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量子力學哲學的新理解
——對萬小龍“量子哲學研究”的解讀
（發(fā)表于《山東科技大學學報》2005（2），并作為萬小龍《范弗拉森的量子力學哲學研究》一書代序，中山大學出版社2006年1月版）
[摘 要] 通過評介量子力學哲學研究新成果，而對“量子哲學”要害問題——量子測量，量子概率和量子關(guān)聯(lián)（特別是令人困惑的測量問題）進行梳理和澄清，并作出新的概括和再解釋。
[關(guān)鍵詞]量子測量 量子概率 量子關(guān)聯(lián)
近年來，我國科學哲學界正呈現(xiàn)百家爭嗚和百花齊放的局面。例如有張華夏與張志林的“狹義的科學哲學”，劉大椿的“廣義的科學哲學”，郭貴春的“后現(xiàn)代的科學哲學”，曾國屏的STS，吳彤的“自然科學的哲學”，東北派的“技術(shù)哲學”，李伯聰?shù)摹肮こ陶軐W”，還有我的“分科的科學哲學”如此等等。這幾年，我們的“物理學哲學”課題組在量子力學哲學的解讀方面做了一些工作，如《物理學的新神曲----量子力學曲率解釋》（武漢出版社2004年版）等論著，萬小龍的新著《范弗拉森的量子力學哲學研究》是又一新成果。
萬小龍是我們武漢大學外國哲學博士點所培養(yǎng)的，我從1996年開始招博，他是我所帶的第一個科學哲學博士。《范·弗拉森的量子力學哲學研究》（中山大學出版社2005年版）這本書是在他的博士論文基礎(chǔ)上精心修改而成的。我想，在這里交待一下他選題、研究和寫作的背景看來是比較恰當?shù)摹Ｎ覀冞@個博士點在科學哲學、分析哲學方面有“江天驥傳統(tǒng)”，它強調(diào)把握西方“狹義的科學哲學”的脈絡(luò)，要對最有代表性的學派、人物、著作及思想進行細致研究，要保持客觀、中肯、不失真。我認為，范·弗拉森正好是繼勞丹之后的又一位最重要的科學哲學家，他的建構(gòu)經(jīng)驗論在科學實在論與反科學實在論之爭中獨樹一幟。因此，選擇范·弗拉森的科學哲學為題是符合武大“江天驥傳統(tǒng)”的，或者說是能保持本博士點特色的連續(xù)性的。這是我第一方面的考慮。
誠如庫恩《必要的張力》所指出，繼承傳統(tǒng)與發(fā)揚、革新傳統(tǒng)是相互依存、相互促進的兩個方面。由于我本人是學理科的，喜歡結(jié)合經(jīng)驗科學背景來做科學哲學，這是我的個人特點。因此，我在第二方面的考慮則是，要結(jié)合考生不同的背景知識（專業(yè)背景）因材施教，提倡“分科化的科學哲學”，主張將“狹義的科學哲學”所提供的通用原理（取其合理內(nèi)核），分別用于物理學哲學、生物學哲學、經(jīng)濟學方法論和計算機科學哲學等等。現(xiàn)在的情況是，范·弗拉森的量子力學哲學出現(xiàn)在科學哲學與現(xiàn)代科學的交叉點上，他的模態(tài)解釋在量子力學解釋群中也獨樹一幟。另外，萬小龍的本科就讀于蘇州大學物理系，碩士階段師從殷正坤教授（殷正坤早在1980年代末就成名于《量子歷程》及《西方科學哲學教程》）研究物理學哲學。綜合這些背景信息，我的結(jié)論是，萬小龍非常適合于范·弗拉森的量子力學哲學研究這一選題。萬小龍欣然接受了我的建議（我從不強制）。
萬小龍也是我所主持的兩個科學哲學項目的主要成員，他思想活躍，并且極有創(chuàng)見。我們把課題組稱為自己的“量子哲學共同體”，萬小龍是一員干將。我分給他的任務(wù)是，以范·弗拉森為基點，繼續(xù)研究量子力學的基本哲學問題。項目1：物理學哲學研究（國家社會科學基金，2000年獲準，2004年8月通過國家鑒定，評為優(yōu)等）；項目2：當代物理學前沿的哲學問題（教育部山西基地重大課題，2003年獲準，正在進行中。【附注】最終成果：桂起權(quán)、高策等《規(guī)范場論的哲學探究》科學出版社2008年5月已出版）。