地得到了求解。这时,被淘汰掉的理论并非必须要被证伪(尽管证伪也是因素之一),而是如同生物进化那样是自然选择的结果。

在这里,把逼真度作为选择理论的标准,与要么强调经验证实,要么强调经验证伪的标准不同,它永远是动态的和依赖于研究语境的概念。它既有助于把淘汰掉的理论中的某些合理化因素进行再语境化,也能够确保科学描述和与此相关的实验技巧与独立于人心的世界之间建立起一种物理联结,从而坚持了存在着一个不可能被观察到的独立于人心的世界的本体论的实在论观点。大体上,衡量可能世界与真实世界之间的结构或机理的相似程度可以通过它们之间的共有属性(或共同特征)来进行。如果用S(A ,B)表示两个世界之间的基本特征的相似关系,用 A∩B表示共有属性,A – B和 B - A表示它们之间的差异,那么,在定性的意义上,这些量之间的关系可以定性地表示为:[1]

S(A ,B)= C1F(A∩B)- C2F(A - B)- C3F(B - A)

这个公式说明,两个世界之间的相似关系是它们的共性与差异的函数。当C1远远大于C2和C3时,两个系统之间的共性将比差异处于更重要的支配地位。其中,三个系数C1、C2和C3 的值是通过实验来确定的。这样,我们就有可能在经验的意义上来研究相似关系。在经验的意义上,如果相互竞争的理论中的某个理论的描述和说明模型能够完全依据当前的实验结果和本体论概念被加以校准,那么,我们就可以认为,这个理论是似真的(plausible)。理论越拟真,它就越逼真。

在一个特定的语境中,当一个理论的说明与理解模型能够完全经得起经验的考验时,科学共同体将认为理论描绘的可能世界与真实世界之间达到了某种一致性。这时,科学的发展进入了语境确立的阶段。这个阶段相当于库恩的常规科学时期或范式形成时期。这时,科学家不仅拥有共同的信念和共同的语言,而且拥有对真实世界的共同图象。他们相信,理论描绘的可能世界代表了真实世界的内在机理;理论描绘的图象就是不可观察的真实世界的图象。为了进一步探索真实世界的精细结构,科学家常常会根据现有理论提供的信念和约定,设计新的实验规划,预言新的实验现象,特别是运用成熟理论中的理论实体进行实验操作,从而形成了一个相对稳定的语境阶段。但是,这个相对稳定的语境边界是非常不确定的。

当科学家把成熟理论所揭示的世界机理作为一个范式和信念的基础,延伸推广到解释其它相关领域的现象时,科学的发展进入到语境的扩张阶段。其中,既包括理论研究的信念与方法的扩张,也包括以它的基本原理为基础的技术与实验的扩张。例如,在牛顿理论确立之后,不论是物理学还是化学家,他们都用牛顿力学的基本思想解释他们所面临的其它领域内的新的实验现象,并且成功地制造出了许多测量仪器;同样,现代技术的崛起和分子生物学、量子化学等学科的产生都是量子力学的基本原理成功应用的结果。所以,语境扩张的过程实际上是已有语境膨胀的过程。当科学共同体在语境扩张的过程中,遇到了与理论信念相矛盾的而且是他们料想不到的实验事实时,他们才有可能开始对理论的信念产生怀疑,这时,理论的应用边界,或者说,语境扩张的边界逐渐地变得明确起来,科学的发展开始进入语境转换阶段。在这个阶段,旧语境的扩张受到了限制,新的语境处于形成与培育当中。新的理论竞争也就随之开始了。随着新理论竞争的开始,科学共同体的信念也在不断地发生着改变,直到一个全新的语境形成为止。

当新的语境确立之后,不仅科学家确立了新的信念,而且他们对问题的求解值域也随之发生了改变。这时,原来前语境中的一些不合理的偏见,在新语境中得到了纠正。在前语境中是真理的理论,在后语境中失去了它的真理性。后语境的形成是伴随着新理论的确立而完成的。由于新语境比旧语境揭示出了更深层次的世界结构或机理。所以,它在理论信念、方法和技术层次的扩张与渗透力将会比旧语境更强、更彻底。这也就是,为什么量子力学的产生所带来的理论、方法与技术革命会比牛顿力学更深刻、更广泛的原因所在。但是,前后语境之间的界线是连续的。这时,就像新理论是对旧理论的一种超越一样,新语境也是对旧语境的一种超越。由于语境的变迁和运动是不断地向着揭示世界的真实机理的方向发展的。因此,在语境中生成的理论也使得科学的发展与进步向着不断地逼近真理的方向进行。本文把科学发展的这种模式称为“语境生成论模式”。

这里包括两个层次的生成,其一,理论的形成与完善是在特定的语境中进行的;其二,科学进步也是在语境的变更中完成的。但是,值得注意的是,强调语境化并不意味着使科学进步成为无规则的游戏。把理论系统放置于特定的语境当中,强调了系统的开放性和连续性。在这个意义上,语境论的事实也是一种客观事实。运用语境论的隐喻思考与模型化方法,不仅能够使科学进步过程中的微观的逻辑结构与宏观的历史背景有机地结合起来,而且能够使基本的内在逻辑的东西在历史的发展中内化到新的语境当中,从而使得语境在自然更替的同时,一方面,完成了理论知识的积累与继承的任务;另一方面,揭示出更深层次的世界机理。所以,语境生成论的科学进步模式既不会像库恩的范式论那样,走向相对主义,也不会像普特南那样,走向多元真理论。科学进步的语境生成论模式,既能够包容相对主义的某些合理成份,又能够坚持实在论的立场。

5.结语

从量子力学的认识论教益中抽象出的语境实在论的观点,是一种具有更广泛的解释力,并且有可能把许多观点有机地融合在一起的实在论观点。它不仅能够赋予量子力学以实在论的解释,而且为解决科学实在论面临的许多责难,理清上世纪末围绕“索卡尔事件”所发生的一场震惊西方学坛的科学大战,[1] 提供了一条可能的思路。法因曾经在《掷骰子游戏:爱因斯坦与量子论》一书中断言“实在论已经死了”。[2] 然而,我们通过对量子力学与实在论的分析,在放弃了传统的真理符合论之后,运用隐喻思考与模型化方法所得出的结论则是,“实在论还活着,而且活的很好”。

[1] D.Bohm and B.J.Hiley, The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory, Routledge and Kegan Paul, London (1993).

[1] Jeffrey Alan Barrett, The Quantum Mechanics of Minds and Worlds, Oxford University Press (1999).

[1] Jerrold L. Aronson, Rom Harré & Eileen Cornell Way, Realism Rescued: How Scientific progress of possible, Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.

[1] Jerrold L. Aronson, Rom Harré & Eileen Cornell Way, Realism Rescued: How Scientific progress of possible, Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.

量子力学的基本理论观点第4篇

量子力学是当代科学发展中最成功、也是最神秘的理论之一。其成功之处在于,它以独特的形式体系与特有的算法规则,对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言,已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具,同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础;其神秘之处在于,与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反,量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基本概念的意义的理解时,至今仍未达成共识。量子物理学家在理解和解释量子力学的基本概念的过程中所存在的分歧,不是关于原子世界是否具有本体论地位的分歧,而是能否仍然像经典物理学理论那样,把量子理论理解成是对客观存在的原子世界的正确描述之间的分歧。

在量子力学诞生的早期岁月里,这些分歧的产生主要源于对量子理论中的波函数的统计性质的理解。因为量子力学的创始人把量子力学理解成是一种完备的理论,把量子统计理解成是不同于经典统计的观点,在根本意义上,带来了量子力学描述中的统计决定性特征。而理论描述的统计决定性与物理学家长期信奉的因果决定论的实在论研究传统相冲突。在当时的背景下,对于那些在经典物理学的熏陶下成长起来的许多传统物理学家而言,对量子力学的这种理解是难以容忍的。这些物理学家仍然坚持以经典实在观为前提,希望重建对原子对象的因果决定论的描述。这种观点认为,现有的量子力学只是临时的现象学的理论,是不完备的,将来总会被一个拥有确定值的能够解决量子悖论的新理论所取代。量子哲学家普遍地把这种实在论称之为定域实在论,或者称为非语境论的实在论。从epr悖论到贝尔定理的提出正是沿着这一思路发展的。这种观点把量子论中的统计决定论与经典实在论之间的矛盾,理解成是量子论与传统实在论之间的矛盾。

但是,自从1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列实验,没有支持定域隐变量理论的预言,而是给出了与量子力学的预言相一致的实验结果以来,量子论与传统实在论之间的矛盾焦点,由对量子理论中的统计决定性特征的质疑,转向了对更加基本的量子测量过程中的“波包塌缩”现象的理解。因为量子测量问题是量子理论中最深层次的概念问题。冯•诺意曼在本体论意义上引入量子态的概念来表征量子实在的作法,直接导致了至今难以解决的量子测量难题。到目前为止,所有的量子测量理论都是试图站在传统实在论的立场上,对量子测量过程作出新的解释。玻姆的本体论解释在承认量子力学的统计性特征,把量子世界看成是由客观的不确定性、随机性和量子纠缠所支配的世界的前提下,通过假设非定域的隐变量的存在,寻找对量子测量过程的因果性解释。量子哲学家把这种实在论称为非定域的实在论。[1] 多世界解释在承认现有的量子力学的形式体系和基本特征是完全正确的前提下,通过多元本体论的假设来对具有整体性特征的量子测量过程作出整体论的解释。量子哲学家把这种实在论称为非分离的实在论。[1]

量子测量现象的非定域性和非分离性所反映的是量子测量过程的整体性特征。问题是,相对于科学哲学研究而言,如果把量子测量系统理解成是一个包括观察者在内的整体,我们将永远不可能在观察者与被观察系统之间作出任何形式的分割。而观察者与被观察系统之间的分界线的消失,将会使我们在不考虑观察者的情况下,对物理实在进行客观描述的梦想彻底地破灭。这是因为,一方面,如果我们认为量子力学的形式体系是正确而完备的理论,那么,就能够用量子力学的术语描述包括观察者在内的整个测量过程。这时,观察者成为整个测量系统中的一个组成部分参与了测量中的相互作用;另一方面,如果我们仍然渴望像以可分离性假设为基础的经典测量那样,在以整体性假设为基础的量子测量系统中,也能够得到确定而纯客观的测量结果,那么,他们必须要在观察者与被观察的量子系统之间作出某种分割,观察者才有可能站在整个测量系统之外进行观察。然而,在量子测量的具体实践中,这个重要的“阿基米德点”是永远不可能得到的。因为对量子测量系统进行的任何一种形式的分割,都必然会导致像“薛定谔猫”那样的悖论。这样,关于量子论与实在论之间的矛盾事实上转化为,在承认量子力学的统计性特征的前提下,如何解决量子测量的整体性与传统实在论之间的矛盾。

以玻尔为代表的传统量子物理学家在创立了量子力学的形式体系之后,并不追求从量子测量现象到量子本体论的超越中提供一种本体论的理解。而是在认识论和现象学的意义上做文章。玻尔认为,观察的“客观性”概念的含义,在原子物理学的领域内已经发生了语义上的变化。在这里,客观性不再是指对客体在观察之前的内在特性的揭示,而是具有了“在主体间性的意义上是有效的”这一新的含义。这种把“客观性”理解成是“主体间性”的观点,在认识论意义上,所隐藏的直接后果是,使“客观性”概念失去了与“主观性”概念相对立的基本含义,从而使量子力学成为支持科学的反实在论解释的一个重要的立论依据。与此相反,近几十年发展起来的多世界解释,试图以多元本体论的假设为前提,恢复对客观性概念的传统理解;玻姆的本体论解释则是以粒子轨道与真实波的二元论假设为代价,把测量过程中的整体性特征归结为是量子势的性质。这两种解释虽然在理解量子测量现象时坚持了传统实在论的立场。但是,这些立场的坚持是以在量子力学中增加某些额外的假设为代价的。这正是为什么近几十年来,反思与研究量子力学与量子测量的概念基础问题,成为不计其数的论著和论文所讨论的中心论题的主要原因所在。

到目前为止,在量子物理学家的心目中,微观客体的非定域性特征和量子测量的非分离性特征已经成为不争的事实。如果我们站在科学哲学的立场上,像当初接受量子统计性一样,也接受量子力学描述的微观系统的这种整体性特征。那么,量子测量过程中被测量的系统与测量仪器(包括观察者在内)之间的整体性关系将会意味着,在微观领域内,我们所得到的知识,事实上,总是与观察者密切相关的知识。这个结论显然与长期以来我们所坚持的真理符合论的客观标准不相容。因此,接受量子力学的整体性特征,就意味着放弃真理符合论的标准,需要对传统实在论的核心概念——理论和真理的性质与意义——进行重新理解。这样,现在的问题就变成是,能否在接受量子力学的统计性和整体性特征的前提下,阐述一种新的实在论观点呢?如果答案是否定的,那么,科学实在论将永远不可能得到辩护;如果答案是肯定的,那么,与理论的整体性特征相协调的实在论是一种什么样的实在论呢?这正是本文所关注的主要问题所在。

2.认识论教益:隐喻思考与模型化方法的突现

自近代自然科学产生以来,公认的传统实在论的观点是建立在宏观科学知识基础之上的一种镜像实在论。在宏观科学的研究领域内,观察者总是能够站在整个测量系统之外,客观地获得测量信息。在有效的测量过程中,测量仪器对测量结果的干扰通常可以忽略不计。测量结果为理论命题的真假提供了直接的评判标准,使命题和概念拥有字面表达的意义(literal meaning)或非隐喻的意义和指称。因此,镜像实在论是以观察命题的真理符合论为前提的。

真理符合论的最实质性的内容是,坚持命题与概念同实际的事实相符合。长期以来,科学家一直把这种观点视为是科学研究活动的价值基础。

维特根斯坦在其著名的《逻辑哲学导论》一书中,把真理的这种符合论观点表述为:就像唱片是声音的画像并具有声音的某些结构一样,命题所描述是事实的画像,并具有与事实一致的结构。因为用语言来思考和说话,就是用语言来对事实作逻辑的模写,它类似于画家用线条、色彩、图案来描绘世界上的事物。所以,用语言描述的图象与世界的实际图象之间具有同构性。1933年,塔尔斯基对这种真理观进行了定义。在当前科学哲学的文献中,人们习惯于用“雪是白的”这一命题为例,把塔尔斯基对真理的定义形象地表述为:“雪是白的”是真的,当且仅当,雪是白的。

普特南把塔尔斯基对真理的这种定义概括为“去掉引号的真理论”。塔尔斯基认为,要想使“‘雪是白的’是真的”,这个句子本身成真,当且仅当,“雪是白的”这个事实是真实的,即我们能够得到“雪是白的”这一经验事实。这个看似简单的句子隐含着两层与常识相一致的符合关系:第一层的相符合关系是,语言表达的命题与实际事实相符合;第二层的相符合关系是,观察得到的事实与真实世界相符合。在日常生活中,像“雪是白的”这样的经验事实是非常直观的,只要是一个正常的人,都有可能看到“雪确实是白色的”这个实际存在的事实。因此,人们对它的客观性不会产生任何怀疑,能够作为“‘雪是白的’是真的”这个句子的成真条件。

然而,量子力学揭示出的微观测量系统中的整体性特征,既限制了我们对这种理想知识的追求,也向传统的客观真理标准的价值观提出了挑战。这是因为,在量子测量的过程中,对命题的这种理想的描述方式和对对象的如此单纯的观察活动,已经不再可能。以玻尔为代表的许多物理学家虽然在量子力学诞生的早期就已经意识到这一点。但是,在科学哲学的意义上,他们在抛弃了真理符合论之后,却走向了认识论的反实在论;冯•诺意曼的测量理论以真理符合论为基础,要求在观察者与测量仪器之间进行分割的做法,直接导致了量子测量中的“观察者悖论”;现存的非分离与非定域的实在论解释,也是以真理符合论为基础,在量子力学的形式体系中增加了某些难以令人接受的额外假设,来解决量子测量难题。从哲学意义上看,这种借助于额外假设来使量子力学与实在论相一致的作法并没有唯一性。它不过是借助于各种哲学的想象力来解决量子测量难题而已。

