質(zhì)樸的選擇

阿　巍

耶和華對(duì)亞伯拉罕說：“如果不是由于我的緣故，你就根本不存在！”“是的，我知道”，亞伯拉罕回答道，“但是，如果不是因?yàn)槲业木壒誓阋膊粫?huì)被知道。”

——一個(gè)古老的傳說

美國著名理論物理學(xué)家J.A.惠勒是現(xiàn)代宇宙學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)開拓者，他曾首先預(yù)言“黑洞”的存在。近年來，他熱衷于物理學(xué)最根本問題的研究，提出所謂“質(zhì)樸性原理”。《物理學(xué)和質(zhì)樸性》是惠勒一九八一年來華講學(xué)的演講集。雖然寥寥數(shù)萬字，卻妙趣橫生，發(fā)人深省。即使是對(duì)物理學(xué)、宇宙學(xué)知之不多的讀者，也絲毫不會(huì)感覺艱深晦澀，值得一讀。

惠勒十分推崇中國古代的文化思想。他的每次講演，幾乎都要提到當(dāng)年玻爾在中國發(fā)現(xiàn)陰陽太極圖，把它當(dāng)作量子力學(xué)“互補(bǔ)原理”的最好標(biāo)志這件往事，他看舞劇《鳳鳴岐山》，得知姜子牙指揮一切的旗上寫的就是“無”——NOTHING異常興奮，因?yàn)檫@和“質(zhì)樸性”不謀而合，他所倡導(dǎo)的這種科學(xué)哲學(xué)觀竟也在東方的遠(yuǎn)古找到了思想的先驅(qū)。

物理學(xué)大廈越宏偉，越包羅萬象，她的基礎(chǔ)也就越令人關(guān)心。如果說，相對(duì)論深刻地改變了牛頓以來的絕對(duì)時(shí)空框架；那么，關(guān)于量子的理論則從根本上動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，它那異乎尋常的觀念是那樣不可思議！即使是象愛因斯坦這樣的大師，也對(duì)量子力學(xué)的種種提法很不放心，質(zhì)疑問難，百般挑剔。人們常常提到一個(gè)著名的理想實(shí)驗(yàn)，有兩個(gè)小孔，它們先后被打開和同時(shí)被打開。如果光子(或電子)通過這兩個(gè)小孔，在接收屏上出現(xiàn)的竟是兩種截然不同的圖景。也就是說，光子在這兩次實(shí)驗(yàn)中，走的不是同樣的路線，通過同時(shí)打開兩個(gè)小孔其中任一小孔的光子并不一定走或先或后只打開一個(gè)小孔時(shí)它所走的路線。奇怪的是，光子又怎么知道另一個(gè)小孔開著還是關(guān)著，從而決定自己該走哪條路線呢？同樣的光子，既能穿過一個(gè)給定的小孔，又能穿過兩個(gè)小孔中的任一個(gè)，而光子又是不能分裂的。愛因斯坦對(duì)此很不以為然，玻爾卻強(qiáng)調(diào)這里討論的是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。在他們曠日持久、友好而又激烈的論戰(zhàn)中，各自理解的“實(shí)在”和觀察到的“現(xiàn)象”之間的關(guān)系是不一樣的！這的確也并不是什么不言而喻的問題。

惠勒以為，人們只有在最后一刻，即“光子已經(jīng)完成它的旅程之后，才決定它到底是經(jīng)過一條路徑還是兩條路徑而來的?！?第4頁)如果用海森伯的話說，就是“只有在觀察的瞬間才顯現(xiàn)為時(shí)空現(xiàn)象，而關(guān)于其在兩個(gè)觀察之間的中間時(shí)間內(nèi)的任何直觀的物理陳述，都是毫無意義的?！?《嚴(yán)密自然科學(xué)基礎(chǔ)近年來的變化》第142頁)即光子在被觀察到以前是無法也不能說出其行為的。就象談?wù)摴庾拥耐緩奖旧硪粯?，抽象地談?wù)摗艾F(xiàn)象”也是沒有意義的，“除非這個(gè)現(xiàn)象已由不可逆的作用使之成為既成的事實(shí)。”“基本的量子現(xiàn)象只有當(dāng)它被觀察到時(shí)才是一個(gè)現(xiàn)象。”(第13頁、第4頁)因?yàn)橐磺嘘P(guān)于微觀客體的知識(shí)，都是依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象例如我們觀察到光子在屏上的圖景這樣的結(jié)果，反推得知的。光子的信息，實(shí)際上是由觀察者所選擇的實(shí)驗(yàn)條件、儀器和方法觀察到的，較之玻爾所議論的觀察本身固有的不可逆性，惠勒更強(qiáng)調(diào)選擇——這就是他反復(fù)論述的“延遲選擇”。實(shí)驗(yàn)的選擇影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，“所得的答案依賴于所提出的問題、所安排的實(shí)驗(yàn)以及所選擇的儀器，我們自身不可回避地要介入‘什么要發(fā)生這一問題?！?第6頁)重要的是，不可能兩個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，不能預(yù)先肯定任何一個(gè)給定的實(shí)驗(yàn)將指示什么。

