物理学和哲学-第10章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
鄣比唤选！ �
《物理学和哲学》
W·海森伯著 范岱年译
第八章 对量子论的哥本哈根解释的批评和反建议
量子论的哥本哈根解释已经引导物理学家远远离开了盛行于十九世纪的自然科学中的朴素的唯物主义观点。因为这些观点不仅与那时的自然科学有着本质的联系，而且也在若干哲学体系中作了系统的分析，并且还深深地渗入了甚至一般市民的心灵之中，所以很容易理解，为什么有那么多人作了批评哥本哈根解释的尝试，为什么会有那么多的人企图用更符合于经典物理学的概念或唯物主义哲学的解释来代替哥本哈根的解释。
这些尝试可以分为三个不同的派别。第一派并不想在实验结果的预测方面改变哥本哈根解释；但它企图改变这种解释的语言，以便使它更类似于经典物理学。换句话说，它试图改变哲学，而不改变物理学。这一派的若干论文把他们对哥本哈根解释的实验预测的赞同仅限于所有今天已经实现的或属于普通电子物理学的那些实验。
第二派认为，哥本哈根解释只是一个适当的解释，如果实验结果处处与这种解释的预测相符合的话。因此，这一派的论文试图在某些临界点上，把量子论作某种程度的改变。
最后，第三派表示了它对哥本哈根解释、特别是它的哲学结论的普遍不满，而没有作出明确的反建议。爱因斯坦、冯。劳埃（Von
Lane）和薛定谔就属于这第三派，这一派从历史上讲是三派中的最早的一派。
然而，所有哥本哈根解释的反对者在一个论点上都是一致的。在他们看来，回到经典物理学的实在概念，或者用一个更普通的哲学术语来讲，回到唯物主义的本体论，那是值得想望的。他们宁愿回到一个客观的实在的世界的观念，这个世界的最小部分，就象石头和树木一样，是客观地存在着的，与我们是否观测它们无关。
然而，如我们在前几章所曾讨论过的，由于原子现象的本质，这是不可能的，至少是不完全可能的。我们的任务不应该是去阐述关于原子现象应当是怎样的那些愿望；我们的任务只能是去理解它们。
当人们分析第一派的论文时，重要的是从一开始就要认识到，他们的解释不能为实验所推翻，因为他们只是以不同的语言重复了哥本哈根的解释。按照严格的实证论观点看来，人们甚至可以说，我们这里所碰到的不是哥本哈根解释的反建议，而却是以不同语言表达出来的这种解释的严格的重述。因此，人们只能在这种语言的适用性方面发生争论。有一些反建议运用了 “ 隐参量 ” 的观念。因为量子论的定律一般只是统计地决定一个实验结果，从经典立场出发，人们会倾向于设想存在某些 “ 隐参量 ” ，它们在任何通常的实验中都观测不到，但它们以正常的因果方式决定着实验的结果。因此，有些论文就试图在量子力学的框架中构成这样的参量。
例如，玻姆（Bohm）已沿着这条路线对哥本哈根解释提出了反建议。最近，德布罗意也在某种程度上采纳了这种见解。玻姆的解释已经详细地作出。因此，这里可以拿它作为讨论的基础。玻姆把粒子看作是 “ 客观实在的 ” 结构，就象牛顿力学中的质点一样。位形空间中的波在他的解释中也是 “ 客观实在的 ” ，就象电场一样。位形空间是牵涉到属于系统的全部粒子的不同坐标的一个多维空间。这里我们遇到了第一个困难：说位形空间中的波是 “ 实在的 ” ，究竟是什么意协这个空间是一个很抽象的空间。 “ 实在的 ” 一词起源于拉丁字 “ res ” （实体），它的意思是 “ 物 ” ；但物是存在于通常的三维空间中，而不是存在于抽象的位形空间中的。