我本人所做的主要工作有：量子革命前后物理思想史的研究（如撰寫《玻恩》、《海森伯傳》等，研究由量子工程師、量子數(shù)學家與量子哲學家各自提出的三種研究綱領(lǐng)的互動關(guān)系及其在量子革命中的作用）；在量子力學哲學方面，我把注意力集中于辯證法因素的發(fā)掘上，如N·玻爾互補性的邏輯與辯證法，海森伯關(guān)于“潛在是物理實在新型式”（可能與現(xiàn)實的中間物）的思想，M·玻恩關(guān)于“量子世界是因果與機遇聯(lián)合統(tǒng)治”的思想，D·玻姆關(guān)于“偶然性出現(xiàn)在多種原因、可能趨勢的交叉點上”、“即使真空也充滿著全息運動”的整體論思想等等。其中每一種具體的辯證法都有各自的優(yōu)點與局限性。這兩年我也為“規(guī)范場的哲學意義”而操心，有時甚至感到焦慮。我仍堅信宇宙基本相互作用的奧秘深藏于數(shù)學規(guī)律，尤其是基本對稱性之中（即使表觀上的“對稱性破缺”仍是深層規(guī)律的內(nèi)在對稱性局部的不完全的反映）。說“上帝”是“優(yōu)秀的幾何學家”和“科學美學鑒賞家”并沒有錯，只不過這個“上帝”就是自組織的宇宙本身。基本對稱性是宇宙所固有的，從認識角度講，“因為美，可見（很可能）真”，而從本體角度看卻是“因為真，所以（很可能）美”，畢達哥拉斯主義、宇宙計算主義必須與科學實在論相結(jié)合才能落到實處。
與萬小龍共處，我真切地體會到“后生可畏”！2003年暑，我與他一起在教育部山西基地做課題，歷時一個半月，他一口氣構(gòu)思了關(guān)于量子力學哲學問題的八篇論文，如今全部已經(jīng)兌現(xiàn)，正式發(fā)表。他精力充沛、雄心勃勃、信心十足，最可貴的是，說到做到。順便說，他的“量子姐姐”成素梅教授（那是“量子哲學共同體”對她的昵稱）也是這樣。相形之下，我覺得自己對于在難度系數(shù)高的戰(zhàn)線上連續(xù)作戰(zhàn)來說，多少有點精力不濟、力不從心了。應(yīng)當說，今后的希望寄托在他（她）們身上了！
若要問萬小龍在研究風格上的主要特色是什么？我以為，如果放在科學哲學學術(shù)圈內(nèi)來看，則可以說他的特點是在對當代物理學艱深問題有較深入了解的基礎(chǔ)上的精密細致的邏輯分析與語義分析技巧。誠然，他教過數(shù)理邏輯，但這里主要并不是指他會解“兩個演算”的習題�！吧瞄L于邏輯分析”決不是一句空話，毛澤東說得好，對所論矛盾不真正了解，就不可能有中肯的分析。萬小龍對量子力學的要害問題是有深入了解的，因此就可能有中肯的分析。假如有一位哲學家對“波粒二象性”在物理實驗中究竟具體指稱什么一無所知，那末他的“邏輯與語義分析”越“精密細致”，在過于注重實證的科學家眼里就越顯得可笑，毫無價值可言。
我們的“量子哲學共同體”通過激烈的爭論與討論，形成許多共識。在量子力學詮釋問題上所達成的一致意見，按照我的概括是，應(yīng)當持科學哲學上的多元主義方法論的立場。盡管每一種合理的詮釋應(yīng)當對整個論域一概地正確，然而仍可能采取不同視角，在不同意義上進行正確解釋。幾乎每一種解釋都像盲人摸象能摸到局部真理，但整合之后才可能有完全真理。其中哥本哈根正統(tǒng)解釋仍不失為各種不同解釋的基本參照系。萬小龍在本書中重點分析了正統(tǒng)解釋、統(tǒng)計解釋、多世界解釋與隱變量理論這幾種最典型詮釋的優(yōu)缺點，爾后引出范·弗拉森獨特的模態(tài)解釋的主要作用與特征。