的確，人們?yōu)榱藬U(kuò)大感知的范圍，加強(qiáng)認(rèn)識(shí)的可靠性，引進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，克服感官的限制，但是同時(shí)也使儀器本身介入實(shí)驗(yàn)觀察過程，儀器本身的作用總要對(duì)觀察的對(duì)象施加影響。事實(shí)上，這種影響并不是任何情況下都可以忽略不計(jì)，盡管在經(jīng)典物理學(xué)處理問題時(shí)常常是被忽略的。如“溫度”這一物理量，物體的溫度是通過溫度計(jì)測(cè)量得到的。測(cè)量游泳池的水溫，我們認(rèn)為溫度計(jì)標(biāo)志的就是實(shí)在的水溫，但是如果水變得越來越少，少到與溫度計(jì)本身的尺度差不多。這時(shí)，還能不考慮這個(gè)溫度計(jì)對(duì)水的溫度會(huì)有什么影響嗎？溫度計(jì)標(biāo)志的水溫還是實(shí)在的嗎？進(jìn)一步問，實(shí)在的水溫測(cè)得到嗎？當(dāng)然可以采用更精密細(xì)致的儀器測(cè)量，但無論如何總有一個(gè)極限，倘若你想消去溫度計(jì)對(duì)水的影響，那又要借助于其他的儀器，于是陷入無窮的窘境，越陷越深，不可自拔?！皽y(cè)不準(zhǔn)原理”實(shí)際上說出了這個(gè)意思，使用經(jīng)典概念描述微觀客體，原則上應(yīng)有一個(gè)精度上的限制。任何實(shí)在的物理量，都是由儀器觀測(cè)得到的，嚴(yán)格地說，觀察到的總是依據(jù)某種先行理論設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)及其儀器進(jìn)行觀測(cè)的現(xiàn)象。

不僅如此，純粹的觀察也是沒有的，任何觀察經(jīng)驗(yàn)都離不開理論的背景，否則它將是盲目或無價(jià)值的。觀察活動(dòng)中的每一步驟及成分(目的、方法、工具、表述等)都有賴于先行理論的指導(dǎo)，所啟示的期待以及觀察者所受過的特殊訓(xùn)練，包括假設(shè)、聯(lián)想、推理等一系列自覺理性行為。觀察滲透著理論，由于這種不可分性，對(duì)于常識(shí)或舊的理論背景，公認(rèn)不可觀察的東西，在新的理論背景下，就有可能是可以觀察得到的。同樣面對(duì)太陽東升西落，月行星移，哥白尼就看到了托勒密地心說看不到的地球環(huán)繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)?！笆抢碚摏Q定我們能夠觀察到的東西。……才能使我們從感覺印象推論出基本現(xiàn)象?！?《愛因斯坦文集》第一卷211頁)理論背景的深化，知識(shí)框架的重構(gòu)以及實(shí)驗(yàn)手段的改進(jìn)，都帶來觀察范圍的擴(kuò)展延伸，現(xiàn)象是可以不斷地被發(fā)現(xiàn)的，甚至可以說，科學(xué)的進(jìn)步也就是現(xiàn)象從不可觀察向可觀察的轉(zhuǎn)化過程，它們之間并沒有一道不可逾越的鴻溝。然而，我們又必須承認(rèn)，在觀察到這個(gè)現(xiàn)象之前，的確還不成其為“現(xiàn)象”。

