量子詮釋學論綱
量子詮釋學論綱
吳國林
作者簡介:吳國林,華南理工大學哲學與科技高等研究所、科學技術哲學研究中心教授,博士生導師;葉漢鈞,華南理工大學馬克思主義學院博士生。廣州 510640
人大複印:《科學技術哲學》2018年 07 期
原發期刊:《學術研究》2018年第 20183 期第 9-19 頁
關鍵詞:詮釋學/ 量子詮釋/ 公共闡釋/ 量子力學/
摘要:詮釋學作為一種研究方法,既適用人文學科,也適用自然科學。量子力學、量子信息理論等量子科學與詮釋學相結合將形成量子詮釋學。詮釋具有確定性,這是量子力學的新、舊不確定原理的基本支持。量子力學詮釋在於追求更好的理解力。量子力學詮釋除了邏輯標準、經驗標準,還應當有技術標準和信息標準。量子詮釋學否定非理性、非實證、非確定性的詮釋學觀點,支持理性、實證、確定的詮釋學觀點。各種詮釋並不平等,有優劣之分。詮釋在於追求文本的原意或真,理解的標準是真、善與美的統一。量子詮釋支持公共闡釋的基本觀點。
一、引言
詮釋學的希臘文Hermeneutike、拉丁文hermeneutica、德文Hermeneutik、英文hermenentics,它們來源於赫爾默斯(Hermes)。在希臘神話中,赫爾默斯是一位信使,他來往於諸神與凡人之間,給人翻譯和解釋諸神的消息和指示。詮釋學的基本意思是:關於傳達、翻譯、解釋和闡釋的學問或技藝。hermenentics一詞有多種翻譯。洪漢鼎認為,hermenentics譯為詮釋學,更符合學理一些。從語言學來看,interpretation(解釋)更接近hermeneuein的翻譯。將hermenentics譯為解釋學也是適當的。中國港台地區用「詮釋學」翻譯。洪漢鼎說,按照德文學家的觀點,interpretation至少有兩個涵義:用德文表示為Erklrung和Auslrgung。Erklrung側重於從原則或整體上進行說明性、描述性的解釋;Auslrgung偏重於從事物本身出發進行闡發性、揭示性的解釋,我們可譯為「闡釋」。可見,interpretation既有從原則或整體上進行的說明性的外在解釋的涵義,又有從事物自身內在闡發性的內在解釋的涵義。簡言之,既有外在解釋,又有內在的自身的解釋。
從中文來看,「詮」,形聲字。從言,全聲。基本涵義為詳細解釋和闡明事理。而「全」,為完全、完備、完整、完美之意。「詮」字還有道理、事物的規律等涵義。筆者贊同將hermenentics譯為「詮釋學」,這就是說,詮釋學不僅是對文本(對象)的理解和解釋,還必須獲得文本(對象)所揭示的道理和規律。
簡言之,在筆者看來,詮釋學就是對文本進行內在的、外在的說明、解釋和理解的學問,還包括探索文本(對象)的內在規律。只有獲得了文本(對象)的規律,我們才能更好地理解文本。
在中世紀,詮釋學主要是《聖經》詮釋學。近代科學革命以來,自然科學的實證性和有效性對人文學科提出了嚴重的挑戰,人文科學是否具有自然科學那樣的科學性和有效性呢?在德文中,精神科學是自然科學的對應詞。為了給精神科學奠基,並與自然科學相區別,狄爾泰認為,自然科學與精神科學的方法的差別是說明(Erklrung)與理解(Verstehen)。「說明」是將觀察和實驗等個別事例納入一般規律之中,採用因果解釋方法。而「理解」是通過自身的內在的體驗進入他人內在的生命,進入人類精神世界。即是說,精神科學是對世界的內在「理解」,不同於自然科學的因果說明。
自然科學能否用詮釋學方法,是存在爭論的。著名科學哲學家波普爾不同意狄爾泰僅僅把詮釋學局限於人文學科領域。他認為,人對事物的認識就是一種解釋或注釋,也是可能出錯的,而且觀察滲透著理論。理解既是人文學科的目的,也是自然科學的目的。
經過海德格爾和伽達默爾的改造,詮釋學不僅關注文本,更重要的是關注存在。詮釋學不僅是方法論的,而且從根本上就是存在論的(ontological)。在海德格爾此在詮釋學中,這裡的理解不是與「說明」相併列的一種認識方式,也不是要進入他人內心的精神世界,理解本身已經成為此在「在世」的一種基本方式,從而成為狄爾泰式「理解」和「說明」之共同基礎的東西。理解就是與事物打交道。理解的最本真的方式就是在事物自身的運作中讓自身被揭示出來。換言之,理解事物就是理解者(此在)以自己的存在方式讓事物顯現出來。如對鎚子的錘性的理解,就是在鎚子的使用中顯現出來。理解就是解釋,也就是把理解中籌劃的各種可能性整理出來。或者說,理解既面向過去與現在,還面向將來,顯現將來事物的可能性有什麼。讓現在的存在擁有未來的意義,就是一種理解。海德格爾的存在論就是詮釋學。在海德格爾看來,存在是一種發生、展現的狀態,也就是將存在自身通報出來,將信息釋放出來,只不過這裡用的不是語言,這就是存在論意義上的解釋。存在自身展現出來,相當於用一種「存在式的語言」把存在的情形顯示出來。理解與解釋活動本身就是「此在」結構的展開,即人存在的一種歷史過程。人的理解與解釋活動並非是某種純粹的智力活動,而是人的整個生存活動的一個部分。比如,人學習打羽毛球,就是一個從頭到身體的理解,它是人的生存的一種狀態。人的生存活動內在地規定著人的理解活動,而人的理解活動則是人的生存活動的歷史性展開。