由此可见,量子测量难题的产生,实际上是以真理符合论为基础的传统实在论的观点,来理解量子测量过程的整体性特征所导致的。现在,如果我们像放弃经典的绝对时空观,接受相对论一样,也放弃真理符合论的实在论,接受现有的量子力学。那么,在当代科学哲学的研究中,我们需要以成功的量子力学带给我们的认识论教益为出发点,对理论、概念和真理的性质与意义作出新的阐述。量子力学所揭示的微观世界与宏观世界之间的最大差异在于,我们对微观世界的内在结构的认知,不可能像对宏观世界的认知那样,使观察者能够站在整个测量语境的外面来进行。

这就像盲人摸象的故事一样,不同的盲人从大象的不同部位开始摸起,最初,他们所得到的对大象的认识是不相同的,因为每个人根据自己的触摸活动都只能说出大象的某一个部分。只有当他们摸完了整个大象时,他们才有可能对大象的形状作出客观的描述。然而,虽然他们对大象的描述始终是从自己的视角为起点的,并建立在个人理解的基础之上。但是,不可否认的是,他们的触摸活动总是以真实的大象为本体的。在微观领域内,量子世界如同是一头大象,物理学家如同是一群盲人,有所区别的是,物理学家对微观世界的认识不可能是直接的触摸活动,而只能借助于自己设计的测量仪器与对象进行相互作用来进行。在这个相互作用的过程中,包括观察者在内的测量语境成为联系微观世界与理论描述之间的一个不可分割的纽带。

如果把这种量子力学的这种整体性思想延伸外推到一般的科学哲学研究中,那么,可以认为,科学家所阐述的理论事实上是一个产生信念的系统。科学家借助于模型化的理论,把他们对世界的认知模拟出来。理论模型所描述出的世界与真实世界之间的关系是一种内在的、整体性的相似关系。这种相似分为两个不同的层次:其一,在特定的语境中,模型与被模拟的世界在现象学意义上的初级相似。这种相似是指,在这个层次上,我们只是能够通过某些关系把现象描述出来,但是,对现象之所以发生的原因给不出明确的说明;其二,在特定的语境中,模型与被模拟的世界在认识论意义上的高级相似。这种相似是指,理论模型达到了与真实世界的内在结构与关系之间的相似。所以,现象学意义上的相似最后会被成熟理论所描述的认识论意义上的结构相似所包容或修正。

这两个层次之间的相似关系是建立在经验基础之上的,而不是建立在逻辑或先验的基础之上。这样,虽然科学家在建构理论模型的过程中,总是不可避免地存在着许多非理性的因素。但是,在根本的意义上,他们的建构活动是以最终达到使理论描述的可能世界与真实世界之间的结构与关系相似为目的的。因此,测量语境的存在成为科学家建构活动的一个最基本的制约前提。建构理论模型的活动是一种对世界的认知活动。建构活动中的虚构性将会在与公认的实验事实的比较中不断地得到矫正,直至达到与真实世界完全一致为止。或者说,在一定的语境中,当从理论模型作出的预言在经验意义上不断地得到了证实的时候,类比的相似性程度将随之不断地得以提高;当科学共同体能够依据理论模型所描述的可能世界的结构来理解真实世界时,相似性关系将逐渐地趋向模型与世界之间的一致性关系。

在这种理解方式中,真理是物理模型与真实世界之间的相似关系的一种极限,是在一定的语境中完善与发展理论的一个最终结果。这样,在科学研究中,真理成为科学研究追求的一个最终目标,而不是科学研究的逻辑起点。或者说,把真理理解成是在科学的探索过程中,成熟的物理模型与世界结构之间达成的一致性关系。对真理的这种理解,使过去追求的客观真理变成了与语境密切相关的一个概念。超出理论成真的语境范围,真理也就失去了存在的前提和价值。这样,与玻尔把理论的客观性理解成是主体间性的观点所不同,本文是通过改变对真理意义的理解方式,挽救了理论的客观性。

如果把科学活动理解成是对世界的模拟活动,那么,在理论的建构活动中,科学理论的概念与术语所描述出的可能世界,只在一定的语境中与真实世界具有相似性。所以,相对于不可能被观察到的真实世界而言,科学的话语(scientific discourses)将不再具有按字面所理解的意义,而是只具有隐喻的意义。只有当理论与世界之间的关系趋向于一致性关系时,对某些概念的隐喻性理解才有可能变成字面语言的理解。所以,在科学研究的活动中,研究对象越远离日常经验,科学话语中的隐喻成份就越多。这也许是为什么在量子理论产生的早期年代,物理学家在理解微观现象时,不可能在微观对象的粒子性和波动性之间作出任何选择的原因所在。实际上,微观粒子的波——粒二象性概念只是在现象学意义上的一种典型的隐喻概念,它们并不拥有概念的字面意义,而只具有隐喻的意义。因此,它们不是对真实世界的基本结构的实际描述。正如惠勒的“延迟实验”所揭示的那样,物理学家不可能选择用其中的一类图象来解释另一类图象。只有当关于微观世界的内在结构在可能世界的模型中得到全部模拟时,原来的波——粒二象性的概念才被一个更具有普遍意义的新的量子态概念所取代。

如果科学语言只具有隐喻的意义,科学理论所描述的是可能世界,那么,物理学家对测量现象的描述,也只是一种隐喻描述,而不是非隐喻的按照字义所理解的描述。这种描述既依赖于观察者的背景知识,也依赖于当时的技术发展的水平。就像格式塔心理学所阐述的那样,同样的图形、同一个对象,不同的观察者会得出不同的结论。在这个意义上,测量与观察不再是纯粹地揭示对象属性的一种再现活动,而是观察者与对象发生相互作用之后,受到测量语境约束的一种生成活动。在这个活动中,就现象本身而言,至少包含有两类信息:一是来自对象自身的信息;二是包括观察者在内的测量系统内部发生相互作用时新生成的信息。

从这个意义上看,微观粒子在测量过程中表现出的波——粒二象性只是一种现象学意义上的相似,而不是微观粒子的真实存在。在大多数情况下,现象还不等于是证据,把现象作为一种证据表述出来,还要受到物理学家的背景知识和社会条件的制约,甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制约。按照对理论、真理和测量的这种理解方式,由“波包塌缩”现象所反映的问题,就变成了提醒物理学家有必要对过去所忽视的物理测量过程的各个细节,对宏观与微观之间的过渡环节,进行更细致的理论研究的一个信号,成为进一步推动物理学发展的一个技术性的物理学问题,而不再是观念性的与实在论相矛盾的哲学问题。

玻姆的量子论是试图用非隐喻的字面语言对真实的量子世界进行描述,而现有的量子力学在它的产生初期则是用隐喻的语言对量子世界的一种模拟描述。正是由于理论模型具有的相似性,才使得薛定谔的波动力学与海森堡等人的矩阵力学能够得出完全相同的结果,并最终证明两者在数学上是等价的。在量子力学的语境中,不论是波动图象,还是粒子图象都只是理论与世界之间的现象学意义上的初级相似。在以后的发展中,量子力学所描述的可能世界的预言与真实世界的实验现象相一致的事实说明,当冯•诺意曼在希尔伯特空间以量子态为基本概念建立了量子力学的公理化体系之后,这些现象学意义上的相似已经上升到认识论意义上的结构相似,说明量子力学描述的可能世界与真实世界在微观领域内是一致的。这时,以波——粒二象性为基础的隐喻图象被整体论的世界图象所取代。这也许正是物理学家可以在抛开哲学争论的前提下,只注重量子物理学的技术性发展的一个原因所在。而相比之下,玻姆的理论不过是追求传统意义上的非隐喻的字面图象和传统哲学观念的一种理想产物。

在对理论、概念和真理的意义的这种理解方式中,理论与世界之间的一致性关系不是建立在命题与概念的层次上,而是以测量语境为本体,建立在物理模型与真实世界之间从现象学意义上的初级相似到认识论意义上的结构相似的基础之上的。测量语境的本体性,成为我们在认识论意义上承认科学理论是一个信念系统的同时,拒绝后现代主义者把理论理解成是可以随意解读的社会文本的极端观点的根本保证。所以,真理的意义不是取决于词、概念和命题与世界之间的直接符合,而是在于理论整体与世界整体之间在逼真意义上的一致性。由于可能世界与真实世界之间的这种一致性关系在一定程度上是依赖于社会技术条件的动态关系。因此,以一致性为基础的真理是依赖于语境的真理,它永远是一个动态的和可变的概念,而不是静止的和不变的概念。这显然是对“把科学研究的目的理解为是追求真理”这句话的最好解答。

3.从思维方式的变革到语境实在论的基本原理

当我们把对理论、真理和意义的这种理解方式应用于对真实世界的认识时,也可以在测量语境的基础上,对理论进行实在论的解释。所不同的是,这种实在论不再是把科学理论理解成是提供关于世界的某种镜象图景的、以强调语言与命题的真理符合论为基础的那种实在论,而是把科学理论理解成是通过先对世界的模拟,然后,与真实世界趋于一致的、依赖于测量语境的实在论。不同的理论模型和测量语境可以提供对世界的不同描述。但是,通过进一步的观察或实验,我们可以判断哪一个模型能够更好地与世界相一致。在这里,理论模型与世界之间的关系是一种相似关系,而不再是相符合的关系;测量结果与对象之间的关系是在特定条件下的一种境遇性关系,而不再是一种纯粹的再现关系。我们把这种与量子力学的整体性特征相一致的量子实在论称为“语境实在论”。用语境实在论的观点取代传统实在论的观点,必然带来思维方式的根本转变。需要以整体性的语境论的思维观取代传统思维观。这种思维方式的逆转主要通过下列几个方面体现出来:

首先,在本体论意义上,用普遍的本体论的关系论(global-ontological relationalism)的观点取代传统的本体论的原子论(ontological atomism)的观点。承认关系属性或倾向性属性的存在,承认概率的实在性,承认世界中的实体、属性与关系之间的整体性。传统的原子本体论总是把世界理解成是由可以进行任意分割的部分所组成,整体等于部分之和,牛顿力学是这种本体论的一个典型范例;关系本体论则把世界理解成是一个不可分割的整体,整体大于部分之和,量子力学是这种本体论的一个典型范例。与原子本体论中认为实体可以独立地拥有自身的属性所不同,在关系本体论中,实体及其属性总是在一定的关系中体现出来。这里存在着两层关系:一层是实体之间的内在关系属性;另一层是实体固有属性表现的外在关系条件。前者具有潜存性,后者为潜存性向现实性的转变创造了有利条件。

其次,在认识论意义上,用理论模型的隐喻论的观点取论模型的镜象论的观点。传统的模型镜象论观点把理论理解成是命题的集合,命题与概念的指称和意义是由对象决定的,它们的集合构成了对对象的完备描述;而模型隐喻论的观点虽然也认为理论能够以命题的形式表示出来,但是,理论不是命题的集合,而是包含有模仿世界的内在机理的模型集合。理论与世界之间的关系不是传统的相符合关系,而是在一定的语境中,理论描述的可能世界与真实世界之间以相似为基础的一致性关系。理论系统的模型与真实系统之间的相似程度决定理论的逼真性。这样,真理不再是命题与世界之间的符合,而是成为理论的逼真性的一种极限情况。或者说,当理论所描述的可能世界与真实世界相一致的时候,理论的真理才能出现。这是对基本的认识论概念的倒转:传统的逼真性理论是用命题或命题集合的真理作为基本单元,来衡量理论距真理的距离,即理论的逼真度;而现在正好反过来,是通过对逼真性概念的理解来达到对真理的理解。

第三,在方法论意义上,用语义学方法取代传统的认识论方法。在传统的认识论方法中,是用命题的真理或图象与世界之间的逼真度的术语来表达科学实在论的一般论点。然而,这种方法使我们从开始就需要清楚地辨别对一些解释性描述的理解。例如,在相同的研究领域内,我们为什么能够说,一个理论比与它相竞争的另一个理论更逼近真理或更远离真理?对于诸如此类的问题,如果没有一个明确的和可辩护的回答方式,那么,逼真性概念要么是空洞的;要么就是不一致的。结果,对理论的逼真性的论证反而成为对“认识的谬误(epistemic fallacy)”的证明,并在某程度上支持了认识论的怀疑论观点。但是,如果我们在语义学的语境中,通过对逼真性概念的分析与辩护,然后,衍生出理论的真理,对上述问题的理解方式将不会陷入如此的认识论困境。并且从认识论的怀疑论也不会推论出语义学的怀疑论。

第四,在经验的意义上,用现象生成论的测量观取代现象再现论的测量观。所谓现象再现论的测量观是指,把物理测量结果理解成是对对象固有属性的一种再现,测量仪器的使用不会对对象属性的揭示产生实质性的干扰,它扮演着一个单纯意义上的工具角色。理论术语能够对这些观察证据进行精确的表述。观察证据的这种纯粹客观性成为建构与判别理论的逻辑起点;而现象生成论的测量观则认为,测量是对世界的一种透视,测量结果是在对象与测量环境相互作用的过程中生成的。测量结果所表达的经验事实,不是纯粹对世界状态的反映,因为经验事实存在于我们的信念系统之中,而不是独立于观察者的意识或论述之外与世界的纯粹符合,只是在特定的测量语境中的一种相对表现,是相互作用的结果。或者说,测量语境构成了对象属性有可能被认识的必要条件。

所以,理论的逼真度与科学进步之间的联系,应该在经验的意义上来确立。科学进步的记录并不是真命题的积累,而是从模型系统与真实系统之间的相似性出发,用逼真度的概念衡量科学研究纲领接近真理的程度。在这里,相似性不是一个命题,也不是两个世界之间的一种固定不变的关系,而是依赖于语境的一个程度性的概念。它的内容将会随着我们对世界的不断深入的理解而发生变化。所以,科学进步不是真命题积累的问题,而是理论的成功预言与经验事实的函数。

第五,在语义学的意义上,用整体论或依赖于语境的隐喻语言范式取代非隐喻的字面真理范式(literal-truth paradigm)。从17世纪开始,非隐喻的字面真理的范式就已经被科学家广泛地接受为是理想的语言。其动机是期望把理论模型的言语和论证,建立在优美而简洁的数学和几何的基础之上。当时的理性论者和经验论者把科学语言当成是理想的合乎理性的语言,或者说,把科学的经验和知识看成是人类经验和知识的典范。这种观点认为,所有的知识与真实世界之间的关系是根据表征知识的命题方式来讨论的,科学语言与概念的意义由它所表征的世界来确定,它们不仅在本质上具有固有的字义,而且语言本身的字面意义就是使用词语的标准。语言的意义不仅与语言的用法无关,而被认为是客观地对应于世界的各个方面。科学的话语总是关于自然界的现象、内在结构和原因的话语。

