「转载」理论物理学和自然辩证法—坂田昌一

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编者按:
1,与中修意识形态混乱战线下所传扬的“哲学不得掺和自然科学的事务”不同,真正具有革命性与解放性的哲学是与自然科学相通的。物理学本身构建起“完美”世界框架又不得不破除之的发展史就是最好的例证。构建—内在矛盾运动—破除—超越—再前进,这就是马克思主义唯物辩证法所揭示出的事物运动规律,而无论是社会科学还是自然科学,都是这个运动规律的朋友。
2,文章通过梳理理论物理学的发展,指出理论物理学的发展符合自然辩证法的逻辑,强调了实践、认识再实践、再认识往复循环不断完善已有理论的马克思主义辩证唯物论

编者中按:
真理是具有历史性的,但为什么真理有历史性呢?因为检验真理的唯一标准就是社会实践,人们是通过实践的成功和失败来发现不依自己的愿望和意志为转移的客观的自然结构及其规律的,在这里社会实践本身就具有历史性。那些凡是要撇开实践,企图用思想产生真理的,都会随着实践的深入而滚到历史的垃圾堆里面去。
俄国革命和中国革命的失败,使得许多自称为马克思主义者的人又加强了思想上的批判,这种批判和他们一开始批判列宁先锋队理论时所用的手段如出一辙。《德意志意识形态批判》里给青年黑格尔派量身定做的衣服同样也适合这些人穿。哲学英雄们自己在捧出天真的幼稚的空想的时候,洋洋自得地感到它有震撼世界的危险性和大逆不道的残酷性。他们这些自称为狼、别人也把他们看作是狼,可丢了实践的他们,从来都只是绵羊,而就是这些幻想,构成了这些英雄们的思想核心。
在1968年西欧北美出现的造反运动中,造反者里的一些“新左派”对西方马克思主义进行了一定的实践,马尔库赛,萨特曾亲临斗争前线,年过八旬的卢卡奇接见了造反派代表,“新左派”们奉这些人为“精神领袖”,他们打着“自由”“快乐”“永不工作”以及什么“我约谈恋爱,我越要造反”的行动口号。结果势所必然被当局平息。把这些东西和巴黎公社一比,和十月革命一比,和文化大革命一比。谁感觉不到这些剥离实践的思想的现实贫乏性呢?
回到先锋队理论,列宁的《唯物主义与经验批判主义》有这样一句话,“电子和原子一样,也是不可穷尽的”。无产阶级的社会实践已经雄辩地证明了先锋队理论的真理性。先锋队的失败,教育着人们,真理多前进一步就是谬误,人们世界观的偏狭性在于它的“形而上学性质”,不在于它的“唯物主义性质”。不能把若干根本原则的崩溃径直地误认为是对客观规律性的一般否定,要继续革命,通过社会实践能动地认识先锋队背后更深的本质。
中国的文化大革命,就是无产阶级在经历了数次官僚主义性质的运动后,从反面认识着资产阶级法权这一更深的本质,而进行的一次正面意义上的伟大实践,认识来源于实践,实践检验着认识,在实践以后又得到新的认识,用新的认识再去指导实践。如此循环往复,得到了更深的认识和新的理论,科学地去指导革命实践,“认识的能动作用,不但表现于感性的认识之能动的飞跃,更重要的还须表现于从理性的认识到革命的实践这一个飞跃”。即由物质到精神的飞跃和精神到物质的飞跃,而这第二个飞跃,意义更加伟大。
我们已经开场了这一事业。至于哪一个国家的无产者在什么时候、在什么期间把这一事业进展到底,这个问题并不重要。重要的是,坚冰已经打破,航路已经开通,道路已经指明