既然詮釋是存在自身狀態的顯示,那麼,自然科學的對象(如微觀客體)的存在狀態展示出來,就是一種詮釋。正如從事量子力學現象學研究的美國著名學者希蘭(P.A.Heelan)所言,詮釋學已成為指向存在的「強詮釋學(strong hermeneutics)」,而不是僅指向狹義文本的「弱詮釋學(weak hermeneutics)」。後現象學創始人伊德(Don Ihde)認為:「一方面,自然科學同樣也與詮釋學有密切關係,現在是解構『狄爾泰分界線』的時候了;另一方面,在自然科學中所發展起來的獨特的詮釋學技巧,對於人文和社會科學來說,也有深層含意。」一般來說,文字文本被認為是詮釋學的標準文本,圖像、雕塑等被視為「准文本」。但在伊德看來,由於技術的作用,自然科學中廣泛應用的物質性詮釋學在客觀知識的製造,推動人類學、歷史學、考古學等學科的發展優於文字詮釋學。
目前,詮釋學主要是對經典的、宏觀的文本(事物)進行詮釋。對於量子世界(量子文本)的詮釋還不多,僅有國外幾位學者在研究,而國內較少有學者進行此項研究,其中廈門大學曹志平對國外科學詮釋學進行了較為全面的梳理,但對於量子世界的詮釋學研究還沒有展開。詮釋學應當是具有普遍意義的方法,它既能對宏觀的人文現象進行詮釋,也能對自然現象(自然科學現象)進行詮釋;它既要對經典現象進行詮釋,也要對量子現象進行詮釋,以讓人們更好地理解和利用量子現象和量子世界。
事實上,量子力學是可以被詮釋的(interpreted)。量子力學中有一個非常重要的量子力學詮釋(interpretation)問題。量子力學的詮釋,既是對量子世界的外在解釋,又是對量子世界自身的內在解釋,也包括因果解釋。希蘭(P.A.Heelan)認為,量子力學可以被詮釋為在物理科學和社會科學之間的一座橋樑。他說,基於玻爾和海森堡精神,量子力學被詮釋為物理對象。這些物理對象被揭示為定域的、社會的和歷史的測量過程之內。量子力學測量的詮釋學特點揭示出與詮釋學的社會/歷史科學的緊密的相似性。科學的詮釋學分析要求從認識論態度轉向本體論(ontological)態度。本文將在更寬的意義上對量子現象和量子世界進行詮釋,這裡包括對量子力學和量子信息理論的詮釋,筆者稱為「量子詮釋學」。量子詮釋的根本目的在於認識量子世界、改造量子世界,並使人與量子世界和諧共處。
張江教授面對走上一條極端相對主義和虛無主義道路的西方的哲學和本體論詮釋學,提出了積極的公共闡釋論。他說:「公共闡釋的內涵是:闡釋者以普遍的歷史前提為基點,以文本為意義對象,以公共理性生產有邊界約束,且可公度的有效闡釋。公共闡釋具有以下六個特徵:第一,公共闡釋是理性闡釋;第二,公共闡釋是澄明性闡釋;第三,公共闡釋是公度性闡釋;第四,公共闡釋是建構性闡釋;第五,公共闡釋是超越性闡釋;第六,公共闡釋是反思性闡釋。」筆者將研究量子詮釋的基本特點與規律,進而審查西方的哲學與本體論的詮釋學。本文的量子詮釋研究將否證主流詮釋學的非理性、非實證、非確定性等觀點,支持公共闡釋的基本觀點。
二、詮釋具有確定性
20世紀中後期,隨著後現代主義的興起,一些人文理論,否定認識能夠追求真理,否定對歷史、文學等的確定性詮釋,片面強調理解和詮釋的無限開放與任意。在這些學者看來,這種觀點有一個重要的自然科學依據,那就是量子力學中的海森堡不確定原理,這一原理可以為否定人類理性找到借口。美國後現代詩人奧爾森提出:「作家或詩人需要採取一種創造性的立場,這就是物理學的立場,他們必須要對事物做出測量,然而他們只能獲得近似值,或者測知事物的速度,或者測知事物的位置,二者不可同時兼得,這也正是海森堡的『測不準原理所闡明了的』。」義大利符號學創始人之一安伯托·艾柯就提出:「作品的開放性和能動性要求確立不確定性和非連續性這樣的概念,這也正是量子物理學的一些概念,與此同時,這些現象又顯出愛因斯坦物理學的某些情況所具有的啟示性形象。」
事實上,海森堡不確定原理真是這樣嗎?我們有必要進行一下文獻考證。最早的不確定原理是由海森堡於1927年提出的。海森堡是用德文寫出來的,他使用了Ungenauigkeit(indeterminacy)一詞,用來描述基本的理論原則,只是到了論文最後的章節附註中才使用了Unsicherheit(uncertainty)。在海森堡1930年的德文著作Physikalische Prinzipien der Quantentheorie中,他使用了另外一個詞Unbestimmtheits。Unbestimmtheits被英譯為uncertainty,於是,譯文「uncertainty」開始被使用了,後來就變得流行起來。Unbestimmtheit被英譯為uncertainty是正確的,但是,中文將Unbestimmtheit譯為「測不準」就是有問題的。海森堡的這部德文著作PhysikalischePrinzipien der Quantentheorie,英文譯為The PhysicalPrinciples of the Quantum Theory,(11)中文譯為《量子論的物理原理》,(12)由王正行等翻譯。
