無盡的探索(49)_卡爾·波普爾

四九

　　◎34．反對物理學中的主觀主義：量子力學和趨向性

　　對20世紀的學術思想的影響，幾乎沒有一個偉大人物可與恩斯特·馬赫相比擬。他影響了物理學、生理學、心理學、科學哲學以及純（或思辨）哲學。他影響了愛因斯坦、玻爾、海森堡、威廉·詹姆士、伯特蘭·羅素——這裡只提及幾個人的名字。馬赫不是一個偉大的物理學家，但他是一個偉大的人物、一個偉大的科學史家和科學哲學家。作為一個生理學家、心理學家和科學哲學家，他持有我所同意的許多重要的和具獨創性的觀點。例如他在知識理論上、在心理學和生理學領域，尤其是在感覺的研究方面，是一個進化論者。他批判形而上學，但他對承認甚至強調形而上學思想必須成為物理學家甚至實驗物理學家的指路燈又持十分容忍的態度。因此他在《熱學原理》中關於焦耳寫道：

　　當涉及一般（哲學）問題（馬赫在前面幾頁稱之為「形而上學的」問題）時，焦耳幾乎沉默不語。但是只要他發言，他的意見就同邁耶的十分相似。而且確實人們無可懷疑，這些多方面的實驗研究，全都具有相同的目的，只有一個受偉大的和哲學上最深刻的世界觀啟發的人才能進行。

　　這一段話是十分引人注目的，因為馬赫先前出版了一本書：《感覺的分析》，他在其中寫道，「我的方法清除了全部形而上學問題，」而且「我們所能知道的世界的一切必然表現在感覺中」（或感覺材料，「Sinnesempfindungen」）。

　　不幸的是，無論是他的生物學觀點，還是他對形而上學的容忍，對我們世紀的思想都沒有很大影響，大有影響的——尤其是對原子物理學——是他的反形而上學偏執。這種偏執與他的感覺理論結合在一起。馬赫對新的一代原子物理學家的影響變得如此令人折服，確實是歷史的嘲弄。因為他是一個原子論和物質「粒子」理論的激烈反對者，他和貝克萊一樣認為這種理論是形而上學的。

　　馬赫實證主義的哲學影響主要是通過青年愛因斯坦傳播的。但是愛因斯坦離開了馬赫實證主義，部分是因為他對馬赫實證主義的某些推斷感到震驚；而下一代才華橫溢的物理學家，其中有玻爾、泡利和海森堡，不僅看出了而且熱情地接受了這些推斷：他們成了主觀主義者。但是愛因斯坦從馬赫實證主義撤離得太遲了。物理學已成為主觀主義哲學的堡壘，並且一直如此。

　　然而在這種發展後面，有兩個與量子力學和時間理論有關的嚴重問題，以及一個我認為不那麼嚴重的問題，即主觀主義的熵理論問題。

　　隨著量子力學的興起，大多數年輕的物理學家深信，量子力學與統計力學不一樣，它不是系統的理論，而是單個基本粒子的力學理論。（在經過一些時間的動搖後我也接受了這個觀點。）另一方面，他們也深信，量子力學與統計力學一樣，它是概率的理論。作為基本粒子的力學理論，量子力學有客觀的方面。作為概率理論，它又有（或他們認為有）主觀的方面。因此量子力學是一種把客觀方面和主觀方面結合起來的完全新型的基本理論。這就是量子力學的革命性質。

　　愛因斯坦的觀點則與此不同。他認為，像統計力學那樣的概率理論是極有趣、極重要也極優美的。（在早期，他對概率理論作出了一些關鍵性的貢獻。）但是概率理論既不是基本的物理理論，也不是客觀的，而是帶有主觀性的理論，是由於我們知識的不完備性質而必須引入的理論。由此得出結論，量子力學儘管有它卓越之處，它不是一個基本的理論而是一個不完備的（因為它的統計學性質表明它用不完備的知識工作）理論，而我們必須探索的客觀的或完備的理論不是一種概率的理論，而是一種決定論的理論。

