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成素梅 关洪:量子实在论分析
录入: 哲学网编辑部 发表时间: 2013-06-25 点击: 1145 次 我要收藏

 1 引言
在关于量子理论的理解和解释的讨论中,“实在论”(reaism)这一术语是用得最多且最缺乏严格定义的概念之一。
上个世纪的物理学家可以毫无顾忌地依靠认为是可靠的物理学规律来描述和认识客观实在(What really is)。可是本世纪以来,量子理论的诞生却把这种朴实的目的在表面上仅与人类的经验联系在一起,因而产生一种错觉:似乎通过理性创建的物理学理论只不过是对经验知识的一种合理解释罢了。于是有人便极力主张,物理学应该放弃对实在本身(“reality in itself”或“reality as it really is ”)进行客观描述的古老追求。[1]这种经验论、工具论的观点,不仅仿佛把人类的认识重新带回到了康德哲学的时代——彼岸世界是人们可望而不可及的。而且直接冲击了物理学研究中早已建立起来的实在论思想,使“实在”(reality)和“实在论”术语的含义在使用上变得复杂起来。
特别是按照已被人们完全接受的经典物理学的研究传统,在早期量子理论的研究中,物理学家只能得出关于量子现象的半经典结构这一事实,说明已经建立起来的经典实在论图象是不能够被照搬到今日建立起来的量子理论之中的。那么,物理学家在量子理论的实践中所接受的实在概念与经典物理学中的实在概念究竟是否相同呢?更进一步说,被物理学家欣然接受的“实在论”概念在量子理论中的实际含义是什么呢?量子实在论是一种什么样的实在论呢?
勿庸置疑,对于这一问题的研究,不仅有助于理清当前哲学界关于“实在论”术语的混乱指谓局面,而且有助于丰富和发展辩证唯物主义的思想体系。
  2 历史背景
为了明确地研讨上述问题,对“实在论”概念进行简单的历史考察是必要的。在哲学史上,“Realism”有两种不同的译法:(1)译为“唯实论”。(2)译为“实在论”。科学界和科学哲学界一般采用后种译法,是指与唯心主义(idealism)相对立的一种观点,在某种意义上和唯物论(materialism)相接近。各种形式的实在论学说均是在批判唯心主义者把认识客体的行为与客体本身相混淆的基础上成长起来的,他们都主张物质客体是独立于人类的感觉经验和人类自身而客观地存在着的。
列宁在《唯物主义和经验批判主义》一文中指出:“实在论这个术语是在唯心主义的对立物的意义上使用的。我照恩格斯那样,在这个意义上只使用唯物主义这个名词,并且认为这是唯一正确的术语。”[2]列宁之所以不采用实在论这个术语的主要原因,一方面是为了与马克思和恩格斯的用法在概念上达成一致,以避免造成混乱;另一方面,由于“实在论”这一术语往往被各种不同观点的哲学派别,特别是被唯心主义者所歪曲使用,而容易产生误解。
尽管如此,人们对“实在论”这一术语的使用并没有随着19世纪40年代辩证唯物主义哲学体系的建立而销声匿迹。恰恰相反,由于它与自然科学特别是物理学的研究活动直接相关联,与物理学家的认识方式相关联,自量子理论诞生以来,关于实在论的学说愈来愈成为一种强有力的哲学运动。
其原因不仅在于经典式的诉诸于归纳——推理的研究风范在本世纪以来的物理学研究中失去了往日的威力。而且由于研究对象远离了人的感官直接感觉的范围,物理学家单纯依靠获得的经验是无法归纳出新的理论体系的。这时,理性思维的作用比以往变得更加重要起来。如果说,相对论力学的产生对经典的时空概念、质量概念的革命与人们常识的背离程度还不至于引起解释上的困难的话,那么,在量子力学中,人们对先行成立起来的数学结构所赋于的解释曾经一度时期真可谓是“仁者见仁,智者见智”的了。
虽然国内学者认为量子力学和实在论与反实在论的争论是不相干的。[3]我们也承认,从逻辑的观点看,在自然科学的发展中,任何一个自洽的逻辑体系的发展与哲学争论均是不相干的。但是,不可否认,当人们去设法理解与常识相去甚远的逻辑结构时,所赋予的解释本身必然包含有哲学的见解。另一方面,哲学观点的阐述,也需要在新科学中寻找立论之据。
