量子力学中哲学观点的一点探讨

舒崧

【摘要】本文主要探讨了量子力学诞生与发展当中一些重要的哲学观点，具体体现在人们对微观世界的不确定性，非定域性和实在性的不同认识上，从而说明了量子力学的发展正在深刻地影响和改变着人类对于这个自然界本性的认识。而这些讨论有助于开阔学生的思路，激发学生的独立思考。

【关键词】量子力学 哲学观点 不确定性 非定域性

【基金项目】湖北大学量子力学精品资源共享课程项目030-013663资助

【中图分类号】N02；O413.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）22-0037-02

量子力学中包含着对这个自然界很深层面认识上的哲学观点，而且量子力学自诞生以来就一直存在着哲学观点上的冲突以及与之相关的争论。然而，在量子力学教学中很少触及到这些问题，由于量子力学的理论体系在承认一些基本假设基础上有一套系统而自洽的数学形式体系是大家所公认的，所以通常教学中是讲这一套数学形式体系的内容。曾经在国外量子力学的主流圈子里有这样一句半开玩笑的话就是“闭嘴，好好算”。对于学生来讲好像只要掌握量子力学的数学计算就足够了，但其实这是远远不够的。量子力学发展到现在已经对人类社会带来了深刻的改变，现在很多高技术产品中都包含着量子力学的身影，如电脑，手机中央处理器的制造技术，未来可能发展的量子通信和量子计算机，人工智能，等等。而更重要的是量子力学给人类带来的对自然界本性认识上的改变。对于物理专业的学生来讲，除了学习量子力学的数学推导外，还应该对量子力学的内在思想和某些哲学观点能够有所认识，这对于他们在今后深入思考物理前沿问题，做有独立创见的科学研究上是不无裨益的。所以本文想从以下几个方面来探讨一下量子力学中的一些哲学观点。

一、确定性和随机性

自然界中充满了确定性现象和随机性现象。按照牛顿的观点，如果给定系统的初始条件，根据相应的物理方程，就能准确预言系统以后任何时刻的状态。这是一种决定论的世界观。宏观世界的大部分系统都是遵从确定性原理的经典系统。当然也有一些系统看起来是随机的，这正是量子力学诞生之初，玻尔学派和爱因斯坦学派争论的焦点。而这也涉及到对自然界本性认识上的两种截然不同的哲学观点。爱因斯坦秉承了牛顿的决定论观点，他有句名言：“上帝不掷骰子”。他认为微观粒子的不确定性是由于大量粒子的统计性质造成的，每个粒子在某个时刻仍然有确定的物理状态。而玻尔认为单个粒子在给定时刻根本就没有确定的物理状态，粒子的一些力学量之间满足测不准关系，而这是微观粒子的本性。这实际上对牛顿的决定论世界观是一个很大的挑战。直观的来说，一个粒子同时可以既在这儿又在那儿，而且粒子从这儿到那儿甚至都不需要时间，也就是可以允许超距作用。在后来的量子力学发展中，人们逐步证实了微观粒子的这种离奇特性，在量子力学中也叫非定域性。

二、定域性和非定域性

在量子力学中，微观粒子具有波粒二像性，但这并不表示微观粒子是经典意义上的波或粒子，因为在经典情形下，无论粒子还是波都是定域的，也就是在给定时刻，经典粒子总有一个确定的位置，而经典的波在给定时刻在波所涉及的区域中各点的振动状态是确定的，这就是定域性。而经典情形的最本质特征就在于它的定域性，无论是牛顿的绝对时空观还是爱因斯坦的相对论时空观都是具有定域性的，所以都是经典情形。然而量子力学的显著特征在于它的非定域性。在理论上非定域性表现在描述单个粒子的波动是一种几率波，而这里的几率代表粒子在某个时刻在空间某个位置出现的一种可能性，这样粒子的存在形式就是非定域的，它同时可以处于很多位置。爱因斯坦根据量子力学的这种非定域性提出了著名的EPR佯谬，也就是两个粒子可以存在超越时间和空间的关联，无论这两个粒子相隔多么遥远，它们之间信号传递的过程是瞬时的，这乍看起来是荒谬的，但是在后来的量子力学实验中的确证实了存在这种几率性的超时空的关联，也就是后来所说的量子纠缠，现在它是量子通信技术的理论基础。而这正是由于微观粒子的非定域性带来的。所以我们所认识的自然界在微观上是非定域的。

三、客观实在性和参与实在性

如果微观世界是非定域的和不确定的，那么我们所认识的外在世界对人类来讲在根本上将是不可知的。在这一点上，薛定谔与以玻尔为代表的哥本哈根学派之间有着长期的争论。哥本哈根学派主张不可知论，认为在微观世界的物理实验中观测者已经把主观的因素引入了这个理论和实验过程中，观测结果依赖于观测方法，所以物理实验中所观测的实在并不是真正的客观实在，而是有了观测者参与后所呈现出来的实在，是一种参与性的实在，从这个意义上讲，他们认为人类永远不可能认识到物理观测现象背后的那个客观实在，而只承认存在参与性的物理实在，因而认为物理世界的本质是不可知的。而薛定谔认为微观客体的真实状态是可知的，在哲学上他坚持了古希腊哲学思想的观点，认为这个世界是可以被人类理解和认识的，进而认为主观和客观是一个东西，主张思维和存在，心和物的一元论。这些思想记载在薛定谔的书《我的世界观》和《心和物》中。而量子力学之父普朗克曾这样说过，我们必须假设，在这个力量的背后存在着一个意识和一个具有智能的心智，这个心智是所有物质的母体（Matrix）。从这些量子力学创始人的哲学观点中，我们可以看出量子力学中所蕴含的哲学问题迫使人们开始更加严肃和深入的思考物质世界与人类意识的关系。当然，到现在这些哲学观点的争论仍然在继续。

对量子力学中哲学观点的探讨有助于打开学生的思路，让学生体会到量子力学数学表象形式背后的哲学思想，认识到书本上的知识不是一成不变的，而是有思想有争论的，从而进一步认识到人类科学发展进程就是不断地追求真理，包括认识外在和内在世界，物质和精神世界的真理，永无止境，从中国古代哲学思想上来看就是求道，而量子力学的发展更加深化了这种认识进程，所以做科学研究要具有更加开阔的心态，本着求真、悟实的精神深入地思考自然、人类、宇宙中的科学与哲学问题，做有独立创见的科学研究工作。

参考文献：

[1]普朗克著，宋玉生等译.物理学论文与演讲集[M].科学出版社，1959.

[2]薛定谔著，范岱年，胡新和译.薛定谔讲演录[M].北京大学出版社，2007.

[3]喀兴林.高等量子力学[M].高等教育出版社，2001.

[4]曾谨言.量子力学教程（第三版）[M].科學出版社，2014.