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世界以我们的观察而存在

康德哲学与现代物理学

无论是在相对论中还是在量子力学中,我们都能明显看到研究者对系统中观察者的强调,及物理定律对观察者的强烈依赖性,这一点与经典物理学有很大不同。从历史渊源上讲,爱因斯坦、玻尔等人在相当程度上受到了康德思想的影响。康德的先验哲学在后世形成了一种难以磨灭的氛围,现代物理学中许多常人难以理解的理论,在康德的哲学体系下则显得非常合理。

康德在关于宇宙与时空的一系列的二律背反的研究中,提出了我们的空间、时间观念更本不可以应用于作为整体的宇宙,而是我们把握这个世界的观察工具或参照框架。并且,关于纯粹理性必然陷于二律背反的困扰,他最后归纳得出:我们的科学理论并不是实验现象的结果,而是我们的思想方式试图理智的整理、理解并消化这些感觉材料的结果。用其自己的表述则是:“我们的理智不是从自然界中引出规律,而是把规律强加于自然界。

现在来看相对论,爱因斯坦摒弃了绝对时空观念,对于每一个观察者都有一个依赖于他的时空坐标系,并且相互之间可以通过洛伦兹变换相联系。这种特性使得时空成为观察者感受宇宙的一个窗口,而不能作为宇宙的标尺。相对论带给人们最为深刻的是钟慢尺缩等实在的感受,而它的基础在于光速不变原理。人们好奇的是,光速仅仅作为一种物质传播速度,他的特殊地位在哪里,以致能决定时空的性质。这里我们可以看一看相对论对同时性的通俗描述:

A、B两处发生闪光。现可以量出AB的长度,然后把一位观察者安置在距离AB的中点M,使这位观察者应备有一种装置(如正交的两面镜子),使他有目力一下子就能既观察到A处又观察到B处。如果这位观察者的视神经在同一时刻感受到闪光,那么这两处的闪光就必定是同时的。

相对论的反对者似乎找到了破绽,他们认为要先验证光从A到M和从B到M的速度一样,而测速又必须测时,这在逻辑上是死循环。然而事实上,上述关于同时性的说法并不是关于光的物理性质的假定,而是按照观察者自己的意志所作出的一种规定。显然这能使同时性有确切的意义和判断法,并且符合观察者的长期以来的判断标准(事件顺序与光信号)。这样带有鲜明的先验性的基础上的理论必然最终反映的是观察者真切感受的世界。

在量子力学中,观察着同样决定着世界的形状。就波粒二象性而言,物质是粒子还是波,物理学上分别对此作出了成熟的理论。但我们并不能认为那就是物质本身,这些理论只是针对观察者所感受到的物质的描述。观察者通过不同的实验手段,要么观察到波,要么令波坍缩得到粒子。我们赖以建立科学理论的实验材料是如此强烈地受到观察者的参与和感观的影响。

诚然,我们可以把两种不同形式的理论综合起来,形成一个理性上的统一,但我们的大脑永远不能形成这种统一的映象,也无法将这种观念“强加”给实际的研究,这与人的意识、世界观的先验性有关。

在具体研究中我们不可避免地倾向于把握其中一种,这也是玻尔的互补原理的道理所在。例如薛定谔方程,我们普遍认为其方程的解是对粒子状态和分布的概率描述,这些概率以波函数的形式出现;但同时,我们也完全可以直接将物质作为一种波,而薛定谔方程的波函数解就是对物质自身的描述。显然,这两种解释在数学上是完全等价的,但前者的粒子—概率解释更为深入人心。关键还是在于人们倾向于采用贴切自身感官的理论,并将其作为真理“强加”给事物的本原。

不存在绝对的空间和时间,也没有独立于观察者之外的自然规律,观察者所获得的自然规律反映的是观察者所参与的系统中的规律。休谟指出:“我们不能思考任何我们事先没有通过外部或内部感觉过的东西。”自然界不会主动显示自己的秘密,观测者必须“质问”自然界,试探、感受自然界,用光子去碰撞检测电子,用狭缝约束光束,而自然界则根据人们“质问”的方式显露出真相的某一面。现代物理学确定了这一点,而经典物理学则是前者在观察者弱参与条件下的近似罢了。


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