論科學語言及量子力學的保守性

2022-10-09 16:06:01 字數 4515 閱讀 5178

一、 科學 、語言和思維在建立科學理論體系的過程中,往往需要以一系列巨量的、通常是至為複雜的實驗、歸納和演繹工作為基礎。而且人們一般相信科學知識就是在這個基礎上產生和累積起來的。但只要這種認識活動過程是為乙個協調一致的目標所固有,只要它真正屬於科學研究自我累進的程序,則不論其如何複雜,仍只是過程性的,而不從根本上規定科學的性質、程式,乃至結論。

這就使我們在考察複雜的科學認識活動時,可以抽取出高於具體手段的,基本上只屬於人類心智與外在世界相聯絡的東西,即科學語言,來作為認識的中介物。要說明科學語言何以能成為這樣的中介,需要先對科學的認識結構加以分析 。作為一種形式化理論的近現代科學,其目的是力圖摹寫客觀實在。

這種摹寫的認識論前提是乙個外在的、自為的客體和作為其思維對立面的內在的主體間的雙重存在。這一認識論前提在科學認識方面衍生出乙個更實用的前提,就是把客體看作是一種自在的「像」或者「結構」(包括動態結構,比如動力學所概括的各種關係和過程)。這一自在的實在具有由它的「自明性」所保證的嚴格規範性。

這種自明性只在涉及存在與意識的根本關係時才可能引起懷疑。而科學是以承認這種自明性為前提的。因此科學實際就是關於具有自明性的實在的思維重構。

它必須限於處理自在的實在,因為科學的嚴格規範性(主要表現為邏輯性)是由實在的自明性所保證的,任何超越實在的描述都會破壞這種描述的前提。這一點對稍後關於量子力學的討論非常重要。上述分析表明,科學的嚴格規範性並非如有唯理論傾向的觀點所認為的那樣,是來自思維,也並非如經驗論觀點所認為的來自具體手段對經驗表象的操作,也並不象當代某些科學哲學家所認為的純粹出於主體間的共同約定。

科學的最高規範是存在在客觀實在中的,是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規範為目標而去企及它。在科學認識活動中,不論是乙個思維過程還是乙個實驗過程,如果其中缺失了語言過程,那就什麼意義都不會有。

科學語言與人類思維形態固然有很大的關係,但是它們可能在乙個很高的層次上有著共同的根源。就認識的高度而言,思維形態作為人類的一種意識現象,對它進行本質的追究,至少目前還不能完全放在客觀實在的背景上。因此,在科學認識的層次上,思維形態完全可以被視為相對獨立的東西。

而科學語言則是明確地被置於實在自身這一背景之中的。這就使我們實際上可以把科學語言看作一種知識,它與系統的科學知識具有完全相同的確切性,即它首先是與實在自身相諧合,然後才以這種特殊性成為思維與物件之間的中介。這才能保證,既使科學語言所述說的科學是關於實在的確切圖景,又使思維活動具備與實在相聯絡的手段。

科學語言作為一種知識所具備的上述特殊性,使它成為客觀實在圖景構成的基本要素,或科學知識的「基元」。思維形態不能獨立地形成知識,但思維形態卻提供某種方式,使科學語言所包含的知識基元獲得某種特定的加成和組合,從而構成一種系統化的理論。這就是語言在認識中的中介作用。

由於任何事物都必須「觀念地」存乎人的意識中,才能為人的心智所把握,所以,在這個意義上,乙個認識過程就是乙個運用語言的過程。    二、數學語言數學語言常常幾乎就是科學語言的同義詞。但實際上,科學語言所指的範圍遠比數學語言的範圍大,否則就不會出現量子力學公式的解釋問題 。

在自然科學發生以前,數學所起的作用也還不是後世的那種對科學的敘錄。只是由於精密推理的要求所導致的語言理想化,才推進了數學的應用 。但歸根究底,數學與前面說的那種合乎客觀實在的知識基元是不同的。

將數學用作科學的語言,必須滿足乙個條件,即數學結構應當與實在的結構相關,但這一點並不是顯然成立的。愛因斯坦曾分析過數學的公理學本質。他說,對一條幾何學公理而言,古老的解釋是,它是自明的,是某一先驗知識的表述,而近代的解釋是,公理是思想的自由創造,它無須與經驗知識或直覺有關,而只對邏輯上的公理有效性負責。

愛因斯坦因此指出,現代公理學意義上的數學,不能對實在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現代公理學意義上的理解,那麼,要使幾何學對客體的行為作出斷言,就必須加上這樣乙個命題:固體之間的可能的排列關係,就象三維歐幾里德幾何裡的形體的關係一樣。

〔1〕只有這樣, 歐幾里德幾何學才成為對剛體行為的一種描述。愛因斯坦的這種看法與上文對科學語言的分析是基本上相通的。它可以說明,數學為什麼會一貫作為科學的抽象和敘錄工具,或者它為什麼看上去似乎具有作為科學語言的「先天」合理性。

首先,作為科學的推理和記載工具的數學,實際上是從思維對實在的一些很基本的把握之上增長起來的。歐幾里得幾何學中的「點」、「直線」這樣一些概念本身就是我們以某種方式看世界的知識。之所以能用這些概念和它們之間的關係去描繪實在,是因為這些「基元」已經包含了關於實在的資訊(如剛體的實際行為)。

其次,數學體系的那種嚴密性其實主要是與人類思維的屬性有關,儘管思維的嚴密性並不是一開始就注入了數學之中。如前所述,思維的嚴密性是由實在的自明性來決定的,是習得的。這就是說,數學之所以與實在的結構相關,只是因為數學的基礎確切地說來自這種結構;而數學體系的自洽性是思維的翻版,因而是與實在的自明性同源的。

