量子力學中哲學觀點的一點探討

舒崧

【摘要】本文主要探討了量子力學誕生與發(fā)展當中一些重要的哲學觀點，具體體現在人們對微觀世界的不確定性，非定域性和實在性的不同認識上，從而說明了量子力學的發(fā)展正在深刻地影響和改變著人類對于這個自然界本性的認識。而這些討論有助于開闊學生的思路，激發(fā)學生的獨立思考。

【關鍵詞】量子力學 哲學觀點 不確定性 非定域性

【基金項目】湖北大學量子力學精品資源共享課程項目030-013663資助

【中圖分類號】N02；O413.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）22-0037-02

量子力學中包含著對這個自然界很深層面認識上的哲學觀點，而且量子力學自誕生以來就一直存在著哲學觀點上的沖突以及與之相關的爭論。然而，在量子力學教學中很少觸及到這些問題，由于量子力學的理論體系在承認一些基本假設基礎上有一套系統(tǒng)而自洽的數學形式體系是大家所公認的，所以通常教學中是講這一套數學形式體系的內容。曾經在國外量子力學的主流圈子里有這樣一句半開玩笑的話就是“閉嘴，好好算”。對于學生來講好像只要掌握量子力學的數學計算就足夠了，但其實這是遠遠不夠的。量子力學發(fā)展到現在已經對人類社會帶來了深刻的改變，現在很多高技術產品中都包含著量子力學的身影，如電腦，手機中央處理器的制造技術，未來可能發(fā)展的量子通信和量子計算機，人工智能，等等。而更重要的是量子力學給人類帶來的對自然界本性認識上的改變。對于物理專業(yè)的學生來講，除了學習量子力學的數學推導外，還應該對量子力學的內在思想和某些哲學觀點能夠有所認識，這對于他們在今后深入思考物理前沿問題，做有獨立創(chuàng)見的科學研究上是不無裨益的。所以本文想從以下幾個方面來探討一下量子力學中的一些哲學觀點。

一、確定性和隨機性

自然界中充滿了確定性現象和隨機性現象。按照牛頓的觀點，如果給定系統(tǒng)的初始條件，根據相應的物理方程，就能準確預言系統(tǒng)以后任何時刻的狀態(tài)。這是一種決定論的世界觀。宏觀世界的大部分系統(tǒng)都是遵從確定性原理的經典系統(tǒng)。當然也有一些系統(tǒng)看起來是隨機的，這正是量子力學誕生之初，玻爾學派和愛因斯坦學派爭論的焦點。而這也涉及到對自然界本性認識上的兩種截然不同的哲學觀點。愛因斯坦秉承了牛頓的決定論觀點，他有句名言：“上帝不擲骰子”。他認為微觀粒子的不確定性是由于大量粒子的統(tǒng)計性質造成的，每個粒子在某個時刻仍然有確定的物理狀態(tài)。而玻爾認為單個粒子在給定時刻根本就沒有確定的物理狀態(tài)，粒子的一些力學量之間滿足測不準關系，而這是微觀粒子的本性。這實際上對牛頓的決定論世界觀是一個很大的挑戰(zhàn)。直觀的來說，一個粒子同時可以既在這兒又在那兒，而且粒子從這兒到那兒甚至都不需要時間，也就是可以允許超距作用。在后來的量子力學發(fā)展中，人們逐步證實了微觀粒子的這種離奇特性，在量子力學中也叫非定域性。

二、定域性和非定域性

在量子力學中，微觀粒子具有波粒二像性，但這并不表示微觀粒子是經典意義上的波或粒子，因為在經典情形下，無論粒子還是波都是定域的，也就是在給定時刻，經典粒子總有一個確定的位置，而經典的波在給定時刻在波所涉及的區(qū)域中各點的振動狀態(tài)是確定的，這就是定域性。而經典情形的最本質特征就在于它的定域性，無論是牛頓的絕對時空觀還是愛因斯坦的相對論時空觀都是具有定域性的，所以都是經典情形。然而量子力學的顯著特征在于它的非定域性。在理論上非定域性表現在描述單個粒子的波動是一種幾率波，而這里的幾率代表粒子在某個時刻在空間某個位置出現的一種可能性，這樣粒子的存在形式就是非定域的，它同時可以處于很多位置。愛因斯坦根據量子力學的這種非定域性提出了著名的EPR佯謬，也就是兩個粒子可以存在超越時間和空間的關聯，無論這兩個粒子相隔多么遙遠，它們之間信號傳遞的過程是瞬時的，這乍看起來是荒謬的，但是在后來的量子力學實驗中的確證實了存在這種幾率性的超時空的關聯，也就是后來所說的量子糾纏，現在它是量子通信技術的理論基礎。而這正是由于微觀粒子的非定域性帶來的。所以我們所認識的自然界在微觀上是非定域的。

三、客觀實在性和參與實在性

如果微觀世界是非定域的和不確定的，那么我們所認識的外在世界對人類來講在根本上將是不可知的。在這一點上，薛定諤與以玻爾為代表的哥本哈根學派之間有著長期的爭論。哥本哈根學派主張不可知論，認為在微觀世界的物理實驗中觀測者已經把主觀的因素引入了這個理論和實驗過程中，觀測結果依賴于觀測方法，所以物理實驗中所觀測的實在并不是真正的客觀實在，而是有了觀測者參與后所呈現出來的實在，是一種參與性的實在，從這個意義上講，他們認為人類永遠不可能認識到物理觀測現象背后的那個客觀實在，而只承認存在參與性的物理實在，因而認為物理世界的本質是不可知的。而薛定諤認為微觀客體的真實狀態(tài)是可知的，在哲學上他堅持了古希臘哲學思想的觀點，認為這個世界是可以被人類理解和認識的，進而認為主觀和客觀是一個東西，主張思維和存在，心和物的一元論。這些思想記載在薛定諤的書《我的世界觀》和《心和物》中。而量子力學之父普朗克曾這樣說過，我們必須假設，在這個力量的背后存在著一個意識和一個具有智能的心智，這個心智是所有物質的母體（Matrix）。從這些量子力學創(chuàng)始人的哲學觀點中，我們可以看出量子力學中所蘊含的哲學問題迫使人們開始更加嚴肅和深入的思考物質世界與人類意識的關系。當然，到現在這些哲學觀點的爭論仍然在繼續(xù)。

對量子力學中哲學觀點的探討有助于打開學生的思路，讓學生體會到量子力學數學表象形式背后的哲學思想，認識到書本上的知識不是一成不變的，而是有思想有爭論的，從而進一步認識到人類科學發(fā)展進程就是不斷地追求真理，包括認識外在和內在世界，物質和精神世界的真理，永無止境，從中國古代哲學思想上來看就是求道，而量子力學的發(fā)展更加深化了這種認識進程，所以做科學研究要具有更加開闊的心態(tài)，本著求真、悟實的精神深入地思考自然、人類、宇宙中的科學與哲學問題，做有獨立創(chuàng)見的科學研究工作。

參考文獻：

[1]普朗克著，宋玉生等譯.物理學論文與演講集[M].科學出版社，1959.

[2]薛定諤著，范岱年，胡新和譯.薛定諤講演錄[M].北京大學出版社，2007.

[3]喀興林.高等量子力學[M].高等教育出版社，2001.

[4]曾謹言.量子力學教程（第三版）[M].科學出版社，2014.