通過激烈爭論，我們的“量子哲學共同體”一致認識到將正統(tǒng)詮釋中科學成分與哲學成分混淆起來是不對的。按照我的概括，應(yīng)當澄清的是：測不準關(guān)系與玻恩幾率詮釋（或稱統(tǒng)計詮釋），本身屬于科學成分，為各派所共有。那正是倡導者獲得諾貝爾獎的依據(jù)。唯有把“測不準性”與“幾率性”看成單個粒子天生的不確定性所致，這種理解方式（哲學理念）才為哥本哈根詮釋所特有。萬小龍在本書中原則上接受了這一理念，并且在某些方面區(qū)分得更加精細化。例如，他對玻恩（1）、玻恩（2）與玻恩（3）及（4）作了辨別：（1）玻恩對波函數(shù)的原始幾率陳述——在1926年提出，因此未能考慮1927年的測不準關(guān)系，錯把微觀粒子當作經(jīng)典粒子處理；（2）玻恩對量子統(tǒng)計的單粒子內(nèi)稟幾率解釋——量子幾率是描述單個體系的，量子力學是關(guān)于單個過程的完備理論；（3）玻恩規(guī)則——對系統(tǒng)在一定的態(tài)中作一完美測量的結(jié)果，對應(yīng)于可觀察量值的概率表達式，（4）玻恩統(tǒng)計解釋——現(xiàn)在量子力學教科書中符合玻恩規(guī)則的波函數(shù)詮釋之稱。他的結(jié)論是，玻恩（3）、（4）是對形式體系的物理詮釋，而玻恩（2）的內(nèi)稟幾率解釋才屬于哥本哈根的哲學解釋內(nèi)容。
在對量子力學基礎(chǔ)所做的分析中，萬小龍還提出了兩點獨到的想法：一是通過邏輯分析，得出量子力學的標準數(shù)學形式是內(nèi)在的自洽的，并與正統(tǒng)物理解釋相協(xié)調(diào)，然而由標準數(shù)學形式加上正統(tǒng)詮釋所構(gòu)成的整體量子力學，卻是不完備的。他把科學理論的整體分成五層結(jié)構(gòu)：由下而上分別是經(jīng)驗、經(jīng)驗陳述、物理理論陳述、邏輯數(shù)學陳述直至形上學陳述，缺少任何環(huán)節(jié)在理路上都會顯得不順暢，都得補上。二是運用歷史分析得出，若要使之完備化，必須將玻恩幾率這種關(guān)于代數(shù)關(guān)系的解釋轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的空間關(guān)系解釋。
范·弗拉森把量子力學哲學研究概括為三個要害問題，即量子測量、量子概率和量子關(guān)聯(lián)問題。而范·弗拉森關(guān)于量子力學的哲學思想，其核心內(nèi)容就在于對量子測量的模態(tài)解釋。萬小龍在對范·弗拉森的觀點進行梳理、解讀、再分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地闡發(fā)了自己的新見解。
“量子哲學”第一個要害問題是量子測量疑難。這一問題千頭萬緒，一般情況下很難把思路理清。作者按玻恩-馮·諾意曼主線對測量的解釋問題加以展開，這樣就能收到“快刀斬亂麻”的效果。正統(tǒng)解釋有兩個版本，一是哥本哈根的，二是馮·諾意曼的（兩者在根本上是一致的�？上ё髡邔Υ宋醋魅魏畏治觯０凑振T·諾意曼版本，正統(tǒng)解釋=量子力學標準形式（以馮的五個公理為基礎(chǔ)，包括可疑的第五公理即投影假設(shè)）+馮·諾意曼解釋規(guī)則（即本征態(tài)—本征值的關(guān)聯(lián)）。薛定諤波動方程被認為是量子力學特有的因果律，因為它能根據(jù)系統(tǒng)的初態(tài)給出相互作用之后系統(tǒng)的耦合態(tài)�？墒�，玻恩規(guī)則僅能給出作為測量結(jié)果的可觀察量的值的概率。于是，在測量之后系統(tǒng)的態(tài)與可觀察量的值之間兩頭脫節(jié)，這就是著名的測量疑難。馮·諾意曼引入本征態(tài)—本征值關(guān)聯(lián)的解釋規(guī)則（即當且僅當系統(tǒng)Y處于與其中可觀察量B相應(yīng)的一個本征態(tài)時，可觀察量B才有值b），正是為了在系統(tǒng)的耦合態(tài)與可觀察量值之間設(shè)法建立聯(lián)系。然而，由薛定諤方程決定的測量儀器與被測系統(tǒng)在相互作用之后的耦合態(tài)，仍不等同于人通過儀器測量到的可觀察量的值（儀器指針的確定讀數(shù)）。為了進一步消解兩頭脫節(jié)，馮·諾意曼又引進了著名的投影假設(shè)（假定正是人的觀察行動即對儀器的“最后的一瞥”，才導致耦合態(tài)投影到其中之一的本征態(tài)，其態(tài)的變化的概率正是波恩概率）。可是，馮的測量解釋并未真正消解矛盾，反而激化了矛盾。因為它將人的主觀作用這一非物理因子引入了解釋之中，這正是任何真正意義的科學解釋所難以容忍的。