所以,在这种背景之下,为了更明确地阐明知识的本质,为了确立解释、评价理论的一般原则,应运而生的诸多形式的科学哲学流派就这些问题进行了概念上的研究,并在总体上代表了两大截然相反的派系:一是反实在论的科学哲学流派;二是科学实在论的科学哲学流派。
从唯象上看,科学实在论是在批判各种形式的反实在论哲学体系的基础上,在继承和升华一般实在论观点的过程中诞生的。由于科学实在论理论所具有的内容和层次结构的复杂性程度较高,在不同的时期、不同的代表人物中,所立足的研究、解释和评价科学理论的出发点和使用的方法各不相同,阐述个人的立场和观点也因人而异,因此,表现出了各种不同的实在论形式。[4]
这种形势使得有些人把“实在论”仅看作是一种认识论的学说而进行了唯心主义的发展(A.J巴姆的“尝试的实在论”哲学便是典型一例[5]。把实在论看作是一种认识论的学说,实际上是从说明这种“实在论”是合理的或者是客观的角度去理解概念的含义了,从而造成了对同一术语在解释上的混乱。
我们认为,实在论是关于本体论、认识论和真理论相统一的学说。在不同的层次上实在论的表现形式虽然可以各不相同,但是在一个动态的发展链条上,它却有着始终如一的不变内涵。这就是说,在本体论上,承认研究对象(不管是否被观察到)的客观独立性。在科学研究中把研究对象看成是独立于科学家及其活动而存在和起作用的;在认识论层次上,把科学研究活动看作是寻求真理的过程,确认科学研究是通过主体参与来达到认识和把握客体属性的目的的。这种主体参与不是随心所欲的,它受到来自研究对象的信息的直接制约,所以,科学理论描述的理论实在是对自在实在的一种反映;在真理论上,主张真理的符合说,认为在一定范围内正确的理论必然是对自在实在某种程度的正确反映。实在论在这三种层次上的不同表现形式之间既有区别又有联系。
按照我们的观点,历史上各种不同形式的实在论学说之所以屡遭人嫌、受人指责的弱点,就在于它们不能合理地把握和区分上述三种层次上表现出来的不同实在论形式之间的内在区别和联系,从而造成了偷换和歪曲概念的混乱局面。
  3 方法论前提:关于实在的判据标准
在科学实在论的发展中,尽管科学实在论者所代表的流派繁多、观点混杂,并且他们给予科学实在论的意义更是各执己见、莫衷一是,但是,他们之所以能够在同一面“旗帜”之下共存,必然有其共同之处、相同之点。其中之一就是他们都不可避免地必须回答同一个问题:即科学理论中理论实体的本体论地位问题。对于这一问题的不同回答,他们曾经进行了关于实在标准的两次大转型。由可观察性标准到语义标准,再到因果效应标准。[6]科学实在论者之所以不断地修正自己的标准,一是为了避免实在标准所面临的各种困难;二是为了能够更加明确而合理地阐明自己的实在论立场和观点。
但是,我们认为,由于他们在确立自己的标准时并没有真正地从根本上抓住现代科学所反映出的物质属性、物质实体和物质关系三个方面的辩证关系而最终陷入的困境,是不可能自救的。[7]
无独有偶,如果说,科学实在论者所确立的实在判据标准是哲学概念发展的必然要求,是哲学家建构体系的必然结果的话,那么,在当代科学实在论兴起之前的1935年,物理学泰斗爱因斯坦等人为了反对量子力学的哥本哈根解释(Copenhagen Interpretation),为了将经典实在论的观点在物理学发展中贯穿到底,在题为“能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?”[8]的著名文章中所提出的实在性判据标准,则是在探讨物理学理论的内在一致性的基础上所产生的。
爱因斯坦等人在文章中提出一个物理量成为实在的判据是:“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,那么对应于这一物理量,必定存在着一个物理实在的元素”;在一个完备的理论中“物理实在的每一元素都必须在这理论中有它的对应”。
分析这一判据可得出下面的结论:当一个体系不受任何干扰时,物理量与物理实在元素是一一对应的,即:
物理量(可用一个数学符号表示)物理实在的元素
这一结论隐含了下列观点:即爱因斯坦不是把物理学研究中的认识论的或者是测量理论的基本原则作为物理学研究的依据,而是把经典力学作为物理学的中心,作为所有物理学的动力学基础。[9]在经典力学中,物理实在与自在实在是无条件地等同的。