近几年来,理论物理学经历了瞬息万变的急剧发展,可以说在这半个世纪里所取得的成果确实远远超过了过去几个世纪的发展。曾经被认为不可动摇的牛顿和麦克斯韦的物理学世界,由于相对论和量子力学的出现被推翻了。以不变的元素和不可分的原子为基础的形而上学的物质观,也发生了根本的变革。在大多数物理学家还没有充分消化新理论的时候,物理学的尖端又深入到原子核的内部,开始展开了基本粒子论的研究。宇宙线的本质也就要弄清楚了。在这样一个空前未有的变革时期里,甚至连曾经完成过伟大事业的科学家也跟不上新的发展了。即使发现量子论的线索的普朗克和建立相对论的爱因斯坦也没有能够正确地理解量子力学的基础。感到自己信念的基础发生动捣的物理学家们,开始关心哲学问题,讨论起“科学的任务”、“外界的实在性”、“因果 性问题”等等来了。他们力图掌握一种即使面临变革时期也不会丧失信心的世界观和对自己的研究有效的方法论。但是,这并不是一件容易的事情。因为正如人们所说,哲学是有党派性的,是一门极强烈地受社会的制约的学问。特别是,这一变革时期并不仅仅袭击了物理学的世界。在本世纪中,第一次世界大战、俄国革命、经济恐慌,法西斯主义国家的兴起、第二次世界大战等等巨大的变动,一再震撼了全世界。物理学家虽然从这些事件直接受到了很大的影响,可是从反映社会不安的哲学、指导俄国革命的哲学、企图使法西斯意识形态合法化的哲学等也受到了不少间接的影响。

物理学家最初加强对哲学的关心,是在从镭和电子等的发现第一次动摇了经典物理学理论基础的十九世纪末期到二十世纪初期这个时代。正如彭加勒在《科学的价值》一书中所说的:“牛顿原理”、“迈尔原理”、“拉瓦锡原理”、“卡诺原理”等旧物理学的基本定律,完全濒于崩溃,“数学的物理学的危机”到来了。对旧理论失去信心的物理学家们除了经验事实以外,什么也不相信了。在他们之间流行着一种经验主义的、实证主义的倾向,说什么“科学井不是客观自然界的某种模写,只不过是人的意识的产物”,“科学的任务是忠实地描述经验,而不是说明自然界的本质”。马赫、基尔霍夫、奥斯特瓦尔德,彭加勒等人便是这方面的代表。相反地,也出现了玻耳兹曼、普朗克这样坚持实在论观点的人,两者之间不断地展开了争论。在这个期间还发生了玻耳兹曼、德鲁特的自杀悲剧, 因为他们的世界观都不足以掌握“物理学的危机”的本质。正确地分析了这个问题的是列宁,但是在当时的物理学家中间,几乎对这项研究毫无所知。

物理学在这以后的蓬勃发展,与实证主义者的期望相反,是以原子论的物质观为中心展开的。计量电子、α粒子这样肉眼看不见的粒子的数目的“盖革计数器”的发明,和表示它们的径迹的“威 尔逊云雾室”的设计,都有力地推进了对原子结构的研究;1911年,卢瑟幅建立了原子行星模型。但是在这里旧理论又遇到了危机。根据这个模型无法说明原子的稳定性和光谱系的规则性。1913 年,玻尔导入了一个采用普朗克的量子概念的极为大胆的假设,提出了所谓前期量子论。它具有折衷主义的性质,即一方面承认牛顿、麦克斯韦的经典理论的规律性,另一方面叉容许与这些理论 完全不能相容的两个假设。随着对复杂的系统的研究,这种二元性的矛盾愈来愈尖锐,即使应用了玻尔的“对应原理”,毕竟也找不到一条解决的道路。

在这个时期又发现了一个惊人的事实。那就是说,无论是光或物质都有二象性。明确了它们都既具有“粒子性”同时又具有“波动性”。这已经是不能用部分地修改经典物理学等方法来解决的问题了。根据以前的许多经验,知道电子是具有一定的电量和一定的质量的粒子,决不存在什么电子“碎片”。尽管如此,却又发现电子具有波动性,当一个电子同时通过晶体的两个以上的格子时就发生衍射现象。在牛顿力学中所研究的粒子,和普通的粒子概念相同,是在某一时刻占有空间的某一点,并以一定的速度沿某一轨道运动的物体,所以它和具有在整个空间延展性质的波动的概念无论如何是不能并存的。毫无疑问,对于旧的物理学家来说,这种矛盾是完全不能容忍的。曾经研究电子论而且为相对性原理奠定了基础的老物理学家洛伦兹骨绝望地说过这样一段话:“在今天,人们提出与昨天所说的话完全相反的主张;在这样的时期,已经没有真理的标准,也不知道科学是什么了。我很悔恨我没有在这些矛盾没出现的五年前就死去。”

