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閒聊波爾與愛因斯坦的物理學本質之爭
送交者: 星辰的翅膀 2010年02月28日23:58:17 於 [教育學術] 發送悄悄話

波爾在二十世紀初是量子力學的開拓者之一,哥本哈根學派的主心骨和物理學研究的巨匠,而愛因斯坦就不用介紹了,簡直就是科學的象徵,是牛頓之後最偉大的物理學家。但是,這兩個偉大的物理學家對於物理學的本質有着完全不同的理念,兩個人生前在任何可能的場合進行過激烈卻很有啟發的爭論。

波爾說:It is wrong to think that the task of physics is to find out how nature is. Physics concerns what we can say about nature. 翻譯過來就是:那種認為物理學的任務是發現大自然的本質的觀念是錯誤的。物理學只關心我們如何描述大自然。即:物理學的任務不是去發現自然之本質,而只是描述自然的表現。

愛因斯坦說: Physics is an attempt conceptually to grasp reality as it is thought independently of its being observed. In this sense one speaks of physics reality. 翻譯過來就是:從概念上講,物理學致力於把握實在,而實在是不依賴於(人的)觀察的。從這種意義上,人可以談論物理實在。

這裡,我就談談我的觀點。俺是一個小人物,但是小人物不是也可以充當一把裁判嗎?你看,奧運會冠亞軍決賽,裁判們哪個是網球冠軍或者乒乓冠軍?或者,很多人寫影評,對影星指手畫腳,但誰說必須是導演才有資格評價電影的優劣,或者必須是影星才能評判演員的技藝?何況,波爾和愛因斯坦爭論的物理學的本質這樣一個哲學問題,而不是專門的物理學知識。對於哲學問題,就像政治問題,人人都可以插一嘴。具體這一嘴是高見還是老生常談,甚至低俗不堪,那就需要你來作裁判了。

根據我對上述兩人觀點的理解,波爾認為人不能通過物理學知道物質的本質(reality),因為物理學只能描述物質相對於人的現象。相反,愛因斯坦認為物理學就是追求物質的本質,而物質的本質是不依賴於人這個觀察者的。

這讓我聯想到很早以前,我和同學的一個爭論。那時,我們剛學了電子在電場中的運動。我困惑於我們看不到電子,也聞不到電子的味道,嘿嘿,只能從電子在電場中的運動軌跡而觀察到一種現象。電子到底是一種物質還是一種性質?當時,我的觀點就是電子是一種性質,而不是一種物質。十幾歲的少年人,爭的面紅耳赤。現在想起來,這個爭論實質上就是波爾和愛因斯坦要爭論的問題,那時的我還沒有學量子物理,不知道波爾是誰,卻支持波爾的觀點,即我們不知道電子的本質是什麼,我們只能談論電子的性質。

後來,我和同學還有另外一個爭論,究竟該用“發現”還是“發明”電視機,當然他認為是“發明”電視機,因為電視機原來不存在。而我認為該用“發現”電視機。當時,正學辯證唯物主義,認為自然規律是不依賴於人的意志的客觀存在。那麼,我想,既然是“發現”而不是“發明”自然規律,那麼電視機原理也是被“發現”的,因為與這個原理不過是各種自然規律的排列組合。“發現”了電視機原理,再“發現”實現這個原理的工序,電視機就被“發現”出來,而不是被發明的。電視機的改進僅僅是“發現”了另外一種自然規律應用的排列組合(工序)。所以,不存在任何“發明”,不過都是“發現”罷了。既然每一條物理規律是客觀實在,為什麼各種物理規律的排列組合應用不是客觀存在的?看,在這場爭論中,我又支持了愛因斯坦的觀點,即我們可以發現物理實在,而且除了物理實在就沒有什麼別的,連自然規律的排列組合都是物理實在,嘿嘿。(排列組合很多,意味着人有選擇,也就是人有自由,有自由就有發明。所謂發明,也就是“發現”了一種排列組合,嘿嘿。因此,沒有“發明”只有發現。但人的自由,就是一個哲學宗教問題了。)

其實,哲學家康德早就討論過現象和本質的問題。他認為:物自體在彼岸世界,我們在此岸世界,我們永遠不可能完全知道彼岸世界。因為本質界和現象界之間存在人類無法逾越的鴻溝。人知道彼岸世界的一些知識,那就是先驗知識,是上帝賦予人大腦的,比如邏輯、語言的能力、數學知識等等。因此,康德的幾本“理性的批判”探討了人類理性的範圍。在啟蒙運動企圖在思想領域剔除宗教信仰的狂轟亂炸中,康德慢條斯理地闡述了理性的有限,理性無法消除宗教信仰存在的理由。(這是我對康德哲學的理解,不保證準確,嘿嘿)。

舉個具體的例子來說明康德這種思想。你知道你自己的高度嗎?簡單的人會說,這很簡單,拿個尺子來量一下就行了。善於思考的人會問,你拿那種尺子來量呢?你拿一個普通的尺子來量得到一個數字,精度在毫米量級;你拿游標卡尺來量得到另外一個數,精度在微米級;你拿更準的測量方法,比如激光,也許你能得到納米(10^-9米)量級的長度。這幾個測量數字都不一樣,那麼你“到底”有多高?

