物理学和哲学-第17章

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学院面对着起源于十九世纪欧洲哲学思想（黑格尔和马克思）的那些学说的内容，又面对着固执坚持信仰的现象。因为现代物理学由于它的实用价值在这些国家必定起巨大的作用，所以，那些真正理解现代物理学及其哲学意义的人，很难不感觉到这些学说的狭隘性。因此，在这一点上，科学和一般思想倾　　　　
　　向的相互作用就会发生。当然，不应当把科学的影响估计过高；但现代科学的开放或许甚至能够使大部分人民更容易发现学说对于社会并不如过去所假设的那么重要。这样，现代科学的影响可能支持容忍的态度，从而可以证明是有价值的。　　　　
　　另一方面，固执坚持信仰的现象比十九世纪的某些专门哲学观念带有更大的份量。我们不能闭着眼睛不看这样一个事实，这就是大多数人很难对某个重要的普遍思想与学说的正确性作出很有根据的判断。因此，“信仰一词对于这大多数人并不意味着“感知某些事物的真理”，而只能理解为“以此作为生活的基础”。人们很容易理解，这第二种信仰比第一种信仰更为顽固，更坚定得多，因为它甚至能够面对直接矛盾的经验而固执己见，因而不能为新增加的科学知识所动摇。过去二十年的历史已以许多例子表明，这第二种信仰有时可以被摔到看来是完全荒唐的地步，并且这些信仰者至死也是执迷不悟的。科学和历史能够教导我们，对手抱这种信仰的那些人，这种信仰可能成为巨大的危险。但是这样的认识是没有用处的，因为人们不知道如何去避免它，因而这样的信仰总是属于人类历史的巨大力量。从十九世纪的科学传统出发，人们当然倾向于希望一切信仰都应当以对每一个论证的理性分析，以小心的审议为基础；而另一种信仰，即把某种真实的或表现的真理简单地当作生活的基础的信仰则不应当存在。确实，根据纯粹理性的论证作出的小心的审议能够使我们消除许多错误与危险，因为它允许重新调整以适应新的形势，而这可能是生活的必要条件。但是想到我们在现代物理学中的经验，就很容易看出，在审议与决定之间总是必定有一个基本的互补关系。在实际的生活的决定中，不大可能把偏袒一个决定或反对一个决定的全部论证都加以考察，因此，人们总是不得不在不充足的证明的基础上行动。只有掀开全部论证——包括那些已经理解的论证和另一些只有通过进一步审议才能作出的论证——并摆脱一切犹豫不决，才能最终作出决定。决定可以是审议的结果，但它同时又互补于审议；并且，它是排斥审议的。甚至生活中最重要的决定，也总是一定包含这种不可避免的非理性因素。决定本身是必需的，因为必须有某种可以依靠的东西，必须有指导我们行动的某种原理。没有这样一种稳固的立足点，我们自己的行动就会丧失全部力量。因此，用某种真实的或者表现的真理构成生活的基础是不可避免的；而且在认识这个事实时，应当考虑到那些人的集团的基础和我们自己的基础是不同的。　　　　
　　现在，在从所谈到的现代科学的一切来作结论时，人们或许会说，现代物理学正是朝向统一并扩大我们的现代世界的一般历史过程的一个部分，而且是一个很有特征性的部分。这个过程本身将导致缓和造成我们时代的巨大危险的那些文化和政治的紧张形势。但它又为向相反方向行动的另一过程所伴随。广大人民群众意识到这种统一过程的事实，鼓励了现在文明社会中一切力量去力图在最终的统一状态中保证它们的传统的准则发挥最大可能的作用。从而紧张形势加强了，这两种竞争过程是如此密切地相互交织着，以致统一过程的每一次强化——例如由于新的技术进步——也强化了对最终状态的影响的斗争，从而给瞬变状态增加了不稳定性。现代物理学在这危险的统一过程中或许只起微小的作用。但它至少在两个决定点上将引导发展过程成为一种平静的演化过程。首先，它表明在这过程中使用武器是灾难性的；第二，通过它对各类概念的开放，它提出了在最终的状态中许多不同文化传统可以共存的希望，提出了可以将不同的人类的努力结合到思想与事业之间、活动与沉思之间的一种新的平衡之中的希望。　　　　　　　　　　
《物理学和哲学》　
W·海森伯著　范岱年译　　　　　　　
附录　英文本序言　　　　
　　　如所周知，当代物理学已经引起人类的宇宙观及其同宇宙的关系的重要的修正。有人设想，这种修正突破了人类的命运和自由的基础，甚至影响到人类对他掌握自己的命运的能力的看法。这种设想，在物理学的各个部门中，再没有比量子力学的测不准原理表现得更直截了当了。本书的作者是测不准原理的发现者。事实上，这个原理通常都冠以他的名字。因此，要判断这个原理意味着什么，没有人比他更合适的了。　　　　