海森堡是通過經驗對原有概念的改變來展開討論的,即經驗是形成概念的基礎。他討論了狹義相對論和廣義相對論對時間和空間的限制。比如,他說:「狹義相對論的特徵就是按照實驗對『標尺』和『時鐘』等概念進行了批判。這個批判是從這樣一點開始的,即在我們平常的概念中,始終隱含著這樣一個假設:在原則上存在具有無限大傳播速度的信號。但是後來經驗證實,在自然界中並不存在任何比光速更快的速度,於是我們便把這個對速度的限制設想為一條自然定律。」可見,海森堡是從經驗到概念的轉變角度來討論量子力學中的不確定性原理,以此表明,他提出的不確定原理是從經驗到概念或理論的路向。他說:「在原子物理學中卻不允許我們做這種假定,因為原子過程的特徵不是連續變化的,『觀測者』與『客體』之間的相互作用會對被觀測體系引起不可控制的大的變化。」「類似地,我們可以把同時測量兩個不同的物理量有一個精度下限,即所謂測不準關係(德文為Unbestimmtheitsrelationen,英文為uncertainty relations,下同)假設為一條自然定律,並以此作為量子論對經典概念進行批判的出發點。這個『測不準關係(德文為Unbestimmtheitsrelationen,英文為uncertainty relations)』告訴我們,要對原子過程作出一致描述,必須在多大程度上擺脫經典概念的限制。」(13)因此,海森堡在這裡已使用Unbestimmtheits,表示不確定的、不一定的、不肯定的。英文使用「uncertainty」,而中文使用「測不準」的譯法是有問題的。因為即使在儀器的測量中,兩個物理量存在一個測量下限,這就一定是測量儀器的原因嗎?在第二章第一節專門討論「不確定關係」,其德文是Unbestimmtheitsrelationen,英文是uncertainty relations。在第二章的第二節、第三章的第一節,都含有德文Unbestimmtheitsrelationen,英文是uncertainty relations。可見,德文與英文都沒有包含測不準的意思。
現在的問題是,不確定原理能否從更一般的原理推導出來,它的精確涵義是什麼?它與測量有關嗎?
20世紀20年代,德國物理學家海森堡利用微觀粒子的波動圖像,從波包出發,根據光學規律和微觀粒子所滿足的基本規律,可以近似推導出不確定關係,。這裡q表示位置,p表示動量。海森堡不直接使用波動圖像,藉助於量子論的數學公式及其物理解釋,推導出了更嚴格的不確定關係,。(14)
通常的得到普遍證明的不確定關係,是1929年羅伯遜(Robertson)獲得的不確定關係(下稱羅伯遜不確定關係):(15)。換言之,任意態下的力學量A與B的均方差都滿足這一不等式。在文中,羅伯遜將A定義為A的「不確定」(uncertainty)。將上式應用於坐標x與動量,而,(16)就一定可以得到常見的坐標與動量之間具有的不確定關係:。(17)通常的涵義是:坐標與位置的不確定的積不小於η/2。或者說,不論微觀粒子處在何種狀態,它的坐標與動量不能同時具有確定值,它不能超過普朗克常數的限制。這裡的坐標與動量的確定的數值的大小,與測量沒有任何關係,而是量子世界的本性使然。
不確定關係有許多方法進行推導。1929年的羅伯遜方法,已為大家所公認,並且為各種教科書所引用。對於不確定關係,為什麼在數學的推導上沒有「同時」的涵義,而在物理的表述上加上了「同時」的限制呢?算符A與B之間的羅伯遜不確定關係,僅僅是數學上的一個結論嗎?從量子力學來看,能夠表示一個物理觀測量的運算元,在數學上必須滿足的條件是:線性,自伴性,在態矢量空間內作用,本徵態組有完備性。從數學上看,確定一個運算元的關鍵是確定它與其他運算元的乘法對易規則。(18)可見,坐標運算元與動量運算元滿足海森堡對易關係。真正的物理學的新內容是海森堡對易關係,為什麼有這樣的關係呢?
羅伯遜不確定關係給我們一個啟示:如果[A,B]=0,(19)即A、B是對易的,那麼,A與B就可以同時確定,就如同在經典物理中,坐標與動量是可以同時確定的。然而,因為[A,B]≠0,A、B是不對易的,那麼,A與B就不可能同時確定。只要不同時,A與B就都可以得到準確的確定或測定。正如海森堡明確指出:不確定關係「所討論的,是在量子理論中同時測量幾個不同量的精確度問題,這一關係對單獨測量位置或速度的精確性並無限制」(20)。除了空間位置與其動量之間有不確定關係,能量E與其時間t之間也有這樣的不確定關係,於是,不確定關係就上升為不確定原理,這是量子世界的一個基本原理,具有奠基性的重要意義。
現在的問題是,不確定原理是否意味著,知識具有不確定性?對知識的詮釋是不確定的?筆者前述已經闡明,不確定原理對於大量微觀粒子或單個粒子都是適用的。這就是說,我們獲得了它的確定的位置,都不能同時獲得其確定的動量,反之亦然。這是否意味著不能獲得位置與動量的確定性知識呢?
