经典“物质”的动摇

马克思指出：“真理是由争论确定的，历史的事实是由矛盾的陈述中清理出来的。”[42]现代物理学史上的量子风云，非常客观地展示了马克思的这一科学论断。现代物理学对经典物理学的区别，不仅体现在爱因斯坦的相对性绝对论哲学对牛顿的神圣性绝对论哲学的取代，更体现在量子力学把经典物理学的宏观研究转向了现代物理学的微观研究，并通过对微观物理现象的探幽入微，对物质的基本结构有了全新的发现和解释，对“物质”实在论观念予以了根本的否定，从而彻底地推翻了经典物理学的哲学信仰大厦，这同样是量子力学对相对论的超越，对现代相对性绝对论哲学思想的扬弃。客观论之，现代物理学实质上经历了承纳人类生存信仰产生新旧交替的特殊时期：对爱因斯坦来讲，可以说是经典物理学的集大成者，或者是标识了以二元分离为基本思维模型的绝对论哲学信仰和人类生存的基本价值体系在物理学(即科学)的终结。对于玻尔和海森堡来讲，可以说是全新的以生态化综合为基本思维模型的哲学信仰和人类生存的基本价值体系的开创性建设的先驱。因此，20世纪对于人类生存的漫长历史来讲，恰恰是一个沉重、坎坷的交替环节。在这个交替环节上，二元分离的类型化思维观念所形成的各种各样的绝对论哲学信仰和人类生存的基本价值体系走向了理论上的全面崩溃，而这恰恰是以新的生态化综合为思维模型的新本体论哲学信仰和人类生存的基本价值体系雏形获得一种无意识构设为前提。这首先体现在科学上，具体地讲是体现在物理学的微观研究的量子化并从而开辟出新的宏观探索的道路上。

量子力学探索的道路，最初并且始终围绕“微观客体究竟是什么”这一问题而展开。物理学家们对微观客体进行实验观测表明，由于运用不同的操纵程序，微观客体所呈示的内部结构状态会大不一样，但仍然有一点是共同的，即不论是实验装置的改变，或是操作程序的改变，微观客体所呈示的内部结构状态，不是呈粒子状，就是呈波状，或者既呈粒子状又呈波状。根据矩阵力学，似乎应该把物质看成是粒子；但是，从波动力学出发，则又把物质看成是波。针对微观物理的微观客体所呈现出来的这一双重状态，薛定锷、狄拉克、约尔丹等物理学家却从数学上证明了物质的这两种结构状态都是等价的，无论从哪种力学形式来处理同一原子问题，都会得到相同的解释，并且这些解释与所对应的实验观测数据是一致的。因此，物质结构的不同力学形式不仅在数学形式上应当等价，而且也应该有一个协调而明白的物理解释。薛定锷认为波自身即是物理实在，物质都是由波组成的，波函数本身代表一个实在的和物理的可观测量，它描述物质的分布。能量等波动方程的本征值所表示的客观物质量，则是大量微观波动现象所表示出来的客观统计性质。薛定锷指出，我们在实验中观测到的粒子现象，实际上是波包表现出来的，因为物质的运动即布满整个空间的波的传播。但波的能量也可能在一定条件下被限制在一个很狭窄区域里，这样就形成波包状。波动力学就建立在这样一幅有关原子现象整体波动图像的基础上。然而，洛仑兹却指出了薛定锷波动力学解释所面临的两个困难：第一，波包在介质里传播的过程中，由于其色散作用，介质会将组成波包的波在不同方向上散射成单一波长的波，而使波包扩散，这样一来，它就与粒子运动的实际径迹不相符；第二，薛定锷波动方程中的波函数并不总是在三维空间中对真实的波的描述。这正如后来玻恩所指出的那样，薛定锷的波并不是在普通空间里的运动，而是在与体系自由度一样多维数的位形空间中的运动。

薛定鄂的波动力学发表后，玻恩敏锐地看到了它在数学形式上的优点。但也马上“感到它要求非决定论的解释”，认为“形式上的量子力学显然提不出什么方法来决定粒子的时空位置”。因为波动力学解释只能把粒子视为是一个范围很不确定的波包，其位置无法获得精确的确定。仅就这一点，量子理论与实验一致，因为实验者无法确定微观坐标，只能数出所观测的事件的数目而满足于统计结果。由于无法确知微观事件的初始状态，所以只能用统计学方法。这样一来，量子力学引入几率概念是合理的。玻恩的这一统计学思想得自于爱因斯坦对光的波粒二象性问题的处理的启发，但玻恩是从粒子的立场来接受爱因斯坦的启发并作出这种解释的。玻恩认为，波函数仅是几率波，它反映了我们对微观粒子状态的一种认识，我们可以用服从薛定锷方程的波函数来圆满地描述粒子任何时刻的物理状态，但由于波函数并不像薛定锷坚持的那样代表实在，而只是一种抽象的几率波，这就很容易地避免了波函数扩散和多维形式所引起的困难。