然而,在整体论的隐喻语言范式中,理论所讨论的是由科学共同体提出的关于世界的因果结构的信念,知识与真实世界之间的关系是根据可能世界与真实世界之间的相似关系来讨论的。在这里,两个世界之间的相似程度的提高是它们共有属性的函数。在隐喻的意义上,语言与概念的意义是极其模糊的和语境化的,隐喻的表达通常并不直接对应于世界中的实体或事件:即,按照字面的意义理解隐喻的陈述常常是错误的。例如,在理解量子测量现象时,实验已经证明,或者强调使用粒子语言,或者强调波动语言都是失败的。这也是玻尔的互补性原理在量子力学的时期岁月里容易被人们所接受的高明之处。从本文的观点来看,关于微观世界的粒子图象或波动图象只不过是传统思维惯性的一种最显著的表现而已。事实上,这两种图象都只是一种隐喻意义上的图象,而不代表微观世界的真实图象。隐喻与其它非字面的言词是依赖于语境的。正如后期维特根斯所言,语言与概念的意义依赖于活动,使用一个符号的充分必要条件必须包括对活动的描述。

在这种整体论的思维方式的基础上,我们可以把语境实在论的主要观点,总结为下列六个基本原理:

本体论原理:在物理测量的过程中,物理学家所观察到的现象是由不可能被直接观察到的过程因果性地引起的。这些不可能被直接观察到的过程是独立于人心而自在自为地存在着的。

方法论原理:对一个真实过程的理论模型的建构,是对不可能被观察到的真实世界的机理和结构的模拟。对于真实世界而言,它在现象学意义上的表现与它的内在结构或机理在定性的意义上具有一致性。即,理论模型具有经验的适当性。

认识论原理:理论描述的可能世界与真实世界只具有的相似性,它们之间的相似程度是它们具有的共同特性的函数。这些共性是在实验与测量语境中找到的。

语义学原理:在一定的语境中,理论模型与真实系统之间的相似关系决定理论的逼真性。在理想的情况下,真理是理论描述的可能世界逼近真实世界的一种极限。

价值论原理:科学理论的建构在最终意义上总要受到实验证据的制约,科学理论的发展总是向着越来越接近真实世界机理的方向发展的。

伦理学原理:包括人类在内的自然界具有不可分割的整体性,关于人类行为的评价标准应该建立在人与自然的整体性关系上。

4.科学进步的语境生成论模式

探讨科学进步的模式问题一直是科学哲学研究中的重大理论问题之一。不同的学派提出了不同的观点。逻辑实证主义者继承了自培根以来的哲学传统,认为科学的发展在于对经验证实的真命题的积累。理论所包括的真命题越多,它就越逼近真理。波普尔把理论逼近真理的这种性质称为“逼真性”,逼真性的程度称为“逼真度”。他认为,理论是真内容与假内容的统一,理论的逼真度等于理论中的真内容与假内容之差。而真内容由理论中那些得到经验确认的真命题所组成。真命题越多,理论的逼真度就越高。在所有这些观点中,逼真性的主要特性是用命题与事实的符合作为近似真理的基本单元。换言之,是用命题真理的术语来理解理论的逼真性。在这里“符合”没有程度上的差别;逼真性与真理之间的关系是部分与整体之间的关系。这种“符合”或“与事实相符”包含着四个方面的关系:其一,句子的主语与谓词之间处于相互联系的状态;其二,事态(the state of affairs)与主语之间的指称关系;其三,谓词表达与被选择的事态之间的指称关系;其四,说话者所选择的对象与事态之间的相适合关系。[1]

然而,这种以真命题的多少来衡量理论的逼真度的方法,似乎没有办法回答诸如下面的那些问题:如果一个理论最后被证明是与事实不相符,那么,这个理论怎么可能接近真理呢?比如说,在当前的情况下,量子场论还是一个不成熟的理论,它在未来一定会被加以修改,那么,我们能够说,量子场论不如牛顿力学与事实更相符吗?此外,“符合事实”这个概念也会遇到同样的问题:如果某个理论根本就是错误的,我们又怎能说,它与事实符合的更好或更糟呢?也许有些在表面上曾经显示出具有某种逼真性的理论,实际上,它却在根本意义上就是错的。例如,化学中的“燃素说”、物理学中的“地心说”,等等,这些理论都曾经在科学家的实际工作中,起到过积极的作用。但是,后来的发展证明,它们都是错误的假说。另一方面,这种方法还无法解释为什么在前后相继的理论中使用的同一个概念,却具有不同的内涵这样的问题。例如,经典物理学中的质量概念不同于相对论力学中的质量概念;量子力学的中微观粒子概念也比经典物理学中的粒子概念拥有更丰富的内涵。库恩在阐述他的科学进步的范式论模式时,为了避免上述问题的出现,走向了彻底的相对主义。

如果我们用强调理论描述的物理模型与世界之间的相似性比较,取论中包含的真命题的比较来理解理论的逼真性,那么,上述问题就很容易得到解决。在特定的语境中,并存着的相互竞争的理论,分别描绘出几个相互竞争的可能世界,这些可能世界与真实世界之间的相似程度决定理论的逼真性。逼真度越高的理论,将会越客观、越接近于真理。真理是理论的逼真度等于1时的一种极限情况。例如,牛顿力学比伽里略的力学更接近真理的真正理由是,因为牛顿物理学所描绘的世界模型比伽里略物理学所描绘的世界模型与真实世界更相似。而不应该把这个结论替换成是,在每一个方法中通过真命题的计数来使它们与精确地说明真实世界的真命题的总数进行比较后作出的选择。前后相继的理论中所使用的共同概念的意义也是依赖于可能世界的。不同层次的可能世界虽然赋予同一个概念以不同的内涵。但是,由于更深层的可能世界更接近真实世界的内在结构,所以,对为什么同一个概念会有不同内涵的问题就容易理解了。

我们把由理论描绘的可能世界逼近真实世界的过程,以及前后相继的理论之间的更替关系总结为:

前语境阶段——语境确立阶段——语境扩张阶段——语境转换阶段

——新的语境确立阶段……

在科学进步的这个模式中,前语境阶段是指,当科学进入一个新的研究领域时,面对不可能被旧理论所解释的有限数量的实验证据和存在的重要问题,科学家首先是进行大胆的创新和积极地猜测,提出可能与证据相一致的相互竞争的理论或假说。这些理论或假说分别描绘出了相互竞争的各种可能世界的图象。这个时期,科学家在建构理论时,通过模型与现象的比较来约束他们的想象。或者说,他们的富有创造性的想象力是一种意向性的想象,而不是完全随意的想象。这种意向性的信息直接来自不可能被直接观察到的对象本身。科学家在相互竞争的理论中作出选择时,依赖于两个主要的归纳根据:其一,相信任何一个理论模型的建构都是为了尽可能准确地模拟真实世界的结构和机理;其二,依据模型所产生的信念能够作为成为设计新的实验方案的基础,这个实验方案的设计是为了探索世界,和检验模型与它所表征的世界之间的类似程度。在特定领域内和一定的历史条件下,根据一个理论的信念所设计的实验越新颖,在得到应用之后,越能够证明理论的成功性。同时,理论的调整总是向着与新的实验结果相一致的方向进行的。而新的实验结果是由自然界中某种未知的因果机理引起的。

然而,说明的成功(explanatory success)只是理论逼近真理的一个象征或一个结果,或者说,说明的成功只是理论逼近真理的一个必要条件。凡是逼真的理论都必定能够对实验现象作出成功的说明。但是,并不是每一个拥有成功说明的理论都是逼真的理论。在理论的说明中,理论的逼真性与不断增加的成功之间的联系应该是一个认识论问题,而不是一个语义学问题。一个完整的科学理论从产生到成熟通常要经过三个阶段:其一,对现象的描述阶段,这个阶段得到了在经验上恰当的模型。例如,在量子力学之前,玻尔等人提出的各种原子模型;第二个阶段是建立一个理论的说明模型。例如,现有的量子力学的数学形式体系。第三个阶段是为成功的说明模型寻找一种可理解的机理,或者说,对说明模型提供语义学的基础。相对于一个成熟的科学理论而言,现象——模型——机理三者之间的相互关系具有内在的不可分割的整体性。这也就是为什么原子物理学家在理解量子力学的内在机理的问题上没有达成共识时,产生了量子力学的解释问题的原因所在。

在这里,我们所说的模型是指物理模型而不是仅仅指数学模型。物理模型除了包括数学模型之外,还包括理解世界的构成机理的模型。物理模型是为数学模型提供一个语义学基础。例如,分子运动论模型是解释压强公式的语义学基础;场的观点是理解引力理论的语义学基础。所以,物理学中的模型是指真实物理系统的替代物,它既具有解释的作用,也能够把抽象的数学系统翻译为一个可理解的论述。正是在这个意义上,物理学模型是指一个模型簇。由这些模型簇所描绘的可能世界的结构与真实世界的结构之间的相似关系,在选择理论时是很重要的。一方面,它能够使理论在科学实践中被不断地修改和扩展以适应新的现象,而不是静止的和孤立的;另一方面,它使相互竞争的理论之间的选择在科学实践的规则与活动之内自然地得到了求解。这时,被淘汰掉的理论并非必须要被证伪(尽管证伪也是因素之一),而是如同生物进化那样是自然选择的结果。

在这里,把逼真度作为选择理论的标准,与要么强调经验证实,要么强调经验证伪的标准不同,它永远是动态的和依赖于研究语境的概念。它既有助于把淘汰掉的理论中的某些合理化因素进行再语境化,也能够确保科学描述和与此相关的实验技巧与独立于人心的世界之间建立起一种物理联结,从而坚持了存在着一个不可能被观察到的独立于人心的世界的本体论的实在论观点。大体上,衡量可能世界与真实世界之间的结构或机理的相似程度可以通过它们之间的共有属性(或共同特征)来进行。如果用s(a ,b)表示两个世界之间的基本特征的相似关系,用 a∩b表示共有属性,a ? b和 b - a表示它们之间的差异,那么,在定性的意义上,这些量之间的关系可以定性地表示为:[1]

s(a ,b)= c1f(a∩b)- c2f(a - b)- c3f(b - a)

这个公式说明,两个世界之间的相似关系是它们的共性与差异的函数。当c1远远大于c2和c3时,两个系统之间的共性将比差异处于更重要的支配地位。其中,三个系数c1、c2和c3 的值是通过实验来确定的。这样,我们就有可能在经验的意义上来研究相似关系。在经验的意义上,如果相互竞争的理论中的某个理论的描述和说明模型能够完全依据当前的实验结果和本体论概念被加以校准,那么,我们就可以认为,这个理论是似真的(plausible)。理论越拟真,它就越逼真。

在一个特定的语境中,当一个理论的说明与理解模型能够完全经得起经验的考验时,科学共同体将认为理论描绘的可能世界与真实世界之间达到了某种一致性。这时,科学的发展进入了语境确立的阶段。这个阶段相当于库恩的常规科学时期或范式形成时期。这时,科学家不仅拥有共同的信念和共同的语言,而且拥有对真实世界的共同图象。他们相信,理论描绘的可能世界代表了真实世界的内在机理;理论描绘的图象就是不可观察的真实世界的图象。为了进一步探索真实世界的精细结构,科学家常常会根据现有理论提供的信念和约定,设计新的实验规划,预言新的实验现象,特别是运用成熟理论中的理论实体进行实验操作,从而形成了一个相对稳定的语境阶段。但是,这个相对稳定的语境边界是非常不确定的。

当科学家把成熟理论所揭示的世界机理作为一个范式和信念的基础,延伸推广到解释其它相关领域的现象时,科学的发展进入到语境的扩张阶段。其中,既包括理论研究的信念与方法的扩张,也包括以它的基本原理为基础的技术与实验的扩张。例如,在牛顿理论确立之后,不论是物理学还是化学家,他们都用牛顿力学的基本思想解释他们所面临的其它领域内的新的实验现象,并且成功地制造出了许多测量仪器;同样,现代技术的崛起和分子生物学、量子化学等学科的产生都是量子力学的基本原理成功应用的结果。所以,语境扩张的过程实际上是已有语境膨胀的过程。当科学共同体在语境扩张的过程中,遇到了与理论信念相矛盾的而且是他们料想不到的实验事实时,他们才有可能开始对理论的信念产生怀疑,这时,理论的应用边界,或者说,语境扩张的边界逐渐地变得明确起来,科学的发展开始进入语境转换阶段。在这个阶段,旧语境的扩张受到了限制,新的语境处于形成与培育当中。新的理论竞争也就随之开始了。随着新理论竞争的开始,科学共同体的信念也在不断地发生着改变,直到一个全新的语境形成为止。

当新的语境确立之后,不仅科学家确立了新的信念,而且他们对问题的求解值域也随之发生了改变。这时,原来前语境中的一些不合理的偏见,在新语境中得到了纠正。在前语境中是真理的理论,在后语境中失去了它的真理性。后语境的形成是伴随着新理论的确立而完成的。由于新语境比旧语境揭示出了更深层次的世界结构或机理。所以,它在理论信念、方法和技术层次的扩张与渗透力将会比旧语境更强、更彻底。这也就是,为什么量子力学的产生所带来的理论、方法与技术革命会比牛顿力学更深刻、更广泛的原因所在。但是,前后语境之间的界线是连续的。这时,就像新理论是对旧理论的一种超越一样,新语境也是对旧语境的一种超越。由于语境的变迁和运动是不断地向着揭示世界的真实机理的方向发展的。因此,在语境中生成的理论也使得科学的发展与进步向着不断地逼近真理的方向进行。本文把科学发展的这种模式称为“语境生成论模式”。

这里包括两个层次的生成,其一,理论的形成与完善是在特定的语境中进行的;其二,科学进步也是在语境的变更中完成的。但是,值得注意的是,强调语境化并不意味着使科学进步成为无规则的游戏。把理论系统放置于特定的语境当中,强调了系统的开放性和连续性。在这个意义上,语境论的事实也是一种客观事实。运用语境论的隐喻思考与模型化方法,不仅能够使科学进步过程中的微观的逻辑结构与宏观的历史背景有机地结合起来,而且能够使基本的内在逻辑的东西在历史的发展中内化到新的语境当中,从而使得语境在自然更替的同时,一方面,完成了理论知识的积累与继承的任务;另一方面,揭示出更深层次的世界机理。所以,语境生成论的科学进步模式既不会像库恩的范式论那样,走向相对主义,也不会像普特南那样,走向多元真理论。科学进步的语境生成论模式,既能够包容相对主义的某些合理成份,又能够坚持实在论的立场。

5.结语

从量子力学的认识论教益中抽象出的语境实在论的观点,是一种具有更广泛的解释力,并且有可能把许多观点有机地融合在一起的实在论观点。它不仅能够赋予量子力学以实在论的解释,而且为解决科学实在论面临的许多责难,理清上世纪末围绕“索卡尔事件”所发生的一场震惊西方学坛的科学大战,[1] 提供了一条可能的思路。法因曾经在《掷骰子游戏:爱因斯坦与量子论》一书中断言“实在论已经死了”。[2] 然而,我们通过对量子力学与实在论的分析,在放弃了传统的真理符合论之后,运用隐喻思考与模型化方法所得出的结论则是,“实在论还活着,而且活的很好”。

[1] d.bohm and b.j.hiley, the undivided universe: an ontological interpretation of quantum theory, routledge and kegan paul, london (1993).

[1] jeffrey alan barrett, the quantum mechanics of minds and worlds, oxford university press (1999).

[1] jerrold l. aronson, rom harré & eileen cornell way, realism rescued: how scientific progress of possible, gerald duckworth & co.ltd (1994): 136-137.

[1] jerrold l. aronson, rom harré & eileen cornell way, realism rescued: how scientific progress of possible, gerald duckworth & co.ltd (1994): 133.