物理学家们又开始怀疑了,有的人走向实证主义,有的人走向不可知论,其他的人走向了神秘主义。但是,1925年一个崭新的理论——“量子力学”光辉地诞生了。尽管如此,围绕量子力学的解释,物理学家的哲学思想还一直是混乱的。而使这种混乱加剧的是量子力学的创始者们常常在无意之中过分露骨地表现出了实证主义的见解。例如,海森堡耸经说过:“物理学家是应该只对知觉的联系作形式的描述”,又说:“现代物理学不是研究原子的本质和原子的结构,而是研究我们观测原子时所知觉到的现象”等等。因此,在初期人们往往从实证主义或它的近代形式即操作主义的立场出发来解释量子力学。在我国,较早出版的菊池正土博士的著作可以说就是这样一个典型。例如书中有这样一段话:“所谓自然规律,可以说是描述一定实验操作中附属于实验仪器的计量器具上的读数之间关系的东西,而不是要通过现象来把握它背后的实体的东西”。

但是,正如武谷三男一再提醒的那样,必须把物理学本身和物理学家对物理学的解释严格地区别开来。自然科学家在多数场合所做的和自己所说的不一致。菊池博士在他的著作《物质的 结构》一书中说过,认为外界是独立于人的意识之外而存在的这种唯物主义的观点,是居住在常识世界里的人们的素朴的立场,它和量子力学那样高度发达的科学的立场是毫无关系的。但是,在这同一著作中,博士在对他本人取得辉煌业绩的电子衍射和中子散射进行说明时,却完全回到素朴的实在论的立场。这证明博士在实验室中一直是站在素朴的实在论的立场上的。

本来,关于科学和世界观的联系问题,不从历史上来考察科学的起源及其发展是不能了解的,而专门的科学家往往以狭隘的眼光作出独断的解释。现在,我们暂时离开理论物理学来考察一下这个问题。

据说自从地球上有了人类以来大约已有一百万年了。即使从现有人类出现以来算起,也有几万年了。在这个期间,人类生产了种种的生活资料,并靠消费这些生活资料延续了他们的生活。同 动物的生活不同,人类的生活是按照一定的计划进行的,它的特征在于人类对周围的自然施加某种作用,使它改变为适合于自己要求的形式。如果把这种行为称为实践,那末人类的生活本来就是实践的。然而,为了使实践得以成立,就必须承认自然界(外界)是独立于我们的意识之外而存在的,它通过威觉反映到意识中来。这是人类在日常生活中经常所持的立场,所以它被称为素朴的实在论,在哲学上就是唯物主义的立场。

不过,人类的实践只有在通过感觉反映出来的外界的映像,即人类关于自然的认识没有错误的情况下,才能得到预计的成功。人类是通过实践的成功和失败来发现不依自己的愿望和意志为转移的客观的自然结构及其规律的。科学是作为通过这种实践所认识的关于客观规律性的知识体系而发展的。因此,科学知识能够保证人类实践的有效性,而认识的真理性又必须经常用实践来检验。 如果考虑到科学和实践之间的这种密切关系,就会了解科学是必须经常以“实践的立场”即唯物主义为基础的。而且科学的发展和实践的成功不断地证明了唯物主义的正确性这样的关系也是可以理解的。在这个意义上,应该说唯物主义已经决不是素朴的观点, 而是为近代科学的至部成就所验证的科学的世界观。我们不妨这样断定,凡是否定唯物主义的立场,都是妨碍科学发展的

人们常说,近代科学的特征在于实证性。这种说法作为表达了上述科学认识的其理性标准在于实践这种关系的一个方面来说是正确的。可是,自然科学家往往片面地强调这个实证性,而忘记或者故意试图否认科学认识的唯物主义前提。前面说的实证主义就是指的这种观点。这可以说是反映了面临变革时期的科学家除了经验以外什么也不相信的惶恐不安的心理。实证主义者说,“所 谓科学就是指按照自然原来的样子进行观察”,而实证主义的新形式,即操作主义者又说,“所谓物理量只是表示要测量的操作的符号,它与客观实在没有任何关系”。然而科学家在实验室中却始终是站在“实践的立场”上的,因为“实验”是“实践”的一种形态。他们一方面说:“物理学是应该只对知觉的联系作形式的描述”,另一方面又研究用直接经验决不能观察到的原子结构,揭示出基本粒子的性质。物理学家所以发现原子、阐明了它的结构,决不是由于按照自然原来的样子进行观察的绿故。人类的认识最初虽然是从直接经验出发的,但所以能够跨过感觉的界限而揭示出隐藏于现象背后的本质关系,乃是因为站在“实践的立场”上的绿故。今天所以终于使全人类承认了原子的存在,则是基于坚决要把原子能释放出来的人类实践的成功。