德布罗意亲王对此提出了“双重解”理论。他认为薛定鄂波动方程的解反映了几率性质，指出了玻恩的几率解释的正确性。但他同时又指出波和粒子都是物理实在，正确的观点是应当把波和粒子的不同表述方式合并起来。这样，波动方程除了有反映几率性质的波动解以外，还应有一个确定粒子运动的奇异解，使得粒子能结合在一个延伸的波动现象中，从而排除玻恩的非决定性解释，使微观过程重新回到经典的因果律中去。但德布罗意这种把波粒二象性看成是一个既是粒子又是波的波-粒综合体的设想，因遭到数学上的极大困难而趋于流产，所以德布罗意转而接受了玻恩的几率解释。玻恩的几率解释在不断的激烈论争中得到越来越多的物理学家的认同。但玻尔、海森堡、泡里等人在接受了玻恩的几率解释的同时指出，即使用波动来解释原子现象依然是存在的。但是，我们并没有办法像经典力学一样，把原子过程当作直接在时间和空间中进行的过程来描述。那么，我们为什么无法精确得知微观中粒子的具体位置？又如何解释微观客体的波粒二象性？统计学的几率解释的更深层根据又是什么呢？这些基本的量子力学问题把物理学家们引向更新颖更深广的探索道路。

爱因斯坦曾经指出，绝对时间是不许可的，因为我们观察不到绝对时间，而只有在运动的参照系或静止的参照系中存在的时钟读数才同确定的时间有关。因此，科学探索中单凭观察来建立理论，那是完全错误的，“实际上，恰恰相反，是理论决定我们能够观察到的东西。——只有理论，即只有关于自然规律的知识，才使我们从感觉印象推论出基本现象”[43]。爱因斯坦的这一科学方法论思想直接启迪了海森堡，激发他豁然明白了量子力学对微观客体的结构状态的探索所面临的种种解释上的困难，最终都源于解释者自身的解释方法的误入歧途。不是实验观测量产生理论，应倒过来，而是理论本身决定什么东西能被实验观测到。海森堡的这一发现，激发他以新的思想方法和思维方法重新投入其微观研究工作，他很快得出了著名的测不准关系式(亦称“不确定关系式”)。从测不准关系得知，人们无法同时准确地知道一个粒子的位置和动量，测量其位置和动量的任何实验，都必然导致我们对另一变量知识的不确定性。测不准关系式揭示了量子力学与经典力学在本质上的差异，即同时测量两个在量子力学中“共扼”的经典物理学(如位置和动量，时间和能量等)，原则上所能达到的精确度受到了作用量子的限制。海森堡指出，在日常的经验世界中，我们完全可以设法在观测任何现象和测量它的性质时，不会对所观测的现象产生显著的影响，但是在原子世界里，由于原子尺度的能量太小，无论我们采取怎样的观测手段，都会被观测的现象所干扰，观测者及其仪器实际上成了被观测现象的不可分割的一部分。因此，我们不能把日常用于宏观尺度物体的普通观测法则和观测方法应用于观测原子现象。用哲学语言来表达，即是在微观客体的观测运动中，主体和客体是不可分割的。观测者既是主体又是客体，既是观测尺度又是观测内容，主体和客体(包括仪器)都同时融汇在观测运动中并同时融入观测结果，成为把观测主体推向结果的共生性能量。用我们的语义场理论来解释是，观测运动的主客体不分，实际上是观测运动中观测主体(人)、观测客体(无论是宏观客体还是微观客体)和观测仪器(即工具)共同构成了一个特定的(具有特定时空的)观测语义场。这个场的性质、意向构成了主体对客体的观测结果，在这个观测语义场中，构成其场性质的不仅仅是场的客体因素，而且也(更为主要的)是场的主体性因素——即感性生动的观测者(人)和观测所凭借的工具。观测工具是人类认识能力的高度、广度、深度和力度的物化形式，同时也是人类认识能力的局限性和片面性的物化形式，因此，观测工具是具有主体性质的因素。观测主体不仅指观测者的观测情境、情绪，而且也指观测者的思想、信仰。普林斯顿大学物理学教授罗伯特·霍夫施塔特指出：“我们认作基本自然单元的粒子链或许没有终点，它不是自然物质本身的问题，而是研究人员所用的工具的发展问题，这里的工具不仅仅指物理技术，而且也包括智力工具，即新的观念、假设、问题和怀疑。”[44]世界的本质不在世界本身，物质的最基本的结构形态也不是物质自身，而在于人，在人看待(观测)世界和物质的工具的不断更新，从而在看待(观测)中不断生成出属于这一观测者的观测(认知)能力，由此形成的观测语义场的性质和意向亦发生改变。

