哲学与物理学相遇在量子世界

作者: 郝刘祥

来源: 中国科学院院刊

发布日期: 2021-02-06

本文探讨了量子力学与哲学的关系,强调通过范畴学的视角理解物体及其性质的重要性,提出了量子力学中关于客观存在的哲学问题。

量子力学是至今最成功的物理理论,也是最奇怪、最不可思议的物理理论。今天这篇文章介绍了量子力学中一些哲学方面的考虑。这里我想提一下范畴学的精神,以及用此精神来认识世界的方法。

通常,如果我们想要深入了解一个物体,我们会把这个物体分解成越来越小、越来越简单的构件。如果我们可以做到这一点,我们就认为了解了这个物体。这一思想方法就是还原论的思路。很多人甚至用它来定义什么叫作“理解”。

但“理解”也可以由另外一种完全不同的方式来实现。我们不试图把物体分成更小更简单的基本构件。我们甚至不去考虑物体的内部结构,也许物体根本就没有什么内部结构。我们试图通过这个物体和其他所有物体的关系和作用,来了解这个物体。其实,和其他物体的关系和作用,正代表了这个物体所有可能的性质。而一个物体的所有可能性质,也就完全定义了这个物体本身。归根到底,也许我们根本就没有物体,只有一大堆关系。

而物体这一抽象的概念,以及物体所有可能的性质,是由这一堆关系来定义的。这就是范畴学的精神。

把这一范畴学的思路应用到认识论,我们发现所谓的“客观存在”,其实是人脑通过观察到的大量的、各种各样的关系,所抽象出来的一个概念。也就是说,我们头脑中的主观印象和观察是客观的。而所谓的“客观存在”,反而是主观的。因为我们所观察到的大量的、各种各样的关系不是随机混乱的,这些关系之间有非常强烈的关联。这些强烈的关联赋予我们“客观存在”这一想象(或概念)。

通过量子力学中的波函数来理解我们的量子世界,其实是一种还原论的思路。如果我们要用范畴学的思路来理解我们的量子世界,那我们将像实验物理学家一样,直接考虑各种各样的观测(这些观测对应于我们上面说的关系),而且我们只考虑各种各样的观测。这些观测(关系)之间有很强的关联。通过这些关系之间的关系,我们可以直接理解我们的量子世界。这就是范畴学的思路。

现有的量子理论用的不是这一思路,而是通过对观测之间的关系的总结,抽象出波函数这一概念,代表所谓的“客观存在”。换句话说,量子力学是一个非常基本的物理理论。它甚至重新阐述了什么是客观存在。用波函数所代表的客观存在和我们的日常经验差别非常大。这就是为什么量子力学是一个难以理解,不可思议的物理理论。

其实量子力学用波函数来代表客观存在,仅仅是我们对现有实验观测的一个模型。这一模型不见得唯一,也就是说,可能有另一个理论可以同样有效地描写我们对量子世界的观测。在另一个模型中,所谓的客观存在,也许是被另外一个完全不同的东西所代表。量子力学这一模型也不见得正确,也许将来新的实验观测会和现有的模型矛盾。这将迫使我们构造一个新的模型,也就是发展一套新的理论,来描写我们的量子世界。

到底什么是客观存在,到底有没有客观存在?这是量子力学给我们提出的尖锐的哲学问题。

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