当人们想说位形空间中的波与任何观测者无关时，人们可以说这些波是 “ 客观的 ” ；但人们很难说它们是 “ 实在的 ” ，除非人们甘愿改变这个词的含义。玻姆进一步规定恒波相面的法线是粒子的可能轨道。按照他的想法，这些法线中哪一条是 “ 实在的 ” 轨道取决于系统和测量仪器的历史，并且如果对系统与测量仪器的了解不比实际上能了解的更多的话， “ 实在的 ” 轨道就无法确定。这种历史实际上包含了隐参量，它就是实验开始以前的 “ 实际 ” 轨道。
如泡利（Pauli）所强调指出的，这种解释的一个结果是：许多原子中的一些基态电子应当是静止的，不环绕原子核作任何轨道运动。这似乎和实验相矛盾，因为对基态中电子速度的测量（例如，用康普顿效应的方法），总是显示出基态中有一个速度分布，它由动量空间或速度空间中的波国数的平方所给出 —— 这符合于量子力学定则。但是，这里玻姆能够辩解说，这时测量已经不能再用普通定律来估算了。他同意测量的正常估算确实会得出速度分布；但当考虑到关于测量仪器的量子论 —— 特别是由玻姆在这方面引入的某些奇特的量子势时，那么，电子老是 “ 实在地 ” 静止着的陈述是讲得通的。在粒子位置的测量中，玻姆认为实验的通常解释是正确的；而在速度测量中，他拒绝了通常的解释。以此为代价，玻姆认为他自己有权利主张： “ 我们不必在量子论的领域中放弃单个系统的准确、合理和客观的描述。 ” 然而，这种客观描述本身却象是一种 “ 意识形态的上层建筑 ” ，它与直接的物理实在关系很少；因为如果量子论保持不变的话，玻姆解释中的隐参量就是永远不能在实在过程的描述中出现的那样一种东西。
为了避免这种困难，玻姆实际上表达了这样一个希望：将来在基本粒子的领域的实验中，隐参量可能会起一部分物理作用，而量子论将因此被证明为错误的。在讲到这样一些奇怪的希望时，玻尔常常说它们在结构上就象是这样的一些句子： “ 我们可以希望以后会证明有时 2X2=5，因为这对我们的财务大有好处。 ” 实际上玻姆希望的满足，将不仅从下面挖掉量子论的基础，并且也挖掉了玻姆解释的基础。当然，同时也必须强调指出，刚才所说的类比，虽然十分恰当，但并不表示将来象玻姆所建议的那样来改变量子论的论证，在逻辑上也是行不通的。因为这不是根本不可想象的，譬如说，未来数理逻辑的扩展，可能给在特殊情况下 2X2=5这样的陈述以某种意义，并且这种扩展了的数学甚至可能在经济领域的计算中得到应用。然而，即使提不出令人信服的逻辑根据，我们实际上仍相信，数学中这样的变化在财务上对我们也毫无帮助。因此，很难理解，玻姆的著作所指出的那些可能实现他的希望的数学倡议如何能够用来描述物理现象。
如果我们不顾量子论的这种可能变化，那么，玻姆的语言，如我们所已指出的，在物理学方面没有谈到任何与哥本哈根解释有所不同的东西。于是，留下来的只是这种语言的适用性问题。在谈到粒子轨道时，我们已碰上一种多余的 “ 意识形态的上层建筑 ” ，除了前面所作的反驳外，这里还必须特别指出，被姆的语言破坏了量子论中隐含的位置与速度间的对称性；关于位置的测量，玻姆接受了通常的解释，关于速度和动量的测量，他否定了它。因为对称性常常构成一个理论的最主要的特征，所以很难看出，在对应的语言中忽略了它们，能得到些什么。因此，人们不能认为，玻姆对哥本哈根解释的反建议是一种进步。
