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最近蘋(píng)果公司發(fā)布新的 iphone12 系列的手機(jī)，最吸引大眾眼球的亮點(diǎn)之一是芯片 A14，采用了最新的5納米工藝技術(shù)，把上百億的晶體管集成在一起。這在幾百年、幾十年甚至幾年前來(lái)看，都是難以想象的事情。諸如此類(lèi)的生產(chǎn)技術(shù)的重大突破，都離不開(kāi)量子物理的發(fā)展。

在其他領(lǐng)域，小到激光筆、U盤(pán)的生產(chǎn)，大到飛機(jī)、輪船、衛(wèi)星的制造，無(wú)一不受到量子物理的影響。在思想觀念方面，自誕生之日起，量子物理也不斷地給現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)沖擊。本文擬從以下幾個(gè)方面，簡(jiǎn)要介紹一下量子物理對(duì)人類(lèi)哲學(xué)觀的影響。

哲學(xué)的發(fā)展，離不開(kāi)物理學(xué)的推動(dòng)。唯物主義哲學(xué)，從牛頓力學(xué)吸取了不少有益的養(yǎng)分。根據(jù)牛頓力學(xué)，描述一個(gè)系統(tǒng)，一般需要三個(gè)量：坐標(biāo)、動(dòng)量和能量，并且這些量都是連續(xù)變化的?？鬃诱f(shuō)：“逝者如斯夫，不舍晝夜”，說(shuō)的就是時(shí)間不停地流逝。

牛頓時(shí)代，人們雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到河流是由水分子組成的（離散的），不過(guò)仍認(rèn)為時(shí)空、動(dòng)量和能量是連續(xù)的。直到物理學(xué)天空一朵烏云的出現(xiàn)，能量的連續(xù)性觀點(diǎn)才被顛覆。

這朵烏云就是黑體輻射?！昂隗w” 是物理學(xué)中完全吸收外來(lái)的電磁輻射的理想模型，不過(guò)，實(shí)驗(yàn)中的黑體輻射的能譜與經(jīng)典理論給出的預(yù)言不符。為了解決這個(gè)矛盾，普朗克發(fā)現(xiàn)，如果假設(shè)黑體的能量是一份一份地輻射，而不是像經(jīng)典理論假設(shè)的那樣連續(xù)輻射，那么由此得到的黑體輻射公式就能很好地與實(shí)驗(yàn)一致。

在當(dāng)時(shí)，能量可以分成最小份是個(gè)離經(jīng)叛道的假設(shè)，不過(guò)，愛(ài)因斯坦的發(fā)現(xiàn)支持了普朗克。關(guān)于光的本性，一直以來(lái)有兩種觀點(diǎn)：一種是 “光的微粒說(shuō)”，認(rèn)為光是由許多微粒組成的，牛頓是這一觀點(diǎn)的倡導(dǎo)者；另一種是 “光的波動(dòng)說(shuō)”，認(rèn)為光是一種連續(xù)不斷的波。在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)和赫茲驗(yàn)證了麥克斯韋關(guān)于光是電磁波的預(yù)言之后，光的波動(dòng)說(shuō)取得壓倒性勝利。但是光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，光的波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋。受普朗克的能量子觀點(diǎn)的啟發(fā)，愛(ài)因斯坦認(rèn)為光也是由一個(gè)一個(gè)的“光子”組成，每個(gè)光子具有一定的頻率和能量。愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，發(fā)展了牛頓的光的微粒說(shuō)，并成功地解釋了光的波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋的光電效應(yīng)。

能量的量子化，即能量擁有最小單元、不可無(wú)限細(xì)分，顛覆了人們以往的直觀經(jīng)驗(yàn)以及建立在其上的物質(zhì)觀。但是，量子力學(xué)并沒(méi)有明確給出時(shí)空和動(dòng)量是否也是量子化的。龐加萊根據(jù)量子物理基本原理推測(cè)：時(shí)空本身也是量子化。一些量子引力理論，如超弦理論和圈量子引力理論，預(yù)言時(shí)空是離散的。如是，那么動(dòng)量也可能是離散的，這將進(jìn)一步革新人們的物質(zhì)觀。