可是,现代科学的发展已经表明:被人们理解的经典力学过去和现在其实都不可能是对自在实在的直接描述,它同量子力学一样,理应都是通过测量方式(用哲学语言来讲是认识手段)间接地认识自然界的一种理论,这种理论所描述的理论实在不完全等同于自在实在。不能明确认识经典力学中实际存在的认识论基础,产生了对量子力学的解释和理解上的严重问题,也产生了关于“实在论”概念的许多问题。明确说,这些问题与下列困难有关:即如何理解和思考认识过程中的主体、客体及其中介(包括物理操作和思维操作)之间的关系的困难,这个困难主要是由经典物理学中所预设的教条的主体概念所引起的。在那里,“牛顿定律并不假定观察者是一个‘物理存在’,客观描述被精确地定义成对其作者没有何任涉及。”而量子力学则“是一种预先假定了一个位于被观察世界之内的观察者的物理学。”[10]
这种对科学研究中存在的认识主体的作用所进行的强调,并非就是唯心主义。正如恩格斯所说过的,“天文学中的地球为中心的观点总■偏狭的,并且已经很合理地被推翻了,但是,当我们在研究工作中愈益深入时,它又愈来愈出头了,……,我们只能有以地球为中心的物理学、化学、生物学、气象学等等,而这些科学并不因为说它们只对于地球才适用并因而是相对的而损失了什么。如果认真地对待这一点并且要求一种无中心的科学,那就会使一切科学都停顿下来。”[11]恩格斯所主张的以地球为中心的科学正是在人的选择性认识活动中建立起来的。所以,不仅物理学理论不可能是对自在实在的一劳永逸的精确描述,而且物理实在也不完全等同于自在实在。物理学理论是关于依赖于理性思维(包括认识手段在内)的物理实在的描述,但物理实在是来源于自在实在的。这种观点,在国际物理学文献中已得到了充分的阐述。[12]
这里涉及到了三种不同层次的实在,自在实在(本体论层次);物理实在(认识论层次);理论实在(真理论层次)。显然,这三种实在不是彼此独立无关的,而是同一实在在不同条件下的不同表现。物理学家主要通过物理操作将自在实在转化为物理实在,通过思维操作将物理实在转化为理论实在。[13]
可见,爱因斯坦等人这种只看到人们对物理世界认识中的客观性成份,忽视了人们在认识的同时,由于自身的参与所带来的影响和认识过程中实际存在的一系列认识论问题,所提出的实在的EPR判据不过是将复杂的科学研究活动异乎寻常地简单化了的一种具体表现方式。所以说,经典实在论并没有精确地站在认识论意义上来分析问题。爱因斯坦的实在概念在认识论层次上必然会陷入困境。 
经典物理学理论之所以被认为是能够纯客观地描述自然界的主要原因,是因为在那里认识过程中由于主体的干扰作用所造成的误差(即经典测量方式所带来的不可逆变化)没有达到足以令人关注的地步,它或者是可被补偿的,或者是可被限制在一定范围之内的。但是,这就象后来发现经典粒子的波动性在宏观层次上对物质的运动起不到什么破坏性作用,因而可以忽略不计一样,并不能说它是不存在的。
量子力学的产生揭示出了经典物理学中这种简单化研究方式所存在的问题,显然是科学研究的一大进步。所以,在经典实在论思想统摄之下所确立的关于实在的EPR判据标准并不等于是哲学的实在论中的判据,因而是不具有普遍性的。
事实上,在物理学中,一个物理量具有双重作用,从认识论的观点看,它是一种手段;从物理学的观点看,它是一个客体。如果人们只看到它的第一方面,必然会得出主观的理解;如果人们仅看到它的第二方面,将会得出本体论的解释。认识到这一点,就可以判断出实在的EPR判据标准并不是普遍适用的。Bargos认为,量子力学的产生,并没有使哲学的实在论受到任何伤害和改变,量子力学与实在论是相容的。[14]另一方面,近几十年的研究结果已经表明,EPR论证是建立在定域实在论的前提之上的,而这种前提并没有得到近年来实验结果的支持。因此,在定域实在论的前提下所确立的实在性判据标准,在具有非定域性特征的微观领域内是不适用的。非定域性特征说明,量子现象具有整体性特点,在这里物质实体、属性与关系是不可分割的。所以,关于实在的判据标准不应该从概念或观念的预设中去确立,而应该从动态的方法论上分层次地分析。