范·弗拉森區(qū)分了量子力學中非（即非嚴格）決定論的兩種可能形式：（1）給定初態(tài)W、輸入特性In，通過測量，In, W→W’，Out。終態(tài)W’被（薛定諤方程）完全決定，然而輸出特性O(shè)ut卻是概率性的。（2）給定初態(tài)（In, W），輸出特性O(shè)ut被完全決定，終態(tài)W’則是概率性的。范·弗拉森否定了（2），即整個馮·諾意曼的非決定論方案，既拋棄了投影假設(shè)，又拋棄了本征態(tài)—本征值對應(yīng)規(guī)則（而用玻恩確定概率的規(guī)則替代之）。并且他另辟蹊徑，為真正解決測量疑難，開拓了第一種非決定論的可能性。于是引出了關(guān)于量子測量的模態(tài)解釋。按照模態(tài)解釋，In和Out分別表示初態(tài)與終態(tài)中可觀察量的值（值態(tài)），而W和W’則分別表示相應(yīng)的動力學態(tài)（初態(tài)與終態(tài)）。通過測量，In, W→W’, Out，初態(tài)W向終態(tài)W’演化完全由薛定諤方程決定（沒有非因果跳變）。W’與值態(tài)Out之間的關(guān)系本來就是統(tǒng)計概率關(guān)系（滿足玻恩概率規(guī)則）。概括地說，范氏方案的要點是：假定整個物理情態(tài)包括兩種情況，一是動力學態(tài)無論是否作測量，它總是按薛定諤方程作因果決定性的演化；二是值態(tài)，它是測量儀器的指針作顯示。新解釋的關(guān)鍵在于認定動力學態(tài)與值態(tài)間的轉(zhuǎn)變，本不該錯將概率性蘊涵的或然關(guān)系誤用實然陳述來描述。所謂模態(tài)解釋，其實只不過是范·弗拉森用精確的數(shù)學和邏輯語言對測量過程作了重塑，恢復(fù)其本來面目而已。因此，量子力學的全部預(yù)言照舊可以再現(xiàn)，分毫不差。范氏把這種模態(tài)解釋的思想推廣處理整個量子力學和其他科學實驗問題，這樣才確定了他的構(gòu)建經(jīng)驗論。目前國內(nèi)學術(shù)界對范·弗拉森的研究很少能達到這一深度。
“量子哲學”第二個要害問題是量子概率與經(jīng)典概率的實質(zhì)性區(qū)別問題。我們武大外國哲學博士點歷來有研究概率歸納邏輯及概率的多種解釋的氛圍，這本來就是“江天驥傳統(tǒng)”的一個不可分割的組成部分。江天驥教授是國內(nèi)引進概率歸納邏輯的第一人（講座1984，專著1987）,1986年我也寫過一篇《萊欣巴哈的概率邏輯》（見《自然辯證法通訊》1986（6））。此后，我與任曉明、朱志方撰寫或參編過一系列歸納邏輯著作，如《機遇與冒險的邏輯——歸納邏輯與科學決策》（三人合著，1996）、《當代歸納邏輯探賾》（任曉明，1993）、《歸納邏輯導引》（參編，1992）、《歸納邏輯與人工智能》（參編，1995）等。很自然地，萬小龍能夠輕松自如地通過梳理范·弗拉森的思想而把握量子概率的真諦。
玻恩在1925年提出波函數(shù)的原始幾率解釋時，順利通過了原子散射等實驗檢驗，量子概率與經(jīng)典概率的本質(zhì)區(qū)別尚未凸顯。然而，雙縫干涉實驗卻突現(xiàn)了量子概率的特異性，因為雙縫干涉圖樣決不是兩個單縫衍射圖樣的簡單疊加。有一種現(xiàn)在很流行的概率幅的解釋方法，是保留玻恩將概率直接相關(guān)于態(tài)函數(shù)，但強調(diào)這時概率不是直接地合成而是通過概率幅來合成。量子力學的態(tài)疊加原理實質(zhì)上是針對概率幅的疊加，它既非玻恩原始解釋中的概率直接疊加，也非統(tǒng)計力學中的經(jīng)典力學量疊加。據(jù)此，雙縫等實驗就得到合理解釋。另一種是范·弗拉森解釋：經(jīng)典概率是直言式的無條件概率，而量子概率則是假言式、蘊涵式的條件概率。在這樣的限制下，量子概率仍能使用與經(jīng)典概率相同的運算規(guī)則。此兩種方案從不同角度揭示了量子概率的本質(zhì)。范·弗拉森還在澄清萊辛巴赫的嚴格頻率解釋及波普爾傾向解釋的含混之處后，整合了兩者的優(yōu)點，創(chuàng)立了概率的模態(tài)頻率解釋。
