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1、 福 建師范 大李學(xué) 報(bào) 哲學(xué) 社會(huì) 科 學(xué) 版 1。 o年 第 2期 曲 . 一一一 - 一一一 一 一 . 一 - -一 -一-一 一 -一一-一一一一 - 一 一 一、 波粒二象性與哥本哈根學(xué)派的解釋 在經(jīng)典物理學(xué)中, 把物質(zhì)客體在時(shí)間和空間中運(yùn)動(dòng)的形式表述為兩種截然不同的對(duì)立的 運(yùn)動(dòng)形式, 即波動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式和質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式。 認(rèn)為這兩種不同的運(yùn)動(dòng)形式是由不同的物 理定律規(guī)定的兩種對(duì)立性質(zhì)的運(yùn)動(dòng); 物質(zhì)客體具有波動(dòng)性意味著它是在做波動(dòng)運(yùn)動(dòng), 具有線 度、 面度或體度的廣延性, 具有頻率和波長(zhǎng) , 它服從經(jīng)典物理學(xué)理論中關(guān)于物質(zhì)在時(shí)間和空 間中運(yùn)動(dòng)形式的波動(dòng)理論的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 物質(zhì)客體具有粒

2、子性則意味著它做軌 道運(yùn)動(dòng), 具有確定的能量和動(dòng)量, 它服從經(jīng)典物理學(xué)中關(guān)于物質(zhì)在時(shí)間和空 間中運(yùn)動(dòng)形式的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)理論的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 所謂微觀粒子的波粒二象性, 指 的是微觀粒子在時(shí)間和空間中的運(yùn)動(dòng)形式既能表現(xiàn)出類似經(jīng)典物理學(xué)理論中 所描述的物質(zhì)客體波動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式, 又能表現(xiàn)出類似經(jīng)典物理學(xué)理論中所描 述的物質(zhì)客體的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)形式 , 就好象波伴隨著粒子 , 粒子伴隨著 波。 但是, 這種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象既不能用經(jīng)典物理學(xué)理論的關(guān)于物質(zhì)在時(shí)間和空間 中運(yùn)動(dòng)形式的波動(dòng)理論唯一地描述 , 也不能用經(jīng)典物理學(xué)理論關(guān)于物質(zhì)在時(shí) 間和空間中運(yùn)動(dòng)形式的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)理論唯一地描述 。 解釋微觀世界中的這種波粒二象性,

3、 在物理學(xué)界和哲學(xué)界里有著各種各 樣不同的觀點(diǎn), 由于哥本哈根學(xué)派在量子力學(xué)的創(chuàng)立與發(fā)展的過(guò)程中起著極 為重要的作用, 有其獨(dú)特的地位 , 再加上該學(xué)派非常重視物理學(xué)中的哲學(xué)問(wèn) 題, 所以 , 哥本哈根學(xué)派的觀點(diǎn)就被人們稱之為正統(tǒng)的解釋 。 這種所謂正 統(tǒng)的解釋就是以玻爾提出的互補(bǔ)原理為準(zhǔn)則。 以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派認(rèn) 為, “ 物理學(xué)中的任何實(shí)驗(yàn), 不管它是關(guān)于日常生活現(xiàn)象的, 或是有關(guān)原子 事件的, 都是用經(jīng)典物理學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述的。 經(jīng)典物理學(xué)的概念構(gòu)成了我們 描述實(shí)驗(yàn)裝置和陳述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的語(yǔ)言。 我們不能也不應(yīng)當(dāng)用任何其它東西來(lái) 代替這些概念。 然而, 這些概念的應(yīng)用受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限制

