量子力学否认了认识的客体性原则吗



摘自
陈春生-“测不准原理”的认识论思想初探

1927年3月,海森堡在题为《关于量子论的运动学和力学的直觉内容》一文中,根据量子理论和在使用波函数【1】概念基础上进行的严格推导,提出了著名的“测不准原理”。


这个原理表明,当我们决定粒子沿一定方向的位置愈准确,则同时决定粒子沿这一方向的动量就愈不准确;反之亦然。也就是说,微观客体的动量和座标(位置)之间存在着一种不确定关系

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:06:00 +0800 CST  
由于波动性和粒子性是微观客体的本质属性,所以,它们之间的既对立(两种根本不同的属性,在性质上是不相容的),又统一(它们是微观客体自身的属性,普朗克常数h把它们联系了起来)的关系,也就构成了微观结构中的内在矛盾。这个矛盾既是微观客体存在的原因,又表现出微观现象的特殊性。“测不准原理”本质上正是这种矛盾的结果。以微观实验为例,我们通常是用狭缝来确定粒子的位置座标的。当粒子以一定的速度(动量)通过这个狭缝时,由于粒子的波动性,在狭缝附近就产生一种衍射现象,使粒子的速度方向有所改变,这时粒子的动量就是不确定的。狭缝越窄,衍射角就越大,虽然确定粒子的位置越准确,但粒子的动量却越不能准确确定;反之,狭缝越宽,虽然粒子的动量越准确,但粒子的位置却越不准确。这里,我们不可避免地遇到了波粒二象性的矛盾,它决定着微观客体不能同时具有完全确定的位置和动量。


微观过程存在着不确定性关系,这就是“测不准原理”对微观现象的本质规定。而这种不确定性来自于一个基本的事实,即玻尔和海森堡等人在各种场合所强调的:“客体和测量仪器之间的相互作用,构成了量子现象中一个不可分割的部分”。这个事实表明,我们在与之打交道的微观领域中,已经通过“客体和测量仪器之间的相互作用”,将主体的某种活动和作用引入到客体之中,从而为微观现象赋予了一种强烈的实践性质。在这个意义上,我们可以说,主体和客体已在相互作用中,结合为一个有机联系的整体系统。正是这个主客体相互作用的整体系统,构成了微观客体的特殊存在方式。

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:06:00 +0800 CST  
需要指出,这里所说的主体作用,并不是指纯粹的思想和意识活动。思想和意识活动虽然也是主体自身的属性,但它只有通过物质的活动,或者说它只有外化为物质的东西,才能和客体发生相互作用,并在这种相互作用中显示出自己活动的痕迹。事物、客体是在我们的意识之外和不依赖于我们的意识而存在的,它们处在相互作用和运动之中。我们正是通过这种相互作用来认识物体的。然而,我们之所以能够认识,是因为人本身作为物质的生物,或者通过人自己创造的物质手段,积极地参与了这种相互作用,并通过对自然过程的干涉,在其中造成了深刻的变化,将自己的作用印记在自然界物体上。这就是我们所说的主客体相互作用的真正含义,它是在实践活动中发生的,同时也构成了人类认识过程的基础。


“客体和测量仪器的相互作用”正是揭示了认识微观现象的这种实践基础和性质。例如,我们要观察一个原子的内部结构,就必须使用波长极短的光波(因为只有当物体大于用来观察它们的波长时才能看到它们),而这样的光波具有很高的频率,因而具有很大的能量子,它所产生的反作用也就同时破坏了原子客体的量子态的微妙个性【2】。事实上,当光的波长同原子中的电子轨道一样小时, 其光量子的能量已远远超过了从原子中扯出这个电子所需的能量。所以,光射中电子时,所以,光射中电子时,就把电子打出轨道之外,从而也就改变了我们所考察对象的原有特征。这样,观察的对象(微观客体)就在观察过程中被改造过了。在这里我们看到,主体通过测量仪器和客体在相互作用中产生的动量交换和能量交换【3】,就以必然的、明显的物化方式出现在微观过程中,成为微观现象的一个必不可少的因素,而主观见之于客观的实践活动,也就以“客体和测量仪器的相互作用”形式发生于微观过程。


