玻恩与玻姆关于因果性、决定论思想观点异同之比较
2015/9/13 哲学园

     摘 要:1.M·玻恩的因果观:量子世界是因果与机遇联合支配的;量子粒子具有内禀不确定性,机遇律是终极自然律;几率、机遇的概念比因果更为基本。

     2.D·玻姆的量子势因果观:自然界根本不存在终级自然律,而且每一层次都突现独特的规律。因果性只是相对的必然性。偶然性总是出现在多种不同因素、可能趋势的交叉点上。量子势因果解释是因果决定性与概率统计的某种整合。它在物理上有清晰的直观模型;在哲学上有明确的本体论基础。

     关键词:玻恩;几率;非完全决定论;玻姆;量子势因果解释;绝对机遇

     一 量子力学的几率本性与玻恩的概率决定论

     众所周知,量子力学的正统解释,也就是所谓“哥本哈根解释”,它代表玻尔、海森伯、玻恩、冯·诺依曼等核心人物的共同观点。通常认为,海森伯的“不确定原理”、玻尔的“互补原理”和玻恩的“几率解释”构成了它的三大支撑点。笔者认为,更加细致的分析,则要求把其中的哲学成分与科学成分分离开来,关洪先生支持这一观点。坂田昌一早就指出,必须把物理学家对物理学所做的解释与物理学理论本身严格区别开来。实际上,是用“单个粒子具有天生不确定性”的理念来解读海森伯、玻恩的科学发现,才导致所谓“哥本哈根解释”。海森伯、玻恩所得到的科学发现未必要求“哥本哈根解释”那样的强论断。在“哥本哈根”圈子里,单就因果性、决定论问题而言,玻恩的观点最为鲜明和最有代表性。在科普作品里玻恩的观点甚至被形象化为:“上帝掷骰子”!

     通常认为,量子物理学是“非完全决定论”的主要科学基础之一。与量子力学相应的概率决定论则是“非完全决定论”中比较有特色的表现形式之一。

     在现代科学家中第一个对“非-完全决定论”(under-determinism,或者翻译为不充分决定论,它在习惯上的替换词是in-determinism,即非决定论,其实是不甚恰当的)有十分清醒的认识的是哥廷根学派的马克斯·玻恩(按照广义的说法,他也属于哥本哈根观点),其实这一点是很自然的。因为玻恩是量子力学矩阵形式的奠基者之一,他因首创波函数的几率解释(1926)而获得诺贝尔奖金(1954),这表明他对于量子力学的几率本性是有特别深刻的认识的。玻恩在《现代物理学在哲学方面的状况》一文中说得好:“量子定律的发现宣告了严格决定论的结束,而这种决定论在经典时期是不可避免的。这个结果本身具有巨大的哲学意义。”[1]58 唯有该文明确采用“严格决定论”的说法,不过在大多数情况下,他简称为“决定论”。

     玻恩对于科学哲学的最重要贡献,就在于他一生不知疲倦地宣传(并且终于使得人们逐渐理解)量子力学的几率本性即非完全决定论性质,在于他一贯反对按照经典意义的严格决定论将因果必然性绝对化,同时还肯定了偶然性的客观性质和随机规律的真实性。他的物理学哲学观点对于人类认识和人类思维方式的转变产生了根本性的影响。

     玻恩借助于量子理论而发现的概率决定论或非严格决定论观点,可以概括如下要点:(1)a.量子理论突破了严格决定论的模式,本质上是统计性的。这可称为“弱论题”;b.进一步说(玻恩和玻尔、海森伯等人所坚持的是),单个量子过程具有内禀的几率性和非决定性。那可称为“强论题”。(2)物理世界同时受到因果性和机遇性两方面的支配(“弱论题”);并且机遇律是终极律,然而即使机遇也还是有规则的(“强论题”)。(3)传统因果观把因果性与严格决定论混同起来是错误的,应当强调真正的因果性(即事物状态之间无时间限制的依赖关系)是对于一切科学都普遍有效的,而严格决定论的适用范围却很有限。(4)应当提倡人类认识模式的革命:从前严格决定论观点是人类认识自然的根本模式,概率统计观点只是权宜之计;现在则要颠倒过来,机遇律是终极规律,机遇、几率甚至比因果性观念更为根本,可以在机遇规律基础上对于传统因果性规律以为对自己有利的“证据”重新给出合理解释(“特强论题”!)。