4、。 當(dāng)使用這些 概念時(shí), 我們必須在心中牢記經(jīng)典概念的這個(gè)有限的適用范圍, 但我們不能 夠也不應(yīng)當(dāng)企圖去改進(jìn)這些概念。 ” 陳文 波粒二象傳對(duì)性統(tǒng)時(shí)空觀的挑戰(zhàn)學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴. 雖然海森堡也聲稱經(jīng)典物理學(xué)概念受到限制, 但是, 他們?nèi)匀幌胗门f概 念去解釋新事實(shí)。 因此, 他們認(rèn)為 “ 我們不能夠也不應(yīng)當(dāng)企圖去改進(jìn)這些概念。 ” 這無(wú)疑地 承認(rèn)經(jīng)典物理學(xué)的概念是絕對(duì)正確可靠的, 行之有效的。 他們并不想在新的事實(shí)面前創(chuàng)立新 的物理概念。不管哥本哈學(xué)派怎樣承認(rèn)概念的可變動(dòng)性, 其實(shí)質(zhì)并沒(méi)有真正擺脫舊物理學(xué)概念 的限制。 量子力學(xué)是非常革命的, 若在概念上囿于經(jīng)典物理學(xué)的圈中, 則變得難以解釋了。 由 于受

5、到這種形而上學(xué)觀點(diǎn)的支配, 哥本哈根學(xué)派不可避免地要用互補(bǔ)原理對(duì)微觀世界的波粒 立二象性做孤立的解釋。 玻爾說(shuō), “ 不可能將在不同實(shí)驗(yàn)裝置下觀察到的現(xiàn)象結(jié)合成一個(gè)單一 的古典圖景, 這種不可能性就意味著, 這些表觀上矛盾的現(xiàn)象必須被認(rèn)為是互補(bǔ)的; 互補(bǔ)的 意義是, 將這些現(xiàn)象匯總起來(lái) , 它們就將關(guān)于原子客體的一切明確定義的知識(shí)包羅罄盡了。 ” 也就是說(shuō), 想在經(jīng)典物理學(xué)概念中尋找解釋的出路 , 要么否定現(xiàn)實(shí), 玻爾不愿這樣做; 要么 一 2 0 一 只好用互補(bǔ)觀念自圓其說(shuō) , 其目的是想通過(guò)用舊觀念解釋新現(xiàn)象。 盡管玻爾進(jìn)一步解釋說(shuō): “ 互補(bǔ)一詞的意義是: 一些經(jīng)典概念的任何確定應(yīng)用 ,

6、 將排除另一些經(jīng)典概念的同時(shí)應(yīng)用 , 而這另一些經(jīng)典概念在另一些條件下卻是闡明現(xiàn)象所同樣不可缺少的。 ” 但從玻爾的解釋 中, 我們已經(jīng)清楚地著出, 玻爾本人已深刻地意識(shí)到用舊的傳統(tǒng)的觀念去解釋物理學(xué)所面臨 的新問(wèn)題, 。必然要遭到不可調(diào)和的矛盾。 為了維護(hù)舊觀念 , 他只好也只能用互補(bǔ)一詞去解釋 新的問(wèn)題 , 以達(dá)到自我滿足的安慰。 有人指出, 哥本哈根學(xué)派的這種互補(bǔ)觀念 , 實(shí)質(zhì)上仍然 認(rèn)為微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性是絕對(duì)對(duì)立的 , 互相排斥的, 只能非此 即彼 的。 “ 只講互 補(bǔ) , 從表面上看來(lái)似乎解決了矛盾, 但實(shí)際上帶有一種調(diào)和的性質(zhì)。 可以說(shuō) , 互補(bǔ)原理是玻 爾等人在企圖離開對(duì)

7、波粒二象性的形而上學(xué)解釋而又沒(méi)有達(dá)到辯證的理解的過(guò)程中, 用以說(shuō) 明這一微觀世界的基本矛盾的一種手段。 但這種嘗試并沒(méi)有能夠說(shuō)明波動(dòng)性和粒子性之間的 辯證關(guān)系。 ” 愛因斯坦把哥本哈根學(xué)派的互補(bǔ)原理稱之為 “ 海森堡 玻爾的綏靖哲學(xué)-一或綏靖宗 教” ,他獵出這 “ 是如此精心策劃的, 使它得以向那些信徒暫時(shí)提供了一個(gè)舒適的軟枕。 ” 事實(shí)上, 波粒二象性的本質(zhì)再也無(wú)法用傳統(tǒng)的時(shí)空觀將其清晰地描繪出來(lái) , 因?yàn)槲⒂^世 界中的波粒二象性無(wú)論如何在宏觀的傳統(tǒng)時(shí)空觀中要產(chǎn)生不可調(diào)和的矛盾圖象。 這種不可調(diào) 和的矛盾圖象也無(wú)法在經(jīng)典物理學(xué)的概念中去借助辯證的思維得到說(shuō)明, 只有借助辯證的思 維對(duì)經(jīng)典物