量子力学的基本理论观点第5篇

量子力学是当代科学发展中最成功、也是最神秘的理论之一。其成功之处在于,它以独特的形式体系与特有的算法规则,对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言,已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具,同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础;其神秘之处在于,与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反,量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基本概念的意义的理解时,至今仍未达成共识。量子物理学家在理解和解释量子力学的基本概念的过程中所存在的分歧,不是关于原子世界是否具有本体论地位的分歧,而是能否仍然像经典物理学理论那样,把量子理论理解成是对客观存在的原子世界的正确描述之间的分歧。

在量子力学诞生的早期岁月里,这些分歧的产生主要源于对量子理论中的波函数的统计性质的理解。因为量子力学的创始人把量子力学理解成是一种完备的理论,把量子统计理解成是不同于经典统计的观点,在根本意义上,带来了量子力学描述中的统计决定性特征。而理论描述的统计决定性与物理学家长期信奉的因果决定论的实在论研究传统相冲突。在当时的背景下,对于那些在经典物理学的熏陶下成长起来的许多传统物理学家而言,对量子力学的这种理解是难以容忍的。这些物理学家仍然坚持以经典实在观为前提,希望重建对原子对象的因果决定论的描述。这种观点认为,现有的量子力学只是临时的现象学的理论,是不完备的,将来总会被一个拥有确定值的能够解决量子悖论的新理论所取代。量子哲学家普遍地把这种实在论称之为定域实在论,或者称为非语境论的实在论。从epr悖论到贝尔定理的提出正是沿着这一思路发展的。这种观点把量子论中的统计决定论与经典实在论之间的矛盾,理解成是量子论与传统实在论之间的矛盾。

但是,自从1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列实验,没有支持定域隐变量理论的预言,而是给出了与量子力学的预言相一致的实验结果以来,量子论与传统实在论之间的矛盾焦点,由对量子理论中的统计决定性特征的质疑,转向了对更加基本的量子测量过程中的“波包塌缩”现象的理解。因为量子测量问题是量子理论中最深层次的概念问题。冯•诺意曼在本体论意义上引入量子态的概念来表征量子实在的作法,直接导致了至今难以解决的量子测量难题。到目前为止,所有的量子测量理论都是试图站在传统实在论的立场上,对量子测量过程作出新的解释。玻姆的本体论解释在承认量子力学的统计性特征,把量子世界看成是由客观的不确定性、随机性和量子纠缠所支配的世界的前提下,通过假设非定域的隐变量的存在,寻找对量子测量过程的因果性解释。量子哲学家把这种实在论称为非定域的实在论。[1] 多世界解释在承认现有的量子力学的形式体系和基本特征是完全正确的前提下,通过多元本体论的假设来对具有整体性特征的量子测量过程作出整体论的解释。量子哲学家把这种实在论称为非分离的实在论。[1]

量子测量现象的非定域性和非分离性所反映的是量子测量过程的整体性特征。问题是,相对于科学哲学研究而言,如果把量子测量系统理解成是一个包括观察者在内的整体,我们将永远不可能在观察者与被观察系统之间作出任何形式的分割。而观察者与被观察系统之间的分界线的消失,将会使我们在不考虑观察者的情况下,对物理实在进行客观描述的梦想彻底地破灭。这是因为,一方面,如果我们认为量子力学的形式体系是正确而完备的理论,那么,就能够用量子力学的术语描述包括观察者在内的整个测量过程。这时,观察者成为整个测量系统中的一个组成部分参与了测量中的相互作用;另一方面,如果我们仍然渴望像以可分离性假设为基础的经典测量那样,在以整体性假设为基础的量子测量系统中,也能够得到确定而纯客观的测量结果,那么,他们必须要在观察者与被观察的量子系统之间作出某种分割,观察者才有可能站在整个测量系统之外进行观察。然而,在量子测量的具体实践中,这个重要的“阿基米德点”是永远不可能得到的。因为对量子测量系统进行的任何一种形式的分割,都必然会导致像“薛定谔猫”那样的悖论。这样,关于量子论与实在论之间的矛盾事实上转化为,在承认量子力学的统计性特征的前提下,如何解决量子测量的整体性与传统实在论之间的矛盾。

以玻尔为代表的传统量子物理学家在创立了量子力学的形式体系之后,并不追求从量子测量现象到量子本体论的超越中提供一种本体论的理解。而是在认识论和现象学的意义上做文章。玻尔认为,观察的“客观性”概念的含义,在原子物理学的领域内已经发生了语义上的变化。在这里,客观性不再是指对客体在观察之前的内在特性的揭示,而是具有了“在主体间性的意义上是有效的”这一新的含义。这种把“客观性”理解成是“主体间性”的观点,在认识论意义上,所隐藏的直接后果是,使“客观性”概念失去了与“主观性”概念相对立的基本含义,从而使量子力学成为支持科学的反实在论解释的一个重要的立论依据。与此相反,近几十年发展起来的多世界解释,试图以多元本体论的假设为前提,恢复对客观性概念的传统理解;玻姆的本体论解释则是以粒子轨道与真实波的二元论假设为代价,把测量过程中的整体性特征归结为是量子势的性质。这两种解释虽然在理解量子测量现象时坚持了传统实在论的立场。但是,这些立场的坚持是以在量子力学中增加某些额外的假设为代价的。这正是为什么近几十年来,反思与研究量子力学与量子测量的概念基础问题,成为不计其数的论著和论文所讨论的中心论题的主要原因所在。

到目前为止,在量子物理学家的心目中,微观客体的非定域性特征和量子测量的非分离性特征已经成为不争的事实。如果我们站在科学哲学的立场上,像当初接受量子统计性一样,也接受量子力学描述的微观系统的这种整体性特征。那么,量子测量过程中被测量的系统与测量仪器(包括观察者在内)之间的整体性关系将会意味着,在微观领域内,我们所得到的知识,事实上,总是与观察者密切相关的知识。这个结论显然与长期以来我们所坚持的真理符合论的客观标准不相容。因此,接受量子力学的整体性特征,就意味着放弃真理符合论的标准,需要对传统实在论的核心概念——理论和真理的性质与意义——进行重新理解。这样,现在的问题就变成是,能否在接受量子力学的统计性和整体性特征的前提下,阐述一种新的实在论观点呢?如果答案是否定的,那么,科学实在论将永远不可能得到辩护;如果答案是肯定的,那么,与理论的整体性特征相协调的实在论是一种什么样的实在论呢?这正是本文所关注的主要问题所在。

2.认识论教益:隐喻思考与模型化方法的突现

自近代自然科学产生以来,公认的传统实在论的观点是建立在宏观科学知识基础之上的一种镜像实在论。在宏观科学的研究领域内,观察者总是能够站在整个测量系统之外,客观地获得测量信息。在有效的测量过程中,测量仪器对测量结果的干扰通常可以忽略不计。测量结果为理论命题的真假提供了直接的评判标准,使命题和概念拥有字面表达的意义(literal meaning)或非隐喻的意义和指称。因此,镜像实在论是以观察命题的真理符合论为前提的。

真理符合论的最实质性的内容是,坚持命题与概念同实际的事实相符合。长期以来,科学家一直把这种观点视为是科学研究活动的价值基础。

维特根斯坦在其著名的《逻辑哲学导论》一书中,把真理的这种符合论观点表述为:就像唱片是声音的画像并具有声音的某些结构一样,命题所描述是事实的画像,并具有与事实一致的结构。因为用语言来思考和说话,就是用语言来对事实作逻辑的模写,它类似于画家用线条、色彩、图案来描绘世界上的事物。所以,用语言描述的图象与世界的实际图象之间具有同构性。1933年,塔尔斯基对这种真理观进行了定义。在当前科学哲学的文献中,人们习惯于用“雪是白的”这一命题为例,把塔尔斯基对真理的定义形象地表述为:“雪是白的”是真的,当且仅当,雪是白的。

普特南把塔尔斯基对真理的这种定义概括为“去掉引号的真理论”。塔尔斯基认为,要想使“‘雪是白的’是真的”,这个句子本身成真,当且仅当,“雪是白的”这个事实是真实的,即我们能够得到“雪是白的”这一经验事实。这个看似简单的句子隐含着两层与常识相一致的符合关系:第一层的相符合关系是,语言表达的命题与实际事实相符合;第二层的相符合关系是,观察得到的事实与真实世界相符合。在日常生活中,像“雪是白的”这样的经验事实是非常直观的,只要是一个正常的人,都有可能看到“雪确实是白色的”这个实际存在的事实。因此,人们对它的客观性不会产生任何怀疑,能够作为“‘雪是白的’是真的”这个句子的成真条件。

然而,量子力学揭示出的微观测量系统中的整体性特征,既限制了我们对这种理想知识的追求,也向传统的客观真理标准的价值观提出了挑战。这是因为,在量子测量的过程中,对命题的这种理想的描述方式和对对象的如此单纯的观察活动,已经不再可能。以玻尔为代表的许多物理学家虽然在量子力学诞生的早期就已经意识到这一点。但是,在科学哲学的意义上,他们在抛弃了真理符合论之后,却走向了认识论的反实在论;冯•诺意曼的测量理论以真理符合论为基础,要求在观察者与测量仪器之间进行分割的做法,直接导致了量子测量中的“观察者悖论”;现存的非分离与非定域的实在论解释,也是以真理符合论为基础,在量子力学的形式体系中增加了某些难以令人接受的额外假设,来解决量子测量难题。从哲学意义上看,这种借助于额外假设来使量子力学与实在论相一致的作法并没有唯一性。它不过是借助于各种哲学的想象力来解决量子测量难题而已。

由此可见,量子测量难题的产生,实际上是以真理符合论为基础的传统实在论的观点,来理解量子测量过程的整体性特征所导致的。现在,如果我们像放弃经典的绝对时空观,接受相对论一样,也放弃真理符合论的实在论,接受现有的量子力学。那么,在当代科学哲学的研究中,我们需要以成功的量子力学带给我们的认识论教益为出发点,对理论、概念和真理的性质与意义作出新的阐述。量子力学所揭示的微观世界与宏观世界之间的最大差异在于,我们对微观世界的内在结构的认知,不可能像对宏观世界的认知那样,使观察者能够站在整个测量语境的外面来进行。

这就像盲人摸象的故事一样,不同的盲人从大象的不同部位开始摸起,最初,他们所得到的对大象的认识是不相同的,因为每个人根据自己的触摸活动都只能说出大象的某一个部分。只有当他们摸完了整个大象时,他们才有可能对大象的形状作出客观的描述。然而,虽然他们对大象的描述始终是从自己的视角为起点的,并建立在个人理解的基础之上。但是,不可否认的是,他们的触摸活动总是以真实的大象为本体的。在微观领域内,量子世界如同是一头大象,物理学家如同是一群盲人,有所区别的是,物理学家对微观世界的认识不可能是直接的触摸活动,而只能借助于自己设计的测量仪器与对象进行相互作用来进行。在这个相互作用的过程中,包括观察者在内的测量语境成为联系微观世界与理论描述之间的一个不可分割的纽带。

如果把这种量子力学的这种整体性思想延伸外推到一般的科学哲学研究中,那么,可以认为,科学家所阐述的理论事实上是一个产生信念的系统。科学家借助于模型化的理论,把他们对世界的认知模拟出来。理论模型所描述出的世界与真实世界之间的关系是一种内在的、整体性的相似关系。这种相似分为两个不同的层次:其一,在特定的语境中,模型与被模拟的世界在现象学意义上的初级相似。这种相似是指,在这个层次上,我们只是能够通过某些关系把现象描述出来,但是,对现象之所以发生的原因给不出明确的说明;其二,在特定的语境中,模型与被模拟的世界在认识论意义上的高级相似。这种相似是指,理论模型达到了与真实世界的内在结构与关系之间的相似。所以,现象学意义上的相似最后会被成熟理论所描述的认识论意义上的结构相似所包容或修正。

这两个层次之间的相似关系是建立在经验基础之上的,而不是建立在逻辑或先验的基础之上。这样,虽然科学家在建构理论模型的过程中,总是不可避免地存在着许多非理性的因素。但是,在根本的意义上,他们的建构活动是以最终达到使理论描述的可能世界与真实世界之间的结构与关系相似为目的的。因此,测量语境的存在成为科学家建构活动的一个最基本的制约前提。建构理论模型的活动是一种对世界的认知活动。建构活动中的虚构性将会在与公认的实验事实的比较中不断地得到矫正,直至达到与真实世界完全一致为止。或者说,在一定的语境中,当从理论模型作出的预言在经验意义上不断地得到了证实的时候,类比的相似性程度将随之不断地得以提高;当科学共同体能够依据理论模型所描述的可能世界的结构来理解真实世界时,相似性关系将逐渐地趋向模型与世界之间的一致性关系。

在这种理解方式中,真理是物理模型与真实世界之间的相似关系的一种极限,是在一定的语境中完善与发展理论的一个最终结果。这样,在科学研究中,真理成为科学研究追求的一个最终目标,而不是科学研究的逻辑起点。或者说,把真理理解成是在科学的探索过程中,成熟的物理模型与世界结构之间达成的一致性关系。对真理的这种理解,使过去追求的客观真理变成了与语境密切相关的一个概念。超出理论成真的语境范围,真理也就失去了存在的前提和价值。这样,与玻尔把理论的客观性理解成是主体间性的观点所不同,本文是通过改变对真理意义的理解方式,挽救了理论的客观性。

如果把科学活动理解成是对世界的模拟活动,那么,在理论的建构活动中,科学理论的概念与术语所描述出的可能世界,只在一定的语境中与真实世界具有相似性。所以,相对于不可能被观察到的真实世界而言,科学的话语(scientific discourses)将不再具有按字面所理解的意义,而是只具有隐喻的意义。只有当理论与世界之间的关系趋向于一致性关系时,对某些概念的隐喻性理解才有可能变成字面语言的理解。所以,在科学研究的活动中,研究对象越远离日常经验,科学话语中的隐喻成份就越多。这也许是为什么在量子理论产生的早期年代,物理学家在理解微观现象时,不可能在微观对象的粒子性和波动性之间作出任何选择的原因所在。实际上,微观粒子的波——粒二象性概念只是在现象学意义上的一种典型的隐喻概念,它们并不拥有概念的字面意义,而只具有隐喻的意义。因此,它们不是对真实世界的基本结构的实际描述。正如惠勒的“延迟实验”所揭示的那样,物理学家不可能选择用其中的一类图象来解释另一类图象。只有当关于微观世界的内在结构在可能世界的模型中得到全部模拟时,原来的波——粒二象性的概念才被一个更具有普遍意义的新的量子态概念所取代。

如果科学语言只具有隐喻的意义,科学理论所描述的是可能世界,那么,物理学家对测量现象的描述,也只是一种隐喻描述,而不是非隐喻的按照字义所理解的描述。这种描述既依赖于观察者的背景知识,也依赖于当时的技术发展的水平。就像格式塔心理学所阐述的那样,同样的图形、同一个对象,不同的观察者会得出不同的结论。在这个意义上,测量与观察不再是纯粹地揭示对象属性的一种再现活动,而是观察者与对象发生相互作用之后,受到测量语境约束的一种生成活动。在这个活动中,就现象本身而言,至少包含有两类信息:一是来自对象自身的信息;二是包括观察者在内的测量系统内部发生相互作用时新生成的信息。

从这个意义上看,微观粒子在测量过程中表现出的波——粒二象性只是一种现象学意义上的相似,而不是微观粒子的真实存在。在大多数情况下,现象还不等于是证据,把现象作为一种证据表述出来,还要受到物理学家的背景知识和社会条件的制约,甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制约。按照对理论、真理和测量的这种理解方式,由“波包塌缩”现象所反映的问题,就变成了提醒物理学家有必要对过去所忽视的物理测量过程的各个细节,对宏观与微观之间的过渡环节,进行更细致的理论研究的一个信号,成为进一步推动物理学发展的一个技术性的物理学问题,而不再是观念性的与实在论相矛盾的哲学问题。