　　可以看出這兩種觀點有一點是共同的。它們都認為，一種概率的或統計學的理論由於某種原因利用我們的主觀知識或知識的缺乏。

　　如果我們考慮到那時（20年代末）討論的惟一客觀主義的概率詮釋是頻率詮釋，對此就能夠很好理解了。（頻率詮釋由維恩、馮·米塞斯、賴辛巴赫，後來還有我以不同的形式提出）。頻率理論認為，存在著有關大量現象的客觀問題和相應的客觀答案。但是他們不得不承認，每當我們談到作為某一大量現象要素的單個事件的概率時，客觀性就成問題了；因此完全可以斷言，就單個事件而言，例如一個光子的發射，概率只是對我們無知的評價。因為如果這類事件重複許多次的話，客觀概率告訴我們的只是平均發生的事，關於單個事件本身，客觀的統計性概率什麼也沒有說。

　　根據愛因斯坦及其反對者雙方的觀點，正是在這裡主觀主義進入了量子力學。並且正是在這裡我試圖通過引入概率的趨向性詮釋來反對主觀主義。這不是一種特設性的引入。不如說，它是仔細地修正作為概率頻率詮釋基礎的論據的結果。

　　主要想法是：趨向性可認為是物理實在。趨向性是傾向的量度。可測量的物理傾向（「勢能」）已由場論引入物理學。因此把傾向看作物理上實在的這裡已有先例；所以我們應該把趨向性看作物理上實在的這種意見並不那麼十分陌生。當然這種意見也給非決定論留下了餘地。

　　為了說明引入趨向性所要解決的詮釋問題，我將討論愛因斯坦寫給薛定諤的一封信。在這封信中，愛因斯坦提及薛定諤在1935年發表的一個眾所周知的思想實驗。薛定諤指出如此配置某些放射性物質的可能性，以致借助蓋革計數器就觸發一枚炸彈。可做這樣一種方式配置：或使炸彈在一定時間間隔內爆炸，或使導火線斷開，使爆炸的概率為1／2。薛定諤論證說，如果把一隻貓放在炸彈旁邊，它被殺死的概率也幾乎是1／2。整個配置可用量子力學的術語描述，而在作這種描述時，貓的兩種狀態——活的和死的狀態是疊加的。因此量子力學的描述——ψ函數——並不描述任何實在的東西，因為實在的貓不是活的就是死的。

　　愛因斯坦在給薛定諤的信中論證說，這意味著量子力學是主觀的和不完備的：

　　如果人們試圖把ψ函數詮釋為〔被它描述的實在物理過程的）完備描述……那麼這意味著在談論的時刻，這只貓既不是活著，也未被炸成碎片。然而通過觀察可以看清它是哪一種狀態。

　　如果人們擯棄［ψ函數的完備性］這個觀點，那麼人們就不得不假定，ψ函數並不描述實在的事態，而是描述我們關於事態的知識的總體。這是玻恩的詮釋，這個詮釋今天似乎已被大多數理論物理學家接受。

　　然而接受我的趨向性詮釋，這種兩難處境就會消失，而量子力學，即ψ函數，確實描述實在的事態——實在的傾向——即使不是一種決定論的事態。並且，雖然完全可以說事態不是決定論的這一事實表明某種不完備性，但是這種不完備性可以不是理論的過錯——描述的過錯——而是實在的不確定性，事態本身不確定性的反映。

　　薛定愕總是認為，|ψψ*|必須描述某種物理上實在的東西，例如實在的密度。並且他也知道實在本身也可以是不確定的這種可能性。按照趨向性詮釋看來，這些直覺是十分正確的。

　　我在這裡不對概率的趨向性理論及其在闡明量子力學中能起的作用作進一步的討論，因為我已在別處相當詳盡地探討了這些問題。我記得起初這個理論沒有被很好接受，這既未使我驚訝，也未使我沮喪。但從那時以後事情有了很大變化，某些批評者（和玻爾的辯護士）起先輕蔑地認為我的理論與量子力學不相容而不予理會，同樣是這些人現在卻又說這一切並不是什麼新鮮玩意兒，實際上同玻爾的觀點是一回事。

　　當我收到數學家和量子力學史家B·L·範·德爾·韋爾登一封信時，我認為我自己40年的嘔心瀝血得到的不止是報償，他在信中談到我1967年的論文「沒有『觀察者』的量子力學」時說，他完全同意我這篇論文中所有13個論點，他也完全同意我的概率趨向性詮釋。

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