     玻恩的这些论点可以进一步具体展开如下:

     (1)关于量子论的概率统计性质即所谓非决定论性质。前面提到过,玻恩特别强调“量子定律宣告了严格决定论的结束”。他说:“量子理论……它没有决定论(按:在同一页又用严格决定论一词)的偏见,彻头彻尾是统计的”。[2]114 “这个理论一般不能预言所有物理量的确定数值,而只能预言它们的几率值,在相同的和可控制的条件下进行同一实验时,其结果可以是发现量A有若干次为a1,又有若干次为a2等等。并且发现B同样有b1,b2等等。但是重复测量所得之平均值必定是可以预言的”。[2]98“量子力学乃是力学和统计学的一种奇特溶合物”。[1]15 “量子力学的进一步发展越来越明显地表现出它的统计特色”[1]23,“机遇是支配物理世界的终极定律”[2]106。

     通常人们对于量子力学的统计学性质并不觉得奇怪,因为经典统计力学也是统计性的。倒是有些人对于量子统计与经典统计到底有什么不同,基于经典统计的“统计决定论”又有什么不同却感到困惑不解。

     现在人们越来越深刻地认识到量子概率与经典概率的本质区别。其实,双缝干涉实验已经突现了量子概率的特殊性,因为双缝干涉图样决不是两个单缝图样的简单重叠。量子力学的状态叠加原理实质上是针对“概率幅”的,不是经典方法所熟悉的概率直接相加。

     按照哥本哈根的观点,即“强论断”观点的理解,这里存在一个实质性的区别:量子统计中,单个粒子和基元过程本身具有内禀的、先天的、固有的不确定性,然而在经典统计中单个过程却是符合严格决定论的,总体的不确定性只是人类知识的局限性、信息的不完全性所造成的,不是基元过程本身的问题。如果不明白这一点,也就不能理解为什么“概率决定论”要比“统计决定论”更为深刻。前者与后者决不是一回事,用同一个名称是不恰当的。

     玻恩在措词上常常把“严格决定论”简单地称为“决定论”,而把“非严格决定论”(其实也就是我们常说的“非完全决定论”或者“不充分决定论”)简单地称为“非-决定论”(in- determinism),当然在特定的语境中这本来应当是很清楚的、不言而喻的。有时候玻恩也把传统的因果律直接称为因果律。正是由于这个缘故,引起了一些不必要的误解和麻烦。人们往往错误地以为玻恩从根本上不承认物理世界的因果性,不承认严格自然规律的存在。其实,事实并非如此。请看玻恩自己的回答吧。

     玻恩在《论物理学理论的意义》一文中说:“必须牺牲的是决定论(按:指严格决定论)的观念,但这并不意味着严格的自然规律不再存在”。[1]45而在《非决定论的物理学》一文中又说:“如果适当地理解因果律的话,那么这里并没有取消因果性,而只是取消了对它的传统解释,也就是取消了把它和决定论等同起来的看法”[2] 106,“在我的定义中,因果性是假定一种物理状况依赖于另一种物理状况,因果的探索就意味着去发现这种依赖关系。这在量子物理学中仍然是对的”[2]106。

     (2)关于自然规律同时受到因果与机遇两方面的支配。玻恩说:“的确,因果是表示事件关系之中一种必然性的观念而机遇则恰恰相反地意味着完全不确定性。自然界似乎也和人事一样,同样受到必然性和偶然性两方面的支配”。[2]7他认为,应当“允许机遇参与精确科学的领域”。[2]9 “自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配”。[2]9玻恩特别指出:在量子力学中“我们到达一个似乎矛盾的局面:可观测的事件遵从机遇律,而这些事件本身的几率在传播时所遵循的规律,就其全部特色来看都是因果的规律”[2]107,玻恩进一步分析了偶然性或机遇本身的规律性。他说:“即使偶然性也不是完全任意的,因为存在着一些机遇律,它们是数学上的概率论表述出来的”[2]7,“我们至多只能说是‘有规则的偶然性’,我们必须假定机遇律的存在,这些定律假设,自然界或人类活动是有规律的”。[2]9