玻姆的量子论是试图用非隐喻的字面语言对真实的量子世界进行描述,而现有的量子力学在它的产生初期则是用隐喻的语言对量子世界的一种模拟描述。正是由于理论模型具有的相似性,才使得薛定谔的波动力学与海森堡等人的矩阵力学能够得出完全相同的结果,并最终证明两者在数学上是等价的。在量子力学的语境中,不论是波动图象,还是粒子图象都只是理论与世界之间的现象学意义上的初级相似。在以后的发展中,量子力学所描述的可能世界的预言与真实世界的实验现象相一致的事实说明,当冯•诺意曼在希尔伯特空间以量子态为基本概念建立了量子力学的公理化体系之后,这些现象学意义上的相似已经上升到认识论意义上的结构相似,说明量子力学描述的可能世界与真实世界在微观领域内是一致的。这时,以波——粒二象性为基础的隐喻图象被整体论的世界图象所取代。这也许正是物理学家可以在抛开哲学争论的前提下,只注重量子物理学的技术性发展的一个原因所在。而相比之下,玻姆的理论不过是追求传统意义上的非隐喻的字面图象和传统哲学观念的一种理想产物。

在对理论、概念和真理的意义的这种理解方式中,理论与世界之间的一致性关系不是建立在命题与概念的层次上,而是以测量语境为本体,建立在物理模型与真实世界之间从现象学意义上的初级相似到认识论意义上的结构相似的基础之上的。测量语境的本体性,成为我们在认识论意义上承认科学理论是一个信念系统的同时,拒绝后现代主义者把理论理解成是可以随意解读的社会文本的极端观点的根本保证。所以,真理的意义不是取决于词、概念和命题与世界之间的直接符合,而是在于理论整体与世界整体之间在逼真意义上的一致性。由于可能世界与真实世界之间的这种一致性关系在一定程度上是依赖于社会技术条件的动态关系。因此,以一致性为基础的真理是依赖于语境的真理,它永远是一个动态的和可变的概念,而不是静止的和不变的概念。这显然是对“把科学研究的目的理解为是追求真理”这句话的最好解答。

3.从思维方式的变革到语境实在论的基本原理

当我们把对理论、真理和意义的这种理解方式应用于对真实世界的认识时,也可以在测量语境的基础上,对理论进行实在论的解释。所不同的是,这种实在论不再是把科学理论理解成是提供关于世界的某种镜象图景的、以强调语言与命题的真理符合论为基础的那种实在论,而是把科学理论理解成是通过先对世界的模拟,然后,与真实世界趋于一致的、依赖于测量语境的实在论。不同的理论模型和测量语境可以提供对世界的不同描述。但是,通过进一步的观察或实验,我们可以判断哪一个模型能够更好地与世界相一致。在这里,理论模型与世界之间的关系是一种相似关系,而不再是相符合的关系;测量结果与对象之间的关系是在特定条件下的一种境遇性关系,而不再是一种纯粹的再现关系。我们把这种与量子力学的整体性特征相一致的量子实在论称为“语境实在论”。用语境实在论的观点取代传统实在论的观点,必然带来思维方式的根本转变。需要以整体性的语境论的思维观取代传统思维观。这种思维方式的逆转主要通过下列几个方面体现出来:

首先,在本体论意义上,用普遍的本体论的关系论(global-ontological relationalism)的观点取代传统的本体论的原子论(ontological atomism)的观点。承认关系属性或倾向性属性的存在,承认概率的实在性,承认世界中的实体、属性与关系之间的整体性。传统的原子本体论总是把世界理解成是由可以进行任意分割的部分所组成,整体等于部分之和,牛顿力学是这种本体论的一个典型范例;关系本体论则把世界理解成是一个不可分割的整体,整体大于部分之和,量子力学是这种本体论的一个典型范例。与原子本体论中认为实体可以独立地拥有自身的属性所不同,在关系本体论中,实体及其属性总是在一定的关系中体现出来。这里存在着两层关系:一层是实体之间的内在关系属性;另一层是实体固有属性表现的外在关系条件。前者具有潜存性,后者为潜存性向现实性的转变创造了有利条件。

其次,在认识论意义上,用理论模型的隐喻论的观点取论模型的镜象论的观点。传统的模型镜象论观点把理论理解成是命题的集合,命题与概念的指称和意义是由对象决定的,它们的集合构成了对对象的完备描述;而模型隐喻论的观点虽然也认为理论能够以命题的形式表示出来,但是,理论不是命题的集合,而是包含有模仿世界的内在机理的模型集合。理论与世界之间的关系不是传统的相符合关系,而是在一定的语境中,理论描述的可能世界与真实世界之间以相似为基础的一致性关系。理论系统的模型与真实系统之间的相似程度决定理论的逼真性。这样,真理不再是命题与世界之间的符合,而是成为理论的逼真性的一种极限情况。或者说,当理论所描述的可能世界与真实世界相一致的时候,理论的真理才能出现。这是对基本的认识论概念的倒转:传统的逼真性理论是用命题或命题集合的真理作为基本单元,来衡量理论距真理的距离,即理论的逼真度;而现在正好反过来,是通过对逼真性概念的理解来达到对真理的理解。

第三,在方法论意义上,用语义学方法取代传统的认识论方法。在传统的认识论方法中,是用命题的真理或图象与世界之间的逼真度的术语来表达科学实在论的一般论点。然而,这种方法使我们从开始就需要清楚地辨别对一些解释性描述的理解。例如,在相同的研究领域内,我们为什么能够说,一个理论比与它相竞争的另一个理论更逼近真理或更远离真理?对于诸如此类的问题,如果没有一个明确的和可辩护的回答方式,那么,逼真性概念要么是空洞的;要么就是不一致的。结果,对理论的逼真性的论证反而成为对“认识的谬误(epistemic fallacy)”的证明,并在某程度上支持了认识论的怀疑论观点。但是,如果我们在语义学的语境中,通过对逼真性概念的分析与辩护,然后,衍生出理论的真理,对上述问题的理解方式将不会陷入如此的认识论困境。并且从认识论的怀疑论也不会推论出语义学的怀疑论。

第四,在经验的意义上,用现象生成论的测量观取代现象再现论的测量观。所谓现象再现论的测量观是指,把物理测量结果理解成是对对象固有属性的一种再现,测量仪器的使用不会对对象属性的揭示产生实质性的干扰,它扮演着一个单纯意义上的工具角色。理论术语能够对这些观察证据进行精确的表述。观察证据的这种纯粹客观性成为建构与判别理论的逻辑起点;而现象生成论的测量观则认为,测量是对世界的一种透视,测量结果是在对象与测量环境相互作用的过程中生成的。测量结果所表达的经验事实,不是纯粹对世界状态的反映,因为经验事实存在于我们的信念系统之中,而不是独立于观察者的意识或论述之外与世界的纯粹符合,只是在特定的测量语境中的一种相对表现,是相互作用的结果。或者说,测量语境构成了对象属性有可能被认识的必要条件。

所以,理论的逼真度与科学进步之间的联系,应该在经验的意义上来确立。科学进步的记录并不是真命题的积累,而是从模型系统与真实系统之间的相似性出发,用逼真度的概念衡量科学研究纲领接近真理的程度。在这里,相似性不是一个命题,也不是两个世界之间的一种固定不变的关系,而是依赖于语境的一个程度性的概念。它的内容将会随着我们对世界的不断深入的理解而发生变化。所以,科学进步不是真命题积累的问题,而是理论的成功预言与经验事实的函数。

第五,在语义学的意义上,用整体论或依赖于语境的隐喻语言范式取代非隐喻的字面真理范式(literal-truth paradigm)。从17世纪开始,非隐喻的字面真理的范式就已经被科学家广泛地接受为是理想的语言。其动机是期望把理论模型的言语和论证,建立在优美而简洁的数学和几何的基础之上。当时的理性论者和经验论者把科学语言当成是理想的合乎理性的语言,或者说,把科学的经验和知识看成是人类经验和知识的典范。这种观点认为,所有的知识与真实世界之间的关系是根据表征知识的命题方式来讨论的,科学语言与概念的意义由它所表征的世界来确定,它们不仅在本质上具有固有的字义,而且语言本身的字面意义就是使用词语的标准。语言的意义不仅与语言的用法无关,而被认为是客观地对应于世界的各个方面。科学的话语总是关于自然界的现象、内在结构和原因的话语。

然而,在整体论的隐喻语言范式中,理论所讨论的是由科学共同体提出的关于世界的因果结构的信念,知识与真实世界之间的关系是根据可能世界与真实世界之间的相似关系来讨论的。在这里,两个世界之间的相似程度的提高是它们共有属性的函数。在隐喻的意义上,语言与概念的意义是极其模糊的和语境化的,隐喻的表达通常并不直接对应于世界中的实体或事件:即,按照字面的意义理解隐喻的陈述常常是错误的。例如,在理解量子测量现象时,实验已经证明,或者强调使用粒子语言,或者强调波动语言都是失败的。这也是玻尔的互补性原理在量子力学的时期岁月里容易被人们所接受的高明之处。从本文的观点来看,关于微观世界的粒子图象或波动图象只不过是传统思维惯性的一种最显著的表现而已。事实上,这两种图象都只是一种隐喻意义上的图象,而不代表微观世界的真实图象。隐喻与其它非字面的言词是依赖于语境的。正如后期维特根斯所言,语言与概念的意义依赖于活动,使用一个符号的充分必要条件必须包括对活动的描述。

在这种整体论的思维方式的基础上,我们可以把语境实在论的主要观点,总结为下列六个基本原理:

本体论原理:在物理测量的过程中,物理学家所观察到的现象是由不可能被直接观察到的过程因果性地引起的。这些不可能被直接观察到的过程是独立于人心而自在自为地存在着的。

方法论原理:对一个真实过程的理论模型的建构,是对不可能被观察到的真实世界的机理和结构的模拟。对于真实世界而言,它在现象学意义上的表现与它的内在结构或机理在定性的意义上具有一致性。即,理论模型具有经验的适当性。

认识论原理:理论描述的可能世界与真实世界只具有的相似性,它们之间的相似程度是它们具有的共同特性的函数。这些共性是在实验与测量语境中找到的。

语义学原理:在一定的语境中,理论模型与真实系统之间的相似关系决定理论的逼真性。在理想的情况下,真理是理论描述的可能世界逼近真实世界的一种极限。

价值论原理:科学理论的建构在最终意义上总要受到实验证据的制约,科学理论的发展总是向着越来越接近真实世界机理的方向发展的。

伦理学原理:包括人类在内的自然界具有不可分割的整体性,关于人类行为的评价标准应该建立在人与自然的整体性关系上。

4.科学进步的语境生成论模式

探讨科学进步的模式问题一直是科学哲学研究中的重大理论问题之一。不同的学派提出了不同的观点。逻辑实证主义者继承了自培根以来的哲学传统,认为科学的发展在于对经验证实的真命题的积累。理论所包括的真命题越多,它就越逼近真理。波普尔把理论逼近真理的这种性质称为“逼真性”,逼真性的程度称为“逼真度”。他认为,理论是真内容与假内容的统一,理论的逼真度等于理论中的真内容与假内容之差。而真内容由理论中那些得到经验确认的真命题所组成。真命题越多,理论的逼真度就越高。在所有这些观点中,逼真性的主要特性是用命题与事实的符合作为近似真理的基本单元。换言之,是用命题真理的术语来理解理论的逼真性。在这里“符合”没有程度上的差别;逼真性与真理之间的关系是部分与整体之间的关系。这种“符合”或“与事实相符”包含着四个方面的关系:其一,句子的主语与谓词之间处于相互联系的状态;其二,事态(the state of affairs)与主语之间的指称关系;其三,谓词表达与被选择的事态之间的指称关系;其四,说话者所选择的对象与事态之间的相适合关系。[1]

然而,这种以真命题的多少来衡量理论的逼真度的方法,似乎没有办法回答诸如下面的那些问题:如果一个理论最后被证明是与事实不相符,那么,这个理论怎么可能接近真理呢?比如说,在当前的情况下,量子场论还是一个不成熟的理论,它在未来一定会被加以修改,那么,我们能够说,量子场论不如牛顿力学与事实更相符吗?此外,“符合事实”这个概念也会遇到同样的问题:如果某个理论根本就是错误的,我们又怎能说,它与事实符合的更好或更糟呢?也许有些在表面上曾经显示出具有某种逼真性的理论,实际上,它却在根本意义上就是错的。例如,化学中的“燃素说”、物理学中的“地心说”,等等,这些理论都曾经在科学家的实际工作中,起到过积极的作用。但是,后来的发展证明,它们都是错误的假说。另一方面,这种方法还无法解释为什么在前后相继的理论中使用的同一个概念,却具有不同的内涵这样的问题。例如,经典物理学中的质量概念不同于相对论力学中的质量概念;量子力学的中微观粒子概念也比经典物理学中的粒子概念拥有更丰富的内涵。库恩在阐述他的科学进步的范式论模式时,为了避免上述问题的出现,走向了彻底的相对主义。

如果我们用强调理论描述的物理模型与世界之间的相似性比较,取论中包含的真命题的比较来理解理论的逼真性,那么,上述问题就很容易得到解决。在特定的语境中,并存着的相互竞争的理论,分别描绘出几个相互竞争的可能世界,这些可能世界与真实世界之间的相似程度决定理论的逼真性。逼真度越高的理论,将会越客观、越接近于真理。真理是理论的逼真度等于1时的一种极限情况。例如,牛顿力学比伽里略的力学更接近真理的真正理由是,因为牛顿物理学所描绘的世界模型比伽里略物理学所描绘的世界模型与真实世界更相似。而不应该把这个结论替换成是,在每一个方法中通过真命题的计数来使它们与精确地说明真实世界的真命题的总数进行比较后作出的选择。前后相继的理论中所使用的共同概念的意义也是依赖于可能世界的。不同层次的可能世界虽然赋予同一个概念以不同的内涵。但是,由于更深层的可能世界更接近真实世界的内在结构,所以,对为什么同一个概念会有不同内涵的问题就容易理解了。

我们把由理论描绘的可能世界逼近真实世界的过程,以及前后相继的理论之间的更替关系总结为:

前语境阶段——语境确立阶段——语境扩张阶段——语境转换阶段

——新的语境确立阶段……

在科学进步的这个模式中,前语境阶段是指,当科学进入一个新的研究领域时,面对不可能被旧理论所解释的有限数量的实验证据和存在的重要问题,科学家首先是进行大胆的创新和积极地猜测,提出可能与证据相一致的相互竞争的理论或假说。这些理论或假说分别描绘出了相互竞争的各种可能世界的图象。这个时期,科学家在建构理论时,通过模型与现象的比较来约束他们的想象。或者说,他们的富有创造性的想象力是一种意向性的想象,而不是完全随意的想象。这种意向性的信息直接来自不可能被直接观察到的对象本身。科学家在相互竞争的理论中作出选择时,依赖于两个主要的归纳根据:其一,相信任何一个理论模型的建构都是为了尽可能准确地模拟真实世界的结构和机理;其二,依据模型所产生的信念能够作为成为设计新的实验方案的基础,这个实验方案的设计是为了探索世界,和检验模型与它所表征的世界之间的类似程度。在特定领域内和一定的历史条件下,根据一个理论的信念所设计的实验越新颖,在得到应用之后,越能够证明理论的成功性。同时,理论的调整总是向着与新的实验结果相一致的方向进行的。而新的实验结果是由自然界中某种未知的因果机理引起的。