既然自然科学和唯物主义之间有不可分离的关系,为什么每当面对变革时期时理论物理学家还要走向实证主义或经验主义呢?到十九世纪末期为止,在很长时期内,支配自然科学家的世界 观的是形而上学的唯物主义(机械唯物主义),即把世界看做是由个别的、可以一个一个地彼此割裂开来进行考察的、固定不变的对象构成的。这就把牛顿力学等从初期自然科学发展中取得的自然观即下述观点加以普遍化了:“自然界……,只要它一旦存在,那末在它存在的时候它始终总是这样。行星及其卫星,一旦被种秘的 ‘第一推动力’使其运动起来之后,它们便依照预定的轨道一直运转下去,或者至少运转到一切事物消灭为止。恒星则永远静止地固定在自己位置上,凭着‘万有引力’而互相保持着这个位置。地球从开始起或从它被创造的日子起(不管哪一种情形)便一成不变地总是原来的样子。现在的‘五大洲’始终存在着,它们始终有同样不变的山岭、河谷、河流,同样不变的气候,同样不变的植物区系和动 物区系, ……。植物和动物的种类, 一产生便从此永远确定下来, 相同的东西总是产生相同的东西, ……”。但是科学发展了,唯物主义的形式也不能不发生变化。以后,科学的蓬勃发展就要求唯物主义改变它的面貌。自从康德、拉普拉斯提出太阳系形成的假说以后,认为自然界不只是存在着,而是生成着并消灭着的观点占了优势。“进化论”在科学的各个领域中出现了。于是,认为整个自然界是在永久的流动和循环中运动着这一赫拉克利特的思想就复活了,“辩证法的自然观”形成了。因此,唯物主义也不能不发展为辩证唯物主义了。但是,那些确信牛顿力学为确定不变的理论的物理学家们,仍然受形而上学的唯物主义的支配,按照形式逻辑进行思维。这也可以说是近代科学陷于过度专业化的弊病 吧。当新事实的发现并始动摇了牛顿力学的基础时,他们才注意到自己的世界观的脆弱性,并陷于混乱之中。但是,他们还不知道他们的世界观的偏狭性就在于它的“形而上学性质”,而不在于它的“唯物主义性质”。结果,把若干根本原则的崩溃径直地误认为是对客观规律性的一般否定,就把小孩子和水一起从浴盆里泼出去了。这就是把变革时期的物理学家往往引导到实证主义的道理。

有人说自然科学家即使世界观不同,彼此也能互相了解,互相协作。这是因为:第一,在许多情况下,他们的世界观只不过是一种装饰品,而在实际进行研究时必定要站在“实践的立场”上;第 二,不管科学家的解释如何,科学的内容基本是自然界的规律性的忠实的反映。可是,清楚地意识到以近代科学的至部成就为基础 的最高观点“唯物辩证法”时,与无意识地站在素朴实在论的立场或者和错误的世界观结合在一起时,他们在研究的进度上一定有显著的不同。对于一切科学,可以说情况都是这样,而尤其是像理论物理学这样有了高度的发展而且又是研究基本概念和基本规律的学问,只要是不采取最高的观点、用高度的逻辑学来进行研究, 就随时都面临着滑向错误方向的危险。以往的物理学家片面地只 相信实证的方法;他们一面通过“尝试与错误”的方法从自然界本身求教正确的方向, 一面前进,并且盲目地相信这是唯一的正确方法。但是,近代科学的伟大成就已经证实了“自然的辩证法”,而且正因为如此,已经弄清对自然界的认识也是依照辩证过程进行的。 既然如此,就应当自觉地运用自然辩证法,拿它当作指示自己研究方向的指南针。