对于玻普（Bopp）和芬尼斯（Fenyes）（沿着稍微不同的路线）所建议的统计解释，能够以稍微不同的形式提出类似的反对意见。玻普认为粒子的产生或湮灭是量子论的基本过程，粒子在词的经典意义上、在唯物主义本体论的意义上是 “ 实在的 ” ，而量子论定律被看作是这样一些产生与湮灭事件的相关统计法的特殊例子。这个解释包含了量子论教学定律的许多有意思的注释，它能够以这样一种状态出现，就是在物理学的结果方面，它能推导出与哥本哈根解释完全相同的结论。只要是这样，在实证论的意义上，它和玻姆的解释一样，与哥本哈根解释是同型的。但在它的语言中，它破坏了粒子与波之间的对称性，而这种对称性是量子论数学方案的独特的特征。早在 1928年，约尔丹（Jordan）、克莱因（Klein〕、维格纳（Wigner）已经证明，不仅能够把数学方案解释为粒子运动的量子化，而且也能把它解释为三维物质波的量子化，因此，没有理由认为这些物质波要比粒子不实在。只有当对于空间和时间中的物质波建立起对应的相关统计法，并且把究竟是粒子还是波应当被看作是 “ 现实的 ” 实在这个问题搁在一边时，波与粒子之间的对称性在波普的解释中才能够得到保证。
在唯物主义本体论的意义上认为粒子是实在的这个假设，总是引诱人们认为，根本上，有可能背离测不准原理。例如，芬尼斯说： “ 测不准原理（他把它和某种统计关系联系起来）的存在，决不意味着以任意准确度同时测定位置和速度是不可能的。 ” 然而，芬尼斯并没有叙述这样的测量在实践上应当如何实现，因此他的考虑仍象是一种抽象的数学。
瓦采耳（Weizel）对哥本哈根解释的反建议与玻姆和芬尼斯的反建议是相似的。他将 “ 隐参量 ” 与专门引入的、没有办法观察到的新型粒子 “ 零子 ” （ zeron）联系起来。然而，这样一种概念陷入了一种危险，那就是实在的粒子和零子间的相互作用会消耗零子场的许多自由度中的能量，以致给整个热力学造成混乱。瓦采耳未曾解释过他希望怎样来避免这种危险。
通过回忆关于狭义相对论的类似讨论来说明前面所说的所有论著的立场，或许是最好不过的了。凡是不满意爱因斯坦否定以太、否定绝对空间和绝对时间的人都能发表如下的议论：狭义相对论无法证明绝对空间和绝对时间是不存在的。它只表明了，在任何通常实验中，真正的空间和真正的时间并不直接地出现；但是如果正确地考虑到自然律的这个方面，从而在运动坐标系中引入正确的 “ 表现 ” 时间，那就没有理由反对绝对空间的假设了。甚至假设我们的银河系的重心在绝对空间中是静止的（至少是近似地静止的），也是说得通的。狭义相对论的批评家还可以补充说：我们可以希望未来的测量将允许无歧义地定义绝对空间（即定义相对论的 “ 隐参量 ” ），这样相对论就会被驳倒。
立即可以看出，这种议论不能为实验所驳倒，因为这种议论并没有提出任何不同于狭义相对论的论断。然而，这样一种解释会在所使用的语言上破坏对相对论的具有决定意义的对称性，即洛伦兹不变性，因而必须认为这种解释是不妥当的。
很明显，这与量子论很相类似。量子论的定律是这样的，它使得专门创造的 “ 隐参量 ” 永远不能被观测到。如果我们把这些隐参量作为一种虚构的东西引进量子论的解释，那么，那些有决定意义的对称性也就遭到了破坏。
布洛欣采夫（Blochinzev）和亚历山德罗夫（Alexandrov）的著作在问题的陈述方面与前面讨论过的那些著作完全不同。这两位作者一开始就明确地把他们对哥本哈根解释的异议限制在问题的哲学方面。他们无保留地接受了这种解释的物理学。