8、理學(xué)的概念進(jìn)行改造、 創(chuàng)新, 才能得到說(shuō)明。 也就是說(shuō) , 只有用辯證的思維去正 視和認(rèn)識(shí)這種新的矛盾 , 去建立新的物理學(xué)的概念, 才能對(duì)波粒二象性做出合理的解釋和描 繪其圖象。 因?yàn)榻?jīng)典物理學(xué)中的時(shí)空觀并沒(méi)有對(duì)波粒二象性這種對(duì)立統(tǒng)一特性提供一個(gè)可 供合理解釋的真正的完備的基礎(chǔ)。 所以, 任何站在經(jīng)典物理學(xué)的宏觀時(shí)空觀上對(duì)波粒二象性 作出完備解釋的企圖都是徒勞的。 玻爾的互補(bǔ)原理的提出正是從反面證明了這一點(diǎn)。 二、 漢森對(duì)波粒二象性的態(tài)度 本文所以對(duì)美國(guó)哲學(xué)家N . R . 漢森特別關(guān)注, 是因?yàn)樗?發(fā)現(xiàn)的模式 一書中對(duì)波粒二 象性的觀念具有很深刻的啟發(fā)性意義。 在 發(fā)現(xiàn)的模式 一書中,

9、他認(rèn)為對(duì)微觀粒子波粒二 象性認(rèn)識(shí)上的困難 , 是人們基于經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于客體性質(zhì)的描繪的局限性基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。 他 寫道: 人們 “ 希望能夠從賦于原子實(shí)體的那些性質(zhì)中推導(dǎo)出在實(shí)驗(yàn)室中所遇到白誕見象, 他渴 望把資料置于一個(gè)可理解的概念模式中。一旦做到了這一步, 他們就會(huì)知道基本實(shí)體究竟有哪 些性質(zhì), 他通過(guò)逆推獲知這一點(diǎn)。 ” “ 例如, 電子離開帶負(fù)電的物質(zhì)而 偏斜, , 因此它們必 定是象粒子那樣的東西。 但是電子束象光束一樣衍射 , 因此它們必定是象波一樣的東西。 為 了使推理到電子的粒子行為和波動(dòng)行為都是可能的, 物理學(xué)家形成了這一電子概念, 而這樣 形成的概念不可避免地是不可描繪的。

10、” 接著, 漢森取了以下思想實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步闡述他的 觀點(diǎn) ( 如圖1 ) 。 設(shè)想球從斜面往下滾動(dòng) , 不是在斜面的底部終止球的降落, 而是讓球繼續(xù) 落下去。 這些球通過(guò)板上的釘子和擋板而散開, 每一個(gè)球最后都落進(jìn)一組管狀容器中的一個(gè) 間隔內(nèi), 這樣得到的結(jié)果并不是象圖2所顯示的那樣集攏起來(lái)。 令人費(fèi)解的是, 這些球是 以 圖 3 所顯示的方式分布的。 即一種不可能的, 在經(jīng)典粒子理論中沒(méi)有前例的分布。 漢森解釋道: “這種理想實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了某些不可幾的事情。 為什么認(rèn)為這些事情是可幾的 的呢? ” 譯文中的理想實(shí)驗(yàn), 從上下文來(lái)看, 指的應(yīng)是思想實(shí)驗(yàn)。 思想實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn) 一 2 1 一 . 圖

