黄瑞雄:“薛定鄂的猫”与科学认识中的意识

2018-01-26 16:25 来源:《科学技术与辩证法》 作者:黄瑞雄

  内容提要:量子理论的创立,说明了“科学世界”是“自然世界”和认识主体——人相互作用的“共生图景”,其中内在地包含着人的主观因素,意识在科学认识中的影响是不可完全排除的。然而,这并不能导致认识客体和主体意识地位的颠覆,即不能因此以为意识占据了主导地位,更不能以为人的意识不依赖于物质而独立存在。相反地,作为对“自然世界”的反映而获得的“科学世界”,其中的客观性仍然占据主导地位,而作为主观性的人的意识则处于被支配的地位。

  关键词:量子论/科学认识/意识/客观性/主观性

 

  一般说来,科学主要是指自然科学,其目的是认识世界,回答世界是什么的问题。更具体地说,自然科学是以人们对自然规律和本质的正确反映,是以概念、判断、推理和假说等逻辑形式表述的知识系统。它具有以下基本特征:客观真理性、逻辑性、预见性等。科学是对客观事物及其运动发展规律的正确反映,因而具有无可置疑的客观性,这似乎已成为人们的共识。然而,这一信念实际上时常受到种种质疑乃至攻击。当前比较典型的攻击者除了对科学客观性的极力批判及消解的后现代科学思潮代表人物外,还有一些研究“心灵”或说“精神”、“意识”问题的哲学家,其重大根由之一是来自于量子物理学中主体与客体之间的复杂关系。人们对这种复杂关系的激烈争论,又导致对科学认识中意识的作用及其地位的重新确定等种种问题。因此,澄清人们在此问题上的种种模糊认识是很有必要的。

  一“薛定鄂的猫”的假想实验

  19世纪末期,物理学所描绘的世界图景井井有条,世界万物可根据牛顿力学和麦克斯韦电学的方程式有条不紊地展现出来。这种过程曾一度被人们认为是纯粹客观的,完全不受作为一个旁观者的科学认识主体——科学家的影响,绝大多数物理学家认为他们的研究对象在本质上是完整的。然而,自从爱因斯坦创立了相对论以后,这幅图景却被搅乱了。相对论表明,在相对运动的不同系统内,观察者所观察到的世界是不同的,此时的科学家不再是袖手旁观者,而成了其所研究系统的积极参与者。随着量子力学的不断发展,这一观念日益得以强化,以至于在物理学理论乃至在整个自然科学理论中,如何确定观察者的作用和地位,尤其是如何确定观察者的意识的作用和地位竟成了焦点问题,进而引起了经久不息的实在论与反实在论之争,并给认识论和科学哲学带来了重大难题。

  在物理界,人们通常认为测量的不确定性是由于测量仪器有误。但是,海森堡却提出如下见解:人们不可能用一个任意的精确度同时去认识一个粒子的方位和速度,越要精确地测定粒子的位置,就越无法测定其速度;反之,亦然。包括爱因斯坦在内的许多人不能理解与接受这一观点,因而提出了种种质疑,爱氏的批评事务上是最令人注目的。他坚信现实遵从确定的法则,并就量子物理学的完备性问题发表了著名的《EPR悖论》。在他看来,尽管两个粒子是由相关波的惟一作用来描述的,但这相关性在粒子相互远离的情况下不发生作用,用波的作用来描述量子因此是不完备的。他还认为,量子物理学的理论中有某些“隐含的”变量还没有抓住,被漏掉了,由此导致的非决定论的原因就非仅仅是表面的和暂时的。海森堡等人与爱因斯坦的冲突所表征的实际上是量子理论所面临的难题,这一难题可以从“谁杀了薛定鄂的猫”的悖论中加以了解。

  有关“猫”的悖论是量子力学创始人之一薛定鄂提出的一个假想实验:关一只小猫于一个封闭的箱子里,箱内有一罐可使猫致死的毒气。但毒气是否释放出来,要根据随机的结果,这个随机结果将须按照已知量子进行一个量子测试,测试的结果决定着猫的死活。需要特别强调的是,要了解结果就必须实施测试。量子力学代表一个数学系统,相当于一只活猫和一只死猫函数的总和,它们各有一半的概率,即在实验者观察箱内情况之前,两种结果出现的可能性是对等的,于是便产生这样一个问题:观察(记录结果)的活动是杀了还是救了那只猫?

  为便于理解,道格拉斯和丹尼尔曾将之转换为“量子水龙头”的实验:假设一个水龙头有一冷一热两个开关,此龙头可以连续拧开,水亦随之流出。但是,此龙头有个特点:放出来的水要不都是热的,要不都是冷的,而不会是温的,这种状态被称为水的“温度本征态”。人们若想知道水处于何种状态,就必须伸手去试试它是热的还是冷的。然而,正是探手去试水温这个动作,才将水置于这一种或那一种状态之中。在这个动作发生之前,可以说水处在一种迭加状态之中。放出冷水或热水的可能性取决于开关的调整。当然,要是只拧热水开关,流出来的只能是热水;对冷水开关来说也如此。如果将两个开关都打开,就造成了一种迭加状态。只要用一个调整系数反复试验,我们就能够得出依照那个调整系数流出冷水的概率。然后,可以改变调整系数,尔后再进行试验。在某些交叉点上,流出热水和冷水的概率是相等的,这就像掷一枚硬币出现反面和正面的概率相等一样。要确定从量子水龙头流出来的水究竟是热的还是冷的,还可以用其它方法,如可在水龙头下放置一个测温仪。然而,这样做,其效应与用手去试水温的效应是相同的,即正是测温仪测温这一行为,系统才被随机地认定处于何种状态之中。这正是波尔、海森堡等人所要说明的事实。按照哥本哈根学派的解释,微观量子世界与人们通常用以测量的普通宏观装置之间是有区别的。认识主体得到的关于量子世界唯一信息,来自于总会对系统产生影响和作用的这种测量活动。因此,把某些物理特性归于一个孤立的量子系统是没有意义的,因为如果没有主体的参与,就永远无法知道它们是什么。换言之,真正的物理特性只有当微观客体的相关系统与测量装置结合起来时才可获得。同样,为观察猫是死的还是活的,无论是用眼还是用照相机,都得接收光子,而量子系统是绝缘的,它不传播所接收的光子,因此不能设想从系统外部用图像分辨力来观察它。按照哥本哈根学派的观点,互补性和非决定论是自然界的客观事实,在微观世界中,对一个客体的位置和动量同时进行精确测定是不可能的。猫是否既是死的又是活的,我们不可能在任何情况下都能同时观察得到,因为这只猫是处于这样一个绝缘系统内。光子既是粒子又是波,但是这两种性质并非在同一环境中同时出现,而是在某一特定的环境和条件下显示出粒子性质,在另一环境和条件下显示出波动的性质。正如布鲁诺·雅罗森所指出,当以量子物理学的观点和方法研究一只在黑暗中唱歌的鸟时,如果听到它唱,就不能看到它,如果照亮了它,就再也听不到它唱了。[1]

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(责任编辑:李秀伟)
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