人們?cè)詾橛钪妾?dú)立于任何觀察者面存在；電子在任一瞬間都有確定的位置和動(dòng)量；時(shí)間和空間似乎只是一張巨大的記錄紙，被動(dòng)地運(yùn)載著過去、現(xiàn)在和將來?！皩?duì)這個(gè)呆板的圖景，量子論卻強(qiáng)加了一個(gè)無比生動(dòng)的修正。它說，被我們稱之為過去的那個(gè)時(shí)空，過去的那種事件，實(shí)際上是由前不久的過去以及現(xiàn)在所實(shí)現(xiàn)的選擇測(cè)量來決定的，由于這些決定所實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象，可影響到過去，直至宇宙之始。此時(shí)此地所用的觀察儀器，對(duì)于我們認(rèn)為是過去已經(jīng)發(fā)生了的事情來說，確實(shí)有一個(gè)無可回避的作用。說世界獨(dú)立于我們之外而孤立地存在著這一觀點(diǎn)，已不再真實(shí)了。在某種奇特的意義上，宇宙本是一個(gè)觀測(cè)者參與著的宇宙?！?第16頁)這里，我們大家既是觀眾(觀察者)，又是演員(現(xiàn)象的組成)。

今天，人可以對(duì)宇宙這樣說，每一個(gè)現(xiàn)象都依賴觀察這種行為，沒有我所進(jìn)行的這種觀察，你也就失去了意義。

六十年代后，有人提出，人在宇宙中雖然并不居于中心地位，但必須優(yōu)越到足以成為觀察者而存在，這需要某種特定環(huán)境。他們進(jìn)而指出，宇宙及其基本物理常數(shù)必須容許在一定階段產(chǎn)生出智能生命，從而才談得上宇宙自身被認(rèn)識(shí)，這就是“人擇原理”。

早在三十年代，狄拉克發(fā)現(xiàn)，把宇宙大尺度世界和微觀世界的特征物理常數(shù)聯(lián)系起來考慮，如氫原子靜電力和萬有引力之比、以原子時(shí)間量度的宇宙年齡、以質(zhì)子質(zhì)量表示的宇宙總質(zhì)量等等，都與10這個(gè)大數(shù)有關(guān)——僅僅是巧合嗎？半個(gè)世紀(jì)以來，多少科學(xué)家為這個(gè)“大數(shù)之謎”背后可能蘊(yùn)藏的深刻相關(guān)性絞盡腦汁，設(shè)想過種種方案，卻也招致了更費(fèi)解的麻煩?！叭藫裨怼闭J(rèn)為，之所以有種種巧合，正是因?yàn)樽鳛橛^察者的人采用了從大爆炸到現(xiàn)在的時(shí)間間隔——宇宙年齡這一特殊的與人相關(guān)的值，宇宙年齡如果太短，恒星或未形成或還很年輕，不具備形成生命所必需的重元素；太長的話，恒星又耗盡了光和熱，變成了白矮星、中子星甚至黑洞，只有在恰到好處，人類出現(xiàn)；況且太空中恒星的穩(wěn)定正是受到電磁力和萬有引力某種比例的制約，否則，便不會(huì)有太陽、地球，不會(huì)有生命，更不會(huì)有誰去討論如此這般的“巧合”了。一句話，正是這些巧合，表征了我們?nèi)祟惿钤谄渲械奈锢硎澜?；表征了我們?nèi)祟愓J(rèn)識(shí)宇宙的必要條件。

恩格斯在一百多年前就指出，思維的生物“是在具備了條件(這些條件并非在任何地方和任何時(shí)候都必然是一樣的)的任何情況下都必然要發(fā)生的?！?《自然辯證法》第186頁)惠勒也曾設(shè)想具有不同物理常數(shù)、特征條件的無限宇宙系綜。但其中絕大多數(shù)是流產(chǎn)了的宇宙，因?yàn)榻y(tǒng)治這些宇宙的物理定律不允許它產(chǎn)生令人感興趣的事情，只有一開始就恰如其分的宇宙才能夠最后變得有“自我意識(shí)”(見《科學(xué)與哲學(xué)》一九八○年第六輯214頁)。與其說“人擇原理”是用物理學(xué)，不如說是用哲學(xué)來解釋“大數(shù)之謎”——并不是宇宙演化的任何條件都允許認(rèn)識(shí)主體產(chǎn)生，人只能在我們這個(gè)宇宙的特定條件下存在，她在認(rèn)識(shí)宇宙時(shí)當(dāng)然不可能回避這種“巧合”，人類所選擇觀察的是一個(gè)允許其認(rèn)識(shí)主體觀察的宇宙。實(shí)際上，選擇是互相的，就人不過是形形色色的宇宙中一個(gè)具備條件的產(chǎn)物而言。恰恰又是宇宙選擇了人。人是我們的宇宙的人，我們的宇宙是人的宇宙。對(duì)此正是根本沒有什么選擇余地的。