11、2 圖 3 二者不是同一的概念。 根據(jù)思想實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裎锘? 可分為物化型思想實(shí)驗(yàn)和不可物化型思想實(shí) 驗(yàn)。 理想實(shí)驗(yàn)只是一種具有無(wú)法物化特征的思想實(shí)驗(yàn), 即前者只是后者的一種形式 ( 參見 哲學(xué)全書 哲學(xué)卷 ) 。 這也許是譯者的筆誤 因?yàn)槲覀冎荒茏鞒雠c我們 “ 時(shí)代的知識(shí)相符 合的結(jié)論: 分布構(gòu)成一種干涉模式 , 一種周期性的、 波狀過(guò)程的標(biāo)記。 于是 , 這些球除了明 顯的粒子屬性外 , 也顯示出波動(dòng)行為。 實(shí)驗(yàn)的前半部分肯定是粒子行為, 后半部分則肯定是 波動(dòng)行為。 ” L為了充分描述這些研究成果, 我們 “ 不得不用一種語(yǔ)言把適合于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的 僅有符號(hào), 即粒子符號(hào)和波符號(hào)結(jié)合起來(lái)。 不得

12、不修改關(guān)于這些球是什么的概念: ” 漢森在此并非想通過(guò)這一思想實(shí)驗(yàn)來(lái)否定微觀領(lǐng)域的波動(dòng)性的不存在。 僅是指出我們?cè)?有知識(shí)的局限性導(dǎo)致我們?cè)谛率聦?shí)面前硬把對(duì)它們的解釋納入舊觀念之中, 而這種解釋的基 礎(chǔ)往往是建立在用類比的方法把新的事實(shí)歸結(jié)為可以用!日理論舊觀念進(jìn)行解釋的假設(shè)條件 上。 事實(shí)上, 這種類比方法的基礎(chǔ)的可靠性本身即是待證的。 因而 , 用類比的方法對(duì)微觀領(lǐng) 域中出現(xiàn)的現(xiàn)象做經(jīng)典物理學(xué)概念式的解釋必然導(dǎo)致了自身不可克服的局限性 , 造成波粒二 象性的不可描繪性。 漢森的這個(gè)富有哲理性的思想實(shí)驗(yàn)批駁了哥本哈根學(xué)派關(guān)于對(duì)經(jīng)典物理 學(xué)概念不應(yīng)該做任何改進(jìn)或替代的觀點(diǎn)。 漢森的息想實(shí)驗(yàn)隱含

13、著這樣的觀點(diǎn), 客體運(yùn)動(dòng)形式與時(shí)空結(jié)構(gòu)密切相關(guān), 不可分割 , 而 傳統(tǒng)的關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)理論似乎已難解釋微觀世界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。 從漢森的思想 實(shí)驗(yàn)中說(shuō)明, 傳統(tǒng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)理論對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的描述受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。 事實(shí)上, 直到現(xiàn)在 , 研究自然界各種領(lǐng)域各個(gè)方面的科學(xué)理論都毫無(wú)例外地把物質(zhì)體系 的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的幾何狀態(tài)的時(shí)空概念作為自己的時(shí)空框架L 。 這種傳統(tǒng)的時(shí)空概念的本質(zhì)是抽 象的直觀連續(xù)的機(jī)械的幾何時(shí)空表象。 它是建立在宏觀低速領(lǐng)域的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械位置的關(guān) 聯(lián)之上的, 這種機(jī)械位置的關(guān)聯(lián)又是以抽象的連續(xù)性可以很好地得到表述為基礎(chǔ)的。 從而, 傳統(tǒng)的時(shí)空觀在表述宏觀世界中物質(zhì)客體

14、的粒子性和波動(dòng)性時(shí), 并不會(huì)產(chǎn)生 困難, 因?yàn)?一 2 2一 這種抽象的直觀連續(xù)性的幾何時(shí)空概念正是建立在對(duì)宏觀世界中物質(zhì)客體的低速運(yùn)動(dòng)形式的 研究基礎(chǔ)之上。 然而, 對(duì)宏觀低速世界中物質(zhì)客體的運(yùn)動(dòng)形式的研究所得到的時(shí)空概念顯然 不能無(wú)條件地套用在對(duì)微觀高速世界中物質(zhì)客體的運(yùn)動(dòng)形式的描繪。 這說(shuō)明了時(shí)空結(jié)構(gòu)和物 質(zhì)客體的存在與運(yùn)動(dòng)形式是不可分的。 對(duì)上述這種機(jī)械的時(shí)空觀, 馬克思主義早就用辯證唯物主義時(shí)空觀對(duì)它進(jìn)行了根本性的 批判。 但是, 怎樣突破, 科學(xué)家們的確面臨著嚴(yán)峻的選擇。 哲學(xué)家往往比科學(xué)家看得遠(yuǎn)。 但 哲學(xué)家的證明有時(shí)往往沒(méi)有科學(xué)家的反駁來(lái)得有力。 波粒二象性對(duì)傳統(tǒng)時(shí)空的挑戰(zhàn)所以