然而,说明的成功(explanatory success)只是理论逼近真理的一个象征或一个结果,或者说,说明的成功只是理论逼近真理的一个必要条件。凡是逼真的理论都必定能够对实验现象作出成功的说明。但是,并不是每一个拥有成功说明的理论都是逼真的理论。在理论的说明中,理论的逼真性与不断增加的成功之间的联系应该是一个认识论问题,而不是一个语义学问题。一个完整的科学理论从产生到成熟通常要经过三个阶段:其一,对现象的描述阶段,这个阶段得到了在经验上恰当的模型。例如,在量子力学之前,玻尔等人提出的各种原子模型;第二个阶段是建立一个理论的说明模型。例如,现有的量子力学的数学形式体系。第三个阶段是为成功的说明模型寻找一种可理解的机理,或者说,对说明模型提供语义学的基础。相对于一个成熟的科学理论而言,现象——模型——机理三者之间的相互关系具有内在的不可分割的整体性。这也就是为什么原子物理学家在理解量子力学的内在机理的问题上没有达成共识时,产生了量子力学的解释问题的原因所在。

在这里,我们所说的模型是指物理模型而不是仅仅指数学模型。物理模型除了包括数学模型之外,还包括理解世界的构成机理的模型。物理模型是为数学模型提供一个语义学基础。例如,分子运动论模型是解释压强公式的语义学基础;场的观点是理解引力理论的语义学基础。所以,物理学中的模型是指真实物理系统的替代物,它既具有解释的作用,也能够把抽象的数学系统翻译为一个可理解的论述。正是在这个意义上,物理学模型是指一个模型簇。由这些模型簇所描绘的可能世界的结构与真实世界的结构之间的相似关系,在选择理论时是很重要的。一方面,它能够使理论在科学实践中被不断地修改和扩展以适应新的现象,而不是静止的和孤立的;另一方面,它使相互竞争的理论之间的选择在科学实践的规则与活动之内自然地得到了求解。这时,被淘汰掉的理论并非必须要被证伪(尽管证伪也是因素之一),而是如同生物进化那样是自然选择的结果。

在这里,把逼真度作为选择理论的标准,与要么强调经验证实,要么强调经验证伪的标准不同,它永远是动态的和依赖于研究语境的概念。它既有助于把淘汰掉的理论中的某些合理化因素进行再语境化,也能够确保科学描述和与此相关的实验技巧与独立于人心的世界之间建立起一种物理联结,从而坚持了存在着一个不可能被观察到的独立于人心的世界的本体论的实在论观点。大体上,衡量可能世界与真实世界之间的结构或机理的相似程度可以通过它们之间的共有属性(或共同特征)来进行。如果用s(a ,b)表示两个世界之间的基本特征的相似关系,用 a∩b表示共有属性,a – b和 b - a表示它们之间的差异,那么,在定性的意义上,这些量之间的关系可以定性地表示为:[1]

s(a ,b)= c1f(a∩b)- c2f(a - b)- c3f(b - a)

这个公式说明,两个世界之间的相似关系是它们的共性与差异的函数。当c1远远大于c2和c3时,两个系统之间的共性将比差异处于更重要的支配地位。其中,三个系数c1、c2和c3 的值是通过实验来确定的。这样,我们就有可能在经验的意义上来研究相似关系。在经验的意义上,如果相互竞争的理论中的某个理论的描述和说明模型能够完全依据当前的实验结果和本体论概念被加以校准,那么,我们就可以认为,这个理论是似真的(plausible)。理论越拟真,它就越逼真。

在一个特定的语境中,当一个理论的说明与理解模型能够完全经得起经验的考验时,科学共同体将认为理论描绘的可能世界与真实世界之间达到了某种一致性。这时,科学的发展进入了语境确立的阶段。这个阶段相当于库恩的常规科学时期或范式形成时期。这时,科学家不仅拥有共同的信念和共同的语言,而且拥有对真实世界的共同图象。他们相信,理论描绘的可能世界代表了真实世界的内在机理;理论描绘的图象就是不可观察的真实世界的图象。为了进一步探索真实世界的精细结构,科学家常常会根据现有理论提供的信念和约定,设计新的实验规划,预言新的实验现象,特别是运用成熟理论中的理论实体进行实验操作,从而形成了一个相对稳定的语境阶段。但是,这个相对稳定的语境边界是非常不确定的。

当科学家把成熟理论所揭示的世界机理作为一个范式和信念的基础,延伸推广到解释其它相关领域的现象时,科学的发展进入到语境的扩张阶段。其中,既包括理论研究的信念与方法的扩张,也包括以它的基本原理为基础的技术与实验的扩张。例如,在牛顿理论确立之后,不论是物理学还是化学家,他们都用牛顿力学的基本思想解释他们所面临的其它领域内的新的实验现象,并且成功地制造出了许多测量仪器;同样,现代技术的崛起和分子生物学、量子化学等学科的产生都是量子力学的基本原理成功应用的结果。所以,语境扩张的过程实际上是已有语境膨胀的过程。当科学共同体在语境扩张的过程中,遇到了与理论信念相矛盾的而且是他们料想不到的实验事实时,他们才有可能开始对理论的信念产生怀疑,这时,理论的应用边界,或者说,语境扩张的边界逐渐地变得明确起来,科学的发展开始进入语境转换阶段。在这个阶段,旧语境的扩张受到了限制,新的语境处于形成与培育当中。新的理论竞争也就随之开始了。随着新理论竞争的开始,科学共同体的信念也在不断地发生着改变,直到一个全新的语境形成为止。

当新的语境确立之后,不仅科学家确立了新的信念,而且他们对问题的求解值域也随之发生了改变。这时,原来前语境中的一些不合理的偏见,在新语境中得到了纠正。在前语境中是真理的理论,在后语境中失去了它的真理性。后语境的形成是伴随着新理论的确立而完成的。由于新语境比旧语境揭示出了更深层次的世界结构或机理。所以,它在理论信念、方法和技术层次的扩张与渗透力将会比旧语境更强、更彻底。这也就是,为什么量子力学的产生所带来的理论、方法与技术革命会比牛顿力学更深刻、更广泛的原因所在。但是,前后语境之间的界线是连续的。这时,就像新理论是对旧理论的一种超越一样,新语境也是对旧语境的一种超越。由于语境的变迁和运动是不断地向着揭示世界的真实机理的方向发展的。因此,在语境中生成的理论也使得科学的发展与进步向着不断地逼近真理的方向进行。本文把科学发展的这种模式称为“语境生成论模式”。

这里包括两个层次的生成,其一,理论的形成与完善是在特定的语境中进行的;其二,科学进步也是在语境的变更中完成的。但是,值得注意的是,强调语境化并不意味着使科学进步成为无规则的游戏。把理论系统放置于特定的语境当中,强调了系统的开放性和连续性。在这个意义上,语境论的事实也是一种客观事实。运用语境论的隐喻思考与模型化方法,不仅能够使科学进步过程中的微观的逻辑结构与宏观的历史背景有机地结合起来,而且能够使基本的内在逻辑的东西在历史的发展中内化到新的语境当中,从而使得语境在自然更替的同时,一方面,完成了理论知识的积累与继承的任务;另一方面,揭示出更深层次的世界机理。所以,语境生成论的科学进步模式既不会像库恩的范式论那样,走向相对主义,也不会像普特南那样,走向多元真理论。科学进步的语境生成论模式,既能够包容相对主义的某些合理成份,又能够坚持实在论的立场。

5.结语

从量子力学的认识论教益中抽象出的语境实在论的观点,是一种具有更广泛的解释力,并且有可能把许多观点有机地融合在一起的实在论观点。它不仅能够赋予量子力学以实在论的解释,而且为解决科学实在论面临的许多责难,理清上世纪末围绕“索卡尔事件”所发生的一场震惊西方学坛的科学大战,[1] 提供了一条可能的思路。法因曾经在《掷骰子游戏:爱因斯坦与量子论》一书中断言“实在论已经死了”。[2] 然而,我们通过对量子力学与实在论的分析,在放弃了传统的真理符合论之后,运用隐喻思考与模型化方法所得出的结论则是,“实在论还活着,而且活的很好”。

[1] d.bohm and b.j.hiley, the undivided universe: an ontological interpretation of quantum theory, routledge and kegan paul, london (1993).

[1] jeffrey alan barrett, the quantum mechanics of minds and worlds, oxford university press (1999).

[1] jerrold l. aronson, rom harré & eileen cornell way, realism rescued: how scientific progress of possible, gerald duckworth & co.ltd (1994): 136-137.

[1] jerrold l. aronson, rom harré & eileen cornell way, realism rescued: how scientific progress of possible, gerald duckworth & co.ltd (1994): 133.

量子力学的基本理论观点第6篇

关键词 “物理形状”概念;物理学存在的悖论及问题,解决方案与对策;“形状论”及物理学的未来;新一轮物理学革命

中图分类号o4-09 文献标识码a 文章编号 1674-6708(2011)40-0107-03中国论文联盟

0 引言

引用 “物理形状”这一全新的概念及其由此产生的一群新的概念系统,并对它的深入研究,以期科学的和谐(吻合)的解决牛顿、爱因斯坦、普朗克等三大科学巨人理论之间的根本不和谐之处和遗留下的悖论(矛盾性)问题,大胆的假设并探索其解决方法。详细说明了确立并运用“物理形状”概念,进一步强化、深化对“形状论”研究的必要性和紧迫性。前瞻性预言并形象的描述了“物理形状论”的基本概念,理念和主要思想、研究框架和研究方法,以及“物理形状论”将要带来的科学的美好前景和巨大进展(成就)。对人类科学研究的基本理论、认知方式等前沿领域存在的种种“疾病”开出有效的“处方”,为新一轮物理学革命的发出凯旋的信号,敲响了闹钟。从不同侧面论述和描绘 “物理形状论”是能够彻底解决理论物理和宇宙学中的一切“矛盾”和“疾病”的根治方法。本文认为爱因斯坦和霍金等科学家一生寻找并未找到的“终极理论”的首选的后选之一。因此,呼唤必需尽快组织力量投入实质性的研究。“形状论”作为科学前沿领域的一种全新的认知方法和科学思想,有望从此研究中能够涌现出原创性,具有国际水平的世界级学术成果,将对物理界带来一些巨大变化并将会引发新一轮物理学革命。

1 问题的提出

牛顿发现宇宙引力后,随着运动定律的确立和完善,物理学逐步跟哲学和神学分家。物理学最终脱离纯粹的描述,进入了定量化分析和实验阶段,便成为了首届物理学革命起点的历史性标志。

爱因斯坦发表广义相对论之前,人们普遍认为物理学大夏基本竣工,今后的主要工作就是整理和组装而已。随着人们对微观世界认识的逐渐提高及深化对黑体辐射的有关研究,发现微粒子运动并不完全服从牛顿力学中行星(星体)活动和宏观物体活动的运动规律。牛顿力学在惯性参考系统中是合理的,但在非惯性参考系统中就无法得到支持。爱因斯坦通过广义相对论使牛顿力学进一步推广并发展到适合于非惯性参考系统。他运用洛伦兹坐标变换法,从牛顿力学中推出广义相对论,提出时间、质量及运动物体的长度不是绝对而是相对学说。广义相对论的伟大贡献在于他提出质能方程式e=mc2,促进人类利用核能的进程,竖起了研究微观粒子的基础。爱因斯坦的这一伟大贡献导致人们对物理学是否达到终极(顶点)的单纯崇拜和热潮。广义相对论的成功便成为了第二次物理学革命的标志。虽然爱因斯坦刷新了牛顿绝对时空概念并缔造量子力学的基础,但对量子力学未来持半信半疑的态度,反对量子力学的或然性统计法,受“上帝不会掷骰子”信念的影响一票否决。普朗克在相对论的基础上发展量子力学,开创了人类认识和研究微观世界的新时代,成了第三次物理学革命的代表人物。现代物理学已基本掌握了从宏观世界到微观世界所有物理现象和事件及其规律,但从牛顿一直到普朗克所建立的物理学基础理论中仍存在的缺陷,在注释或难以解决的事件以及在基础概念中的不确定性和有些矛盾性问题日益暴露。我们从上述事实中可看出,进一步深化物理学研究是当前存在的矛盾(悖论)和悖论问题的基础上兴起新一轮物理学革命的紧迫性、必要性。这一迫在眉睫事实,激烈期待着理论上有所突破和原始创新的诞生。

总而言之,《物理形状论》是能够彻底解决理论物理和宇宙学中的一切《悖论》和《疾病》的有效《处方》,爱因斯坦和霍金等科学家一生寻找并未找到的“终极理论”的首选的后选之一。因此须要及时组织力量投入实质性的研究,有望在此研究中能够涌现出原创性 ,具有国际水平的世界级学术成果,并将会对物理界带来一些革命性的变化。

物理形状论的核心思想和主要主张是:牛顿空间是存在,即绝对静止的空间的确存在;客观时间不存在,时间只是描述速度的主观工具;宇宙是由物质和空间等二元组成的;宇宙总的质能体积是常数。

2 物理学存在的悖论(矛盾)和新物理学的“敲门”

在经典物理学中,牛顿认为空间是绝对的。因此,牛顿力学对于非惯性参考系统不充当。爱因斯坦的相对论又认为时间、质量及运动物体长度不是绝对而相对的。量子不定性原理正是包含了这些刺手(扎手)问题。那上述都是准确无误的理论吗?霍金在自己的书里写道“广义相对论不是完整的学说,此理论和量子论不一定都正确” [1-2]。爱因斯坦本人曾经也提出“广义相对论不能认为一个完整的理论” [3]。人类科学历史告诉我们,任何时代的科学家不可能一下子推出完整的理论,为诞生比较完整的理论需要走弯弯曲曲、艰巨繁重、逐步完善的过程才能得成。那么有必要对上述理论进行深入研究,便会更清楚的体会。

牛顿力学中的以太,空间(空隙)等概念是空间的两种名称,其判定空间的绝对静止(以太的静止)。这是牛顿力学理念中符合逻辑的一个观点。迈克尔孙-莫雷实验的结果被认为证实了以太的不存在。实际上此实验证明的不是以太不存在,而只是证明了以太(空间)的绝对静止的性质。

牛顿的运动定律对于惯性系统有效的。加入惯性力后牛顿力学同样可运用于非惯性系统。广义相对论是牛顿力学引用于非惯性系统的成果。“如光速趋向无穷大,那相对论变为经典物理学。如普朗克常数趋向零,那量子力学变成经典力学。显然,它们俩并没有反放弃经典物理学,只是认为最终界定。现代相对论的量子场理论对于怎样的理论作最终界定呢?这还是一个未知数”[4]。牛顿力学的空间理念与广义相对论空间之间存在一定的差距。牛顿提出的空间(以太)是绝对静止的空间,而相对论所提的时空空间、场论等都是物质和空间的混合体,它只是个物质环境。爱因斯坦认为物质和空间没有严格区分对待。牛顿时间是个绝对时间(时光),时间的绝对化不符合实际。爱因斯坦在狭义相对论中否认以太的存在,但在广义相对论中引入绝对化的时空坐标空间(在这里静止空间被时空空间所代替),实际上这等于把以太为主的静止背景引入到广义相对论中。“绝对静止的牛顿空间的重现,牵涉到爱因斯坦和他相对论的权威。”[5]上述所提到的一系列论证和卡生木·斯迪克的“白纸模型图1:形状和背景”被认为符合逻辑的情况下,我们不得不说牛顿空间不复存在。显而易见,牛顿空间的绝对化和爱因斯坦的时间、空间一并认为时空的绝对化都产生了理论上缺陷。

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相对论中最为荒谬之处,就是运动曲率取决于时空弯曲的说法。时间是主观范畴,空间是具有无形性、无限性和持续性的客观真实性。将把无形的客观空间说成是弯曲的纯属是个谬误的愚蠢话题。时间是主观范畴,它不是客观物理量。物理过程始终不渴望时间,但,它(时间)是描述速度的必备工具,同时也是具有哲学意义认知方式方法问题。然而,宇宙中不存在时间,它是周期性运动所引起的错觉而已。爱因斯坦认为物质运动的弯曲由三维时空的曲率所造成的。物质运动的弯曲和空间弯曲都是同等价值概念。如果说物质弯曲那这弯曲取正数值,说空间弯曲那这弯曲取负数值。然而,这两个概念互换引用看起来不存在问题,但时空空间弯曲的说法不合理。因为它们俩都不具备形状中国论文联盟