由此可見,數學與自然科學的不同僅表現在對於它們的結果的可靠性(或真實性)的驗證上。也就是說,科學和數學同樣作為思維與實在相互介定的產物,都有可能成為對實在結構的某種描述或「偽述」,並且都具有由實在的自明性所規定的嚴密性。但數學基本上只為邏輯自治負責,而科學卻僅僅為描述的真實性負責。

事實正是如此。數學自身並不代表真實的世界。它要成為物理學的敘錄,就必須為物理學關於實在結構的真實資訊所重組。

而用於重組實在圖景的每乙個單元,實際上是與物理學的基本知識相一致的。如果在幾何光學中,歐幾里德幾何學不被「光線」及其傳播行為有關的概念重組,它就只是乙個純粹的形式體系,而對光線的行為「不能作出斷言」。非歐幾何在現代物理學中的應用也同樣說明了這一點。

    三、物理學語言雖然物理學是嚴格數學化的典範,但物理學語言的歷史卻比數學應用於物理學的歷史要久遠得多。在認識的邏輯起點上,僅當認識論關係上乙個外在的、恆常的(相對於主體的運動變化而言)物件被提煉和廓清時,才能保證一種僅僅與物件自身的內在規定性有關的語言描述系統成為可能。對此,人類憑著最初的直覺而有了「外部世界」、「空間」、「時間」、「質料」、「運動」等觀念。

顯然,這些觀念並非來自邏輯的推導或數學計算 ,它是人類世代傳承的關於世界的知識的基元。然後,需要對客觀實在進行某種方式的剝離,才能使之通過語言進入我們的觀念。乙個客觀實在,比如說,乙個電子 ,當我們說「它」的時候,既指出了它作為離散的乙個點(即它本身),又指出了它身處時空中的那個屬性。

而後一點很重要,因為我們正是在廣延中才把握了它的存在,即從「它」與「其它」的關係中「找」出它來。當我們按照古希臘人(比如亞里斯多德)的方式問「它為什麼是它」時,我們正在試圖剝離「它」之所以為「它」的屬性。但這個屬性因其離散的本質,在時空中必為乙個「奇點」,因而不能得到更多的東西。

這說明,我們的語言與時空的廣延性合若符節,而對離散性,即時空中的奇點,則無法說什麼。如果我們按照伽利略的方式問「它是怎樣的」時,我們正是在描繪它與廣延有關的性質,即它與其它的關係。這在時空中呈現為一種結構和過程。

對此我們有足夠的手段(和語言)進行摹寫。因為我們的語言,大多來自對時空中事物的經驗。我們運用語言的主要方式,即邏輯思維,也就是時空經驗的抽象和提公升。

可見,近現代物理學語言是一種關於客觀實在的時空形式及過程的語言,是一種廣延性語言。幾何學之所以在科學史上扮演著至為重要的角色,首先不在於它的嚴格的形式化,而在於它是關於實在的時空形式及過程的乙個有效而簡潔的概括,在於與物理學在面對實在時有著共同的切入點。上述討論表明了近現代物理學語言格式包含著它的基本用法和乙個根深蒂固的傳統,這是由客觀實在和複雜的歷史因素所規定的。

至為關鍵的是,它必須而且只是關於實在的時空形式及過程的描述。可以想象,離開了這種用法和傳統,「另外的描述」是不可能在這種語言中獲得意義的。而這正是量子力學碰到的問題。

    四、量子力學的語言問題上文說明,在描摹實在時,人類本是缺乏固有的豐富語言的。西方自古希臘以來,由於主、客體間的某種相互介定而實現了有關實在的時空形式和過程的觀念及相應的邏輯思維方式。任何一種特定的語言,隨著時代的變遷和認識的深入,某些概念的含義會發生變化,並且還會產生新的語言基元。

有時,這樣的變化和增長是革命性的。但不可忽視的是,任何有革命性的新觀念首先必須在與傳統語言的關係中獲得意義,才能成為「革命性的」。在自然科學中,一種新理論不論提出多麼「新」的描述,它都必須仍然是關於時空形式及過程的,才能在整體的科學語言中獲得意義。

例如,相對論放棄了絕對時空、進而放棄了粒子的觀念,但代之而起的那種連續區概念仍然是時空實在性的描述並與三維空間中的經驗有著直接聯絡。量子力學的情況則不同。微觀粒子從乙個態躍遷到另乙個態的中間過程沒有時空形式;客體的時空形式(波或粒子)取決於實驗安排;在不觀測的情況下,其時空形式是空缺的;並且,觀測所得的客體的時空形式並不表示客體在觀測之前的狀態。

這意味著,要麼微觀實在並不總是具有獨立存在的時空形式,要麼是人類無法從認識的角度構成關於實在的時空形式的描述。這兩種選擇都將超出現有的物理學語言本身,而使經典物理學語言在用於解釋公式和實驗結果時受到限制。量子力學的這個語言問題是眾所周知的。

波爾試圖通過互補原理和並協原理把這種限制本身上公升為新觀念的基礎。他多次強調,即使古典物理學的語言是不精確的、有侷限性的,我們仍然不得不使用這種語言,因為我們沒有別的語言。對科學理論的理解,意味著在客觀地有規律地發生的事情上,取得一致看法。

而觀測和交流的全過程,是要用古典物理學來表達的。〔2〕量子力學的反對者愛因斯坦同樣清楚這裡的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學與實驗語言溝通起來所作的種種附加解釋稱之為「綏靖哲學」(beruhigunsphilosophie)〔3〕或「文學」〔4〕, 這實際上指明了互補原理等觀念是在與時空經驗相關的科學語言之外的。

愛因斯坦拒絕承認量子力學是關於實在的完備描述,所以並不以為這些附加解釋會在將來成為科學語言的新的有機內容 。

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