　　海森伯在他以前的一本书《量子论的物理原理》中，向专业物理学家们阐明了量子力学的理论解释、实验意义和教学工具。在本书中，他向外行人阐明了量子力学和其他物理理论，以及这些理论的哲学会意和它们的某些可能的社会后果。比较明确地说，他试图在本书中提出并回答下列三个问题：（1）已被实验所证实了的当代物理学理论肯定了什么，（2）它们容许或者要求人们怎样去没想他自己同他的宇宙的关系？（3）这种作为现代西方的创造的新思想方法将要怎样影响世界的其他地区，　　　　
　　海森伯只是在本书的开头和结尾部分简要地探讨了第三个问题。读者不要因为他的评述的简短而忽视了它们的重要意义。正如他所指出，不管我们喜欢与否，现代思想方法将要改变并且部分地破坏传统习惯和社会准则。非西方社会的本国领袖和他们的西方顾问常常设想，将现代科学仪器和方法引入亚洲、中东和非洲的问题，仅仅是给予当地人民以政治独立然后向他们提供经费和实用的仪器的问题。这种轻易的设想忽略了几件事情。第一，现代科学仪器渊源于它的理论，为了正确地制造和有效地使用它们，需要理解那个理论。第二，而这个理论又以哲学假设和物理假设为依据。一旦被人们理解了，这些哲学假设就会产生一种个人的和社会的精神状态和行为，它们完全不同于并且在有些问题上不相容于亚洲、中东或非洲本地人的以家族、等级、种族为中心的精神状态和社会准则。总之，人们不能在引入现代物理学仪器的同时，而不求早或晚地引入它的哲学精神，而这种哲学精神，当它一旦掌握了受过科学训练的青年，就将推翻对家族和种族的陈腐的道德忠诚。如果要不致于因此引起不必要的感情冲突和社会的道德败坏，那么，让青年人理解到他们正在遭遇的事情，这是重要的。这意味着，他们必须把他们的经验看作是两种不同的哲学精神的结合，即他们的传统文化和新物理学的结合。由此可以看出人人都理解新物理学的哲学的重要性。　　　　
　　但是，可能有人要问：物理学是不是完全同哲学无关？现代物理学是不是只有在抛弃了哲学之后才能成为有成效的，显然，海森伯对这两个问题的回答都是否定的。为什么会是这样的呢？　　　　
　　牛顿给人留下了这么一个印象，以为在他的物理学中没有一个假设不是实验数据所必然要求的。当他提出他不作假说，并且他是从实验研究结果推出他的基本概念和定律时，就给人以这种印象。如果关于物理学家的实验观测同他的理论的关系的这种想法是正确的，牛顿的理论就永远不需要修正了，它也不可能包含实验未予证实的结论了。要是牛顿的理论是隐含在事实之中，它就该象那些事实一样确凿和肯定。　　　　
　　然而，1885年迈克耳孙和莫雷所完成的实验揭示了这样一个事实，如果牛顿的理论假设全是真理的话，这个事实就不应当存在。这个事实表明，物理学家的实验事实和他的理论假设之间的关系完全不同于牛顿引导许多现代物理学家去设想的那样。在大约十年以后，关于黑体辐射的实验迫使人们对牛顿关于他的研究对象的思想方法作又一次的改造。所以，这个结论就成为不可避免的了。肯定地说来，这意味着物理学理论既不仅仅是实验事实的描述，也不是可以从这样一种描述推论出来的某种东西；而是如爱因斯坦所强调指出的，物理学家只有通过思辨的方法才能得到他的理论。在物理学家的方法中，不是从事实推演到理论的假设，而是从假设的理论推演到事实和实验数据。因此，人们必须思辩地提出理论，并且用演绎法推导出这些理论的许多结果，以便使这些理论能够接受间接的实验检验。总之，任何物理理论所作出的物理假设和哲学假设，都要比仅仅由事实所给出和隐含的假设更多。由于这个理由，任何理论，随着同这个理论的基本假设不相容的新证据的出现（类似迈克耳孙…莫雷实验结果那种方式），要受到进一步的修正和改造。　　　　
　　并且，这些假设都带有哲学的特征。它们可以是本体论的假设，那就是涉及科学知识的对象的假设，这种对象是同它和感知者的关系无关的；或者它们也可以是认识论的假设，那就是涉及作为实验者和认识者的科学家同他所认识的对象之间的关系的假设。爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论由于根本改变了时间和空间以及时空同物质的关系的哲学理论，从而在本体论方面修正了现代物理学的哲学。量子力学，特别是它的海森伯测不准原理，给物理学家关于实验者同他的科学知识的对象之间的关系的认识论所带来的变化是很显著的。这本书的最新奇也是最重要的命题也许就是本书作者的这样一个论点：量子力学已经把潜能的概念带回到物理科学中了。这使得量子论对于本体论也象对认识论一样重要。在这一点上，海森伯的物理哲学同怀特海（Whitehead）的物理哲学有一个共同的因素。　　　　
