物理學與哲學之間的紐帶

摘 要：物理學與哲學之間存在著微妙的聯系，鼓舞著一代又一代學生加入到探索的隊伍當中。本文將以三本典型物理學哲學著作為例，對量子力學哲學觀和廣義相對論進行闡述，同時對國內物理學哲學研究進行探討。

關鍵詞：物理學哲學 哲學 量子力學

近年來隨著社會的發展，學術環境日益開放，各路學者紛紛展開了深入的科學研究和探索，其中物理學與哲學之間的關系越來越受到學者的重視，這對于我國科學事業和物理學的發展具有非常重要的意義。物理學和哲學之間的關系很早便被學者關注到，但是由于歷史等特殊原因曾一度被擱置，物理學哲學研究活動的大規模開展對于我國未來物理學哲學的發展具有極大的意義。

一、物理學哲學正處于復興階段

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讀。而物理哲學類論著的譯作開篇前必然要加上一段批判“物理學唯心主義”的序言，薩契科夫《論量子力學的唯物主義解釋》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而占有唯我獨尊地位的是布洛欣采夫的系統解釋，而由于支持哥本哈根的觀點，重量級科學家福克承受了極大壓力，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。當時福克在與辯證唯物論者的辯論過程中書寫的數學方程式，幾乎沒有人能夠看懂。隨著改革開放的到來，國內學者可以不受限制地自由討論關于物理學哲學的觀點了。

近幾年我國物理學哲學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譯著或專著出版。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》《現代物理學哲學問題》是薛曉舟先生的經典著作；這些著作不但包括物理學問題，還涉及大量的物理哲學問題的討論。

二、萬小龍的《范氏量子力學哲學研究》

當代科學哲學家中頗具影響力的一位就是范弗拉森，他的量子力學哲學研究的范圍正是現代科學哲學和現代自然科學的交集，在量子力學解釋群中他的模態解釋頗具特色，其經驗論哲學正是在這個基礎上形成的。狹義的量子力學哲學研究主要是用哲學解釋和分析量子遠程關聯、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上，對自己的新見解進行了系統的闡述。筆者認為萬小龍的研究風格主要表現為，首先是深入了解當代物理學的艱深問題，其次是擁有科學哲學推崇的精密細致的邏輯分析技巧。他將量子力學理論劃分為五個層次，分別包括形上學陳述、邏輯數學陳述、物理理論陳述、經驗陳述、經驗。

萬小龍形上學地抽象了量子測量、量子遠程關聯、量子概率三個難題，概括為怎樣進行整體性、實在性、因果性的哲學解釋，并且在此處有很多創新。尤其是在全同粒子的哲學問題上，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”“非因果的統計關聯性”，這些是對形上學不同方面的深化和豐富。相對于標準物理教科書，他分析全同粒子的不可區分性、不可識別性更加細致，對于其他物理學家具有更好的啟發作用。萬小龍在全面深入分析經驗證據的情況下，重新概括了量子力學的基本特征：應當根據因果+統計的非完全決定論進行測量；量子統計法的特異性和經典統計法的繼承性的統一是量子概率的重要體現之一；量子關系體現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分性，可能是整體—生成論和還原—構成論走向辯論統一的關節點。

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，任何一種科學理論和方法都是優點、缺點并存的，當然科學解釋也是如此。我們應當給予每一種量子力學解釋的合理成分和優點相應的肯定。當前學術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歷了將近一個世紀，仍然作為很多解釋版本的參考系和出發點。雖然學者對于量子力學是對單個系統的完備描述持否定態度，但卻普遍接受“世界是因果與機遇聯合統治的”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系的本體論圖像勾勒了出來。量子場具有整體全息相關的特點，量子勢并不會因距離而衰減，它的波函數形式才是最根本的，這樣就能夠合理解釋“遠程關聯”。量子場、量子勢=粒子的引導條件，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“亞結構”后提供單個現象模型是它的優點。“多世界”或者“相對態”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，所以它顯得更加徹底、簡單。在隱喻的意義上，像流體力學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學概念“旋度、散度、梯度”之間的聯系創造了可能。對于廣義相對論“以太”，愛因斯坦從未否認過，引力場的場物質就是其指向的對象。同理我們也應當對量子場的場物質進行想象，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上，準確地從物理意義上把握住了量子測量的各派解釋，并據此進行了中肯的評價。同時她還對自身的哲學觀念“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個人喜好確定順序的，而不是完全根據章節順序進行。本書中存在質疑的“多世界解釋”和我不甚了解的“相對態解釋”的關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。解釋的關鍵在于類比，愛因斯坦參照系的相對性是類比的基礎，可以有量子態的相對性原理。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，這樣量子態的相對性就不難理解了。若是實體化這相對態的各個可能世界的整體，運用本體論方式進行詮釋就會產生“多世界解釋”的結果；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“相對態解釋”，對此她曾和英國學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——觀控相對論的元物理學》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，是高校物理專業的重要教材。眾所周知，理解廣義相對論的數學基礎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內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容。學術界很多其他的廣義相對論著作通過數學公式表達作者的物理思想，但是又沒有進行充分的推導。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。我國數學家也曾提到這點，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尺是不會改變的。愛因斯坦用了多年才發現，準歐幾里得的“剛性度規”應當在彎曲空間的“柔性度規”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。

韓鋒教授全面分析了運算背后的數學思想和物理思想之間的內在聯系，數學在這個過程中發揮的不僅僅是工具的作用。比如作者層層深入地對黎曼關于“度規、距離法則決定了一種集合學”的思想進行了闡述，度規張量表現著彎曲空間的內稟性質，彎曲空間中的矢量求導和平行移動問題通過協變導數得到了解決，彎曲空間矢量的平移性質與度規張量之間確定聯系則通過仿射聯絡反映出來，引力勢對坐標偏微分的組合構成了黎曼聯絡，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尺的差異和可換算性問題能夠通過聯絡得到解決，規范場理論思想就是建立在這個基礎之上。該書作者力求用最明晰、簡潔的方式實現對廣義相對論精湛、深刻的物理思想和基本結構框架的闡述，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。該著作中還經常出現精彩的評論，例如第99頁，作者說廣義相對性原理由物理表述和數學表述構成，其中自然定律的普適性是物理強調的內容，而坐標變換中的廣義協變性則是數學強調的內容。

實際中，雙向互動關系是存在于物理學與哲學、科學與哲學之間的，因為在認識論、方法論上科學哲學對科學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，真正的哲學蘊藏于理論物理學中。

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作 者：張小龍，青海民族大學物理與電子工程學院本科生。

編 輯：杜碧媛 E-mail：dubiyuan@163.com