其次,简单地谈谈从以近代科学的全部成果为基础的辩证法的自然观抽引出来的“自然的逻辑”,即自然辩证法的基本特征。

首先第一个特征是:“自然界不是彼此隔离,彼此孤立,彼此不相依赖 的对象和现象的偶然堆积,而是互相联系,互相依赖,互相制约的对象的有内在联系的统一整体”;“整个自然界,从最小的东西到最大的东西, ……都处于永久的产生和消灭中,处于不间断的流动中,处于不休止的运动和变化中”。 第二个特征是,关于自然界 的发展和运动的规律,同黑格尔所发现的思惟发展规律具有相同的形式。这就是“从量转化为质和从质转化为量的规律”,“对立的相互渗透的规律”,“否定之否定的规律”等等。

现在稍微做一些具体的说明。现代的科学已经发现在自然界中存在着各种不同质的“梯级”(运动形态),例如,基本粒子—— 原子核——原子——分子——物体——天体——星云这样的“梯级”。这些梯级是决定着一般物质的各种不同质的存在形式的关节点,而不只是有上述的那样直线的关系,也可以向分子——胶体粒子——细胞——器官——个体——社会这样的方向去联系。 另外,同一物体也还有固态——液态——气态等等梯级。打个比喻来说,这个情况既可以说好像具有立体网格的那种结构,又可以说具有像洋葱那样的层次结构。这些“梯级”决不是彼此孤立,彼此不相依赖的,而是互相联系、互相依赖、并且不断地互相转化着。 例如,由基本粒子构成原子,由原子构成分子,分子又分解为原子, 原子又分解为基本粒子。这样的转化不断地发生;新的质产生又消灭,处于不休止的变化中。甚至物质的最简单的,终极的构成要素——基本粒子,也不是像德谟克利特的原子那样,具有作为永久不变的“atom”的形而上学性质。例如,宇宙线在大气中产生出介子,经过一百万分之二秒的短暂寿命就转化为电子和中微子。
这种不同的“梯级”之间的转化以及新质的产生和消灭,都是依照“黑格尔的规律”进行的。物理学家也许会反对这种意见,认为:“构成原子的规律是量子力学的规律,使太阳系成立的规律是牛顿力学的规律”。完全正确,各个“梯级”都受着它们各自的固有规律的支配。正因为如此,个别科学才有其必要。但是不论在“量子力学”中,在“牛顿力学”中,在“生物进化规律”中,在“社会发展 规律”中以至于在“思维发展规律”中,所能找到的共同的普逼规律,就是“辩证法”。所以,它可以说是“自然的逻辑”,因此所有的科学,无论量子力学或牛顿力学,只能用辩证法的逻辑来理解。围绕量子力学的解释所引起的混乱,其主要原因就在于物理学家没有掌握辩证法的逻辑。关于这一点,后面还要提到。

“从一个‘梯级’突变为另一个‘梯级’,并不是偶然发生,而是规律式地发生,即是由……逐渐的量变积果而引起的结果。”这样的“从量转化为质的规律”对今天的自然科学家来说,已经是普通常识了。在物理学中所有的变化都是从量到质的转化。 例如, 产生电子对需要一百万电子伏的能量,产生介子需要一亿电子伏的能量。众所周知,近年来原子核物理学的发展,是以考克饶夫、 瓦尔顿的八十万电子伏的高压发生器的完成为契机取得的。而化学是研究物体由于量的构成的变化而发生的质的变化的科学, 这是无须举例说明的。恩格斯曾经以讽刺的口吻说过:“如果这些先生们许多年来曾经使质和量互相转化,却全然不知自己在做什么,那只有和莫里哀的儒尔丹先生一起互相安慰,这位儒尔丹先生在自己一生中说的是散文,但一点也不知道散文是什么东西。”

辩证法的第二个规律谈到,所有的“梯级”都是由对立物的统一形成的,由于对立物的斗争而发展到较高的“梯级”。这里只从基本粒子论中举一个例子。原子核是由中子和质子构成的。汤川理论阐明了如何从这些基本粒子构成原子核的这种机制。这个理论的核心在于,中子具有转化为质子和负介子的性质。但是,不能因为中子能转化为质子和负介子,就说中子是由质子和负介子构 成的,因为这种关系是相互的,质子也能转化为中子和正介子。因此,不论中子或质子都是“单一的”,同时又都是“复合的”,可以说是把“单一性”和“复合性”的对立统一起来的东西。而且这种对立在由基本粒子构成“新的质”即原子核的过程中,起着原动力的作用。