　　正是由于在物理学的研究对象中引人了潜能（这不同于物理学家的认识论范畴），所以爱因斯坦反对量子力学。他说：“上帝是不掷骰子的”，以此来表示他的反对意见。这个陈述的要点是骰子游戏以机遇律为依据，而爱因斯坦认为，后一概念只有在有限的认识主体的认识论的局限性中才能找到它的科学意义，这种局限性存在于认识主体同包罗一切的科学知识对象的关系之中，因此，当在本体论上讲到那个对象本身时，那就是误用了。这个对象自身是无所不包的，因而在这个意义上是全知的（类似上帝那种形式）；对于任何有关这种对象的科学描述，机遇或者几年概念是不适当的。　　　　
　　本书之所以重要，是因为它包含了海森伯对爱因斯坦以及其他人对他的测不准原理和量子论的批评的回答。在理解这个回答时，必须记住两件事：（1）前面提到过的关于实验物理学的数据和它的理论概念之间的关系。（2）在（a）牛顿力学和爱因斯坦的相对论中和在（b）量子力学中，几率概念所起的作用的区别。关于（1），爱因斯坦和海森伯，相对论力学和量子力学是一致的。只是关于（2），他们才有分歧。然而，关于（2），海森伯和量子物理学家同爱因斯坦发生分歧的理由，有相当成分取决于（1），这是爱因斯坦也承认的。　　　　
　　（1）断言物理学的实验数据不包含它的理论概念。由此可见，科学知识的对象决不是通过观察和实验去直接认识的，而只有通过思辨地提出的理论结构或公理假设才能认识的，这些理论结构或公理假设只有通过由它推演出来的结论间接地在实验上加以检验。因此，为了深知科学知识的对象，我们必须走向它的理论假设。　　　　
　　当我们为（a）牛顿力学或爱因斯坦的力学和为（b）量子力学去这样做时，我们发现，在量子力学中，几率或者机遇的概念进入了物理系统的态的定义，在这个意义上，也就是概念进入了它的对象，但在牛顿力学或者爱因斯坦的相对论中却不是这样。无疑，这正是海森伯在本书中所写的“量子论把潜能概念带回到物理科学中来了”这句话的意思。毫无疑问，这也是爱因斯坦反对量子论时心中所想的东西。　　　　
　　更具体地说，量子力学同以往的物理理论的差别可以表述如下：在牛顿的理论和爱因斯坦的理论中，只要经验地测定了在已定时刻表明系统中每个质点的位置和动量的数值，就可以准确地给出任何孤立力学系统在这一时刻的状态；不出现任何关于几率的数值。在量子力学中，关于观测一个系统的解释是一个颇为复杂的程序。观测可以是单独一个读数（它的准确度还必须加以讨论〕，或者观测也可以包含一组复杂的数据，例如云空中水滴的照相；不管是哪一种情况，只能用几率分布（譬如说，关于系统的各粒子的位置和动量的几率分布〕来陈述观测的结果。这样，理论就预言了未来时间的几率分布。当未来的态达到时，如果只是在单独一次观测中，动量和位置的数值处在预期的范围之内，那么，理论并没有在实验上获得证实。具有同样初始条件的同样实验必须重复许多次，而在每次观测中可以有所不同的位置或动量值，必须表现出与预期的几率分布相似的分布。总之，量子力学同爱因斯坦力学或者牛顿力学的决定性区别集中在任何时刻一个力学系统的定义上，这种区别就在于量子力学在它对态的定义中引入了几率概念，而牛顿和爱因斯坦的力学却不是这样。　　　　
　　这并不意味着在牛顿力学或爱因斯坦力学中，几率就毫无地位。然而，它仅仅是在用以决定理论预测是否正确或不肯定的程度的误差理论中才有地位。因此，几率和机遇的概念仅限于科学家在证实他所认识的东西的认识论方面；它并不进人关于他所认识的东西的理论陈述。因此，在爱因斯坦的两个相对论和牛顿力学中，都满足爱因斯坦的格言“上帝是不掷骰子的”。　　　　
　　有没有什么办法可以裁决爱因斯坦同海森伯及其他量子理论家的论战呢，对于这个问题已有人作出了许多答案。有些物理学家和哲学家强调操作的定义，他们论证说：既然一切物理理论（甚至经典理论也是如此〕都给人类留下了误差和不确定性，那就无法在爱因斯坦和量子理论家之间作出裁决。然而，这是：（a）忽视了科学方法中存在着用公理法构成的、构造性的理论定义，也存在着误差理论和操作定义；并且，（b）假设了几率概念以及更加复杂的测不准关系只是在操作定义的意义上进入了量子力学。海森伯指出后一假设是错误的。　　　　
　　别的科学家和哲学家走到了另一个极端，他们主张，仅仅因为在预测某些现象时有不确定性，这决不能构成“这些现象都不是完全确定的”这个命题的论据。这一论据将两个问题结合了起来，一个问题是定义力学系统在已定时间的态的静力学问题，另一个问题是预测这个系统的态随时间而变化的动力学问题，或因果性问题。但是，量子论中的几率概念只进入它的静力学，也就是只进入量子论关于态的理论定义。因此，读者将发现，把关于态的定义的静力学理论成分和态随时间而变化的动力学的（或因果性的）理论成份截然划分开来，那是明智的。对于前一种成分，几率概念和随