除了能量、時(shí)間、空間，微觀中的電子軌道也不是連續(xù)的。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，核外電子輻射的并非連續(xù)的光譜，而是間隔的幾條光譜線(xiàn)。玻爾根據(jù)量子物理，提出新的原子模型：電子只能在原子核外的一些固定的軌道上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，會(huì)輻射或吸收相應(yīng)能量的光子。

量子物理中還有一個(gè)重要的離散化現(xiàn)象，那就是粒子的自旋。比如光子的自旋為1，電子的自旋為1/2，引力子的自旋為2，等等。根據(jù)自旋，基本粒子分為兩類(lèi)：玻色子和費(fèi)米子。玻色子的自旋為整數(shù)，費(fèi)米子的自旋為半整數(shù)。

自旋，在經(jīng)典物理中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的概念，是量子物理的一個(gè)全新的發(fā)現(xiàn)。

因果觀是重要的哲學(xué)內(nèi)容。無(wú)因不能生果，有果必有其因。這是因果觀的主要觀點(diǎn)之一。反映在經(jīng)典物理中，就是機(jī)械決定論：根據(jù)經(jīng)典物理規(guī)律，我們可以給出粒子任何時(shí)候的諸如位置、動(dòng)量和能量等物理量的相關(guān)信息。

經(jīng)典物理中，當(dāng)我們測(cè)某個(gè)系統(tǒng)的能量時(shí)，得到的結(jié)果是唯一確定的。機(jī)械決定論的代表人物法國(guó)數(shù)學(xué)家拉普拉斯有句名言：宇宙像時(shí)鐘那樣運(yùn)行，某一時(shí)刻宇宙的完整信息能夠決定它在未來(lái)和過(guò)去任意時(shí)刻的狀態(tài)。

在量子物理中，情形完全不一樣，機(jī)械決定論徹底失效。我們知道，光子能量是離散的，但當(dāng)我們測(cè)量某個(gè)光子的能量時(shí)，我們無(wú)法確定能測(cè)到哪一具體值，而只能預(yù)言測(cè)到某個(gè)值的概率有多大。再比如，當(dāng)我們觀測(cè)電子的自旋時(shí)，我們無(wú)法事先確定能測(cè)到的是左旋還是右旋，我們只能預(yù)測(cè)測(cè)到左旋或右旋概率是1/2。

一個(gè)微觀粒子，從經(jīng)典力學(xué)來(lái)看，它在任一時(shí)刻的位置是唯一確定的；但量子物理卻認(rèn)為，該微觀粒子，任一時(shí)刻可以在時(shí)空中的任一點(diǎn)出現(xiàn)。量子世界里，我們無(wú)法確定它在哪一點(diǎn)出現(xiàn)，我們所能確定的，是它在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率是多少。這是量子物理的一條基本規(guī)律：玻恩的波函數(shù)概率詮釋?zhuān)ê瘮?shù)是量子力學(xué)中描寫(xiě)量子的微觀狀態(tài)的函數(shù)。

在量子物理中，雖然有因仍有果，但是得到什么樣的果，已經(jīng)變得無(wú)法確定。原因是確定的，結(jié)果卻是概率的。經(jīng)典物理中的機(jī)械決定論，量子物理中代之以概率因果論。

在經(jīng)典物理中，粒子的位置和動(dòng)量可以同時(shí)測(cè)定，互不影響。我們可以通過(guò)位置，也可以通過(guò)動(dòng)量，詳細(xì)把握粒子運(yùn)動(dòng)的演化。量子世界中，著名的海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理認(rèn)為：人們不可能同時(shí)對(duì)粒子的位置和動(dòng)量都測(cè)得任意精確。位置測(cè)得越準(zhǔn)確，動(dòng)量就測(cè)得越不準(zhǔn)確，反之亦然。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，凡是互不對(duì)易的兩個(gè)量（如位置與動(dòng)量、轉(zhuǎn)角與角動(dòng)量等），都不能同時(shí)測(cè)得任意精確。