     论点(3)和(4),关于机遇比因果性更为根本,非完全决定论必将替代严格决定论。玻恩说:“在因果性的场合,同样也有一个更普遍的概念,那就是几率的概念,必然性是几率的特殊情况”[1]59),“今天,这些观念(按:指因果性与机遇)的次序颠倒了过来:机遇变成了原始的观念,力学是它定量规律的表示,而因果性及其全部属性在日常经验领域里的压倒多数的证据,都可以从大数统计律中得到满意的说明”。[2]125 “终极定律都是统计的,宏观方程的决定论形式仅仅是对某些平均值才成立。”[2]125概括地说,玻恩认为机遇、几率的观念比因果性、严格决定论更为基本的初始概念,宏观物理世界之所以出现合乎严格决定论或者传统意义的因果关系的表观现象,就因为它可以归结为机遇规律基础上的统计平均效应。玻恩还引用并转述著名奥地利统计学家冯.米泽斯在《概率、统计学和真理》一书中所表明的观点:“即使在经典力学里,决定论也是虚构的,没有什么实际内容的:这就是说,实际上,不管力学如何,有一个原则却是处处可以成立的,那就是,一切统计方法的基础都在于原因小而结果大”。[1]43最后一句话是对非严格决定论原则的最简练的概括。玻恩还借助于爱因斯坦的布朗运动理论有力地证明,宏观可观测性的精确程度也有自然极限,即使经典物理学也是非严格决定论的。[2]68顺便说一句,玻恩认为,“上帝不掷馓子”的观念只是一种不切实际的幻想。

     二 戴维·玻姆的因果观:量子势因果解释的解读

     受张桂权的《玻姆自然哲学导论》[3]等著作和 洪定国先生的《戴维·玻姆的科学思想与方法》等论著的影响,我们在武汉的量子哲学学术圈通过多次讨论与争论[4],加快了理解玻姆的深刻物理学哲学思想的进程,笔者尤其喜欢从辩证法角度去重新解读它。如果要选择对我们最有吸引力的观点,就可以举例说:(1)玻姆实际上是一个反还原论者,因为即使亚量子层次也并不是终极的;恰恰相反,他认为根本不存在终级自然律,而且每一层次都突现独特的规律。玻姆在《现代物理学中的因果性与机遇》中强调指出,“自然界质的无穷性”观念在量子物理学起着指导作用。它提供了一个框架,自然过程的因果与机遇的观点都可以纳入这个框架,都可以整合进去。[5] 163-166可是有一种流传很广的误解却认为,玻姆是一个还原论者,说是他企图将量子层次的机遇律还原到亚量子层次的严格决定论。(2)在笔者看来,关于偶然与必然的辩证关系,D·玻姆的理解比M·玻恩又进了一大步。因为他认为,由于物理世界相互作用的复杂性,偶然性总是出现在多种不同因素、可能趋势的交叉点上,而其中每一分支都是一条因果链等等。(3)在玻姆的“量子势因果解释”中,由量子势所体现的全域整体性,是物理本体论意义上的整体性。因此,D·玻姆的整体论比N·玻尔关于测量仪器与被测对象不可分的唯象整体论更为深刻。