下面我們需要考察一下不確定性原理的前提是什麼?中國科技大學張永德教授指出:「在這個廣義不確定關係(包括Heisenberg不確定關係)的推導中,只用到了前三個公設,並未用到(薛定諤)方程公設。」(21)不確定原理所用的量子力學的前三個公設是:量子力學的第一公設——波函數公設,第二公設——算符公設,以及第三公設——測量公設,還沒有用第四公設——微觀體系動力學演化公設(或薛定諤方程公設)。
第一公設認為,量子力學中一個微觀粒子的狀態可以用一個波函數ψ(r,t)來完全描述。該公設表明,微觀粒子的狀態是由波函數來表示的,而且它完全描述了微觀粒子的狀態。波函數是粒子坐標和時間的複函數,它的絕對值的平方表示微觀粒子出現在時空中的概率密度。當我們說同時測量不對易的兩個力學量(如坐標與動量)時,我們不能同時確定它們。但是,這並不是說,我們不能獲得不對易的兩個力學量(如坐標與動量)的確定的知識。事實上,我們可以通過波函數來完全描述微觀粒子的狀態。波函數本身也表明了一種關於微觀粒子的知識的確定性,因為微觀粒子的狀態可以用波函數嚴格地表達出來,而且量子力學以來的實驗都支持了波函數公設。在筆者看來,波函數不僅是描述微觀粒子的復值函數,而且它本身具有物理的實在性。(22)
第四公設給出了微觀粒子滿足的根本方程,即波函數滿足的薛定諤方程。在薛定諤方程中,描述微觀粒子的波函數,粒子要麼是在坐標空間中的分布函數,要麼是在動量空間中的分布函數,而不可能坐標與動量同時出現在波函數的公布函數中。但是,波函數的坐標分布函數與動量分布函數是等價的,更嚴格來說,這兩種表象是等價的。這就是說,人們既可以通過測量坐標來確定微觀粒子所處的狀態,也可以通過測量動量來確定微觀粒子所處的狀態。但是不能同時對坐標和動量這兩個物理量進行測量。
退一步講,不確定關係本身也給出了坐標與動量之間的關係,這樣的知識又是確定的。下面筆者將要談到新的海森堡不確定關係,通過利用量子糾纏,直接使兩個不對易的力學量同時準確確定,而且還可以調整它們之間的確定程度。
事實上,愛因斯坦、波多爾斯基和羅森早在1935年的EPR論文中就提出:如果AB兩個微觀粒子是糾纏的,可以同時準確測量粒子A的位置和粒子B的動量(這並不違反不確定原理),然而根據兩個動量之間的量子糾纏,從粒子B的動量又可以推出粒子A的動量,於是,等價地講,可以同時確定A粒子的位置和動量。愛因斯坦等人由此質疑量子力學的完備性。(23)
新近由貝塔(M.Berta)等人對不確定原理做出了開拓性研究,給出了定量描述,(24)在觀測者擁有被測粒子「量子信息」的情況下,被測粒子測量結果的不確定度,依賴於被測粒子與觀測者所擁有的另一個粒子(存儲有量子信息)的糾纏度的大小。原來經典的海森堡不確定原理將不再成立,當兩個粒子處於最大糾纏態時,兩個不對易的力學量可以同時被準確確定,由此得到基於熵的不確定原理,此理論被稱為新的海森堡不確定原理。(25)熵的不確定原理最近首次在光學系統中驗證。(26)可見,原有的不確定原理與量子信息沒有聯繫,而量子信息的引入,特別是量子糾纏的引入,就可以同時確定一個粒子的位置和動量。當兩個粒子處於最大糾纏態時,被測粒子的兩個力學量可以同時被準確確定。
舊的不確定原理告訴我們,量子世界是不確定的,不可對易的力學量不可能同時具有確定值。但是基於熵的不確定原理則表明,利用量子糾纏(技術)可以將不可對易的力學量同時準確確定。由於量子糾纏的糾纏度可以通過量子技術進行調節,即通過控制糾纏度的大小,人們還可以控制不可對易的力學量被確定的準確度。這說明,量子世界的不確定是相對的,而不是絕對的。(27)
對於微觀粒子來說,當人們沒有測量它,它以其自在方式運動著,完全可以用波函數來進行描述。而在經典物理學中,要完全確定經典物體的狀態,需要坐標與動量(或廣義坐標和廣義動量)的同時描述,這是經典物理學所形成的觀念。但到了量子世界,只需要用波函數就能夠完全描述微觀粒子的狀態,不需要從坐標與動量同時對微觀粒子進行描述。採用坐標與動量的描述方式是經典物理學的方法,在量子世界並不具有必然性。事實上,當我們用微觀粒子來指稱微觀世界的個體(如光子、原子、中子等),實際上它並不是經典物理學意義上的粒子或波,因此不能夠用經典的粒子或波概念去審視微觀粒子。「微觀粒子」就是一個習慣指稱。在量子測量之前,我們只知道微觀粒子能夠用一個複數的波函數進行完全的描述,其他的信息我們並不知道。微觀粒子經過測量儀器作用之後才變為經典的粒子或經典的波。
用波函數描述的量子世界是確定的,還是不確定的?由於波函數完全描述了量子世界的微觀粒子,而且波函數的演化遵從薛定諤方程,它在微觀世界的演化就是一個因果的決定論的演化,微觀粒子的一切性質都可以通過波函數的演化來概率預見。因此,從波函數這一意義來講,微觀粒子是確定的,關於微觀粒子或量子世界的知識也是確定的,而不是不確定的。
三、量子力學的詮釋問題
科學理論並不能孤立存在,它必須植根在一個更廣大的知識和信念體系中才能獲得較為充分的支持和說明,從而變得更具有可理解性。因此,任何理論都需要補充性的說明,以使得理論本身變得更加可靠和可理解。在物理學中,只是到了量子力學這裡,對理論本身的詮釋問題才變得更為迫切。量子世界並不是人們所直接感知的世界,對它的理解只能藉助於量子理論和量子實驗的檢驗,即使這樣,人們對量子世界的理解仍然存在著重大的差別,這就是量子力學的詮釋問題。
