物理學(xué)與哲學(xué)之間的紐帶

摘 要：物理學(xué)與哲學(xué)之間存在著微妙的聯(lián)系，鼓舞著一代又一代學(xué)生加入到探索的隊伍當(dāng)中。本文將以三本典型物理學(xué)哲學(xué)著作為例，對量子力學(xué)哲學(xué)觀和廣義相對論進行闡述，同時對國內(nèi)物理學(xué)哲學(xué)研究進行探討。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)哲學(xué) 哲學(xué) 量子力學(xué)

近年來隨著社會的發(fā)展，學(xué)術(shù)環(huán)境日益開放，各路學(xué)者紛紛展開了深入的科學(xué)研究和探索，其中物理學(xué)與哲學(xué)之間的關(guān)系越來越受到學(xué)者的重視，這對于我國科學(xué)事業(yè)和物理學(xué)的發(fā)展具有非常重要的意義。物理學(xué)和哲學(xué)之間的關(guān)系很早便被學(xué)者關(guān)注到，但是由于歷史等特殊原因曾一度被擱置，物理學(xué)哲學(xué)研究活動的大規(guī)模開展對于我國未來物理學(xué)哲學(xué)的發(fā)展具有極大的意義。

一、物理學(xué)哲學(xué)正處于復(fù)興階段

改革開放前人們很難看到自然辯證法類的著作，典型的自然辯證法論著是恩格斯原著導(dǎo)讀。而物理哲學(xué)類論著的譯作開篇前必然要加上一段批判“物理學(xué)唯心主義”的序言，薩契科夫《論量子力學(xué)的唯物主義解釋》在1961年就有了中譯本，那時被認為最符合蘇俄主流意識形態(tài)而占有唯我獨尊地位的是布洛欣采夫的系統(tǒng)解釋，而由于支持哥本哈根的觀點，重量級科學(xué)家?？顺惺芰藰O大壓力，為了抵制機械論者教條主義的迫害，他機智地用辯證論作為防身武器。當(dāng)時?？嗽谂c辯證唯物論者的辯論過程中書寫的數(shù)學(xué)方程式，幾乎沒有人能夠看懂。隨著改革開放的到來，國內(nèi)學(xué)者可以不受限制地自由討論關(guān)于物理學(xué)哲學(xué)的觀點了。

近幾年我國物理學(xué)哲學(xué)的研究活動逐漸多了起來，洪定國先生、薛曉舟先生等都有頗具分量的物理哲學(xué)譯著或?qū)Ｖ霭?。例如《整體性與隱纏序》《物理實在論》是洪定國先生的代表作，《量子真空物理引導(dǎo)》《現(xiàn)代物理學(xué)哲學(xué)問題》是薛曉舟先生的經(jīng)典著作；這些著作不但包括物理學(xué)問題，還涉及大量的物理哲學(xué)問題的討論。

二、萬小龍的《范氏量子力學(xué)哲學(xué)研究》

當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)家中頗具影響力的一位就是范弗拉森，他的量子力學(xué)哲學(xué)研究的范圍正是現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)和現(xiàn)代自然科學(xué)的交集，在量子力學(xué)解釋群中他的模態(tài)解釋頗具特色，其經(jīng)驗論哲學(xué)正是在這個基礎(chǔ)上形成的。狹義的量子力學(xué)哲學(xué)研究主要是用哲學(xué)解釋和分析量子遠程關(guān)聯(lián)、量子概率、量子測量三個要害問題。萬小龍在梳理、解讀、再分析范式觀點的基礎(chǔ)上，對自己的新見解進行了系統(tǒng)的闡述。筆者認為萬小龍的研究風(fēng)格主要表現(xiàn)為，首先是深入了解當(dāng)代物理學(xué)的艱深問題，其次是擁有科學(xué)哲學(xué)推崇的精密細致的邏輯分析技巧。他將量子力學(xué)理論劃分為五個層次，分別包括形上學(xué)陳述、邏輯數(shù)學(xué)陳述、物理理論陳述、經(jīng)驗陳述、經(jīng)驗。

