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谭天荣:波普尔评互补原理

(接上篇) 

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我将谭天荣教授的《评波普尔哲学》的第一部分在我的博客转载。这是我对谭天荣教授的许诺。

前不久,谭老写信给我:“小王:我的《评波普尔哲学》只完成一个初稿,由于年迈,工作效率低,暂时我只要求没有硬伤,没有文理不通。但这个最低要求现在也未能满足。如果你能看的仔细些帮我修饰加工,我将感激不尽。祝好。”我的回信:“谭老:您的评波普尔,就我拜读过的部分,还没有发现文理不通的地方。如果刊物不登,我在我的博客上为您转载。我将把转载此文当成使命。”

《评波普尔哲学》其实就是谭天荣《我的思考与回忆》中的第二、第三、第四部分。对这样的巨作“修饰加工”,我力所不逮。但我可以传播。

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评波普尔哲学

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第一部分

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一、波普尔评历史唯物主义(已经转载)

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二.波普尔评俄国革命(已经转载)

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三.新中国与文化大革命--(已经转载)

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四.劳动价值论适用于脑力劳动吗?--(已经转载)


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五、一个有待开发的-宝藏--(已经转载)

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六.波普尔评辩证法(已经转载)

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七.波普尔评互补原理

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在《猜想与反驳》一书中,波普尔这样阐述了他对互补原理的理解:

“1921年,原子物理学领域中最伟大的思想家之一尼尔斯·玻尔在原子物理学中引入了所谓的互补原理,这等于‘放弃’把原子理论解释为对什么东西的描述。玻尔指出,我们能够避免某些矛盾(形式系统及其各种解释之间有产生这些矛盾的危险),只要记住,像这样的形式系统是自我一致的,运用这种系统的每一个实例(或每一种实例)也仍同它一致。矛盾的产生,仅仅由于企图把形式系统和它的实验应用的一个以上的或一种以上的实例一起包括在一个解释之中。但是,如玻尔所指出的,任何两个相冲突的应用在物理上不可能结合在一个实验之中。因此每一单个实验的结果都是同理论相一致的,并且毫不含糊地为理论所决定。他说,这就是我们所能得到的一切。我们必须放弃得到更多东西的要求,甚至这种希望;只有当我们(1)掌握形式系统,(2)把各个物理学理论分别同它们每一个可实现的应用实例联系起来,这样去解释或理解,物理学才能保持一致。”

如果将波普尔所理解的互补原理应用于“光”,我们得出结论:

“同光的衍射实验联系起来的物理学理论是光的波动理论,同光电效应联系起来的物理学理论则是光的粒子理论,如果企图把这两个可实现的应用实例包括在一个理论之中,就会产生矛盾。但光的衍射与光电效应在物理上不可能结合在一个实验之中,而且其中每一单个实验的结果都有各自的理论同它相联系,并且毫不含糊地为这个理论所决定,这就是我们所能得到的一切。”

从这个例子我们看到,有一点波普尔说的很对:接受波尔的“互补原理”就等于‘放弃’把原子理论解释为对什么东西的描述。然而不仅如此,尽管波普尔对“矛盾”的评论应用于辩证法是哲学的倒退,应用于互补原理却精彩绝伦:

“如果接受互补原理,就要放弃任何一种科学活动,这就意味着科学的彻底瓦解。”

可惜,波普尔没有这样评论互补原理,他只说:

“互补原理没有产生出结果。”

为什么波普尔对辩证法如此怒不可遏而对互补原理却如此温文尔雅呢?在本文中,我们将考察这一问题。

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实物与场的对立

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按照现代物理学,物质有两种基本形式:“实物”与“场”,在这里,我们遇到类似的层次结构。

对于太阳系,地球是一个“实物”,而地球与太阳之间的引力场则是“场”。但是如果我们把地球看作原子的凝聚体,则只有单个的原子才是一个“实物”,两个原子之间的空间的物质仍然是“场”。因此不能说地球是一个实物,它的大部分是场,只有小部分是实物。再进一步,根据卢瑟福的“有核模型”,原子又是一个小太阳系,他自身又由“实物”与“场”组成。因此,不能说原子是一个实物,它的大部分是场,只有小部分是实物……。反过来,对于由无数恒星组成的银河系来说,太阳系是一个“实物”,两个恒星之间的空间的引力场才是“场”。这样,太阳系内部的引力场就被算作是太阳这一实物的一部分,从而被看作是“实物”了。