量子力學詮釋就是關於量子力學理論的一種說法或一種理論,或者說關於微觀世界是怎麼樣的描述。量子力學詮釋(interpretation)可被定義為:當量子力學為真,世界會是什麼樣的描述。(28)量子力學詮釋,不僅是對量子世界是什麼樣的理解,而且把量子世界的本來面貌展示出來了。由於量子世界的非直觀感知性,人們認識量子世界並不能一次完成,因此,歷史上出現了多種著名的量子力學詮釋。比如,哥本哈根詮釋、玻姆量子勢詮釋、退相干詮釋、模態詮釋、多世界詮釋等,(29)這些詮釋仍然活躍在量子力學中,它們與不同學者的量子力學的研究相聯繫。目前有關量子力學的詮釋還在增加,其中,筆者與合作者共同提出了雙四維復時空的量子力學曲率詮釋。(30)
量子力學的詮釋,就是對量子世界的一種理解。各種不同的量子力學詮釋是否具有同等重要性?理解有沒有優劣之分?伽達默爾的詮釋說認為:「理解並不是更好理解……我們只消說,如果我們一般有所理解,那麼我們總是以不同的方式在理解,這就夠了。」(31)這就是說,理解沒有優越與不優越之分,我們所看到的只是不同的理解。伽達默爾的這一理解觀是否適合於量子力學的詮釋呢?我們知道,量子力學的詮釋,也就是量子科學家對量子力學如何進行理解。事實上,量子科學家都在尋找一種更好的詮釋,能克服原有詮釋的不足,以增進對量子世界的理解。上述的哥本哈根詮釋、玻姆量子勢詮釋、退相干詮釋、模態詮釋、多世界詮釋等,都有不同的解釋力。比如,多世界詮釋雖然在人們的現實理解中有許多「奇異」之處,如多世界詮釋認為,每一次量子測量,整個宇宙分裂為兩個或更多個彼此獨立的世界,但是,它的邏輯性卻是非常好。
面對這麼多的量子力學詮釋,能否原則上提出一些條件來選擇一個更好的詮釋。一個好的量子力學詮釋應該是怎樣的或滿足什麼條件?此問題並未得到過專門或廣泛的討論。因為一個科學理論必須接受邏輯檢驗和經驗檢驗這兩個基本條件,已經成為物理學家和物理哲學家的研究共識。邏輯一致和符合經驗作為量子力學詮釋的基本條件和限制,的確讓我們找到了具有一定詮釋力的詮釋版本。但是,對於量子力學詮釋而言,僅邏輯和經驗兩個條件還不具有足夠的辨識力。
「對選擇問題而言,一個恰當的解決將有賴於這樣一組條件,按照它們就可以從眾多的詮釋中選出來一個或兩個站得住腳的版本,並且在可接受的意義上,這組條件對於各種不同版本的擁護者來說是元詮釋的。」可見,量子力學詮釋條件涉及的是元詮釋問題(meta-interpretationalquestion)。維馬斯(Vermaas)認為,量子力學詮釋的問題不僅是一個探究而且還是選擇性的問題。(32)也就是說,量子力學詮釋包括尋找詮釋和探究選擇詮釋的條件兩個部分。
為此,我們應當把元詮釋的研究視域適當擴大。事實上,技術對於微觀世界的認識具有重要作用。微觀系統(被測量的微觀系統)與測量儀器發生相互作用,這時儀器是對微觀系統某一性質或某一側面的展現,儀器所展現出來的現象是經典現象。這些經典現象並不與原來的微觀系統的性質一一對應,而是微觀系統借著測量儀器被詮釋出來,被顯現出來的可視化的現象並不是微觀系統本身的狀態。按照後現象學家伊德(Ihde)所說,詮釋學關係不是擴展或模仿感覺和身體能力,而是語言及詮釋能力。詮釋學關係用意向性關係表述為:人類(技術—世界)。這裡的圓括弧表示為一個統一體(unity),即技術與世界形成為一個整體,世界並不是原初的世界,世界一定與技術結合在一起。在詮釋學關係中,工具是現象的建構者,工具與世界之間不存在明顯的一致性,技術顯現的是世界的一種現象。人類直接感知到的是工具的可視化形式,而不是世界本身的自在狀態。詮釋學關係要求使用者具有一種詮釋學的能力。
考慮到人們並不能直接把握量子技術,需要藉助經典技術來轉換。量子技術的意向性公式可以改寫為:人類(經典技術—量子技術—微觀世界)。這就是說,經典技術與量子技術一起成為人與微觀世界的中介。比如,原子究竟如何?它是通過經典技術與量子技術一起來轉換的。人們認識到的原子已經是在經典技術與量子技術作用之下顯示出來的原子,它並不是那個沒有經過量子技術作用之前的原子了;經典技術與量子技術在某種意義上成為原子顯示的條件。這就是說,原子經過經典技術與量子技術的詮釋,才能得到認識主體的理解。
在詮釋學關係中,技術一方面對世界進行解蔽,另一方面,技術本身又對世界進行遮蔽,使世界本身不能全面地展現出來。人們看到的世界是在技術語境下的世界,技術的解蔽與遮蔽總是與世界糾纏在一起。微觀世界並不能如其所是地顯現出來,微觀世界總是在技術的解蔽與遮蔽之中。
既然技術在量子世界和認識主體有一個詮釋關係,那麼,技術條件就應當成為量子力學詮釋的條件之一。荷蘭學者維馬斯(Vermaas)最早考慮了量子力學詮釋選擇的技術條件。考慮到現代量子技術及其未來發展,維馬斯從技術領域對量子力學詮釋提出了兩個作為邏輯條件和經驗條件的補充條件:技術功能條件(Technicalfunctions condition)和工程圖紙條件(Engineeringsketches condition)。技術功能條件是量子力學的詮釋應當通過量子力學滿足:將技術功能φ歸因到技術人工物x。技術功能條件意味著,量子力學理論不僅要檢驗理論本身的邏輯性、經驗檢驗性,還必須檢驗量子力學理論如何從量子技術客體推演出技術功能,即量子力學能預見技術客體的功能,顯然這是更高階的要求。除了技術功能條件之外,維馬斯提出了工程圖紙條件。工程圖紙條件來自工程實踐中的圖紙設計活動。