更善於思考的人就問了,這個“到底”是什麼意思?如果“到底”是“本質上”或者“不依賴於觀察者的客觀實在”的意思,我會說你根本就沒有“本質上”的高度,因為在微觀尺度上,你的分子結構在隨機變化,也就是你的高度是隨機變化的。但現實是,我們都會報出自己的高度,因為一般的尺子測量的高度已經夠用了,不妨礙你結婚當兵什麼的。

這個“夠用”的說法,恰恰說出了物理學的本質,這符合波爾的觀點,即我們不能談論物理實在,只能試着描述物理現象,而描述物理現象的物理理論“夠用”就行了。這在哲學上應該歸結為實用主義吧。科學技術本質上不就是實用主義的嗎?

其實,物理學沒有更高尚的目的,就是為了追求足夠簡單實用的模型來描述物理現象。古時,人們日出而作,日落而息就夠了;現在你需要一隻表,來安排你的工作生活,就“夠用”了;要是發射飛船需要原子鐘才“夠用”。廣義上講,任何科學都是一種“夠用”的模型,當模型不“夠用”的時候,就遇見了科學的危機,需要產生新的模型來“描述”自然現象。

但贊成愛因斯坦的人們,把一個本來用來描述自然現象的物理學模型轉變成了一種物理實在。他們稱這種物理實在是一種脫離人的感官的、不依賴於人的“本質”存在。在物理學領域,他們對比較成功的物理模型比如廣義相對論的信心之大,以至於他們認為這些模型不僅放之四海而皆準,而且從亙古到永遠都成立,因為他們認為自己找到了“物理實在”。

過去,我贊成發現相對論的愛因斯坦的物理理論的絕對本質論,但現在我完全贊成波爾的物理理論的相對現象論,即物理理論只是人用來“描述”物理現象的模型,不是一種客觀實在。

在物理學領域,任何知識都依賴於人的感官,而感官觀察到的現象界永遠達不到事物的本質界。因為,詢問“電子是什麼”這樣的本體論問題不是物理學問題,而是形而上學問題,即超越物理學的問題(meta-physics)。在物理學中,只能問“電子有什麼性質”。而人有追求本質或者真理的內在屬性,因此物理學絕對無法滿足人類的所有需要。本質上講,物理學只針對人的肉體需要,“夠用”就好。

寫到這裡,發現了一個問題:信仰上帝的人們都傾向於愛因斯坦的物理理論的絕對本質論,認為是上帝立定了自然規律,因為自然規律的存在暗示了上帝的存在。我想,自然規律的存在是科學必須堅持的公理,也是上帝存在的一種證明。我們人類可以用我們的理性去探求上帝造這個世界的秘密,但我們畢竟是有限的人,我們只能用有限的模型來描述自然規律。沒有任何動物,只有人才有這個能力去揣測上帝的作為,因為聖經說“人是有着上帝形象的有靈的活物”。物理模型是人類理性的結晶,但不代表上帝全部的偉大創造,因此任何模型都有其局限性,都有適用範圍。我們有限的模型一步步趨向絕對的實在,但需要保持謙卑承認任何模型都是近似的,都僅僅是一種描述的模型,而不是絕對的物理實體。那種把物理模型無限制推廣甚至用來否認上帝的做法,是一種物理理論崇拜,從根本上是違反科學精神的。

現代的人們承認本質的存在,雖然我們永遠無法知道本質,討論事務的本質是形而上學問題。後現代的人們討厭形而上學,連本質的存在都給否定了,認為只有現象,沒有本質。否定了事物本質,就否定了上帝或者真理的存在。所以,後現代不承認任何絕對,只承認相對;不承認本質,只承認現象。表面上,後現代尊重每一個人對世界的觀察和感受,但由於沒有一個絕對的參照系,任何價值體系都建立不起來。後現代現象其實是文明解體的症狀,因為價值體系是文明的核心結構。

宗教信仰的人們承認事物本質的存在,同時承認自己的有限達不到認識本質,除非上帝啟示,因此真理只能是上帝啟示的真理。沒有上帝就沒有任何真相,因為我們都是“不明真相者”,連自己的身高都不知道“到底”是多少。這樣說來,科學主義者把科學模型當成真理了,以為自己全知全能了,是偶像崇拜;後現代是自我中心的無神論宗教信仰者;而信仰上帝的人們才是“中庸”之道的持守者。(中國春秋戰國之後簡直就是一個後現代的社會,這個以後再聊。)

最後,以我隱約記得的一首歌德的詩結束我的思考:

遼闊宇宙,宏偉人生。

日復一日,循環往復。

忠於守舊,而又樂於迎新,

啊,這樣我們又前進一程!

註:我從一本“宇宙之謎”的書的首頁讀到這首詩,很喜歡但時隔太久,不保證記憶無誤。

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