由此我们得出结论:如果我们问某一区域的物质到底是“实物”还是“场”的时候,必须指定一个参照物才能有确定的答案。具体地说,必须在银河系、太阳系、地面上的物体、原子与分子还是原子内部……诸“层次”中指定其中的一个“层次”,问相对这一“层次”而言,该物质到底是“实物”还是“场”。如果没有这样指定,则该问题唯一可能的回答是:该区域的物质既是“实物”又是“场”。

反过来,如果已经指定了一个层次,再说某一区间的物质既是“实物”又是“场”,或者一会儿说它是“实物”一会儿说它是“场”,那就不再是辩证法意义下的矛盾,而是人们说的“逻辑上的自相矛盾”了。为了言简意赅,下面我们追随某些文献上的用语,把辩证法意义下的矛盾简称为“辩证矛盾”,而把“逻辑上的自相矛盾”简称为“逻辑矛盾”。

在亚里士多德的“矛盾律”中,“人”与“船”乃是同一层次的存在,从而这一“矛盾律”中的矛盾是“逻辑矛盾”,而不是“辩证矛盾”。因此,虽然辩证法以矛盾为出发点,但如果有人坚持“一个人同时又是一条船”这样的命题,那么他所维护的并不是辩证法。

现代物理学有一个著名的疑难,那就是“波粒二象性”。如果以实验室作为参照物,有一种特殊的“实物”称为“粒子”,还有一种特殊的“场”称为“波”。在19世纪,人们曾经认为电子是一种“粒子”从而是“实物”,而光则是一种“波”从而是“场”。但光电效应等实验事实则表明,光似乎也是一种“粒子”,而电子衍射实验则表明,电子似乎也是一种“波”。那么,电子与光到底是粒子还是波呢?玻尔用他的“互补原理”一剑斩断了这一物理学上的死扣:“电子与光都是一种新型的物体,它们在某些实验中表现得像实物在另一些实验中表现得像场,这些表象互补,就是电子与光的本质。”由于这里说的粒子与波是同一层次的存在,因此,断言电子既是粒子又是波,或者断言光既是波又是粒子,就像断言“一个人同时又是一条船”一样,并不是“辩证矛盾”,而是“逻辑矛盾”。于是我们得出结论:波尔说的“互补原理”不是辩证法。

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两朵乌云与两种思路

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19世纪的最后一天,欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上,英国著名物理学家开尔文男爵(即W.汤姆生)发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说,物理大厦已经落成,所剩只是一些装修工作。同时,他在展望20世纪物理学前景时,却若有所思地讲道:

动力理论肯定了热和光是运动的两种方式,现在,它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了。”不久,开尔文又补充说,这两朵乌云分别是“以太危机”和“紫外灾难”。

“以太危机”是指从几个实验事实得出的关于“以太”的结论相互矛盾:按照迈克尔遜和莫雷的实验,相对“以太”运动的物体会带走以太;按照菲左实验,运动的物体将部分地带走“以太”,甚至还给出了“带走系数”;可是,根据“光行差”现象,“以太”却是静止的,运动物体不能带走以太。

为了调解这一矛盾,德高望重的荷兰物理学家洛仑兹提出了“洛仑兹变换”,并把这一变换理解为“运动物体的机械收缩”;而初出茅庐的爱因斯坦则把“洛仑兹变换”理解为一种“相对性效应”,是对“伽利略相对性原理”的推广。从这一点出发,爱因斯坦建立了“相对论”(狭义相对论),用这个新理论统一地解释了引起以太危机的几个实验,同时还应用于到那时为止的整个宏观物理学。

另一朵乌云“紫外灾难”是指黑体辐射的能量分布中的一个问题。1900年,德国物理学家普朗克为解决“紫外灾难”而提出了“辐射量子论”:在物质辐射的过程中,辐射场的能量一份一份地、跳跃地增加。这样,紫外灾难消失了,但新的问题又呈现出来,它就是爱因斯坦的光子论首先表述的关于光的“波粒二象性”的疑难。当德布洛意提出的电子也有“波粒二象性”的假设并得到电子衍射实验的证实以后,“波粒二象性”的疑难成了微观物理学的根本问题。量子力学就是在探讨这一疑难的过程中建立起来的。

爱因斯坦的相对论与波尔的互补原理是两种迥然不同的解决问题的方式。为了比较这两种方式,我们不妨提问:第一,如果把玻尔的互补原理应用于解决“以太危机”,将会建立什么样的理论?第二,如果用相对论的思路来解决“波粒二象性”的疑难,又该建立什么样的理论?