工程圖紙條件是指在設計量子力學所描述的技術客體時,量子力學詮釋應當滿足工程師的作圖實踐,並且再現這些圖紙歸因到人工物的性質。(33)維馬斯認為技術功能條件是主要的,工程圖紙條件則帶有一定的保留態度(with somereservation)。在筆者看來,工程圖紙條件作為量子力學詮釋的選擇條件,要求過於狹窄,這一要求有些過分。事實上,量子科學實驗的有關實驗圖,並不一定表示真實的微觀粒子的運動軌道。因此,這一條件並不能用來選擇好的量子力學詮釋。而技術功能條件是一個更嚴格的條件,這一條件是可以用來選擇更好的量子力學詮釋。各種量子力學的詮釋,並不是一個相互競爭的理論,而是以不同方式對量子世界進行解蔽,使量子世界顯現出來,讓量子世界被理解。技術功能條件開創了人們比較研究量子力學詮釋的新思路,這是非常有意義的。技術功能條件實質上反映了科學與技術之間的緊密關係,即科學理論能夠說明技術客體的功能。雖然量子力學不能對量子人工物的設計提出具體的操作方式,但是,量子力學能夠預見科學事實,都必須要有(或創造)量子技術設置去實施,以檢驗量子力學的詮釋是否更好。寬泛地講,技術功能條件可以放鬆為技術條件,即量子力學詮釋還需要有技術條件作為標準。
筆者曾給量子技術給出了一個界定,量子技術是建立在量子力學和量子信息理論基礎之上的新型技術。(34)這實際上是說,量子力學和量子信息理論是量子技術的理論基礎,因此,用量子技術的規範去要求量子力學詮釋,以便選擇一個更好的量子力學理論,這是有積極意義的。量子力學詮釋的技術功能條件是對量子力學詮釋的高階檢驗。
既然量子力學與量子信息理論是量子技術的基礎,那麼,我們自然想到一個問題,量子力學詮釋的選擇是否需要有一個信息條件呢?
從量子信息來考察,有的量子力學詮釋不能說明量子信息的本體地位,而僅把量子態看做是一種數學的東西。1926年,玻恩在《論碰撞過程的量子力學》中首先提出波函數的幾率波詮釋:波並不像經典波那樣代表什麼實在的物理量的波動,它只不過是關於粒子的各種物理量的幾率分布的數學描述而已,(35)而不是實在的東西。在筆者看來,波函數作為存在,它是實在與信息的統一,從這一角度來看,信息顯現了實在某一方面的性質。在玻姆的量子勢詮釋中,玻姆於20世紀80年代末提出了「主動信息」(activeinformation)概念用於他的量子理論的本體論詮釋中。由於量子勢的形式控制量子的行為,這意味著,在量子勢中包含的「信息」決定了量子過程的結果,玻姆把這種「信息」稱之為「主動信息」。而在最新的量子信息技術中,如量子隱形傳態過程中,也涉及量子信息的傳遞問題,涉及量子信息與經典信息的關係。隨著量子信息理論的興起,也有學者提出,用量子信息重構量子力學。著名物理學家惠勒也提出,萬物來自於比特。凡此種種,都隱喻著量子信息條件應當在量子力學詮釋中起到某種作用。為此,我們認為,量子力學詮釋的選擇條件,除了技術條件之外,還應當增加一個信息條件,量子力學詮釋要說明量子系統演化中的信息過程。比如,信息如何產生、處理與傳播等。簡言之,量子力學詮釋的信息條件是:量子力學詮釋應當通過量子力學說明量子信息的傳遞和經典轉變過程(即如何從量子信息轉變為經典信息)。增加信息條件實質上反映了科學理論與信息理論之間的關係,反映了實在與信息之間具有關聯性。
可見,量子力學詮釋不同於伽達默爾的理解觀,量子力學詮釋在於追求更好的量子科學理論,而不僅僅是多一種說法而已。或者說,更好的量子力學詮釋要更加接近量子世界的真相或本來面目。
四、量子詮釋意義上的理解
理解總是主體的理解,總是表現為主體如何認識世界,更好地與世界打交道,並且在理解的基礎上,主體更好地進行預見和實踐,讓人在世上活得幸福。人類的發展史表明,僅有人文社會科學,而沒有自然科學的發展,人類是不可能長久幸福的。比如,沒有現代醫學,人類的平均壽命會很短;沒有空調機,在炎熱的夏日難以獲得冰涼的舒適感。
對文學作品來說,有沒有主客區分問題,文本對象是否具有意義?如普魯斯特所言:「事實上,讀書時每個讀者都在讀自己。作品不過是作家提供給讀者的一個類似於光學儀器的工具,它能讓讀者見到自己心中那些無此書他便很難見到的東西。」英伽登發揮為「文本與讀者融為一體,主客之分失去作用,於是意義不再是一個需要定義的對象,而是需要體驗的效應」(36)。保羅·德曼認為:「如果我們不再認為一篇文學文本可以理所當然地被認為具有一個明確的意義或一整套含義,而是將閱讀行為看作是一個真理與謬誤無法擺脫的糾纏在一起的無止境過程,那麼,在文學史上經常運用的一些流行的方法就不再適合了。」(37)這意味著文學文本不是具有確定意義的獨立客體,不會有確定不變的意義。
如果說在人文學科的詮釋學範圍內有否定文本原意的主張,那麼,在當代自然科學中,也有這樣的看法。近年來,網路上有3篇署名「中國科學院院士朱清時」的文章——《物理學步入禪境:緣起性空》《再談物理學步入禪境》和《量子意識:現代科學與佛學的匯合處?》,因為朱清時是中國科學院院士,又做過中國科技大學的校長,其論文影響頗大。超弦理論認為,組成物質世界的基本客體是弦。組成物質世界的基本單元是宇宙弦的各種可能的振動態,朱清時將弦的振動態看做不是客觀實在的,由此宣稱「物質不是客觀實在」。實際上,弦或量子場都是物質世界的基本單元,都是物質的客觀存在形式,也沒有到達「緣起性空」。他甚至還得出這樣的結論:「意識是物質世界的基礎。」「意識不能被排除在客觀世界之外。」「物質世界是無中生有產生的。」顯然,朱清時對超弦理論、量子力學的詮釋是錯誤的,微觀物質有其本然的存在,它不能無中生有。