  4 量子实在论分析
在量子力学发展史上,随着60年代贝尔不等式的提出与近20多年来的实验进展,关于量子力学的基础性问题的研究已从抽象思辨的状态发展到以实验为依据的研究状态,特别是关于量子实在论问题的研究比以往任何一个时期都令人关注。不仅物理学家和哲学家,而且连实验物理学家也对此深感兴越,企图通过开辟新的活动领域来阐述自己的观点。其中与实在论相关的、并且是争论颇多的问题宏观上主要集中在两个方面:其一是如何确立量子统计的地位问题;其二是如何理解认识中主体的参与问题。
首先,如何理解量子统计是与量子力学的解释不可分割的。量子力学公理体系的一套基本假设中已经包含了赋予量子力学以统计解释(Statistical I-nterpretation)的观点[15],就象牛顿三定律中包含了绝对时空假设的观点一样已得到物理学家的接受和承认。统计解释的观点是物理学家在批评哥本哈根解释中包含的工具主义倾向,以及把仅仅是作为推论的测不准关系和不可证实的玻尔的互补原理当作是解释的基本出发点的过程中产生的。这种解释认为,量子统计与经典统计不同,是一种新型的本质上的统计。[16]在微观领域中个别现象的发生,无法归结为某种确定性的原因,是一个纯随机的过程。然而,量子力学没有能力说明实现性并不是一个问题或缺点,恰恰是它前所未有的成功的迹象所在。[17]它反映出的是一种统计因果性的观点。
统计因果性的观点在生物学家迈尔所创立的生物哲学中曾得到过深入的阐述。目前无论在国际文献上[18],还是在国内新编出版的哲学辞典[19]中都已阐述和接受了这种观点。特别是随着非平衡自组织理论的产生,微观领域内的这种新型统计已在许多领域内表现出来,它不再象经典统计一样被人们仅当作是一种解决问题的权宜之计,而被看作是自然界在演化中的一种属性被人们所接受下来[20]。
可见,赋予量子力学以统计解释的观点,是和近几十年来其他领域的发展相协调的。而这种观点既承认微观领域中的研究客体所具有的统计性特征,又承认量子理论是对这种特征的一种描述,这种解释无疑与实在论的观点是一致的。
其次,从方法论意义上看,20年代海森堡和薛定谔等人分别立足于微观客体的不连续和连续性特征,运用矩阵代数和微分代数的方法建立了形式上截然不同的量子理论体系,分别称之为矩阵力学和波动力学。不久证明通过一组变换关系这两种力学在数学上是等价的。60年代费因曼从数学上又提出了路径积分的方法,也是和现行量子力学体系相容的,只不过是所使用的方法不同而已。或者说,在微观领域内,物理学家虽然在建构理论时,采用了不同的计算工具,相异的基本假定,但是,这几种不同的理论程式分别是希尔伯特空间中的厄密算符运算的一些特殊表示。在具体求解问题时,人们往往可以根据需要采取不同的数学方法。
这种殊途同归的研究结果表明,在建构物理学理论时,物理学家必须通过主观参与的方法来把握客观实在。这种参与无疑都不同程度地使被认识的客体打上了主观认识的烙印,但是,在认识过程中,不同角度、不同方法之间的等价性使认识中的主观性的成份受到了应有的客观性限制,完全避免了主观随意性。另一方面,这种殊途同归结果的实现,是和物理学家在建构理论体系时受到直接来自研究客体的信息的制约分不开的。这种信息通过物理操作和思维操作贯穿于科学研究活动的始终。
所以,量子理论所描述的理论实在是对客观存在的自在实在的一种反映,与经典实在论观点所不同的是,这种反映不是一种纯客观的照相式的反映,而是认识主体通过一定的数学表示在尽可能排除主观性成份的过程中所达到的一种能动的反映。
再次,从认识论意义上看,过去的物理学研究,只强调科学理论的真理性与客观性,把认识中的主体参与排除在外,把科学研究中的唯物主义传统教条化、机械化,他们不仅“羞”于谈论科学研究中存在的主体性问题,而且把理性建构起来的物理学理论实在论说成是纯客观地对自在实在的一种摹本式反映。如果稍加分析,就会发现这种做法把科学研究降低到仅是整理经验的一般层次。
量子力学的产生从整体上将在现实的认识过程中实际存在着的、但却被经典物理学研究过程中的过分简单化和直观性所掩盖了的认识论特征揭示了出来。表明科学的认识过程是一个不断地消除主观性的、主观依赖于客观、客观见之于主观的主客观统一的过程。
