量子力學(xué)中哲學(xué)觀點(diǎn)的一點(diǎn)探討

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(diǎn)，具體體現(xiàn)在人們對微觀世界的不確定性，非定域性和實(shí)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(gè)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(dú)立思考。

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

【基金項(xiàng)目】湖北大學(xué)量子力學(xué)精品資源共享課程項(xiàng)目030-013663資助

【中圖分類號】N02；O413.1 【文獻(xiàn)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(gè)自然界很深層面認(rèn)識上的哲學(xué)觀點(diǎn)，而且量子力學(xué)自誕生以來就一直存在著哲學(xué)觀點(diǎn)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(jì)算就足夠了，但其實(shí)這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。量子力學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)對人類社會(huì)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(jī)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(jì)算機(jī)，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(diǎn)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(dú)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(gè)方面來探討一下量子力學(xué)中的一些哲學(xué)觀點(diǎn)。

一、確定性和隨機(jī)性

自然界中充滿了確定性現(xiàn)象和隨機(jī)性現(xiàn)象。按照牛頓的觀點(diǎn)，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(shí)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(jī)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(diǎn)。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(diǎn)。愛因斯坦秉承了牛頓的決定論觀點(diǎn)，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(jì)性質(zhì)造成的，每個(gè)粒子在某個(gè)時(shí)刻仍然有確定的物理狀態(tài)。而玻爾認(rèn)為單個(gè)粒子在給定時(shí)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(shí)際上對牛頓的決定論世界觀是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。直觀的來說，一個(gè)粒子同時(shí)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(shí)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(shí)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?yàn)樵诮?jīng)典情形下，無論粒子還是波都是定域的，也就是在給定時(shí)刻，經(jīng)典粒子總有一個(gè)確定的位置，而經(jīng)典的波在給定時(shí)刻在波所涉及的區(qū)域中各點(diǎn)的振動(dòng)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(shí)空觀還是愛因斯坦的相對論時(shí)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(gè)粒子的波動(dòng)是一種幾率波，而這里的幾率代表粒子在某個(gè)時(shí)刻在空間某個(gè)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(shí)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(gè)粒子可以存在超越時(shí)間和空間的關(guān)聯(lián)，無論這兩個(gè)粒子相隔多么遙遠(yuǎn)，它們之間信號傳遞的過程是瞬時(shí)的，這乍看起來是荒謬的，但是在后來的量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的確證實(shí)了存在這種幾率性的超時(shí)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(shí)在性和參與實(shí)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)中觀測者已經(jīng)把主觀的因素引入了這個(gè)理論和實(shí)驗(yàn)過程中，觀測結(jié)果依賴于觀測方法，所以物理實(shí)驗(yàn)中所觀測的實(shí)在并不是真正的客觀實(shí)在，而是有了觀測者參與后所呈現(xiàn)出來的實(shí)在，是一種參與性的實(shí)在，從這個(gè)意義上講，他們認(rèn)為人類永遠(yuǎn)不可能認(rèn)識到物理觀測現(xiàn)象背后的那個(gè)客觀實(shí)在，而只承認(rèn)存在參與性的物理實(shí)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(shí)狀態(tài)是可知的，在哲學(xué)上他堅(jiān)持了古希臘哲學(xué)思想的觀點(diǎn)，認(rèn)為這個(gè)世界是可以被人類理解和認(rèn)識的，進(jìn)而認(rèn)為主觀和客觀是一個(gè)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(gè)力量的背后存在著一個(gè)意識和一個(gè)具有智能的心智，這個(gè)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(diǎn)中，我們可以看出量子力學(xué)中所蘊(yùn)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(diǎn)的爭論仍然在繼續(xù)。

對量子力學(xué)中哲學(xué)觀點(diǎn)的探討有助于打開學(xué)生的思路，讓學(xué)生體會(huì)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(jìn)一步認(rèn)識到人類科學(xué)發(fā)展進(jìn)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(jìn)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(dú)立創(chuàng)見的科學(xué)研究工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]普朗克著，宋玉生等譯.物理學(xué)論文與演講集[M].科學(xué)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(xué)出版社，2007.

[3]喀興林.高等量子力學(xué)[M].高等教育出版社，2001.

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