為此,我們必須考查量子文本。科學工作者所理解的量子文本,是由四個層次的量子文本組成:第一,量子文本是由量子概念、量子規律、量子定理和量子理論組成的量子科學知識體系,它是由理論觀點、專門術語和數學推導等組成的文字或符號系統,這就是「量子理論文本」。第二,科學儀器(含量子測量儀器)與科學實驗構成的「量子經驗文本」。由科學儀器所構成的各種科學實驗活動,既包括實驗的過程,也包括實驗的結果。科學儀器總是可讀的。第三,自然界包括量子世界,量子世界本身就是一本需要打開的書,需要人類去閱讀和理解,這是「原初量子文本」。量子世界構成一個客觀的世界。人類需要認識量子世界,改造和利用量子自然,並與量子世界和諧相處。這也是量子詮釋的根本目的。第四,由人的意向、量子文本與量子世界共同創造的量子技術,形成量子技術文本。
量子文本的意義主要有這幾方面。(1)基本含義。量子文本的基本含義。其意義只存在於量子作品的科學文字和語言結構自身之中。(2)指稱意義。理解是為了把握量子文本的含義、作品的原意(originalmeaning),即通過文本語言符號所表達的思想。(3)語境意義。理解是「讓」文本意義顯現、展示和出場。量子文本的語境意義是指稱文本在與理解者或世界的相遇中所呈現出來的意義,這種意義也是理解者所領會到的意義。它是在不同的時代、不同的理解條件下所呈現出來的不同的意義,甚至還包括價值意義和時代意義等。量子文本的基本含義,就是其通過符號或文字所表達出來的意義。比如,位置與動量不確定關係表示:
對於一個微觀粒子來說,如果它的坐標(位置)是準確的或確定的,即x=0,那麼,同時它的動量就無法確定,即∞;反之,如果它的動量是準確的或確定的,即,那麼=0,同時間它的位置就無法確定,即x∞。量子文本的指稱意義,是指量子文本的真理或真相。具體來說,對於量子世界本身,我們要獲得其本質認識;對於量子概念、量子規律和量子理論,我們要獲得其真理性認識。坐標與動量的不確定關係說明了,微觀粒子的坐標與動量不可能被準確測量,這與測量儀器的準確程度沒有關係。量子文本的語境意義,是指量子文本在不同的語境中顯示出來的意義。坐標與動量的不確定關係可闡釋線性諧振子的基態零點能、氫原子的基態能。能量與時間的不確定關係可闡釋大爆炸宇宙學的宇宙創生的能量。不確定原理用於人文文本意味著,文本既有原本意義,也有個體意義、歷史意義和當代意義等。
對於量子文本,能否任意解釋呢?顯然不能。量子文本的正確理解,只能是對量子文本的真理性的揭示。在認識量子文本的過程中,它的真理性是漸次得到顯示的。理解量子文本,就是要獲得其原本、自在的意義。對於量子世界來說,不論有多種性質的量子現象,關鍵在於獲得對量子世界的真理性認識,即獲得量子世界的自身顯示、它自身顯現出來意義,這是原初的意義,其他的意義都是次生的。正如張江從文論角度認為,文本有自在意義。他說:「公共闡釋將公眾難以理解和接受的晦暗文本,尤其是區別於文學的歷史文本,加以觀照、解釋、說明,使文本向公眾敞開,漸次釋放文本的自在性,即作者形諸文本、使文本得以存在的基本意圖及其可能的意義。」(38)
可見,判斷理解量子文本是否正確,只能是主體的理解是否是量子文本的真理性顯示。不論是原初量子文本(量子世界)、實驗量子文本和理論量子文本,其根本任務是發現量子科學理論,並使量子科學理論(理論量子文本)接受量子實驗(量子實踐)的檢驗,還要預見或創造新的量子現象或量子技術人工物。即是說,真理性是檢驗理解量子文本的唯一標準,這裡的真理既包括符合論意義的認識真理觀,還包括存在論意義的解蔽(揭示)真理觀,即量子事物如其所示的顯現出來,就是真理。量子文本的真理,並不是發現者主體的意圖,也不是早已在那裡等候,而是需要我們去發現,需要我們去發明。
理解者之所以能夠理解量子文本,其根源在於:(1)具有理解能力和學習能力的理解者;(2)理解者具有量子文本的前見,如經典科學的基本知識和實踐;(3)間距,即理解者與量子文本之間的間距,這個間距包括宏觀的主體與微觀的量子世界之間的距離;(4)以數學為標誌的科學語言。
間距需要有量子技術如量子測量儀器等去架設溝通理解的橋樑,讓微觀粒子顯現出來,讓宏觀的主體能間接認知它。量子技術不僅僅起一個橋樑的作用,它還在量子世界與主體之間發揮詮釋作用。當然,上述理解會構成多種循環,並且在量子文本的理論與實踐層次上,理解、解釋與應用三者達到統一。量子詮釋在於對量子文本進行理解、解釋和應用,並獲得量子文本的意義。理解、解釋和應用同是理解過程中的組成部分,三者之間是相互作用的。
理解在於達到認識和揭示真理,這對於人文文本也是如此。一個好的人文文本的理解,應當更接近文本的本意,這就是說,人文學科的解釋,也必須追求真。為了讓他者理解,而曲解原意,即使是為達到善或美,那樣的善是偽善,那樣的美是贗美。在此基礎上,理解的標準是達到真、善與美的統一。
就量子文本的理解來說,最基本的標準是真。但是,這還不夠,這在於真也是社會歷史的過程,真也有一個不斷展現的過程,因此才有不同的量子力學詮釋。由於量子文本還能夠直接或間接用於改造世界和人自身,因此,對量子文本的理解的更全面的標準,也是真、善與美的統一,而不能僅是真,而忽視了善與美對真的制約和指引。
注釋:
在量子力學中,interpretation原來多譯為「解釋」,即量子力學解釋。近年來,多譯為「詮釋」,即有後面將要討論的量子力學詮釋,這也是本文將hermenentics譯為「詮釋學」的一個重要理由。
