舒崧

【摘要】本文主要探討了量子力學(xué)誕生與發(fā)展當(dāng)中一些重要的哲學(xué)觀點，具體體現(xiàn)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(rèn)識上，從而說明了量子力學(xué)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(rèn)識。而這些討論有助于開闊學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的獨立思考。

【關(guān)鍵詞】量子力學(xué) 哲學(xué)觀點 不確定性 非定域性

【基金項目】湖北大學(xué)量子力學(xué)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(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）22-0037-02

量子力學(xué)中包含著對這個自然界很深層面認(rèn)識上的哲學(xué)觀點，而且量子力學(xué)自誕生以來就一直存在著哲學(xué)觀點上的沖突以及與之相關(guān)的爭論。然而，在量子力學(xué)教學(xué)中很少觸及到這些問題，由于量子力學(xué)的理論體系在承認(rèn)一些基本假設(shè)基礎(chǔ)上有一套系統(tǒng)而自洽的數(shù)學(xué)形式體系是大家所公認(rèn)的，所以通常教學(xué)中是講這一套數(shù)學(xué)形式體系的內(nèi)容。曾經(jīng)在國外量子力學(xué)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(xué)生來講好像只要掌握量子力學(xué)的數(shù)學(xué)計算就足夠了，但其實這是遠遠不夠的。量子力學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)對人類社會帶來了深刻的改變，現(xiàn)在很多高技術(shù)產(chǎn)品中都包含著量子力學(xué)的身影，如電腦，手機中央處理器的制造技術(shù)，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(xué)給人類帶來的對自然界本性認(rèn)識上的改變。對于物理專業(yè)的學(xué)生來講，除了學(xué)習(xí)量子力學(xué)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)外，還應(yīng)該對量子力學(xué)的內(nèi)在思想和某些哲學(xué)觀點能夠有所認(rèn)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(xué)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(xué)中的一些哲學(xué)觀點。

一、確定性和隨機性

自然界中充滿了確定性現(xiàn)象和隨機性現(xiàn)象。按照牛頓的觀點，如果給定系統(tǒng)的初始條件，根據(jù)相應(yīng)的物理方程，就能準(zhǔn)確預(yù)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(jīng)典系統(tǒng)。當(dāng)然也有一些系統(tǒng)看起來是隨機的，這正是量子力學(xué)誕生之初，玻爾學(xué)派和愛因斯坦學(xué)派爭論的焦點。而這也涉及到對自然界本性認(rèn)識上的兩種截然不同的哲學(xué)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(rèn)為微觀粒子的不確定性是由于大量粒子的統(tǒng)計性質(zhì)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(rèn)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(xué)量之間滿足測不準(zhǔn)關(guān)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(xué)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(xué)中也叫非定域性。

二、定域性和非定域性

在量子力學(xué)中，微觀粒子具有波粒二像性，但這并不表示微觀粒子是經(jīng)典意義上的波或粒子，因為在經(jīng)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(jīng)典粒子總有一個確定的位置，而經(jīng)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(jīng)典情形的最本質(zhì)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(jīng)典情形。然而量子力學(xué)的顯著特征在于它的非定域性。在理論上非定域性表現(xiàn)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(xiàn)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(jù)量子力學(xué)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(guān)聯(lián)，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(xué)實驗中的確證實了存在這種幾率性的超時空的關(guān)聯(lián)，也就是后來所說的量子糾纏，現(xiàn)在它是量子通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)。而這正是由于微觀粒子的非定域性帶來的。所以我們所認(rèn)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(rèn)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(xué)派之間有著長期的爭論。哥本哈根學(xué)派主張不可知論，認(rèn)為在微觀世界的物理實驗中觀測者已經(jīng)把主觀的因素引入了這個理論和實驗過程中，觀測結(jié)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(xiàn)出來的實在，是一種參與性的實在，從這個意義上講，他們認(rèn)為人類永遠不可能認(rèn)識到物理觀測現(xiàn)象背后的那個客觀實在，而只承認(rèn)存在參與性的物理實在，因而認(rèn)為物理世界的本質(zhì)是不可知的。而薛定諤認(rèn)為微觀客體的真實狀態(tài)是可知的，在哲學(xué)上他堅持了古希臘哲學(xué)思想的觀點，認(rèn)為這個世界是可以被人類理解和認(rèn)識的，進而認(rèn)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(xué)之父普朗克曾這樣說過，我們必須假設(shè)，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(zhì)的母體（Matrix）。從這些量子力學(xué)創(chuàng)始人的哲學(xué)觀點中，我們可以看出量子力學(xué)中所蘊含的哲學(xué)問題迫使人們開始更加嚴(yán)肅和深入的思考物質(zhì)世界與人類意識的關(guān)系。當(dāng)然，到現(xiàn)在這些哲學(xué)觀點的爭論仍然在繼續(xù)。

對量子力學(xué)中哲學(xué)觀點的探討有助于打開學(xué)生的思路，讓學(xué)生體會到量子力學(xué)數(shù)學(xué)表象形式背后的哲學(xué)思想，認(rèn)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(rèn)識到人類科學(xué)發(fā)展進程就是不斷地追求真理，包括認(rèn)識外在和內(nèi)在世界，物質(zhì)和精神世界的真理，永無止境，從中國古代哲學(xué)思想上來看就是求道，而量子力學(xué)的發(fā)展更加深化了這種認(rèn)識進程，所以做科學(xué)研究要具有更加開闊的心態(tài)，本著求真、悟?qū)嵉木裆钊氲厮伎甲匀?、人類、宇宙中的科學(xué)與哲學(xué)問題，做有獨立創(chuàng)見的科學(xué)研究工作。

參考文獻：

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[4]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教程（第三版）[M].科學(xué)出版社，2014.