运动的本质总是具有曲率的,所谓的直线运动是不存在。只有“运动弯曲”才能得到“周期性宇宙模型”;可以生成物体,系统和生命;守恒定理同样有效。直线运动只是弯曲运动的近似化(概算微型化)的一部分而已。运动的曲率不是空间的曲率造成的,而是物体在空间中沿着三维曲线运动,各方向运动量的合计就等同于物体运动的总量。物体与外界没有进行能量交换的情况下,物体任意方向速度的增减都引起其他方向速度的增减。比如:自转运动时的物体在轨道式运动时,如减小角速度,将增加线性运动速度。线性加速度等于某一个外力值,这叫做偏向力。偏向力是导致物体运动弯曲的原因。这种观点符合能量转换守恒规律。物体与外界没有进行能量变换的情况下,无论各方向运动发生怎样的变化机械能量大小及物体总运动量不变。 量子力学以相对论作为自己基本理论依据,把概率统计作为重要研究方法取得了一定的发展。但目前量子力学遇到了一系列矛盾性问题。这些问题包括无法同一时间判别粒子的位置和速度、物质无穷分裂观点等等。我们要清楚,物理理论和研究方向方面的问题都会产生一系列难题。假如,就按照图三所表示,如果假设《运动是直》的将无法得到宇宙的周期性;无法生成物质、系统和生命;守恒定律同样有效。

量子力学中物质无穷分裂理念还未通过更严格的逻辑性核查。在这里,我们在修正基本理论缺陷的基础上诞生的物理形状论来分析上述矛盾性问题及其处理。

3物理学中的矛盾及探索有效解决的新方法

根据经典哲学家的定义:“物质是标志客观实在的哲学范畴,这种客观实在是人通过感觉感知的,它不依赖于我们的感知而存在,为我们的感觉所腹泻、摄影、反映。”[6]也就是说,物质只因为具有一定的形状,我们才能发现它。物质的形状叫做“物理性状”。那么,什么叫“物理形状”呢?“物理形状”是指具有一定光学和几何的形态(形状、形情)。物理形状论是把物理实在(事实)以“形状”方面的实在探索作为研究方式的全新物理理论。物理形状论基本概念有:物理形状、背景、白纸模型、“虚无与牛顿空间”、绝对体积、最基本粒子、覆盖、运动、运动的形式、运动的曲率和周期性、牛顿点、空间的客观性质和基本空间、绝对速度、时间的主观性和基本时间、系统构造、连续性及断续性、基本单位等。物理形状论具体研究方式是坚持守恒定律对于宇宙任何时刻都有效及其永恒定律的立场、坚持物理真实性的客观性,避免主观方式与客观真实性相混合、滥用,从粒子到整个宇宙的具体事实描述为服从共同规律,放弃与此描述有冲突的假设,相吻合的假设坚决延续到底,从而生成所有自然科学的交叉整合方法研究方式。

物理形状论的基本观点和根本理念:运动本质是弯曲的,无法想象脱离了形状的物质世界;所有宇宙具有周期性;守恒定律对宇宙的任何时刻都有效、合理;时间是主观的;宇宙里的所有质能量具有绝对体积。一旦这些理念被公认并与理论物理学、实验物 理学和宇宙学相结合,就能够合理解决经典物理学理论中存在的缺陷及其所引起的一系列矛盾性(悖论)、不定性问题,从而可开创新一轮的物理革命。

物理形状论认为空间(空隙、空态)是无形性、无限性和持续性的客观真实存在(实在)。它是绝对静止的,没有物质的环境。空间是物质运动持续的必备条件。用此观点看,没有必要说空间是以太,时间是时空空隙的说法。如果把电场、磁场、引力场认为物质与空间的混合体,那电磁波在电磁场中传播的说法其实等于粒子在空间的传播或任何效应在空间里通过物质(粒子)运动来传送。空间是物质运动持续的必备条件。没有空间的情况下,所有物质将紧贴在一起并会自动的相互渗透一个整体物体,无法独立、单个的存在,更无法提起任何形式的运动和宇宙膨胀。

光速不变原理是否正确?爱因斯坦把光速不变原理在广义相对论中作为重要概念提出。从相对论的近期发展中可看出,存在比光速更快的速度,即:存在人类还没有发现或意识到的一种超光速度,这就是绝对速度。

引用物理形状论可以解决海森伯格不确定性问题。物理形状论认为空间的最小单位是牛顿点。物理形状论引入时间足够小的单位(kkms)标准后,粒子速度就变成较容易发现的低速度,从而我们可能发现粒子在一个kkms(千千秒)时间内经过一定牛顿点的过程。这样就可能在同一时刻测定出粒子的位置和速度。

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爱因斯坦认为能量是连续的;量子力学认为能量具有量子性质。此矛盾可引用物理形状论白纸模型二(图4)来能够得到合理的解释。图中,满足圆圈a和圆圈an(a是量子,an是n个量子)的生存必须存在平面b(空间、空隙)。如果作为客观实在(事实)的平面b不存在,任何形式的量子和单个体就不可能存在。这样,所有质能量集聚于作为绝对连续物质环境的极小一个点上,不能生成系统和物体[5]。在这里平面b是绝对静止的牛顿空间,平面b上存在能量和物质是不合理的。中国论文联盟

上述论点是引用物理形状论来合理解释经典物理学一些矛盾的几个典型实例。由此,大家可以初步感受到物理形状论的重要意义。由于时间及版面的有限性,深入思考的机会留给了广大读者和研究人员。

图4白纸模型二:空间和量子

4新一轮物理学革命和物理形状论的几个创新亮点[7]

物理形状论以全新的方式方法,为所有的自然科学及哲学提供一个非同寻常的认知方式和认知论,同时在如下12项目中做到原始性自主创新。这些都属于目前人类需要解决的物理界、宇宙界和哲学界亟待解决的重大学术问题,其中任意一项问题的解决均能算为给人类科学事业做出的重大贡献:

1)物理形状论引入背景、虚无概念,回答了从牛顿一直到爱因斯坦等科学家都未能回答的、直到目前未解决的宇宙是否无限这个问题。通过“白纸模型:图1、2、3”来有效的解释。同时,反驳和“宇宙从奇点(零点)开始,最终消失的观念。在奇点上所有物理学规律失去意义”的错误宇宙观点,并提出“奇点是前一次周期的终点,同时也是新一轮周期的始点,守恒定律在奇点同样有效”的全新宇宙概念;

2)通过坚实的逻辑推理和证实,推论出物质不会无限分裂而且存在最小单位的正真含义上的最基本粒子的观点。为了纪念科学巨人爱因斯坦及其他对人类科学事业的伟大贡献,给基本粒子命名为“爱因(ein)”,并初步计算出“爱因”的标准、静止质量、运动量以及支撑表格形式,描述出基本粒子的性质等。“物理形状论”认为自然界的基本单元不仅仅是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子;弦也是由真正意义上的基本粒子组成的。将此很小很小的最基本粒子命名为“爱因(ein)”。前瞻性的预言并认为“物理形状论”是目前最有希望将牛顿、爱因斯坦和普朗等三大科学巨头的理论统一起来,并能够有效衔接到同一科学轨道上,比较全面的而系统和谐的描述宇宙万物的统一的“终极理论”即:“m理论”后选理论之一;

3)解决了爱因斯坦时空观点及光速不变原理造成的难题和相悖论(此问题的哲学、逻辑方面已得到解决,现正处于数学计算和量化分析阶段)。站在时间是主观范畴的立场,完成了宇宙的一天、宇宙表等必备时间对照表。在此基础上创立了时间最小的单位千千秒(kkms),为人类科学研究提供了必要而充足的时间标准;

4)提出了能够解决海森伯格不确定性原理所导致的难题与经典物理学之间矛盾的哲学逻辑基础。2500年以来没有得到解决的芝诺悖论也有了相应答案(此问题哲学、逻辑方面已得到解决);

5)证实了比光速30×105km/s(30万km/s)更快的超光速度的存在;

6)爱因斯坦是依靠时空弯曲来解释物质运动的弯曲,而物理形状论是靠偏向现象来解释物质运动的弯曲,即偏向现象是引起物质(正真意义上的最基本粒子及系统)运动弯曲的主要原因。物理形状论第25-28等四个定理中提出“不是空间弯曲,而是运动弯曲。空间的几何形状由运动的形状来决定”等全新观点并已得到哲学、逻辑学方面的证实;

7)提供对称性、对称性的畸变和关于物质构造隐晦曲折问题解决的可能性。提出关于物质、宇宙构造的新观点和学说;

8)量子特征在物理形状论中有着广泛意义,即被认为从宏观宇宙的构造到微粒子、正真含义的基本粒子都具有量子(间断性、层状)特征;

9)提出光的本质是粒子,波动性是其(光的)运动形式而已的新思想,坚决反驳光是具有波动性又是粒子为特征的相互悖论性观点,并提出“永别波动邪说”的观点;

10)指出“力”和“场”概念的有效范围,给力同一论提供宝贵的科学线索。依照上述理论基础上,科学的吻合的衔接牛顿、普朗克、爱因斯坦理论之间的抵触和不和谐的悖论之外,奠基建立了统一的物理学新大夏的哲学、逻辑理论坚实基础。牛顿、爱因斯坦引力理念和实际“力”、“场”理念未能解决的关于宏、微观世界的问题可通过物理形状论的第29、第41定理(科学假设)来有望更加合理的加以解决(哲学、逻辑、数学方面已得到解决,现需要实验来证明);

11)推出运动主观形状(粒子、物体)和运动方式的独立概念,特别强调避免此两种概念颠倒。提出未确定运动形状的情况下不能正确表达实际速度的观点。这正是找出实际速度的新方式;

12)确立绝对体积、覆盖和可见体积观点,提供找出最高(临界)速度实际值的新方法。证实了光速不变原理的弱点,从而开创了这原理产生的种种悖论问题解决的新思路。

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5 开展“物理形状论”研究的必要性和紧迫性

1)及时开展物理形状论研究是积极相应中央国务院“科教兴国,建设人才强国,坚持自主创新、建设创新型国家”的战略号召的重要,取得一批世界先进水平的科学成就,不禁能够提高我国在国际社会上的综合实力、影响力和国际科学权威,而且有可能使中国变成21世纪世界的科学中心;

2)物理形状论中有几个世界性的主题。如果国家立项,建立实验室,组织科研队伍,加大研究力度,获得诺贝尔奖的百年梦想有望将在不遥远的未来诞生在中华大地。然而,物理形状论早在十几年前提出的研究成过,目前美国等几个国家的一些科学家最在作为新的发现或学术成果的名义向世人布近公布,得到理论上的支持并具有相当的吻合性。就此,将物理形状论研究的紧迫性、重要性可想而知了。如果目前的冷漠不认得情况再继续下去,很可能错过难得的机会;中国论文联盟

3)进入生物学形状论,给基因研究、医学提供新的理论工具,在争竞激烈的科学前沿领域把握机遇、抢占竞争优势,掌握主动权,占据制高点;

4)进入化学形状论,给化学提供新的一个研究框架和认知方法,进一步加快该领域的跨越式大发展。尤其在新材料技术,绿色化学领域可取得突破性的进展或属于原创性的重大科学成果;

5)哲学和形状论的成功结合,使哲学系统获得全新的活力,从而新的哲学问题和实际问题能够给予合理的解释和得到有效解决。中国论文联盟

参考文献

[1]喀什教育学院学报[j](自然科学、维吾尔语文版),2009(6).

[2]霍金.“时间简史”第1本.[m].新疆卫生出版社.维吾尔语版本,2005:19-21.

[3]爱因斯坦文集[m].商务出版社,1977:534.

[4][苏联]雷德尼克(в.и.рыдник)著“场”[m].维吾尔语版本,1986,12:307.

[5]卡生木·斯迪克.“关于理论物理学和数学中几点问题的看法”.喀什教育学院学报[j](自然科学、维吾尔文版),2010(5):31、33.

[6]杨玉辉.现代科学技术哲学[m].人民出版社.北京:2010,5:35.

量子力学的基本理论观点第7篇

关键词 “物理形状”概念;物理学存在的悖论及问题,解决方案与对策;“形状论”及物理学的未来;新一轮物理学革命

中图分类号O4-09 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)40-0107-03

0 引言

引用 “物理形状”这一全新的概念及其由此产生的一群新的概念系统,并对它的深入研究,以期科学的和谐(吻合)的解决牛顿、爱因斯坦、普朗克等三大科学巨人理论之间的根本不和谐之处和遗留下的悖论(矛盾性)问题,大胆的假设并探索其解决方法。详细说明了确立并运用“物理形状”概念,进一步强化、深化对“形状论”研究的必要性和紧迫性。前瞻性预言并形象的描述了“物理形状论”的基本概念,理念和主要思想、研究框架和研究方法,以及“物理形状论”将要带来的科学的美好前景和巨大进展(成就)。对人类科学研究的基本理论、认知方式等前沿领域存在的种种“疾病”开出有效的“处方”,为新一轮物理学革命的发出凯旋的信号,敲响了闹钟。从不同侧面论述和描绘 “物理形状论”是能够彻底解决理论物理和宇宙学中的一切“矛盾”和“疾病”的根治方法。本文认为爱因斯坦和霍金等科学家一生寻找并未找到的“终极理论”的首选的后选之一。因此,呼唤必需尽快组织力量投入实质性的研究。“形状论”作为科学前沿领域的一种全新的认知方法和科学思想,有望从此研究中能够涌现出原创性,具有国际水平的世界级学术成果,将对物理界带来一些巨大变化并将会引发新一轮物理学革命。

1 问题的提出

牛顿发现宇宙引力后,随着运动定律的确立和完善,物理学逐步跟哲学和神学分家。物理学最终脱离纯粹的描述,进入了定量化分析和实验阶段,便成为了首届物理学革命起点的历史性标志。

爱因斯坦发表广义相对论之前,人们普遍认为物理学大夏基本竣工,今后的主要工作就是整理和组装而已。随着人们对微观世界认识的逐渐提高及深化对黑体辐射的有关研究,发现微粒子运动并不完全服从牛顿力学中行星(星体)活动和宏观物体活动的运动规律。牛顿力学在惯性参考系统中是合理的,但在非惯性参考系统中就无法得到支持。爱因斯坦通过广义相对论使牛顿力学进一步推广并发展到适合于非惯性参考系统。他运用洛伦兹坐标变换法,从牛顿力学中推出广义相对论,提出时间、质量及运动物体的长度不是绝对而是相对学说。广义相对论的伟大贡献在于他提出质能方程式E=mc2,促进人类利用核能的进程,竖起了研究微观粒子的基础。爱因斯坦的这一伟大贡献导致人们对物理学是否达到终极(顶点)的单纯崇拜和热潮。广义相对论的成功便成为了第二次物理学革命的标志。虽然爱因斯坦刷新了牛顿绝对时空概念并缔造量子力学的基础,但对量子力学未来持半信半疑的态度,反对量子力学的或然性统计法,受“上帝不会掷骰子”信念的影响一票否决。普朗克在相对论的基础上发展量子力学,开创了人类认识和研究微观世界的新时代,成了第三次物理学革命的代表人物。现代物理学已基本掌握了从宏观世界到微观世界所有物理现象和事件及其规律,但从牛顿一直到普朗克所建立的物理学基础理论中仍存在的缺陷,在注释或难以解决的事件以及在基础概念中的不确定性和有些矛盾性问题日益暴露。我们从上述事实中可看出,进一步深化物理学研究是当前存在的矛盾(悖论)和悖论问题的基础上兴起新一轮物理学革命的紧迫性、必要性。这一迫在眉睫事实,激烈期待着理论上有所突破和原始创新的诞生。