在經(jīng)典物理中，在一定時(shí)間內(nèi)，理論上粒子的能量可以測(cè)得無(wú)比精確。在量子物理中，雖然時(shí)間和能量不是共軛量，時(shí)間甚至不是算符，但它們?nèi)匀粷M(mǎn)足測(cè)不準(zhǔn)原理，也就是說(shuō)，不能在有限的時(shí)間里，把粒子的能量測(cè)得任意精確。

在量子物理中，微粒既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，就像人面獅身像一樣—— 既像人又像獅子，這就是量子的波粒二象性。在量子世界中，必須同時(shí)把握量子的粒子性和波動(dòng)性，才能對(duì)客體有全面的了解，忽略?xún)烧叩娜魏我幻妫玫降亩际菤埲钡男畔ⅰ?/p>

玻爾把這一現(xiàn)象上升為一條哲學(xué)原理，即互補(bǔ)原理。該原理認(rèn)為：一些經(jīng)典概念的應(yīng)用不可避免地排除另一些經(jīng)典概念的應(yīng)用，而這“另一些經(jīng)典概念”在另一條件下又是描述現(xiàn)象不可或缺的；必須而且只需將所有這些既互斥又互補(bǔ)的概念匯集在一起，才能而且定能形成對(duì)現(xiàn)象的詳盡無(wú)遺的描述?；パa(bǔ)原理反映在物理上，就是海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理，這也是量子世界的一條基本原理。

愛(ài)因斯坦有一句名言：我們不觀測(cè)時(shí)，難道月亮就不存在了嗎？

這句話(huà)反映出愛(ài)因斯坦所秉持的客觀實(shí)在觀：客體獨(dú)立于觀測(cè)者存在，有沒(méi)有觀測(cè)者，客體都照樣存在；客體的屬性和規(guī)律也獨(dú)立于觀測(cè)者，與觀測(cè)者所采取的觀測(cè)方法也無(wú)關(guān)。用哲學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是主客體互相獨(dú)立，相互之間不存在不可分割的聯(lián)系，主體可以在客體之外去認(rèn)識(shí)客體，同時(shí)不對(duì)客體產(chǎn)生影響。

這在經(jīng)典世界中，沒(méi)錯(cuò)。不管你看還是不看，月亮都在那里，它不會(huì)因?yàn)槟惴磸?fù)觀望或幾十年不看一次而有絲毫的損減或突然消失。

在量子世界中，情形完全不同。一個(gè)自由電子，如果沒(méi)有觀測(cè)者的觀測(cè)，它將處于某種左旋和右旋的疊加態(tài)，即一種電子自旋屬性不確定的狀態(tài)。也就是說(shuō)，這時(shí)候討論電子是左旋還是右旋是沒(méi)有意義的。

但是你一旦觀測(cè)，得到的不是左旋電子就是右旋電子。也就是說(shuō)，你的觀測(cè)，創(chuàng)造了一個(gè)先前不存在的具有確切自旋的電子。

這反映在認(rèn)識(shí)論上，就是說(shuō)主客體之間存在著不可分割的聯(lián)系。單獨(dú)說(shuō)客體的屬性和規(guī)律是沒(méi)有意義的，必須同時(shí)說(shuō)明主體的情況與其采取的觀測(cè)方式，主體對(duì)客體的認(rèn)識(shí)必須通過(guò)對(duì)客體施加影響（如觀測(cè)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，如果在一定條件下主體對(duì)客體的影響可以忽略，經(jīng)典認(rèn)識(shí)論就是適用的。

海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理、玻爾的互補(bǔ)原理和波恩的波函數(shù)統(tǒng)計(jì)詮釋以及相關(guān)聯(lián)的量子觀念，構(gòu)成量子物理的基本思想—— 哥本哈根詮釋。這些思想，不僅影響，甚至革新了人類(lèi)的哲學(xué)觀。

雖然量子力學(xué)取得了巨大的成功，但仍然有許多未解之謎等待人們?nèi)ヌ剿魅テ平?，如量子糾纏的本質(zhì)是什么？它到底存不存在幽靈般的超距作用？時(shí)空是不是離散的？等等。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)量子物理中的這些未解之迷的認(rèn)識(shí)，將進(jìn)一步對(duì)人們已有的哲學(xué)因果觀和時(shí)空觀帶來(lái)影響甚至沖擊。 

參考文獻(xiàn)：