     下面我们更加详细地来评述玻姆的因果观。由于玻姆的科学思想与哲学思想紧密相连,相互渗透难以截然分割,因此划分只能是相对的。

     首先,从物理内容上讲。1952年,玻姆在名为《建议用隐参量解释量子理论》(上,下)的论文中推出了后来以“量子势因果解释”的名义载入史册的新解释。其中,上篇针对单粒子系统,下篇推广到多粒子系统。玻姆提出,除了经典势之外,还应当有量子势。量子粒子的运动由量子势掌控,而量子势由波动方程所决定。玻姆的“量子势因果解释”,勾勒了关于新型量子场和粒子之间关系的清晰的本体论图像。量子场是整体全息相关的,量子势是不随距离而衰减的,它的波函数的“形式”(= 结构特征)才是根本的,因为它携带着能够对量子场全局起控制作用的“主动信息”量,这样EPR“远程关联”现象也就可以得到合理解释。量子场、量子势 = 粒子的引导条件,量子场和粒子仍然是因果性的。与此密切相关,玻姆的“本体论式的整体论”比玻尔的现象整体论更加基本,因为它具有可以直观理解的形象模型和可操作、可运作的具体的因果作用机制。它的优点是,能够在附加“亚结构”之后提供单个现象模型,所受到的批评是这样所花费的代价就太大。

     接着,从哲学上说,玻姆的因果观比较集中地体现在他的专著《现代物理学中的因果性与机遇》(1957,1984新版)之中。从根本观点上看,他认为决定论与统计的机遇律=自然规律单一结构的两个侧面。从哲学视角看,玻姆的量子势模型表现了所有基本要素(场和粒子)的独立实在性及其行为的完全因果决定性。由于他的因果性观点是与量子整体论观点相互牵连的。他的新整体观是:按照量子概念,世界是作为一个统一的、不可分割的整体存在的。即便每个部分的内在性质(粒子或波),也依赖于场境。相比之下,玻尔的“现象整体论”是主张,量子整体性= 量子现象的不可简约性和不可分析性;玻姆的具有本体论意味的整体论则是主张,量子整体性= 不可分割但可分析的整体性。

     玻姆对“正统观点”(玻姆并不承认其“正统”地位,宁愿称它为“通常观点”)的主要怀疑是:1.现象主义的不可进一步分析性,不可追究次量子层次;2.非决定论观点被终极化。玻姆非常不喜欢正统派的机遇观:a.几率= 终极性的、第一性的。b.几率解释= 最后的、不可逾越的解释。c.微观事件中,存在没有来源的、基本的无规性,即“绝对机遇”和“绝对涨落”。

     在讨论“因果性与机遇的最一般概念”时,玻姆很有见地的,采取比较温和的方式(有别于“正统派”的激进方式)肯定了本体论意义的偶然性,而认为因果性=相对的必然性。重要的是,玻姆按照自己特有的方式论述了因果性的精细结构和偶然-必然的辩证法。他提出:(1)因果性只是相对的必然性,这种必然性是有条件的、非绝对的;(2)因果律=理性思维固有的本性;(3)抽去条件、完全摆脱偶然而确定因果性=不切实际的空想。

     玻姆在《现代物理学中的因果性与机遇》的第一章“自然律中的因果性与机遇”中就提出了事物的“来龙去脉原理”:“任何事物都有来龙,由其他事物演变而来,也有去脉,它又引起其他事物”[5]7。因果律= 前后事物之间的必然联系[5] 8。玻姆说法的特点在于,因果性是必然性的特殊形式,即只是相对的必然性。

     依笔者之见,玻姆对“因果性与机遇的辩证法”已经有比其他学者更为深入细致的探讨。我们可以从中提炼出如下几个要点:(1)不能完全脱离条件、偶然性来讨论因果律;(2)偶然性出现在多种不同因素、性质、可能趋势的交叉点上。事件的结果=杂多原因的复合产物。(3)完全脱离偶然性来定义因果律,只是不切实际的幻想。当然,暂时性的抽象是可以允许的[5]8-9,29。(4)尽管在复杂性相互作用下,事件的结果=多种原因的合力,但是仍然可以把握其近似真理。(5)关于机遇、几率、统计律问题[5]29。玻姆认为,偶然性=讨论范围之外的各种可能性,唯有忽视联系才能凸显偶然性[5]29。(6)他还认为,机遇偶然性或者因果必然性,这两极都只是近似概念,都是对真实过程的单方面抽象、局部近似的描述(忽略掉与对立方面的联系)。其实,这两个侧面双方互相制约、校正。[5]29,38-39