在自然界中,各种不同“梯级”的产生和消灭不休止地在发生,从而构成自然的历史。自然辩证法的内容,虽然由于本世纪个别科学蓬勃发展的结果而大为丰富了,但是在本质上和十九世纪末期恩格斯所说的并没有差异。今后随着科学的发展,自然辩证法的内容一定会不断地得到充实,但是,上述基本特征是决不会失去的,因为它是“自然的逻辑”。

再把话题转回到理论物理学方面。牛顿力学是支配肉眼看得见的物体即“宏观世界”的规律。因此,当物理学的对象转移到如原子和电子等这样一些在量上与“宏观物体”截然不同的“微观世界”时,发现与“牛顿力学”有质的不同的“新的规律性”也毫不奇怪,这不过是再一次证明了“从量转化为质的规律”而已。即使电子既是“粒子”同时又是“波动”,也不必绝望,因为这无非是预言在这些现象背后能够找到把“粒子性”和“波动性”的对立统一起来的更为本质的关系。实际上,量子力学的建立就阐明了这个关系。在量子力学的发展中形成了下述两个流派: 一个流派是以海森堡为中心的哥廷根学派的“矩阵力学”,另一个流派是由德布洛意和薛定谬展开的“波动力学”。这两种理论尽管表面看来有显著的不同,但是后来在数学上证明完至是等同的,被统一成为现在这样合理的理论。围绕量子力学的解释虽然有过种种的迁回曲折,但是除了“观测问题”这种和世界观密切纠缠在一起的问题以外, 所有学者的见解大体已达到一致了。 当时始终起指导作用的是以玻尔的“对应原理”为主要内容的所谓“哥本哈根精神”;而在哥廷根学派中起支配作用的实证主义倾向和波动力学一派的实在论倾向的对立也是有特征意义的。

以“物理学是应该只由能够直接观测的量构成”这种实证主义原理为指针的哥廷根学派,避免导入原子内的电子的轨道和速度一类的量,试图只用从原子放出的光的频率和强度来描述原子现象。 他们以这个原理和玻尔的对应原理为基础创立了矩阵力学。

一方面,薛定谔采取了与这种实证主义认识论无关的立场,以德布洛意的“物质波”的设想为基础,从力学和光学的类比中导出了“波动方程”,建立了波动力学。他最初把“物质波”看作是可以代替以往的力学中的“粒子映像”那样的满足直观性要求的实际存在。但是现在已经弄清,这样素朴的解释是不能允许的。因为即使电子是像水波一样的实在的波,是按照薛定谔波动方程在整个空间扩展下去的,但在观测电子的位置时,由于它的粒子性, 一 定能在空间的某一点上找到。这意味着由于观测,波突然收缩到一 点,而且这种变化是不连续地和非因果性地发生的。由此可知,要 把物质波看成实在的,并用经典概念把量子现象作为这些连续的因果性变化来解释,无论如何是不可能的。

另一方面,试图只用能够直接观测的量来构成理论的哥廷根学派的方法论,也不能不暴露出它的偏狭性。实际上,在现在的理论中再次包含了他们所拒绝的电子的位置和速度;井且弄清,问题的关键并不在于这些量能否“直接”观测,而在于能否“同时”观测这一点。海森堡的“测不准关系”指出,电子的位置和速度是不能同时观测的“互补”的量,量子力学的特征就在于认识到这种互补的量的存在。结果,就不能再像牛顿力学那样按照粒子在某一瞬间的位置和速度的值来描述它的状态,而需要导入希尔伯特空间的矢量(波函数)所表示的新的状态概念了。电子呈现出粒子性和波动性这种矛盾的性质,是因为在这些现象形态的深处存在着量子力学的状态这一本质的关系。可是,这里需要注意的是,其有这样重要意义的波函数不用说“直接”观测,就是“在原理上”也是不能观测的量。可以说这一点表明了现在量子力学已经跨过实证主义认识论而向前发展了。