总而言之,《物理形状论》是能够彻底解决理论物理和宇宙学中的一切《悖论》和《疾病》的有效《处方》,爱因斯坦和霍金等科学家一生寻找并未找到的“终极理论”的首选的后选之一。因此须要及时组织力量投入实质性的研究,有望在此研究中能够涌现出原创性 ,具有国际水平的世界级学术成果,并将会对物理界带来一些革命性的变化。

物理形状论的核心思想和主要主张是:牛顿空间是存在,即绝对静止的空间的确存在;客观时间不存在,时间只是描述速度的主观工具;宇宙是由物质和空间等二元组成的;宇宙总的质能体积是常数。

2 物理学存在的悖论(矛盾)和新物理学的“敲门”

在经典物理学中,牛顿认为空间是绝对的。因此,牛顿力学对于非惯性参考系统不充当。爱因斯坦的相对论又认为时间、质量及运动物体长度不是绝对而相对的。量子不定性原理正是包含了这些刺手(扎手)问题。那上述都是准确无误的理论吗?霍金在自己的书里写道“广义相对论不是完整的学说,此理论和量子论不一定都正确” [1-2]。爱因斯坦本人曾经也提出“广义相对论不能认为一个完整的理论” 。人类科学历史告诉我们,任何时代的科学家不可能一下子推出完整的理论,为诞生比较完整的理论需要走弯弯曲曲、艰巨繁重、逐步完善的过程才能得成。那么有必要对上述理论进行深入研究,便会更清楚的体会。

牛顿力学中的以太,空间(空隙)等概念是空间的两种名称,其判定空间的绝对静止(以太的静止)。这是牛顿力学理念中符合逻辑的一个观点。迈克尔孙-莫雷实验的结果被认为证实了以太的不存在。实际上此实验证明的不是以太不存在,而只是证明了以太(空间)的绝对静止的性质。

牛顿的运动定律对于惯性系统有效的。加入惯性力后牛顿力学同样可运用于非惯性系统。广义相对论是牛顿力学引用于非惯性系统的成果。“如光速趋向无穷大,那相对论变为经典物理学。如普朗克常数趋向零,那量子力学变成经典力学。显然,它们俩并没有反放弃经典物理学,只是认为最终界定。现代相对论的量子场理论对于怎样的理论作最终界定呢?这还是一个未知数”。牛顿力学的空间理念与广义相对论空间之间存在一定的差距。牛顿提出的空间(以太)是绝对静止的空间,而相对论所提的时空空间、场论等都是物质和空间的混合体,它只是个物质环境。爱因斯坦认为物质和空间没有严格区分对待。牛顿时间是个绝对时间(时光),时间的绝对化不符合实际。爱因斯坦在狭义相对论中否认以太的存在,但在广义相对论中引入绝对化的时空坐标空间(在这里静止空间被时空空间所代替),实际上这等于把以太为主的静止背景引入到广义相对论中。“绝对静止的牛顿空间的重现,牵涉到爱因斯坦和他相对论的权威。”上述所提到的一系列论证和卡生木·斯迪克的“白纸模型图1:形状和背景”被认为符合逻辑的情况下,我们不得不说牛顿空间不复存在。显而易见,牛顿空间的绝对化和爱因斯坦的时间、空间一并认为时空的绝对化都产生了理论上缺陷。 

相对论中最为荒谬之处,就是运动曲率取决于时空弯曲的说法。时间是主观范畴,空间是具有无形性、无限性和持续性的客观真实性。将把无形的客观空间说成是弯曲的纯属是个谬误的愚蠢话题。时间是主观范畴,它不是客观物理量。物理过程始终不渴望时间,但,它(时间)是描述速度的必备工具,同时也是具有哲学意义认知方式方法问题。然而,宇宙中不存在时间,它是周期性运动所引起的错觉而已。爱因斯坦认为物质运动的弯曲由三维时空的曲率所造成的。物质运动的弯曲和空间弯曲都是同等价值概念。如果说物质弯曲那这弯曲取正数值,说空间弯曲那这弯曲取负数值。然而,这两个概念互换引用看起来不存在问题,但时空空间弯曲的说法不合理。因为它们俩都不具备形状

运动的本质总是具有曲率的,所谓的直线运动是不存在。只有“运动弯曲”才能得到“周期性宇宙模型”;可以生成物体,系统和生命;守恒定理同样有效。直线运动只是弯曲运动的近似化(概算微型化)的一部分而已。运动的曲率不是空间的曲率造成的,而是物体在空间中沿着三维曲线运动,各方向运动量的合计就等同于物体运动的总量。物体与外界没有进行能量交换的情况下,物体任意方向速度的增减都引起其他方向速度的增减。比如:自转运动时的物体在轨道式运动时,如减小角速度,将增加线性运动速度。线性加速度等于某一个外力值,这叫做偏向力。偏向力是导致物体运动弯曲的原因。这种观点符合能量转换守恒规律。物体与外界没有进行能量变换的情况下,无论各方向运动发生怎样的变化机械能量大小及物体总运动量不变。 量子力学以相对论作为自己基本理论依据,把概率统计作为重要研究方法取得了一定的发展。但目前量子力学遇到了一系列矛盾性问题。这些问题包括无法同一时间判别粒子的位置和速度、物质无穷分裂观点等等。我们要清楚,物理理论和研究方向方面的问题都会产生一系列难题。假如,就按照图三所表示,如果假设《运动是直》的将无法得到宇宙的周期性;无法生成物质、系统和生命;守恒定律同样有效。

量子力学中物质无穷分裂理念还未通过更严格的逻辑性核查。在这里,我们在修正基本理论缺陷的基础上诞生的物理形状论来分析上述矛盾性问题及其处理。

3物理学中的矛盾及探索有效解决的新方法

根据经典哲学家的定义:“物质是标志客观实在的哲学范畴,这种客观实在是人通过感觉感知的,它不依赖于我们的感知而存在,为我们的感觉所腹泻、摄影、反映。”也就是说,物质只因为具有一定的形状,我们才能发现它。物质的形状叫做“物理性状”。那么,什么叫“物理形状”呢?“物理形状”是指具有一定光学和几何的形态(形状、形情)。物理形状论是把物理实在(事实)以“形状”方面的实在探索作为研究方式的全新物理理论。物理形状论基本概念有:物理形状、背景、白纸模型、“虚无与牛顿空间”、绝对体积、最基本粒子、覆盖、运动、运动的形式、运动的曲率和周期性、牛顿点、空间的客观性质和基本空间、绝对速度、时间的主观性和基本时间、系统构造、连续性及断续性、基本单位等。物理形状论具体研究方式是坚持守恒定律对于宇宙任何时刻都有效及其永恒定律的立场、坚持物理真实性的客观性,避免主观方式与客观真实性相混合、滥用,从粒子到整个宇宙的具体事实描述为服从共同规律,放弃与此描述有冲突的假设,相吻合的假设坚决延续到底,从而生成所有自然科学的交叉整合方法研究方式。

物理形状论的基本观点和根本理念:运动本质是弯曲的,无法想象脱离了形状的物质世界;所有宇宙具有周期性;守恒定律对宇宙的任何时刻都有效、合理;时间是主观的;宇宙里的所有质能量具有绝对体积。一旦这些理念被公认并与理论物理学、实验物 理学和宇宙学相结合,就能够合理解决经典物理学理论中存在的缺陷及其所引起的一系列矛盾性(悖论)、不定性问题,从而可开创新一轮的物理革命。 

物理形状论认为空间(空隙、空态)是无形性、无限性和持续性的客观真实存在(实在)。它是绝对静止的,没有物质的环境。空间是物质运动持续的必备条件。用此观点看,没有必要说空间是以太,时间是时空空隙的说法。如果把电场、磁场、引力场认为物质与空间的混合体,那电磁波在电磁场中传播的说法其实等于粒子在空间的传播或任何效应在空间里通过物质(粒子)运动来传送。空间是物质运动持续的必备条件。没有空间的情况下,所有物质将紧贴在一起并会自动的相互渗透一个整体物体,无法独立、单个的存在,更无法提起任何形式的运动和宇宙膨胀。 

光速不变原理是否正确?爱因斯坦把光速不变原理在广义相对论中作为重要概念提出。从相对论的近期发展中可看出,存在比光速更快的速度,即:存在人类还没有发现或意识到的一种超光速度,这就是绝对速度。

引用物理形状论可以解决海森伯格不确定性问题。物理形状论认为空间的最小单位是牛顿点。物理形状论引入时间足够小的单位(kkms)标准后,粒子速度就变成较容易发现的低速度,从而我们可能发现粒子在一个kkms(千千秒)时间内经过一定牛顿点的过程。这样就可能在同一时刻测定出粒子的位置和速度。

爱因斯坦认为能量是连续的;量子力学认为能量具有量子性质。此矛盾可引用物理形状论白纸模型二(图4)来能够得到合理的解释。图中,满足圆圈A和圆圈An(A是量子,An是n个量子)的生存必须存在平面B(空间、空隙)。如果作为客观实在(事实)的平面B不存在,任何形式的量子和单个体就不可能存在。这样,所有质能量集聚于作为绝对连续物质环境的极小一个点上,不能生成系统和物体。在这里平面B是绝对静止的牛顿空间,平面B上存在能量和物质是不合理的。

上述论点是引用物理形状论来合理解释经典物理学一些矛盾的几个典型实例。由此,大家可以初步感受到物理形状论的重要意义。由于时间及版面的有限性,深入思考的机会留给了广大读者和研究人员。

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4新一轮物理学革命和物理形状论的几个创新亮点

物理形状论以全新的方式方法,为所有的自然科学及哲学提供一个非同寻常的认知方式和认知论,同时在如下12项目中做到原始性自主创新。这些都属于目前人类需要解决的物理界、宇宙界和哲学界亟待解决的重大学术问题,其中任意一项问题的解决均能算为给人类科学事业做出的重大贡献:

1)物理形状论引入背景、虚无概念,回答了从牛顿一直到爱因斯坦等科学家都未能回答的、直到目前未解决的宇宙是否无限这个问题。通过“白纸模型:图1、2、3”来有效的解释。同时,反驳和****“宇宙从奇点(零点)开始,最终消失的观念。在奇点上所有物理学规律失去意义”的错误宇宙观点,并提出“奇点是前一次周期的终点,同时也是新一轮周期的始点,守恒定律在奇点同样有效”的全新宇宙概念;

2)通过坚实的逻辑推理和证实,推论出物质不会无限分裂而且存在最小单位的正真含义上的最基本粒子的观点。为了纪念科学巨人爱因斯坦及其他对人类科学事业的伟大贡献,给基本粒子命名为“爱因(Ein)”,并初步计算出“爱因”的标准、静止质量、运动量以及支撑表格形式,描述出基本粒子的性质等。“物理形状论”认为自然界的基本单元不仅仅是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子;弦也是由真正意义上的基本粒子组成的。将此很小很小的最基本粒子命名为“爱因(EIn)”。前瞻性的预言并认为“物理形状论”是目前最有希望将牛顿、爱因斯坦和普朗等三大科学巨头的理论统一起来,并能够有效衔接到同一科学轨道上,比较全面的而系统和谐的描述宇宙万物的统一的“终极理论”即:“M理论”后选理论之一;

3)解决了爱因斯坦时空观点及光速不变原理造成的难题和相悖论(此问题的哲学、逻辑方面已得到解决,现正处于数学计算和量化分析阶段)。站在时间是主观范畴的立场,完成了宇宙的一天、宇宙表等必备时间对照表。在此基础上创立了时间最小的单位千千秒(kkms),为人类科学研究提供了必要而充足的时间标准;

4)提出了能够解决海森伯格不确定性原理所导致的难题与经典物理学之间矛盾的哲学逻辑基础。2500年以来没有得到解决的芝诺悖论也有了相应答案(此问题哲学、逻辑方面已得到解决);

5)证实了比光速30×105km/s(30万km/s)更快的超光速度的存在;

6)爱因斯坦是依靠时空弯曲来解释物质运动的弯曲,而物理形状论是靠偏向现象来解释物质运动的弯曲,即偏向现象是引起物质(正真意义上的最基本粒子及系统)运动弯曲的主要原因。物理形状论第25-28等四个定理中提出“不是空间弯曲,而是运动弯曲。空间的几何形状由运动的形状来决定”等全新观点并已得到哲学、逻辑学方面的证实;

7)提供对称性、对称性的畸变和关于物质构造隐晦曲折问题解决的可能性。提出关于物质、宇宙构造的新观点和学说;

8)量子特征在物理形状论中有着广泛意义,即被认为从宏观宇宙的构造到微粒子、正真含义的基本粒子都具有量子(间断性、层状)特征;

9)提出光的本质是粒子,波动性是其(光的)运动形式而已的新思想,坚决反驳光是具有波动性又是粒子为特征的相互悖论性观点,并提出“永别波动邪说”的观点;

10)指出“力”和“场”概念的有效范围,给力同一论提供宝贵的科学线索。依照上述理论基础上,科学的吻合的衔接牛顿、普朗克、爱因斯坦理论之间的抵触和不和谐的悖论之外,奠基建立了统一的物理学新大夏的哲学、逻辑理论坚实基础。牛顿、爱因斯坦引力理念和实际“力”、“场”理念未能解决的关于宏、微观世界的问题可通过物理形状论的第29、第41定理(科学假设)来有望更加合理的加以解决(哲学、逻辑、数学方面已得到解决,现需要实验来证明);

11)推出运动主观形状(粒子、物体)和运动方式的独立概念,特别强调避免此两种概念颠倒。提出未确定运动形状的情况下不能正确表达实际速度的观点。这正是找出实际速度的新方式;

12)确立绝对体积、覆盖和可见体积观点,提供找出最高(临界)速度实际值的新方法。证实了光速不变原理的弱点,从而开创了这原理产生的种种悖论问题解决的新思路。

5 开展“物理形状论”研究的必要性和紧迫性

1)及时开展物理形状论研究是积极相应中央国务院“科教兴国,建设人才强国,坚持自主创新、建设创新型国家”的战略号召的重要,取得一批世界先进水平的科学成就,不禁能够提高我国在国际社会上的综合实力、影响力和国际科学权威,而且有可能使中国变成21世纪世界的科学中心;

2)物理形状论中有几个世界性的主题。如果国家立项,建立实验室,组织科研队伍,加大研究力度,获得诺贝尔奖的百年梦想有望将在不遥远的未来诞生在中华大地。然而,物理形状论早在十几年前提出的研究成过,目前美国等几个国家的一些科学家最在作为新的发现或学术成果的名义向世人布近公布,得到理论上的支持并具有相当的吻合性。就此,将物理形状论研究的紧迫性、重要性可想而知了。如果目前的冷漠不认得情况再继续下去,很可能错过难得的机会;

3)进入生物学形状论,给基因研究、医学提供新的理论工具,在争竞激烈的科学前沿领域把握机遇、抢占竞争优势,掌握主动权,占据制高点;

4)进入化学形状论,给化学提供新的一个研究框架和认知方法,进一步加快该领域的跨越式大发展。尤其在新材料技术,绿色化学领域可取得突破性的进展或属于原创性的重大科学成果;

5)哲学和形状论的成功结合,使哲学系统获得全新的活力,从而新的哲学问题和实际问题能够给予合理的解释和得到有效解决。

参考文献

喀什教育学院学报[J](自然科学、维吾尔语文版),2009(6).

霍金.“时间简史”第1本.[M].新疆卫生出版社.维吾尔语版本,2005:19-21.

爱因斯坦文集[M].商务出版社,1977:534.

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