萬小龍形上學(xué)地抽象了量子測量、量子遠程關(guān)聯(lián)、量子概率三個難題，概括為怎樣進行整體性、實在性、因果性的哲學(xué)解釋，并且在此處有很多創(chuàng)新。尤其是在全同粒子的哲學(xué)問題上，很多極富解釋力的新概念都被提了出來，例如“相對可分離的整體性”“非因果的統(tǒng)計關(guān)聯(lián)性”，這些是對形上學(xué)不同方面的深化和豐富。相對于標(biāo)準(zhǔn)物理教科書，他分析全同粒子的不可區(qū)分性、不可識別性更加細致，對于其他物理學(xué)家具有更好的啟發(fā)作用。萬小龍在全面深入分析經(jīng)驗證據(jù)的情況下，重新概括了量子力學(xué)的基本特征：應(yīng)當(dāng)根據(jù)因果+統(tǒng)計的非完全決定論進行測量；量子統(tǒng)計法的特異性和經(jīng)典統(tǒng)計法的繼承性的統(tǒng)一是量子概率的重要體現(xiàn)之一；量子關(guān)系體現(xiàn)了量子世界相對可分離的整體性。萬小龍認為，全同粒子間的不可區(qū)分性，可能是整體—生成論和還原—構(gòu)成論走向辯論統(tǒng)一的關(guān)節(jié)點。

三、成素梅的《量子測量的解釋語境與實在論》

就像費耶阿本德描述的那樣，任何一種科學(xué)理論和方法都是優(yōu)點、缺點并存的，當(dāng)然科學(xué)解釋也是如此。我們應(yīng)當(dāng)給予每一種量子力學(xué)解釋的合理成分和優(yōu)點相應(yīng)的肯定。當(dāng)前學(xué)術(shù)界有幾種解釋具有較強代表性，如哥本哈根提出的解釋雖然經(jīng)歷了將近一個世紀(jì)，仍然作為很多解釋版本的參考系和出發(fā)點。雖然學(xué)者對于量子力學(xué)是對單個系統(tǒng)的完備描述持否定態(tài)度，但卻普遍接受“世界是因果與機遇聯(lián)合統(tǒng)治的”觀點。而這也正是玻姆本體論解釋和量子勢因果解釋興起的主要原因，其將新型量子場和粒子之間關(guān)系的本體論圖像勾勒了出來。量子場具有整體全息相關(guān)的特點，量子勢并不會因距離而衰減，它的波函數(shù)形式才是最根本的，這樣就能夠合理解釋“遠程關(guān)聯(lián)”。量子場、量子勢=粒子的引導(dǎo)條件，量子場+粒子=因果性。玻姆本體論形式的形象模型解釋更加直觀，其具體機制的可操作性強，能夠在附加“亞結(jié)構(gòu)”后提供單個現(xiàn)象模型是它的優(yōu)點?！岸嗍澜纭被蛘摺跋鄬B(tài)”解釋被認為更加精簡，而被認為唯一終極實在的是宇宙波函數(shù)，所以它顯得更加徹底、簡單。在隱喻的意義上，像流體力學(xué)那樣的解釋仍顯示出合理性，這為建立物理場的形象模型和數(shù)學(xué)概念“旋度、散度、梯度”之間的聯(lián)系創(chuàng)造了可能。對于廣義相對論“以太”，愛因斯坦從未否認過，引力場的場物質(zhì)就是其指向的對象。同理我們也應(yīng)當(dāng)對量子場的場物質(zhì)進行想象，就像是盲人摸象那樣，每一個個別、具體的解釋只觸及局部真理，整合之后完全真理可能會產(chǎn)生。

《量子測量的解釋語境與實在論》中，成素梅在全面分析西文文獻資料的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確地從物理意義上把握住了量子測量的各派解釋，并據(jù)此進行了中肯的評價。同時她還對自身的哲學(xué)觀念“語境實在論”進行了闡釋，但是每個作者都具有自身的立場，評價中必然存在具有傾向性的褒貶，中肯只是相對而言。就筆者個人而言，實際閱讀往往是根據(jù)個人喜好確定順序的，而不是完全根據(jù)章節(jié)順序進行。本書中存在質(zhì)疑的“多世界解釋”和我不甚了解的“相對態(tài)解釋”的關(guān)系問題是首先吸引我的一處，第五章閱讀完后這些疑問都得到了解決。解釋的關(guān)鍵在于類比，愛因斯坦參照系的相對性是類比的基礎(chǔ)，可以有量子態(tài)的相對性原理。依個人之見，讀者必須全面貫徹相對論類比，相對于不同參照系的觀察者可以有各自不同的“局域長度”“時間長度”，但它們同樣是真實存在的，這樣量子態(tài)的相對性就不難理解了。若是實體化這相對態(tài)的各個可能世界的整體，運用本體論方式進行詮釋就會產(chǎn)生“多世界解釋”的結(jié)果；如果站在觀察者角度運用認識論方式來詮釋就會引申出“多心解釋”。成素梅的重要收獲就是“多世界解釋”和“相對態(tài)解釋”，對此她曾和英國學(xué)者進行過深入的交流。

