论如何消解物理学中现象对观察者的主观依赖性

2018-04-29 16:01 来源:《江汉论坛》 作者:赵国求

On How to Eliminate the Subjective Dependence of the Phenominon on the Observer in Physics

  作者简介:赵国求,华中科技大学—WISCO联合实验室,哲学系教授。武汉 430074

  原发信息:《江汉论坛》第20176期

  内容提要:“量子现象对观察者的主观依赖性”的物理本质,一直是量子力学基础和量子力学哲学讨论的热点。建立适合量子力学的时空,客观描述微观量子客体,需要增进时空概念的新理解。复数时空是实时空在微观世界的拓展,量子力学时空是双4维复时空W(x,k),它是闵可夫斯基时空 的复数拓展和推广。双4维时空量子力学能够消解量子现象对观察者的主观依赖性,客观描述微观量子世界的物理现象。

  关键词:物理本体/物理实体/量子现象/主观/客观

  标题注释:国家社会科学基金项目“量子概率的哲学研究”(16BZX022)。

  一、引言

  时间和空间是人类所有经验的背景。除去存在的事物,时间、空间什么也不是,不存在只有一件事物的时间、空间,时空是事物之间相互关系的一个方面。

  人类通过感性经验认知的时空,称作经验时空;以科学原理和科学方法指导认知的时空是科学时空;牛顿时空、狭义相对论时空、广义相对论时空、量子力学时空,是经验时空的科学提升和科学发展,称作物理时空①。物理时空是科学时空。描述现象实体的时空是现象时空,经验时空、物理时空、科学时空均是现象时空。而未经观察的“自在实体(物理本体)”所在时空,称为“本体时空”。“本体时空”是复数的②,因此,人类实质生活在复数时空中。作为自然人,观察者存在于“本体时空”,实时空是人类对时空认识的简化③。

  主体、客体、观察信号是人类认知自然的三大基本要素④。一般“现象对观察者的主观依赖性”有其客观原因,体现观察信号的自然属性对观察者在认知中的影响。当把现象对观察者的主观依赖性转化为时空的属性后,就可以达到客观描述物质世界⑤。所谓客观描述就是理论计算与经验及科学实验结果相符。

  考虑观察信号的客观作用并纳入时空理论的科学建构之中,客观描述物理现象,是物理学家的重要工作。一般,哲学认知中没有明晰“观察信号中介作用”的客观地位,不管“机械反映论”。还是“能动反映论”,都自动将其融入“反映论”理论体系,尤其是前者,往往容易导致主观唯心主义的滋生。

  狭义相对论用光对时,考虑了光对建立时空的贡献;牛顿时空是对时信号速度c趋于无穷大的极限情态;考虑引力场对建立时空的影响,引力时空是弯曲的,狭义相对论的平直时空是它的局域特例。从牛顿力学到狭义相对论再到广义相对论,时空发生了变化,但主体与描述对象的关系没有变,主体对客体的描述是客观的。那么是否主体对认知对象完全没有主观影响?如果有,它如何产生,又如何消解,实现客观描述物质世界?经典力学中,人类的处理方法是通过揭示“现象对观察者的主观依赖性”及其产生机理,在不同认知领域区分描述中可以忽略的和不可忽略的,能忽略的舍弃,不能忽略的转化成时空的属性,实现客观描述;而从牛顿力学(或相对论力学)到量子力学,时空没有变化,描述对象具有波粒二象性,“量子现象的主观依赖性”更为突出。如何消解“量子现象对观察者的主观依赖性”,实现量子现象的客观描述,一直是量子力学基础讨论的热点。量子力学必须有自己的客观描述量子现象的时空⑥。

  量子力学时空是闵氏时空的复数拓展和推广⑦,由此可以实现客观描述量子世界。它与相对论时空有交集,也有异域。有因必有果,反之亦然,时间与因果关系等价⑧。量子力学中的非定域性,与能量、动量量子化及量子态的突变性相关联。突变无须时间,导致因果链断裂,与因果关联的相互作用也被删除,由此引进了类空间隔。平行并存量子态的出现,是不遵从因果律的量子力学新表现;当能量、动量和相互作用变得连续,宏观时序得到恢复时,回到相对论时空,量子测量中“量子态和时空的坍缩”⑨是不同物理时空的转换,希尔伯特空间只是它们的共同数学应用空间⑩。

  时空不是绝对的,相对时空有更广阔的含义,人类需要扩大对时空概念的认知,不同的认知层次有不同的时空对应,复数时空更为本质。人们不应该将所有领域的物理实体归于某一时空描述,或者用一种时空的性质去否定另一种时空的存在。还是爱因斯坦说得好:是理论告诉我们能够观察到什么。当然,新的实验事实又将告诉人们,理论及其对应的时空应该如何修改和发展。理论不同时空不同,时空具有建构特征。

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(责任编辑:李秀伟)
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