当然,这里并没有否定微观现象的客观实在性。因为:(1)测量仪器本身就是客观的实在要素;(2)观察过程中的这种相互作用也是一种量子现象,是微观客体二象性的自然结果;(3)由此引起的量子状态的改变,只不过是从一种状态变为另一种状态,量子过程依然是客观的。正是这种客观性决定着观察仪器和客体之间相互作用的机制。事实上,“测不准原理”也并没有为微观客体的实在性加上任何限制,因为不确定性不等于不真实存在。它只是揭示了认识微观现象的复杂性——主体(通过仪器等物质手段)和客体之间存在着相互制约、相互作用的对立统一关系;并在微观实践中,将主体的作用明显化和对象化了。

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:07:00 +0800 CST  
1、人类的认识是一个逐步向客观真理逼近的过程,这个过程是一个无限发展的系列。就认识的至上性而言,人类终究可以完成这个逼近过程。恩格斯早就指出:人的思维“按它的本性、使命、可能和历史的终极目的来说,是至上的和无限的。”(《反杜林论》,第84页)但是,人类的认识在这个过程中的任何一个阶段上,都只是对客观世界的近似正确的反映,即使是最新的科学理论,也不过是在这个逼近过程中增加了一个新的环节而已。所以恩格斯又指出,思维“按它的个别实现和某一时刻的现实来说,又是不至上的和有限的”(同上)。就认识的非至上性而言,我们仍然没有穷尽一切真理;或者说自然界仍有未被我们认识到的东西和方面。牛顿力学,在宏观领域可谓完美,但一进入微观,却要靠量子力学来代替;而量子力学和“测不准原理”可以说是本世纪研究微观现象最成功的理论,然而它仍然不能解释许多新的现象,即使在微观领域它也没有包括无余,对于那些特硬坚果如基本粒子的构造和它们的相互作用,表现的就不那么有力。自然界正是因为存在着我们不知道的东西和未被认识的方面,我们的认识才能够不断发展。“测不准原理”正是通过对我们宏观认识能力的局限性的揭露,为人类开辟了认识发展的新途径,使我们的认识伸向了更为复杂的微观领域。


2、人类认识的目的就在于将我们尚不知道的东西转化为我们认识和改造的对象,即通过实践活动实现由“自在客体”向“实践客体”的转化。在这个过程中,人们并没有被测不准关系束缚住手脚;相反却可以利用它来扩大自己的“信息”来源,以促进人类知识的发展。以可见光照明物体采说,反映光的粒子性的“几何光学”性质,是变革的手段,而反映光的波动性的“物理光学”性质,又是使成象模糊的干扰因素。这样,变革和干扰便构成了微观认识过程的主要矛盾。变革和干扰又是可以互相转化的,为了减少衍射,必须缩短波长,这就又增加了光的粒子性,加速了变革的进程。测不准原理恰恰是这一矛盾的表现。而我们正是通过这种变革和干扰的辩证转化,来逐步达到对微观客体真实面目的认识的。变革和干扰的矛盾反映了我们对微观认识过程的复杂性,而不是阻碍了我们的认识。

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:08:00 +0800 CST  
3、虽然我们的表象不能把握微观客体的运动规律,但我们的思维却是能够把握的。正如列宁指出的,“表象不能把握整个运动、例如它不能把握秒速为30万公里的运动,而思维则能够把握而且应当把握。”“一切科学的(正确的、郑重的、不是荒唐的)抽象,都更深刻、更正确、更完全的反映着自然。”(列宁:《哲学笔记》,人民出版社1974年版,第246, 181页)人具有抽象思维的能力,正表明了人类认识能力的无限性。当然,古典物理学使用直观概念描述自然物体时具有重要意义(比如精确性和可靠性)、但却不能把它绝对化。量子力学的一特点正在于它通过测不准原理对宏观语言的限制,特别强调了抽象思维的重要性。人们不能用反映宏观世界的古典物理学概念和日常生活语言,来确切地描述微观客体以及它和宏观仪器的相互作用,而是必须借助于更加抽象的数学语言—几率函数(或希尔伯特空间中的矢量)。几率函数并不描述微观客体在现实时空中的实际状况,它只是预言微观客体在与宏观仪器相互作用时将会呈现的那些实际状况的几率和可能性。