四、韓鋒的《廣義相對論及其思想和方法的評述》

《廣義相對論及其思想和方法的評述》《物理哲學(xué)——觀控相對論的元物理學(xué)》是韓鋒教授近年出版的兩本著作，筆者將就前者進行討論。這本著作兼具教材和專著兩種性質(zhì)，是高校物理專業(yè)的重要教材。眾所周知，理解廣義相對論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是張量分析和黎曼幾何，但是很多入門者對此望而卻步，韓鋒教授在書中卻將相關(guān)內(nèi)容深入淺出地表達了出來，讓讀者能夠真正讀懂其中的那些艱深內(nèi)容。學(xué)術(shù)界很多其他的廣義相對論著作通過數(shù)學(xué)公式表達作者的物理思想，但是又沒有進行充分的推導(dǎo)。愛因斯坦1907年就提出了廣義相對論的兩個原理，但用了八年時間才真正獲得了完成意義上的廣義相對論。我國數(shù)學(xué)家也曾提到這點，是什么讓人們困惑了八年，那就是人們認為平直空間中的剛性標(biāo)尺是不會改變的。愛因斯坦用了多年才發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)歐幾里得的“剛性度規(guī)”應(yīng)當(dāng)在彎曲空間的“柔性度規(guī)”中推廣，這樣才符合引力場或非慣性系的特點，并與非線性變換的情況相對應(yīng)。

韓鋒教授全面分析了運算背后的數(shù)學(xué)思想和物理思想之間的內(nèi)在聯(lián)系，數(shù)學(xué)在這個過程中發(fā)揮的不僅僅是工具的作用。比如作者層層深入地對黎曼關(guān)于“度規(guī)、距離法則決定了一種集合學(xué)”的思想進行了闡述，度規(guī)張量表現(xiàn)著彎曲空間的內(nèi)稟性質(zhì)，彎曲空間中的矢量求導(dǎo)和平行移動問題通過協(xié)變導(dǎo)數(shù)得到了解決，彎曲空間矢量的平移性質(zhì)與度規(guī)張量之間確定聯(lián)系則通過仿射聯(lián)絡(luò)反映出來，引力勢對坐標(biāo)偏微分的組合構(gòu)成了黎曼聯(lián)絡(luò)，從中可了解引力場的分布。也就是說，彎曲空間中不同時空點測量標(biāo)尺的差異和可換算性問題能夠通過聯(lián)絡(luò)得到解決，規(guī)范場理論思想就是建立在這個基礎(chǔ)之上。該書作者力求用最明晰、簡潔的方式實現(xiàn)對廣義相對論精湛、深刻的物理思想和基本結(jié)構(gòu)框架的闡述，在挖掘物理深層次的思想中還運用了大量哲理和邏輯分析。該著作中還經(jīng)常出現(xiàn)精彩的評論，例如第99頁，作者說廣義相對性原理由物理表述和數(shù)學(xué)表述構(gòu)成，其中自然定律的普適性是物理強調(diào)的內(nèi)容，而坐標(biāo)變換中的廣義協(xié)變性則是數(shù)學(xué)強調(diào)的內(nèi)容。

實際中，雙向互動關(guān)系是存在于物理學(xué)與哲學(xué)、科學(xué)與哲學(xué)之間的，因為在認識論、方法論上科學(xué)哲學(xué)對科學(xué)理論的啟迪作用是顯而易見的。萬小龍、成素梅、韓鋒的研究對于廣義相對論的推廣具有非常積極的作用。如同馬克思·波恩所言，真正的哲學(xué)蘊藏于理論物理學(xué)中。

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作 者：張小龍，青海民族大學(xué)物理與電子工程學(xué)院本科生。

編 輯：杜碧媛 E-mail：dubiyuan@163.com