玻尔的“互补原理”乃是一个万灵药方,它一劳永逸地消除了作为物理学动力的一切疑难。如果把这个“互补原理”应用于“以太危机”,结论将一目了然:“运动物体在某些实验中带走以太,在另一些实验中不带走以太;在某些实验中部分地带走以太,在另一些实验中完全带走以太,这些表像互补,就是以太的本性。”如果这一“原理”在相对论建立以前已经为物理学家们所接受,高速领域的物理学在那个时候就会停滞下来。

诚然,从表面上来看,这种立足于“互补原理”的关于“以太”的物理学还是会继续“发展”,人们会通过实验事实逐步得出相对论中的那些数学公式,当这些数学公式积累到一定程度时,人们就会建立一个相应的“形式体系”,我们不妨称这个形式体系为“高速力学”。这个立足于“互补原理”的“高速力学”与今天的相对论在数学结构上将会大同小异。

然而,这个“高速力学”在逻辑上却是支离破碎、自相矛盾的。人们对这一形式体系的“诠释”将会是各式各样的,就像春秋战国时的群雄并立一样,如果进一步涉及细节,则几乎每一个物理学家都有自己的独特见解。此外,这一形式体系甚至很难与实验事实相比较,为了克服这一困难,人们不得不创建各种“高速力学”的“测量理论”。只有一点人们是一致的:他们都认为在高速领域里物理学有“特殊规律”,在这里,物体运动的方式是“匪夷所思”的,我们只能通过数学公式去描述而不可能有直观的形象。时间长了,人们甚至会相信以太危机所提出的问题不再是问题,谁要再去统一地说明有关的实验事实,只能是向“经典物理学”的倒退。

如果在某一个星球上,高速领域的物理学果真走上了这条路,偏偏有一位该星球的爱因斯坦姗姗来迟地建立了相对论(狭义相对论),他能不能用他的理论取代已经深入人心的“高速力学”呢?我想不能,在那个星球上,人们根本不会有兴趣理睬相对论,既然“互补原理”已经如此圆满地说明了高速领域的一切实验事实,为什么要自讨苦吃地再去建立别的理论呢?于是该星球的这位倒霉的爱因斯坦就只好把自己的不幸迟到的相对论手稿藏在抽屉里,交给老鼠去批判。从而在这个星球上,高速领域的物理学就只能处于永恒的黑暗之中了。

谢天谢地,在我们这个星球上,高速领域的物理学没有走上这条路。

反过来,把爱因斯坦建立相对论的精神解决“波粒二象性”的疑难,应该建立什么样的理论呢?人们普遍认为:相对论是经典物理学的顶峰,而经典物理学是直观的、因果的、决定论的,因此爱因斯坦才有他的名言:“上帝不会掷骰子”。由此可见,把爱因斯坦建立相对论的方式应用于解决“波粒二象性”的疑难,就是建立一个经典的、直观的、因果的、决定论的新理论,它将统一地说明宏观现象与微观现象,一言以蔽之,将建立一个“普适的、统一的物理学”。

这是爱因斯坦的梦想。不幸的是,由于种种原因,爱因斯坦的这一梦想也未能实现。

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波普尔的认识论

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在《猜想与反驳》一文中,波普尔这样阐述了他的认识论:

关于人类知识有三种观点:第一,本质主义,认为理论是“终极的对本质的解释”,伽利略坚持这种观点;第二,工具主义,认为理论是“工具”,只是便利的、简单的、经济的、有力的“假说”,因此不可能是真的;贝克莱主教坚持这种观点;第三,波普尔自己的观点,这种观点部分地赞成伽利略的观点,部分地赞成贝克莱的观点。

波普尔把伽利略哲学表述为三个原则:

第一原则是:科学家旨在发现一个关于世界(特别是关于世界的“规律”)的真实的理论或描述,这种理论或描述应该也是对可观察事实的一种解释。(这意味着,对这些事实的描述必定可以从这一理论连同某些陈述即所谓的“初始条件”推出。)

波普尔赞同这一原则。

第二原则是:科学家能够成功地最终确立这种理论的真理性而克服一切合理的怀疑。

波普尔认为这一原则需要加以修正,他写道:

“科学家所能够做的,只是检验他的理论,并排除一切经受不住他所能设计的最严格的检验的理论。但他决不能完全肯定,新的检验(甚或新的理论讨论)是否不可能导致他去修正或者抛弃他的理论。从这个意义上说,一切理论都是假说,是和‘不容置疑的知识’相对立的猜测。”

可是,对于前人提出过某一理论,什么叫“新的检验导致我们抛弃这种理论”呢?按照波普尔的“证伪说”,是新的实验事实与这一理论相冲突!实际上果真如此吗?

大家知道,“以太危机”导致物理学抛弃“以太理论”,这一事实有如下特征:

第一,“以太危机”不是某一新的实验事实与“以太理论”相互冲突!而是迈克尔逊-莫雷实验、菲左实验与光行差现象这三个涉及以太理论的事实之间的相互冲突。

第二,解除“以太危机”不仅导致物理学抛弃“以太理论”,而且还导致相对论的创建。

从这一事实我们得出一般结论:导致我们放弃某种理论的“理论危机”总是事实与事实之间相互冲突,这种冲突也是矛盾,但不是辩证矛盾,而是逻辑矛盾。波普尔对辩证矛盾的批判完全适用于这种矛盾:

“导致‘理论危机’的矛盾富有成效、丰富多彩、导致进步。但是,只有当我们决心不容忍这种矛盾、决心消除任何这种矛盾时,这才是真的;换句话说,千万不要像“互补原理”那样认可这样的矛盾。仅仅由于我们的这种决心,批判即消除矛盾才会促使我们变革我们的理论并由此得到进步。

“这一点无论怎样强调也不过分:如果我们接受互补原理,那就是决定容忍逻辑矛盾,那么揭示理论中的这种矛盾就不可能促使我们变革理论了。换句话说,一切批判(也就是揭示矛盾)都会失去力量。

“但这就意味着,如果我们接受互补原理,那么批判以及一切人类智力进步都必定同归于尽。”

因此,任何“检验”、任何“证伪”,都无从谈起。

再说,从波尔的这种观点出发,该怎么检验“互补原理”自身呢?以光的性质为例,我们只能对不同的“实例”分别检验光的性质。按照麦克斯韦电磁学的观点,我们将会在光的衍射实验中再次确认光是一种波动;而按照光子论的观点,我们又会在光电效应中再次确认光是一种粒子。于是互补原理将会一次又一次地经受了这种波尔式的检验,一再被确认为检验合格的自然规律。

那么,我们怎样反驳波尔的这种检验标准呢?关键的论据就是必须否定波普尔说的如下论断:

1a:科学家决不能完全确定,新的检验(甚或新的理论讨论)不可能导致他去修正或者抛弃他的理论。

抽象地说,波普尔的这种论断似乎也是合理的,至少难以反驳:谁又能预料未来的实验会出现什么样的结果呢?但一到具体问题,这种论断就显现为十足的空话:以“原子是可分的”这一判断为例,在德谟克里特那里,“原子”和“原子的不可分性”确实只是一种假说,一种猜测。但在卢瑟福散射实验之后,“原子”已经是实实在在的东西,人们已经可以确切地断言“原子是可分的”,那么,“原子是可分的”这一判断是不是“不容置疑的知识”呢?有没有可能出现新的检验(甚或新的理论讨论)迫使人们去修正或者抛弃“原子是可分的”这一结论呢?换句话说,我们能不能断定未来的实验绝对不会出现“原子到底还是不可分的”这样的结果呢?