这种认识虽然早在量子力学产生之前,在马克思和恩格斯所创立的辩证唯物主义的哲学体系中已经有了精辟的阐述,但是,使物理学家真正有所体会却是与现实的研究活动分不开的。
所以,量子实在论是本体论、认识论和真理论相统一的实在论,我们姑且称之为“统一实在论”(限于篇幅,关于统一实在论思想的详细讨论将另文阐述)。这种实在论与经典实在论不同,它既不排除认识中存在的主体参与的能动性,又不用担心会走向唯心主义或二元论。认识论和方法论意义上的主客体之间的相互作用与本体论意义上客体的客观独立性,以及本源问题上对物质第一性和意识第二性的回答是不矛盾的。真正的哲学的实在论是统一实在论,而不是经典实在论。
总之,物理学家在量子理论的实践中所接受的实在概念与经典物理学中的实在概念是有所区别的。量子力学中的实在概念把本体论、认识论和真理论三个层次的实在在区别中联系并统一起来,这是在经典物理学中不曾有过的。通常人们说的客观实在、独立实在均是指本体论意义上的自在实在;物理实在、经验实在均是指认识论意义上的对象性实在;理论实在是指真理论意义上的科学实在。量子实在论就是将本体论意义上的实在论、认识论意义上的实在论、真理论意义上的实在论辩证地统一起来的实在论。这种在科学实践中所形成的统一实在论的观点,实际上是辩证唯物主义哲学体系在科学研究中的具体表现形式之一。
【参考文献】
[1] N.Bohr,Atomic Theory and Description of Nature,Cambridge U.P,London,1934.海森伯:《物理学家的自然观》,商务印书馆,1990。B.dEspagnat,"Empirical Reality,Empirical Causality,and the Measurment Problem",Found.Phys.Vol.17,No.5,1987.
[2] 《列宁全集》,第二卷,P55。
[3] 邱仁宗:“实在概念与实在论”,《中国社会科学》1993,No.2。
[4][6] 郭贵春:《当代科学实在论》,科学出版社,1991。
[5] 〔美〕A.J巴姆:“尝试的实在论”,《哲学译丛》1993,No.3。
[7] 成素梅:“关于实在的层次分析法”,《科学技术与辩证法》1994,No.2。
[8][9] 《爱因斯坦文集》,第一卷,商务印书馆,1983。
[10] 伊.普里戈金、伊.斯唐热:《从混沌到有序》,上海译文出版社,1987,P267。
[11] 《马克思恩格斯选集》第三卷,人民出版社,1992 P559-560。
[12] Horst-Heino von Borzeszkowski and Renate Wahsner,"Quantum Mechanics and the Physical Reality Concept",Found.Phys.Vol.18,No.6,1988 P669.
[13] 成素梅:“科学认识中实在的三个层次”《晋阳学刊》1993,No。1。
[14] M.E.Bargos"Quantum Mechanics Is Compatible with Realism"Found.Phys.Vol.17,No.8,1987.
[15] Bullentine:《Quantum Mechanics》,Prentics Hall,1990.
[16] 关洪、成素梅:“统计决定性分析”(待发表)。
[17] Roland Omnes "Consistent interpretation of quantum mecha-nics" Rev.Mod.Phys.Vol.64,No.2,April 1992.
[18] Eftichios Bitsakis"Quantum Statistical Deteminism",Found.Phys.Vol.18,No.3,1988.
[19] 《哲学概念辨析辞典》,中央党校出版社,1993。
[20] 普里高津:“从存在到演化”《自然杂志》1980,No。1。

(原载《自然辩证法研究》1995年09期)

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