海森堡的测不准原理，对量子力学的统计学规律提供了理论的自洽性和完备性，第一次有力地从根本上动摇了经典“物质”观念，动摇了决定论哲学信仰的大厦。也许正因为此，测不准原理的问世才被当时的物理学家泡里称之为“量子理论时代已经破晓”，它是“新时代的曙光”的象征。[45]泡里对海森堡的这一评价，在当时也许不太为更多的人所接受，但今天却大不一样。因为当我们不再仅仅从物理学角度，而是从人类精神发展史和人类生存探索史角度来看测不准原理，它的产生恰恰是破了人类新的生存前景的“晓”，即它的确标识了人类将迎来一种以新的哲学信仰和生存价值体系为基本精神支柱的那样一个属于更高文明境界的新时代的“曙光”。如果说测不准原理还仅是从物理学自身解决了量子理论的自治性和完备性问题，从而使它透露出了新时代的人类精神曙光的话，那么玻尔也在为欢呼这一“新时代的曙光”的同时，却从哲学角度进行了艰苦的思索，并得出了更富有哲学情味的“互补原理”(即并协原理)，从而奠定了以生态化综合为基本思维模型的哲学信仰和人类生存的基本价值体系的物理学基石。正是在这个意义上讲，玻尔和海森堡是人类新的哲学信仰和基本价值体系生成的科学开创者。

玻尔认为，原子结构的波粒二象性是辐射与实体物质都具有的内在的和不可避免的性质。但波动和粒子描述的是两个理想的经典概念，这两个概念尽管是相互矛盾的，每一个概念都有一个有限的适应范围。任何一个单独的经典概念或图景，都不能对同一原子客体所引起的各种量子现象作出全面的理解，但如果把二者结合起来却又是原子过程完备描述所必需的，并且又相互补充。

一些经典概念的任何确切应用，将排除另外一些经典概念的同时应用，而这另一些经典概念在另一种条件下却是阐明规象所同样不可缺乏的。[46]

玻尔认为海森堡的测不准原理与互补原理没有什么本质的差别，它是等价的，因为测不准原理揭示了理解自然界中除波粒二像性以外的其他二重性的道路，它给出了同时应用象位置与时间、时间与能量等一些共扼变量的两种描述而不致陷入矛盾的数学表达，这些共扼变量如果像波粒二象性一样也是互补的。测不准关系是人们不得不使用经典描述所必须付出的代价。换句话讲，测不准关系是人们不得不借助于既有工具(如先进技术、主体思想、信仰、情感、情境、问题、怀疑、语言等)来描述(看待、界定)事物所必须付出的代价。玻尔还认为，由于位置和时间代表粒子的时空测量，而动量守恒定律揭示了粒子运动的关系。测不准关系和互补原理表明，在微观事物中，严格的因果决定论是不成立的。这样，测不准关系和互补原理共同为量子力学的非决定论的统计学解释提供了理论上的依据。

互补原理同时也是玻尔的哲学思想，玻尔本人把它看成是一种普遍的认识论原理。他指出，为了描述我们的思维活动，一方面要求有一个在知觉中的主体相对立的客观上给定的内容；另一方面，主体和客体之间不能截然区分，因为知觉主体也从属于我们的思维内容。就出现了思维主体描述思维活动的矛盾。所以，“严格说来，任何概念的知觉分析和其直接应用都有一个排斥的关系存在。”玻尔并且由此把互补原理推广到其他科学、艺术、人类文化和社会关系等领域。在他看来，“包含在原子物理学发展中的认识论教益，使我们想到远远超出物理科学的经验描述和理解方面，也有同样的情况，而且，这种教益使我们也可以找到一些共同特点以促进知识统一的研究”[47]。