     在玻姆的书中,随时都有涉及“机遇偶然性”的独特性质的精彩描述和概括。例如1.在量子世界,无规性是不可避免的。然而,他认为“没有缘由的无规性”只是一定层次上的表现,不应当是终极性的“绝对机遇”。2.机遇涨落的本质特征在于“各态历经”性质(统计物理学里相应地有一个“各态历经”假说),意思是:对于数量足够大的集合,只要时间足够长,在演变过程中,多种可能世界都将会呈现,“事件或客体之每一个可能的组合”都会一一展示出来[5] 33;3.最终,不可逆转的特殊组合必将出现=机遇的结束;4.机遇意味着创造性、活力与多样性的源泉;5.关于机遇的规律性,概率论=研究机遇律专门的数学工具,诚如微分方程论=研究因果律的数学工具[5]34。附带说,关于概率的本质,玻姆愿意相信客观解释(频率说),不喜欢主观解释。这很可能与他的科学实在论的哲学立场有一定联系。

     玻姆在批判机械论哲学时指出,机械论(还原论)之根本特点在于将复杂多样性还原为关于极少数基本实体的终极作用定律。[5]48,58

     玻姆认为,自然界存在着无穷个层级,他强调各个层级的独立性,每一个层次都有独特的规律,这是一种反还原论的观点。他说:“每级的行为都具有典型的相对独立性,以及存在有一系列作为该级特征的特性、定律和关系。”[5]63玻姆批评还原论者对终极定律的追求。他指出,机械论哲学的还原论立场认为:一系列不同层级的定律无非是绝对的、最后的“终极定律”的近似的、不完全的表现形式。[5]69-70关于不可能存在终极定律,玻姆说:“没有任何已知定律能够最后完成机械论的目标”。[5]72终极定律=机械论的不切实际的幻想。这就使得我们联想起,列宁也曾经说过,电子和原子一样是不可穷尽的……。也否定终极性。

     应当说,从总体上看,戴维·玻姆的量子势因果解释=最彻底的因果性解释的一种表现。从物理上说,它提供清晰形象的直观模型;从哲学上说,它与其他多种解释相比,都更有明确的物理本体论基础。我赞成张桂权的说法,量子势因果解释是把因果决定性与概率统计辩证地结合了起来。玻姆认为,粒子的似波性可以用因果性解释,它应当归结为量子势的复杂效应。量子势作用于粒子,使粒子运动产生偏斜,形成衍射或干涉图样。[3]110我们补充说,不同的量子势(例如双缝同时打开时的量子势,就不同于两个单缝轮流打开时的量子势的布局),将会给出不同的偏斜几率,形成不同的图样。进一步说,量子势解释既是因果性的,又是“全息论的”或“全域讯息”的。以量子场为本体,量子势通过“活动讯息”掌控全局:客观的量子场中的量子势,提供“活动讯息”,引导粒子的运动。这种讯息存在于量子场等物质的基础层次以及其他层次。[3]110然而,我们仍然要对玻姆的看法提出某些批评意见。戴维·玻姆主张,必然的因果关系与机遇偶然性应当结合起来,因果性定律与机遇性定律共同决定事物的实际发展;而马克斯·玻恩则肯定“量子世界是由因果与机遇联合支配的”。粗看起来,两者的因果性观点至少在这方面几乎是高度保持一致的。那么,他们的实质性分歧究竟在哪里?造成一般读者理解上发生困难的症结究竟在哪里?问题的难点和重点究竟在哪里?究竟在什么地方,戴维·玻姆把水搅混了?这就是笔者现在所要澄清的关键性问题。