4、人类认识向客观真理的逼近过程,总是通过一定的概念和理论来实现的。所以,人类认识的发展必然同时也是一场新旧理论的更替运动,或者说是一个概念和理论的不断完善化过程。在二十世纪以前,占据物理学统治地位的是牛顿力学体系,它极其成功地描述了宏观领域各式各样现象的特征。然而,意料不到的波粒二象性却表明,牛顿理论的概念是不够用的,它显然缺乏原子尺度内的某些本质特征。这就导致了新理论的产生——量子力学以它的崭新形式登上了物理学的舞台。或者在微观领域使用经典概念和数量,但必须考虑海森堡原理的限制;或者是代之以更加符合微观世界不寻常特性的新概念和数量,虽然这是一个艰苦漫长的过程,但也正是一个必然的趋势。然而,不管采取哪一种形式,我们对自然界的认识却是随着概念和理论的更替进一步深化了。

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:08:00 +0800 CST  
■认识过程中的不确定性原则


海森堡当初提出“测不准原理”,是为了给宏观认识能力规定一个限度,但这种规定却展现了认识过程的复杂性和层次性,深化了人类的认识。而且,海森堡不曾想到,在他的原理中,也包含着一种新的方法论原则,这就是对微观认识过程的不确定性原则。这个原则由于人类认识的日益深化和复杂化,正越来越显示出其重要性。


对微观认识的不确定性原则,是由微观现象的复杂性质决定的。“测不准原理”表明:微观客体并不象宏观客体那样,通过一些表观和确定的量就可以表示其存在;波粒二象性的矛盾,使得它只能通过一些正则共扼变量来确定自身的存在,这些正则共扼变量是统计律的不确定性特点造成的。.当然,微观粒子是客观的,这是确定无疑的;但粒子在空间某一点上的出现,只能以几率的形式表现出来。几率存在就表明了微观客体存在的不确定性的特殊形式,它反映了微观现象的复杂性。


“测不准原理”既然已经显示了微观过程存在着某种不确定性关系,那么,我们就不应当再象伽利略准则在宏观领域那样,以确定的量为根据,来说明微观现象的性质,而应当从种不确定性的事实出发,继续深入探索微观过程的本质,在更深的层次上揭示微观客体的结构和规律,从而逐步究其真实面目,建立能够正确反映微观领域运动的更高理论。也只有这样,我们才能够认识微观现象的特殊性。


事实上,在特定领域和某种意义上,这种不确定性概念比确定性概念更加符合自然界的本来面目。量子力学采用统计数学的形式,不是比采用传统的精确数学更能反映微观世界的运动规律吗?玻恩对波函数的统计解释不是使量子力学更加符合微观实验的事实吗?而且,不确定性在实质上仍然是确定的,它只不过是确定性的一种特殊形式而已。数学的发展也证明了这一点,从传统的精确数学到统计数学,再到模糊数学,不是人类对自然界的认识更遥远了,而是更加接近了自然界的真实面目。从确切反映自然界这个意义上说,它又是更加确定了。

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:08:00 +0800 CST  
实际上,我们通常所说的确定性、精确性的含义,只是一种理想化和抽象化的形式,是人类在向客观真理逼近过程中的一种近似正确的反映。这种确定性和精确性之所以能够满定我们对宏观现象的分析,是因为宏观物体的作用量足够大,以致于由作用量子和观测过程中所引起的那些不确定因素,可以略去不计或已在自身中得到补偿。但是,在微观现象中,由于存在着“测不准关系”,这种不确定性却成为不可忽略的因素。比如轨道概念,在宏观客体身上,它是可以被确定无疑了;但对于微观客体来说,由于动量和位置不能被同时精确地确定,它就不可能再具有确定的轨道运动,而是要用波困数来描述粒子状态,仅给出发现粒子的几率。这样,在宏观领域可以精确确定的东西,到了微观领域中,却在“测不准原理”的限制下,成为不能精确确定的东西。精确的反而不精确,不精确的反而精确,它反映了认识发展过程的辩证性质。


微观现象的特殊性就这样向微观认识理论提出了新的要求。我们不应再机械地固守传统理论中的确定性原则了,而应当重新考虑不确定性原则在认识过程中的作用。


从认识过程中的确定性原则到不确定性原则的发展,既表现了认识过程向复杂性的跃迁,也反映了人类理性思维的发展。不确定性相对于确定性而言,是更加抽象化了;但正是这种抽象性和不确定性,构成了微观理论的特征,使我们的认识比之确定性的表象更加接近于客观真理了。

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:09:00 +0800 CST  
注释略

楼主 马哲吧策划组  发布于 2017-04-13 17:09:00 +0800 CST  

楼主:马哲吧策划组

字数:4817

发表时间:2017-04-14 01:06:00 +0800 CST

更新时间:2020-11-21 17:08:32 +0800 CST

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