我想,任何一个思维正常的人都会回答:“能!我们能断定未来的实验绝对不会出现‘原子到底还是不可分的’这样的结果!”在这种意义下,“原子是可分的”这一判断不再是“假定”与“猜测”,而是“不容置疑的知识”了!这是命题1a的一个反例。

现在讨论波普尔说的伽利略的第三原则:最好的、真正的科学理论描述事物的“本质”或“本质属性”——现象背后的实在。这样的理论既不需要也不可能作进一步的解释:它们是终极的解释,发现它们乃是科学家的最终目的。

波普尔坚决反对这一原则,他认为无论本质存在与否,对它们的信仰丝毫无助于我们,而且确实倒很可能妨碍我们;因此,科学家毫无理由假定它们存在。

波普尔借助牛顿的引力理论来说明这一点,他说:

本质主义确认牛顿理论本身既不能也不需要作进一步的解释。这种观点的蒙昧主义色彩是显而易见的:它阻碍人们提出富于成果的问题,例如“重力(引力)的起因是什么?”或者更充分地说,“我们能否从一个更为一般的理论演绎出牛顿理论或者它的一种很好的逼近,由此来解释重力?”

波普尔还指出:牛顿本人并没有把重力看作物质的一个本质属性,他强烈地意识到这个理论的不完全性以及解释重力的需要。牛顿写道:“重力应该是物质的内在的、固有的和本质的东西,因此一个物体可以超距地作用于另一个物体……在我看来大谬不然,我相信,凡对哲学问题有足够思考能力的人,都不会这样认为。”

波普尔的这个例子只能证明,牛顿的引力理论并不是“既不能也不需要作进一步的解释”的理论。这个例子无助于解决是否存在“既不能也不需要作进一步的解释”的理论的一般问题。

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辩证哲学的认识论

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按照辩证哲学的认识论,伽利略的第三原则成立:最好的、真正的科学理论既不需要也不可能作进一步的解释的理论存在,它们是终极的解释,发现它们乃是科学家的最终目的。恩格斯在《自然辩证法》一书的“判断的分类”一节中,举了一个关于这种理论的典型例子,大意如下:

很久以前,人们从史前人类得知的“摩擦生热”得出一个结论:“摩擦是热的一个源泉。”这是一个实在的判断,而且是一个肯定的判断。到1842 年,迈尔等人根据这一特殊过程的一般条件来研究这一过程并得出判断:“一切机械运动都能通过摩擦转化为热。”这是一个全称的反省的判断。又过了三年,迈尔把这一反省判断提高成如下形式:“在每一情况的特殊条件下,任何一种运动形式都能够而且不得不直接或间接地转变为其他任何形式。”这是概念的判断,并且是必然的判断-——判断的最高形式。

在这里,我们不考察恩格斯这里关于“判断”的论述的细节,只关心如下最终结论:

“……到了(概念的判断)这种形式,规律便获得了自己的最后的表达。由于有了新的发现,我们可以给它提供新的证据,但是,对于对于如此表达的规律本身,我们是不能再增加什么了。在普遍性方面,——其中形式和内容都同样普遍——这个规律是不能再扩大:它是绝对的自然规律。”

提起“绝对的自然规律”,理论界可是人人喊打,如果听说这是恩格斯说的,部分喊打声或许会换成惊叫声。“绝对的自然规律”这一词组在这里的含义是“这个规律的形式和内容都同样普遍,这个规律是不能再扩大了”。从这种含义能否导出“这个规律既不能也不需要作进一步的解释了”这一结论,我们先不讨论,但毫无疑问,它具有如下“弱”得多的含义:表述这一规律的判断“以后不会被相反的判断所取代”下面我们按照波普尔的用语,称有这种含义的判断为“不容置疑的知识”。显然,“摩擦是热的一个源泉”和“原子是不可分的”都是“不容置疑的知识”。还有,当光的波动说被光的干涉和衍射实验证实时,“光是一种波动”也是“不容置疑的知识”了。

这一结论立刻会受到反驳:“不是这样,当光的波动说被光的干涉和衍射实验证实之后,光电效应与康普顿效应再次给出了‘光是一种粒子’的判断,这正是一种与‘光是一种波动’相反的判断,可见‘光是一种波动’不是‘不容置疑的知识’。”

要反驳这一反驳,唯一的途径是用麦克斯韦电磁理论来说明辐射的量子性、光电效应与康普顿效应,等等。诚然,这不是认识论的工作,而是物理学的工作,但为了反驳“互补原理”,我们不能回避这一工作。-

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(第一部分载完)

 


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