近代物理與新認識論
1992, 3, 26 吳文成

量子力學
  ──有時候,真理騎在錯誤的背上,駛入歷史


  相對論雖然備受各方矚目,但卻不是近來吸引物理界興趣的主要論題,量子力學無疑佔據了這一地位。它牽涉到物理體系的前後演變,正面觸及物理體系初始狀態的認識,無情地把深入骨髓的決定論信念,自根本動搖。

  在海森堡發現「測不準原理」的當年,他曾說過「因果律的無效已終定地為量子力學所驗證」。這番話給科學家與哲學家開啟劇烈爭論的門戶。問題爭論的焦點在於:用統計律和機率描述物理現象,是導源於我們對決定現象的因素認識欠完善,或是由於我們對量子世界的正確認識所生出。誰能斷言量子力學不會隨著時間更形完備而找出新的準確測出粒子速度與位置的實驗方法呢?

  在當時,支持決定論有一些是非常老牌而出色的物理學家,現代物理學的創建人。其中有:量子論的創始人普朗克;波動力學創建人德布羅依和水丁格;愛因斯坦等等。一般來說,此派人士認為;今日量子力學中的非決定論與統計律,只是暫時的,原因當歸於我們的淺知;測不準式的解決問題辦法,只是貌似的,它不意味對實在界中決定論基礎之放棄。愛因斯坦認為「機會律的觀念,只有在涉及有限認知心靈與對對象的認識論限制下,才有其科學意義;因此,如本體論地涉及對象本身則是誤用」﹙註八﹚──強調本體論的決定論與因果律仍是被需要的。

  持非決定論立場的物理學家,即所謂的哥本哈根學派,以波爾為首;海森堡和波恩為主要的發言人,當今大多數的物理學家皆可視為非決定定論者。他們認為:今日新物理學,要求我們徹底改換思想。決定論和因果律在原子世界內已不適用,取而代之的是機率。「我們想不出一種實驗或理想的手續,用以同時準確定出物理系統的初始狀態,故正確無誤地推演出它此後的全部發展是不可能的;這迫使我們必須以統計律和機率來描述事件」,海森堡認為人類仍然承繼著認識論上的限制,無法對實在界做出決定性的因果描述。這種測不準關係,並非由於光學儀器的不完備,而是觀察者﹙觀察方式﹚對所觀察事物的干擾,且是不可避免的。

  在支持非決定論的人之中,曾有人倡言放棄哲學因果律,甚至「竟大談自然界的自由選擇和粒子的自由意志」。波恩責斥這種言論完全沒有根基。因果律在物理界存在,是一種信念,量子力學只是把因果律模糊到一種程度,科學家只能以或然率來描述粒子的可能運動發展,以致於必須放棄「決定論的描述」、「決定論的觀念」等。海森堡說「在描述實驗時,並不是大自然作選擇,而是觀察者作選擇,因為是在觀察的時刻,選擇才變成物理事實」。

  他說:「機率函數把客觀因素和主觀因素結合在一起。它含有對可能性,或者更好說對傾向──亞里斯多德哲學中的『潛能』──之陳述,這些陳述完全是客觀的,並不依賴於任何觀察者;它也含有我們對物理體系認識的陳述,這是主觀的,因為不同觀察者所有的知識陳述也不相同。」對物理學家來說,海森堡的知識論立場是一大改革。古典物理學認為,我們可以客觀描述實在界而不涉及自己。難道這是一種幻覺?海森堡自問並懷疑著。測不準原理並未將實在界的客觀性和可認識性破除或改變,但卻使主觀與客觀務必捨棄分離之態﹙註九﹚。維才柯曾說「自然先於人,而人先於自然科學」,是故,自身所觀察探索的對象世界,是絕對無法離於自身的──此也是相對論所暗示的知識論立場。這還會在後面提到。

  筆者認為,當時決定論者與非決定論者的爭議,其實兩者都是對的。前者強調,獨立於主體存在的本體論實在界是不可能由機率支配的,故決定論與因果律仍是正確的;後者則強調,被主體認識的對象事件﹙即現象界﹚,因測不準原理之故必須以機率描述,以致於決定論與因果律無法再適用。不過由於主體只能認識現象界,故只有現象界的非決定論才有意義;雖然我們有足夠的信念認為實在界的決定論存在,但是它對人類沒有意義。

  基於決定論的立場,愛因斯坦反對哥本哈根解釋,並且說了一句名言:「上帝不擲骰子!」他本能地認為上帝不會與世界玩遊戲。筆者同意這點,上帝的確不擲骰子,人類只是看不清楚上帝的決定,以為上帝喜歡和人類玩骰子罷了。其實,即使是物理,也要依物理學家的「本能」而定的,這就是為什麼愛因斯坦始終反對哥本哈根解釋。

  註八:<物理與哲學>頁4,海森堡著,幼獅文化。
  註九:以上量子力學部分參考<科學哲學─科學的根源>武長德著,五南圖書,頁143-174。


   原載於:http://residence.educities.edu.tw/sinner66/think/part_1/epistemology/page1.htm
   首頁:http://residence.educities.edu.tw/sinner66/
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