“量子哲學”第三個要害問題是量子關(guān)聯(lián)，即EPR關(guān)聯(lián)及全同粒子問題。愛因斯坦等人著名的EPR論文（1935）揭示了由量子力學理論的內(nèi)在邏輯可以導出量子遠程關(guān)聯(lián)的存在性，這是與常識相悖的。范·弗拉森創(chuàng)造性地用“可觀察量”代替EPR原文中的“實在”，結(jié)果拯救了EPR推理，表明原推理仍然有效，量子遠程關(guān)聯(lián)應(yīng)當成立。即使放棄投影假設(shè)仍然如此。范·弗拉森細致分析了多種可能的哲學解釋（機遇、巧合、同格、前定和諧、邏輯同一和共因），并一一加以排除。最后的結(jié)論是可以定性為純統(tǒng)計性關(guān)聯(lián)。我的看法是，量子遠程關(guān)聯(lián)從某種意義上更接近于自然界（量子世界）本身的“前定和諧”。這種整體同步效應(yīng)，既不是出于力或相互作用，也不需要信號傳遞。雖然它是一種貨真價實的物理現(xiàn)象，但它更像是一種邏輯上的關(guān)聯(lián)。那末，“量子遠程關(guān)聯(lián)”究竟對“量子通訊”有無價值？為什么？我的回答和解釋是，盡量經(jīng)典信息論關(guān)于信號的發(fā)送、傳遞、接收等概念都失去了原始含義，然而基于遠程關(guān)聯(lián)性，信宿與信源兩端通過提取有用信息互通有無，比超級特快傳遞還要好得多。
萬小龍對量子測量、量子概率與量子遠程關(guān)聯(lián)這三個問題進行形上學的抽象，概括為因果性、實在性和整體性問題。在這一部分，萬小龍的創(chuàng)見非常之多。尤其是關(guān)于全同粒子的哲學問題，他提出突生于物理相互作用之上的相對可分離的整體性、僅有基數(shù)而非序數(shù)的全同性、僅例示一個自然物類的非完全個體性和非因果的統(tǒng)計關(guān)聯(lián)性等方面都深化和豐富了分析的形上學。他對全同粒子不可區(qū)分性、不可識別性等等概念的一整套精細的語義分析比標準物理教科書還要地道，但又不是空洞無聊的思辨，讓物理學家聽了也覺得非常有道理，這是很不容易的。
誠如武谷三男所說：“量子力學顯示出高度的辯證法的結(jié)構(gòu)；”“要理解這種邏輯結(jié)構(gòu)，唯有依靠辯證邏輯”。（見《武谷三男物理學方法論論文集》，北京，商務(wù)印書館1975年中譯本，第100~101頁）。在科學哲學學術(shù)圈里，我和張華夏先生都有很深的“辯證法情結(jié)”，難割難舍。我倆都不愿意看到科學技術(shù)辯證法的研究傳統(tǒng)的中斷。當然，我倆對于把辯證法當作“清談家的避風港”的做法也同樣深惡痛絕。我們決不滿足于渾沌的空談。正因為如此，我十分欣賞萬小龍在實實在在的經(jīng)驗證據(jù)基礎(chǔ)上對量子力學辯證特征所做的新概括：（1）測量過程遵循著因果+統(tǒng)計的非完全決定論；（2）量子概率揭示了經(jīng)典與量子統(tǒng)計法的對立統(tǒng)一；（3）量子關(guān)聯(lián)顯示了量子世界相對可分離的整體性。我覺得尤其精彩的是萬小龍的預(yù)言：“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)成論走向辯證統(tǒng)一的關(guān)節(jié)點�！钡杆苄南胧鲁�。
最后，我希望萬小龍真正成為我國大的“量子哲學共同體”的一個“龍的傳人”，把這種研究深入做下去。
桂起權(quán)
二OO五年三月四日
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