15、有 力, 正因?yàn)樗阉急娴恼n題提到了科學(xué)可證性課題面前, 使思想有可能成為現(xiàn)實(shí), 使批判不 僅僅是批判 , 還意味著創(chuàng)建。 三 、 時(shí)空結(jié)構(gòu)與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及其哲學(xué)反思 辯證唯物主義認(rèn)為, 物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式是多種多樣的。 因此, 和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式緊密相關(guān) 的時(shí)空結(jié)構(gòu)也應(yīng)該是多種多樣的。 相對(duì)論的創(chuàng)立證明了兩個(gè)事實(shí): 狹義相對(duì)論證明了物質(zhì)的 運(yùn)動(dòng)和時(shí)空結(jié)構(gòu)互相制約 , 廣義相對(duì)論則進(jìn)一步證明了物質(zhì)的存在形式和時(shí)空結(jié)構(gòu)的互相制 約。 我們并無(wú)充分理由認(rèn)為微觀高速世界的運(yùn)動(dòng)形式只能遵循宏觀低速世界中關(guān)于時(shí)空結(jié)構(gòu) 理論, 恰恰相反, 我們認(rèn)為微觀世界的運(yùn)動(dòng)形式的特性也必然有著與其運(yùn)動(dòng)特性相適應(yīng)的微觀 世

16、界的自身獨(dú)特的時(shí)空結(jié)構(gòu)。 這種時(shí)空結(jié)構(gòu)和宏觀世界中的時(shí)空結(jié)構(gòu)應(yīng)該既有聯(lián)系又有區(qū)別 , 也正是這種區(qū)別規(guī)定了微觀粒子在宏觀時(shí)空結(jié)構(gòu)的描述中必然以波粒二象性的方式出現(xiàn)。 關(guān) 于這種觀點(diǎn), 我們只要回顧一下從牛頓力學(xué)向狹義相對(duì)論的轉(zhuǎn)化以及狹義相對(duì)論向廣義相對(duì) 論的發(fā)展, 就有較為清晰的線索。 現(xiàn)代自然科學(xué)提供的材料已經(jīng)表明, 在不同的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形 式中, 時(shí)空結(jié)構(gòu)的形式是很不相同的, 在宏觀低速運(yùn)動(dòng)層次中, 物體運(yùn)動(dòng)的空間是三維均勻 各向同性的歐幾里德空間, 時(shí)間是均勻的不可逆的一維流程 , 時(shí)間和空間互不相干, 在高速 運(yùn)動(dòng)中, 物理事件運(yùn)動(dòng)的空間是閡可夫斯基的四維空間, 其中包括三維的空間坐標(biāo)和一維的 時(shí)間坐標(biāo) , 時(shí)一空互相聯(lián)系成為一個(gè)整體, 時(shí)一空與物理系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)緊密聯(lián)系; 在廣義相 對(duì)論中 , 時(shí)空結(jié)構(gòu)就由黎曼幾何決定了, 時(shí)空是彎曲的, 且無(wú)同時(shí)可言, 無(wú)剛體可進(jìn)行尺 度。 這都充分顯示了對(duì)特殊時(shí)空框架或時(shí)空結(jié)構(gòu)的正確的描述決定了我們對(duì)客體認(rèn)識(shí)的精確 性和可能性。 當(dāng)然, 在科學(xué)家尚未創(chuàng)立微觀世界的時(shí)空結(jié)構(gòu)的科學(xué)的表達(dá)式之前,哲學(xué)的反思必然帶有 思辨的色彩。 但是, 這種思辨的反