然而，论战的表面形式却是如此尖锐，布洛欣采夫在他的引言中写道： “ 在当代物理学的各种唯心主义倾向中，所谓哥本哈根学派是最反动的。本文是要尽力揭露这个学派在量子物理学的基本问题上的唯心主义的和不可知论的投机。 ” 论战的辛辣表明我们
在这里不仅要和科学打交道，而且还要和信仰的表白打交道，要和对某种信条的固守态度打交道。文章的末尾引用了列宁的著作以表明其目的： “ 不管没有重量的以太变成有重量的物质和有重量的物质变成没有重量的以太，从 ‘ 常识 ’ 看来是多么稀奇；不管电子除了电磁的质量外就没有任何其他的质量，是多么 ‘ 奇怪 ’ ，不管力学的运动规律只适用于自然现象的一个领域并且服从于更深刻的电磁现象规律，是多么奇异，等等， —— 这一切不过是再一次证实了辩证唯物主义。 ” 后面这句话似乎已使得布洛欣采夫关于量子论和辩证唯物主义哲学的关系的讨论减少了意义，因为他已把这一讨论降低成一种戏剧性的审判，而在这个审判中，判决词还在审判开始以前就已经知道了。然而，彻底弄清布洛欣采夫和亚历山德罗夫所发表的论据仍然是重要的。
这里，由于他们的任务是在拯救唯物主义本体论，他们主要反对的是把观察者引入到量子论的解释中来。亚历山德罗夫写道： “ 因此，我们必须了解，在量子论中， ‘ 测量结果 ’ 只是电子和适当客体的相互作用的客观效果。关于观察者的陈述必须加以避免，而我们必须处理的是客观条件和客观效果。一个物理量是现象的一个客观特征，而不只是一种观测结果。 ” 根据亚历山德罗夫的意见，位形空间中的波函数表征了电子的客现状态。
亚历山德罗夫在他的表述中忽略了这样一个事实，即量子论的形式系统不容许有与经典物理学相同的客观化程度。例如，根据量子力学，如果一个系统和测量仪器的相互作用是作为一个整体来处理的，并且如果把两者都看作是和世界的其余部分相隔绝的，那么，量子论的形式系统一般并不能得出肯定的结果；例如，它不能得出照相底片将在一个既定点变黑的结论。如果人们试图拯救亚历山德罗夫的 “ 客观效果 ” ，说照相底片在作用后 “ 确实 ” 在一定点变黑了，那么，答辩是：由电子、测量仪器和照相底片组成的闭合系统的量子力学处理不再适用了。能用日常生活概念描绘的事件的 “ 确实的 ” 特性，在没有进一步说明的情况下，是不包含在量子论的数学形式系统之中的，它是通过引入观察者才在哥本哈根解释中出现的。当然，观察者的引入不能误解为暗示要把某种主观特征带进自然的描述之中。说得更恰当一些，观察者只有记录测定结果的功能，即记录空间和时间中的过程的功能，至于观察者是一个仪器还是一个人，那倒没有什么关系 Z但是，记录，即从 “ 可能 ” 转变到 “ 现实 ” ，在这里是绝对必要的，不能从量子论的解释中略去。在这一点上，就观测的每个动作本质上都是一种不可逆过程来说，量子论和热力学有内在的联系；只有通过这样的不可逆过程，量子论的形式系统才能和空间和时间中的实际事件前后一致地联系起来。而且，不可逆性 —— 当纳入现象的数学表示时 —— 是观察者对系统的知识不完全所引起的，就这一点而论，它不是完全 “ 客观的 ” 。
布洛欣采夫对问题作了稍稍不同于亚历山德罗夫的表述： “ 在量子力学中，我们所描述的不是粒子本身的状态，而是粒子属于这个或那个统计系综的事实。这个从属关系是完全客观的，并且不依赖于观察者所作的陈述。 ” 然而，这种表述会使我们远离 —— 或许太远了 —— 唯物主义本体论�
