物理学和哲学-第18章

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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，几率概念和随之而来的不确定性在理论上和原则上都进入了；它们不仅仅涉及操作上的和认识论上的不确定性和误差——这类不确定性和误差是由人类行为的有限性和不准确性所引起的，并对任何科学理论和任何实验总都是共同的。　　　　
　　但是，可以问，为什么应当在原则上把几率概念引进力学系统在任何静态时刻t　1　的态的理论定义中去呢？在利用公理假设作出这样一种理论构造时，海森伯和其他量子理论家在同爱因斯坦争论时不是普遍地以本身尚待证明的假定作为自己的论据吗，这本书把这些问题的答案阐明如下：量子力学的程序的理由是上述命题（1），这个命题是爱因斯坦本人也接受的。　　　　
　　命题（1）是我们只用公理的理论构造或假设的思辨方法来认识科学知识的对象；牛顿关于物理学家可以从实验数据推演出我们的理论概念的设想是错误的。由此可以推论出，断言科学知识的对象（或更具体地说，即力学系统在已定时刻t　1　的态）必须以一种特殊方式来定义，是没有先验的或经验的意义的。唯一的准则是，当求得由理论推演出来的实验后果时，究竟哪一组关于力学对象的理论假设为实验数据所证实？　　　　
　　现在的情况是：当我们如爱因斯坦要求我们去做的那样，在理论上和原则上只用关于位置和动量的数值来定义亚原子现象的力学系统的态，并且推演出黑体辐射的结果的时候，关于力学系统的态和原子物理学的对象的这种理论假设已被实验证据证明是错误的。实验事实绝不是理论所要求的那样。然而，当通过引入普朗克常数并在原理中加入关于将发现有关的位置…动量数值的几率（由此导出测不准原理）的第二组数值，而把传统理论加以修正时，实验数据证实了新的理论概念和原理。总之，在量子力学中关于黑体辐射实验的情况同爱因斯坦所遇到的关于迈克耳孙…莫雷实验的情况是相同的。在这两种情况中，都只有通过引入在原则上是新的理论假设，才能使物理理论同实验事实相一致。因此，如果按照爱因斯坦和上述科学哲学家的要求就应该断言：不管量子力学是怎样的，亚原子物体的位置和动量都是“真正”明确地处于空间和时间之中（因为它们只要用一对数字来表示就行了），从而在因果关系上，它们也完全是决定论性的，但是，要作这样的断言，就是要求人们承认巴为黑体辐射实验证明是错误的一种关于物理知识对象的理论，所谓错误的意思是说，这种理论可以推演出来的实验结果没有得到证实。　　　　
　　当然，由此得不出结论说，不可能发现某种符合于以往的实验事实的新理论，在这理论中，几率的概念原则上不进入它的态的定义。例如，诺贝特·维纳（Norbert　　　　
　　Wener）教授认为，他找到了一些线索，可以作为这样一种理论遵循的方向。然而，这种理论必须拒绝以爱因斯坦理论的四维时空来表示态的定义，因此，它同爱因斯坦建立在其他基础上的命题是不相容的。无疑地，人们不能排除这样一种可能性。然而，除非提出了这样一种代替的理论，否则，任何一个人，只要他对关于科学知识的对象必须是什么的问题，不主张具有某种先验的或秘密的信息来源，那么，他除了接受量子论的态的定义，并赞同本书作者海森伯的观点，把潜能的概念复归于现代科学知识的对象，别无其他抉择。黑体辐射实验要求人们作出结论说：上帝是掷骰子的。　　　　
　　因果性和决定论在量子力学中的地位如何，也许外行人和人文科学家对本书的兴趣主要取决于它对这个问题的答复。　　　　
　　如果要理解这个答复，读者必须特别注意海森伯有关（a）上述求助于几率概念的态的定义和（b）薛定谔时间方程这二者的描述。读者也必须弄明白（而这也是一切任务中最困难的一项），当他向上述问题时，在他的心目中“因果性”和“决定论”二词的意义，和海森伯在说明他的答复时，这些词在海森伯的心目中所具有的意义是否相同。否则，海森伯所回答的不是读者所问的问题，在读者方面就会发生完全的误解。　　　　
　　现代物理学允许因果性概念有两个不同的、科学上准确的意义，其中一个比另一个强，而在物理学家中间，对于应当使用“因果性”一词来表示这两个意义中的哪一个，并没有取得一致意见，因此，情况就更为复杂了。因此，某些物理学家和科学哲学家用这个词来表示两个意义中较强的一个。时常有这样的证据，至少海森伯教授在本书中的用法就是这样。其他的物理学家和哲学家，包括这篇序言的作者，则用“因果性”一词表示两个意义中较弱的一个，而用“决定论”一词来表示较强的意义。如果按照前一种用法，“因果性”一词同“决定论”就成为同义语了。如果按照第二种用法，则每一个决定论性的系统都是一个因果性的系统，而每一个因果性的系统却不一定是决定论性的系统。　　　　
　　在这个题目的上述讨论中，已经产生了巨大的混乱，因为经常出现这样的情况：不论是提问题的人，或是回答问题的物理学家，都未曾仔细地说明在问题或回答中，他使用“因果性”这个词，究竟是用它较弱的现代科学意义，还是用它较强的意义。如果有人问：“因果性在量子力学中成立吗？”而没有指明他是在较强还是较弱的意义上提出有关因果性的这个问题的，那么，人们会从有同样才能的物理学家那里得到显然相互矛盾的回答。在较强意义上使用“因果性”一词的一位物理学家，会十分正确地回答：“不。”在较弱的意义上使用“因果性”的另一位物理学家会同样正确地回答：“是。”自然，这给人产生了这样一种印象，以为对于答案究竟是怎样的，量子力学并不明确。然而，这种印象是错误的。一旦人们具体说明了他所说的“因果性”的意义，使得问题和回答都毫无歧义，量子力学的回答就不再是含糊的了。　　　　
　　由此可见，弄清楚“因果性”一词的可能的不同含义是重要的。让我们从外行人通常使用“原因”一词的用法开始，然后转到现代物理学中比较精确的意义，并且在中途考察一下亚里士多德的物理学中所说的意义。　　　　
　　人们可以说：“石头打中窗于使得（Caused）玻璃破碎了。”在“因果性”（Causality）的这种用法中，它被认为是对象之间的关系，即石头和窗玻璃之间的关系。科学家以不同的方式表示同一件事。他用石头和窗玻璃在它们相碰以前的时刻t　1　的状态，和在它们相碰时以后的时刻t　2　这两个对象所组成的同一系统的状态来描述上述那组事件。因此，外行人倾向于把因果性设想为各个对象之间的关系，而科学家则把它设想为同一个对象或者同一组对象在不同时间的不同状态之间的关系。　　　　
　　这就是为什么为了断定量子力学关于因果供所说过的话，人们必须注意两件事的原因。这两件事是：（1）规定任何物理系统在任何特定时刻t的状态的态函数；（2）将物理系统在较早的时刻t　1　的态同它在任何可确定的较晚时刻t　2　的不同的态联系起来的薛定谔时间方程。因此，海森伯关于（1）和（2）所说的一些活，必须小心翼翼地来阅读。　　　　
　　如果我们考察一既定物理对象或物理对象系统在不同时刻的态之间的关系可能具有的可能性质，会对于理解量子力学关于这种关系的论述有所帮助。关系最弱的可能情况应该是单纯在时间上相继的情况，在这情况中没有任何必然的联系，甚至也没有出现下面这样的事情的几率（不管多么小）：特定始态随着时间的流逝，会被一个特定的未来态所追随。为了使我们相信直接感觉的自然现象的一些感觉状态之间具有这样的性质，休谟（Hume）进行了论证。正如他所指出的，人们肯定感觉不到任何必然联系的关系。人们也不能直接感觉到几率。对于任何现象的相继状态，感觉所给予我们的一切，仅仅是在时间上相继顺序的关系而已。　　　　
　　这一点具有头等的重要性。它意味着，要在任何科学或常识中，得到关于任何对象或者系统的相继状态之间关系的因果性理论，或者甚至只要得到一个几率理论，人们只能运用思辨的方法和由公理法构造起来、由演绎法系统阐述的科学与哲学理论，而这种理论不是直接用感觉材料和实验数据来检验的，而只能通过从它推演出的结果未间接地检验的。　　　　
　　关于任何物理系统在不同时刻的各个态之间的关系的特征的第二种可能性是一种必然的联系，但是人们只有认识了未来的态，才能知道这种必然联系是什么。要获得后一种关于未来态的知识，可以等它到来，或者可以观察过去类似系统的未来态或终态。如果情况是这样的话，因果性就是目的论的了。系统随时间的变化是由这个系统的终态或目的所决定的。物理系统在早期t　1　时的状态是一颗椽子而在后期t　2　时是一株橡树，这就是一个例子。这样两个状态之间的联系看来是一种必然的联系。橡子决不能变成枫树或大象。它们只能变成橡树。然而，给出在早期t　1　时处于橡子状态的这种物理系统的性质，还没有科学家能够推演出系统在后期t　2　时将具有的橡树的种种性质。亚里士多德的物理学就曾断言，一切因果关系都是目的论的。　　　　
　　另一种可能性是，在不同时间的任何对象或任何对象系统的态之间的关系是这样一种具有必然联系的关系，即知道了系统（假设是孤立的）始态，就能推演出这系统的未来态。用比较专门的数学语言来说，这意味着，存在一种间接证实了的、由公理法构造起来的理论，它的公设是：（1）指定一个态函数，它的独立变量完全规定了系统在任何指定时刻的态，（2）规定一个时间方程，把在任何早些时候t1时这个函数的独立变量的经验数值和在任何特定的晚些时候t　2　时它们的经验数值以这样一种方式联系起来，那就是把操作上决定的t　1　时的数值巢引人时间方程，未来t　2　时的数值只要用解方程的办法就可以推算出来。如果情况是这样的话，那么，各个态之间的这种时间关系就可说是给力学因果关系作出了例征。　　　　
　　应当注意，这个力学因果性的定义对于需要用怎么样的独立变量来规定系统在任何已定时间的态的问题，仍然悬而未决。因此，至少出现两种可能性：（a）几率概念可以用来规定系统的态，或者（b）不可以这样使用几率概念。如果（b）成立，态函数中就不出现同几率有关的独立变量，这时就存在着较强类型的力学因果性。如果（a）成立，同几率有关、也同位置、动量这类其他性质有关的独立变量就会在态函数中出现，这时就只存在较弱类型的力学因果性。如果读者心中牢记力学因果性的这两种意义，并且弄明白海森伯在本书的任何特殊句子中引用的是哪一种意义，那就应当能够得到有关现代物理学中因果性状况问题的答案。　　　　
　　决定论又是怎样的呢，也是这样，在物理学家和科学哲学家中间，关干这个词该如何使用，也没有一致的协议。按照常识的用法，它和可能最强的因果性相等同。因此，我们将把“决定论”一词只用来表示力学因果性的较强类型。这样，我相信，本书的细心的读者会对他的问题得到下列答案：在牛顿力学、爱因斯坦力学和量子力学中，与其说是目的论的因果性成立，不如说是力学因果性成立。这就是为什么把量子物理学称为量子力学，而不称为量子目的论的缘故。但是，既然牛顿物理学和爱因斯坦物理学中的因果性是属于较强的类型的，因而这种因果性既是力学的，又是决定论的；而量子力学中的因果性，是较弱的因果类型，因而是力学的，但不是决定论的。从后一事实可以看出，如果海森伯在本书中处处是在较强的、决定论的意义上使用“力学因果性”一词，并且提出这样的问题；“在量子力学中，这种较强意义的力学因果性成立吗？”那么，答案必定是“否”。　　　　
　　读者会发现，情况甚至比不同类型的因果性之间的这些初步区分所显示的还要复杂。然而，可以期望，对这些不同的意义予以集中的注意，会使读者能够找到比用别的办法更方便的办法来读懂这本异常重要的书。　　　　
　　这些区分还足以使人们抓住在现代物理学中引人较弱类型的力学因果性（这已出现在量子力学中〕的巨大哲学意义。它的意义就在于将亚里士多德物理学中的客观的、并且在这个意义上是本体论的潜能概念和现代物理学中的力学因果性概念调和起来。　　　　
　　由此可见，如果读者由于海森伯强调了在量子力学中有某种类似于亚里士多德的潜能概念的东西，就下结论说当代物理学已把我们带回到亚里士多德的物理学和本体论，那该是一种错误。如果反过来作这样的结论：因为在量子力学中，力学因果性在它的较弱的意义上仍然成立，所以，现在在现代物理学中，在它的因果性和本体论方面，同量子论产生以前的情况完全一样。这个结论同样也是错误的。已经发生的事情是：在量子论中，当代的人已经超过古典的、中世纪的和近代的世界前进到一个新的物理学和哲学，它把两者的某些基本的因果性的假设和本体论的假设前后一致地结合起来了。这里，让我们回想起这样一点，就是我们使用“本体论的”一词去表示任何实验上证实了的科学理论的概念，这些概念涉及了科学知识的对象，而不仅仅涉及那种作为认识主体的科学家和他所认识的对象之间的认识论关系。当物理学家们发现，除非他们把几率的概念，从它在规定什么时候他们的理论在实验上被证实或不被证实时所扮演的牛顿式的和爱因斯坦式的、仅仅是认识论的、误差论的角色，扩大成为在理论公设中原则上被指定的、表征着科学知识对象本身的本体论角色，否则，就不可能从理论上说明康普顿效应和黑体辐射实验的结果；在这个时候，这样一种实验上证实了的关于本体论的潜能和本体论的力学因果性的哲学综合（在后一概念的较弱的意义上）也就出现了。　　　　
　　海森伯在他听从于那种由实验和教学的考虑二者所强加给他的，使他以如此深刻的方式来修正中世纪和现代人的哲学和科学信仰的必要性之前，经历了本书所描述的那样一种主观感情经验，对此，我们用不着感到惊讶。对最富有创造力的时刻的人类精神的第一手描述感兴趣的那些人，会仅仅因为这个因素就会想读这书本。如果人们回想一下，甚至象爱因斯坦这样勇敢和富有创造精神的人物，也曾在迈出背离近代经典物理学的彻底决定论这一步时踌躇不前，人们就会赞赏迈出这一步的勇气了。爱因斯坦不允许上帝掷骰子；他认为，在科学知识的对象中不可能有如量子力学中较弱形式的力学因果供所允许的那种潜能。　　　　
　　然而，在人们作出“上帝已成为一个十足的赌棍，并且潜能存在于一切对象之中”这样的结论之前，必须注意到量子力学给它的力学因果性的较弱形式的应用所加的某些限制。为了体会这些限制，读者必须注意本