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W.Heisenberg,PhysikalischePrinzipien der Quantentheorie,Leipzig:Hirzel,1930.
(11)W.Heisenberg,The Physical Principles of QuantumTheory,Translated into English by C.Eckart and F.C.Hoyt,Chicago:University ofChicago Press,1930.
(12)[德]海森堡:《量子論的物理原理》,王正行等譯,北京:科學出版社,1983年。
(13)[德]海森堡:《量子論的物理原理》,第2-3頁。
(14)[德]海森堡:《量子論的物理原理》,第12、15頁。
(15)H.P.Robertson,The UncertaintyPrinciple,Phys.Rev,vol.34,1929,pp.163-164.
(16)這裡的普朗克常數η=h/2π,h也是另一個普朗克常數。
(17)這裡x表示,。
(18)王正行:《為什麼不確定原理是量子力學的基本原理》,《大學物理》1996年第1期。
(19)[A,B]=AB-BA。在經典世界中,3×2-2×3=0,這表明經典世界是對易的世界。而在量子世界中,,就是坐標與動量是不對易的,因而導致坐標與動量之間有不確定關係。
(20)[德]海森堡:《量子論的物理原理》,第16頁。
(21)張永德:《量子力學》,北京:科學出版社,2002年,第30頁。
(22)吳國林:《波函數的實在性分析》,《哲學研究》2012年第7期。
(23)A.Einstein,B.Podolsky and N.Rosen,CanQuantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?Phys.Rev.,vol.47,1935,pp.777-780.
(24)M.Berta,M.Christandl,R.Colbeck,et al.,The UncertaintyPrinciple in the Presence of Quantum Memory,Nat.Phys.,vol.6,2010,pp.659-662.
(25)具體表達式為:,其中H(RB)和H(SB)是條件馮·諾依曼熵,表示在B所存儲的信息輔助下,分別測量兩個力學量R和S所得到的結果的不確定度。H(AB)是A與B之間的條件馮·諾依曼熵,c是R和S的本徵態的重疊量。顯見,新的不確定關係比舊的不確定關係要複雜得多。
(26)Li C.F,Xu J.S,Xu X.Y.et al.,ExperimentalInvestigation of the Entanglement Assisted Entropic UncertaintyPrinciple,Nat.Phys.,vol.7,2011,pp.752-756.
(27)吳國林:《量子技術哲學》,廣州:華南理工大學出版社,2016年,第286頁。
(28)R.A.Healey,The Philosophy of QuantumMechanics:Interactive Interpretation,Cambridge:Cambridge UniversityPress,1989,p.5.
(29)這五種量子力學詮釋的基本內容,參見吳國林:《量子技術哲學》,第197-203頁。
(30)趙國求、李康、吳國林:《量子力學曲率詮釋論綱》,《武漢理工大學學報(社會科學版)》2013年第1期。該模型也受到了美國波士頓大學哲學系曹天予教授的積極評價。
(31)[德]伽達默爾:《真理與方法》(修訂譯本),洪漢鼎譯,北京:商務印書館,2007年,第403頁。
(32)P.E.Vermaas,Technology and the Conditions onInterpretation of Quantum Mechanics,The British Journal for the Philosophy ofScience,vol.56,2005,p.636.
(33)P.E.Vermaas,Technology and the Conditions onInterpretation of Quantum Mechanics,The British Journal for the Philosophy ofScience,vol.56,2005,p.653.
(34)吳國林:《量子技術的哲學意蘊》,《哲學動態》2013年第8期。
(35)M.Born,Zur Quantenmechanik der ,Z.Physik,vol.37,1926,pp.863-867.
(36)[法]安托萬-孔帕尼翁:《理論的幽靈——文學與常識》,吳泓緲等譯,南京:南京大學出版社,2011年,第136、141-142頁。
(37)Paul de Man,Blandness and Insight,University ofMinnesota Press,1983,p.vii.
(38)張江:《公共闡釋論綱》,《學術研究》2017年第6期。
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