“這個(gè)世界為什么是今天這個(gè)樣子呢？”因?yàn)橛猩系?科學(xué)家)嗎？因?yàn)榈谝淮瓮苿?dòng)(牛頓)嗎？因?yàn)榍лd難逢的機(jī)遇(目的論)嗎？……因?yàn)槭澜绮荒懿皇恰扒珊稀钡倪@樣——“人擇原理”如是說。

“我們的自然科學(xué)的極限，直到今天仍然是我們的宇宙，而在我們的宇宙以外的無限多的宇宙，是我們認(rèn)識(shí)自然界時(shí)所用不著的?！?《自然辯證法》第215頁)重讀恩格斯的這段名言，能不為之激動(dòng)嗎？現(xiàn)行的物理學(xué)概念只對(duì)大爆炸以后的宇宙狀態(tài)有效，“不僅粒子和場(chǎng)本身來自‘大爆炸，就連物理定律也是來自大爆炸的?！]有一塊預(yù)先刻定了物理定律的花崗巖?！?第19頁)因?yàn)槲覀兯捎玫臅r(shí)空量值在大爆炸奇點(diǎn)等于零，物理學(xué)定律在那里也就失去了意義。奇點(diǎn)之前并不意味著什么也沒有，但是如果以現(xiàn)行的概念、定律去討論那樣的問題，當(dāng)然只能是一種無法企及的奢望。

“朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋”，“在玫瑰的眼中，從來不知園丁會(huì)死”。盡管晦朔、春秋和園丁之死都是客觀存在的。問題是，如果它們的智慧足夠發(fā)達(dá)，它能推測(cè)它的生前身后發(fā)生了什么嗎？對(duì)人來說，我們不僅歷經(jīng)滄桑，觀察到眼前星空燦爛；還追溯了曾經(jīng)發(fā)生的大爆炸、預(yù)言未來的壯麗圖景。那么，人根據(jù)自己宇宙的現(xiàn)象，又能不能推知其它的宇宙、天外之天呢？——這個(gè)問題的提出也許要比對(duì)它的回答更令人深思！

“上帝在擲骰子時(shí)，對(duì)結(jié)果是不能預(yù)言的。”(第8頁)看來，上帝不僅在擲骰子，而且還把骰子擲到人看不見的地方。雖然人大可不必去告訴上帝應(yīng)當(dāng)如何擲。可是上帝又為什么偏偏要對(duì)人保守秘密呢？

有人說，宇宙不僅比我們想象的要古怪，而且比我們能想象的更古怪。“但是，這一切是如此簡單，世界只能是這樣，它怎么可能是其它樣子呢！？”(第23頁)這種簡單性，也就是惠勒希望人們認(rèn)真對(duì)待的質(zhì)樸性——物理學(xué)是當(dāng)代科學(xué)的驕子，整個(gè)物理大廈卻建筑在一無所有之上，從一無所有我們導(dǎo)出幾乎所有?！拔锢韺W(xué)曾是科學(xué)中最質(zhì)樸者，它應(yīng)當(dāng)更加質(zhì)樸。我們的任務(wù)是不輕的，決不能想當(dāng)然地一蹴而就。物理學(xué)是一扇神奇的窗戶，它使人們?cè)趯?shí)在的后面看到幻覺，而在幻覺的后面則又是實(shí)在！物理學(xué)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們已實(shí)現(xiàn)了的東西。我們并不滿足于只了解粒子、場(chǎng)、幾何、時(shí)間和空間，今天，我們還要求物理學(xué)去理解存在本身。”(第28頁)正如這本書的編者方勵(lì)之教授所說，近代科學(xué)就是在這個(gè)世界、人類文明整體中繁衍出來的。科學(xué)之所以有今天這樣的功利，那是與它賴以生長的過去分不開的——?dú)v史中就含有一切！

(《惠勒演講集·物理學(xué)和質(zhì)樸性》，方勵(lì)之編，安徽科學(xué)技術(shù)出版社一九八二年八月第一版，0.35元)