     笔者不能同意戴维·玻姆对马克斯·玻恩(Born)过火的批评。据说玻恩在批评严格决定论的同时,却走向了另一个极端,以机遇律为终极律。马克斯·玻恩确实“以机遇律为终极律”,问题在于这算不算“走极端”?!是否因此变成了“纯几率派”?!戴维·玻姆对“机遇律是终极规律,机遇、几率甚至比因果性观念更为根本”的观点表示强烈的不满,认为这样子“宇宙就变成超大的赌博轮盘”了!变成了“绝对机遇论”。问题在于,什么是“绝对机遇论”?一方面,玻姆所做的界定是:“绝对机遇”=“代表了世界的细致行为中的一种基本的、不可归结为别的事物的任意性和无规律性”[5]75,103。简单地说,“绝对机遇”就是没有缘由的、基本的、没法抵消的终极无规性,而“普通的无规涨落”,虽然细节不可预测并且复杂无规则,但是从平均效应上说则趋向于相互抵消[5]30-31。另一方面,看起来玻姆还是说了公道话:玻恩在反严格决定论的时候,并不否认机遇有规则。尽管“正统派”观点反严格决定论,然而并不否定自然律,只是认为自然律可以通过几率形式来表述而已。既然如此,玻恩又有什么过错呢?又有什么可批评的呢?玻姆又能批评些什么呢?

     但是,问题仍然存在,混淆仍然存在:在一般人的常识中并没有将“绝对偶然论”的观点与“机遇律的观点”严格区分开来,相反很容易简单地混为一谈。这里所谓“绝对偶然论”,就是指这种认为“世界绝对无规律可言,一切都是偶然的,偶然性决定一切”的观点;而所谓“机遇律的观点”,则是认为,尽管机遇存在于宇宙的最基本的层次里,是根本性的,无法消除或不可还原的,然而机遇有规则,可以成为基本自然律,在数学上它还遵守概率论定律。相比之下,玻姆的“绝对机遇论”的说法,则是有些含糊其词的,因为它没有分清楚“没有缘由的基本无规性”背后到底可不可以存在“机遇律”?概率论还起不起作用?虽然玻姆没有明说这一点,但实际上他在批判自己的对手时,把那“机遇律”悄悄地釜底抽薪似的抽掉了。情况正是这样,玻姆在称正统派观点为“绝对机遇论”的同时,就不加说明地将“绝对机遇论”与“偶然性决定一切”的观点直接混同起来了。他在批评中,没有根据地预设玻恩认为“偶然性决定一切”,居然无视玻恩“机遇有规则”(遵守概率论)的承诺,这是明知故犯!这样做,既无助于澄清常识中的错误,反而对加深混淆起了推波助澜的作用。要知道,认为“几率律比决定性定律更基本”,只是在讨论“不同自然律的重要性程度”,绝不等同于主张“偶然性决定一切”并且“取消一切自然律”。

     按照同样道理,可以澄清其他同类的概念混淆。例如,玻姆在讨论“不确定原理”时同样存在着过火批评:他批评常规解释派,主张在微观领域一切都是不确定的,根本不存在什么因果关系,要完全“摒弃因果性”和“微观客体的客观实在性”等等[5]111。其实,从机遇律是终极自然律,推不出因果关系不存在。诚然,这种误解对玻尔、海森伯他们的带有成见的转述和解读所造成。所谓“因果性概念在量子领域完全失效”,仅仅指的是相关“经典概念”的失效。类似地,所谓“客观实在”观念的失效,仅仅指的是相关“经典概念”的失效。尽管在一定语境中“经典”二字往往被省略掉。

     至于我们究竟应当像马克斯·玻恩那样“把因果律当作是机遇律的统计近似”,还是应当像戴维·玻姆那样“把几率定律当作因果律结果的统计近似”?[5]78,目前并没有直接的判决性实验可做,这还有待于以后更长时间的科学实践来裁定。

     【注释】

     [1][德] M·玻恩.我这一代的物理学[M].商务印书馆,1964.

     [2][德] M·玻恩.关于因果和机遇的自然哲学[M].侯德彭译,商务印书馆1964.

     [3]张桂权.玻姆自然哲学导论[M]. 台湾:中华发展基金管理委员会、洪叶文化事业有限公司,2002.

     [4]参看 桂起权. 我们的量子哲学共同体[J]. 长春:吉林师范大学学报,2004(6).

     [5]玻姆.现代物理学中的因果性与机遇[M]. 秦克诚、洪定国译,北京:商务印书馆1965.

    http://www.duyihua.cn
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