以往常有人把量子力学的发展说成似乎是马赫主义方法论的成功。但是,人们发现哥廷根学派的方法论所发挥的真正的积极作用,乃是在于它“不准把日常概念不加批判地应用到微观领域中 去”。而且,与其说这是根据实证主义的认识论,勿宁说是从意识到“从量转化为质的规律”的自然辩证法才能更加确切地加以掌握。电子波粒二象性的发现告诉我们,由宏观经验获得的牛顿力学的若干概念不能一成不变地应用于微观领域。但是宏观领域和微观领域决不是“彼此隔离、彼此孤立、彼此不相依赖的”,而只能是“互相联系、互相依赖、互相制约的”。因此,只不准一切日常概念的转用决不能形成新的理论。玻尔的对应原理假设“新理论经常必须在它同经典理论的边界领域内渐近地一致”,可以说正是意识到这一点了。海森堡最后也对实证主义作了清算,他说:“即使想要把科学中以前所有不明确的概念加以澄清,而由于没有标准来确定哪一个概念是否没有疑问,因此只有依靠‘经验的强制’。要 预先把概念明确化,就等于用语言的逻辑分析来试图预先规定科学未来的发展。”他还说:“由于经典物理学规律是把量子论规律的作用量子当作零时的极限情况,因此与这些规律对应的经典概念是自然科学不可缺少的要素”。 对应原理在由前期量子论到量子力学的整个发展中,作为探究未知的规律的指针,所以能够不断地起着指导作用,“是因为它部分地反映了自然辩证法。而哥廷根学派尽管是受错误的世界观所指导的,但是能成功地建立矩阵力学,可以说,这完全是由于有这个原理的帮助。

如果理论物理学家意识到自然辩证法,而且掌握了高度的逻辑学,那么他们在量子力学的形成中可能经历更平坦的道路。而且无疑能更快地达到玻尔和海森堡以他们的卓越的直观力和经过长 期同自然的角逐才获得的方法论,并能给予更确切的表选。玻尔和海森堡的方法在量子力学的建立方面尽管作为积极的武器发挥了作用,但在最近的原子核理论和基本粒子论的发展方面所以常常起消极的影响,这可以说因为它只是部分地意识到自然辩证法。因为,错误的方法如果把它当作信条贯彻到底,那末,按照早就为人熟知的辩证法规律就会常常转化为它的对立面

在量子力学的解释方面,关联着世界观,错误理解流传最多的是所谓“观测问题”。在量子力学中,像原子这样的微观体系的“状态”可以用“波函数”来表示,按照薛定谔的波动方程时时刻刻在连续地变化着。这是可以用微分方程来描述的因果性的变化,同宏观物体的状态变化并没有本质上的差异。但是,量子力学的特征是对这种微观体系进行观测时出现的,尽管在同一状态下测量同一物理量,而所得的结果并不一定相同,只能从统计上来预言测得某种特定结果的概率。而且体系的状态即波函数,在测量的前后会发生不连续的和非因果性的变化,至于转变为什么状态则依物理量的测量结果而定。前面说的“波动的收缩”就是其中的一个例子。

“观测问题”的核心,在于弄清这两种变化即孤立系的状态的连续的因果性变化和对它进行观测时所引起的不连续的、非因果性变化之间的关系。现在考虑一下观测过程的特征,所谓观测就是使“测量仪器”作用于“对象”,用出现于“测量仪器”上的读数的变化等来测量关于“对象”的数量。但是,在量子力学中,即使当两个系的合成系作为整体处于一个纯粹量子力学状态时,如果只着 眼于其中的部分系,也可以证明在一般情况下它不是纯粹状态而是多数的量子力学状态的统计混合。这是量子力学中有特征意义的情况,它表现了形式逻辑所不能理解的部分与整体,偶然与必然的辩证关系。孤立系的状态虽然作连续的、因果性的变化,而当进行观测时则发生不连续的非因果性变化,这是“对象”和“测量仪器”之间的这种客观的“量子力学并合律”的结果,和常说的“主观对客观的作用”没有任何关系。以前常有这样一种说法,似乎量子力学“否定”了“外界的客观实在性”,这种说法是由于对观测问题的错误理解产生的,关于这一点武谷早已指出过了。

为了清除这种误解,还需要指出量子力学的观测过程的另一个特征。这就是,观测对象虽然是微观的,但测量仪器的主要部分却必然是宏观的。换句话说,对象是受量子力学的规律性支配的, 而测量仪器必须是能把发生于它的一部分的微观过程扩大为宏观过程的结构。因此测量仪器中的微观部分和对象有密切的关系,从哪里开始是测量仪器,到哪里为止是观测对象,是很难划分的。 但是,正如冯·诺意曼用上述“并合律”所证明的,不管对象和测量仪器之间的切断面的位置如何,量子力学永远给出相同的结果。 这一点表明量子力学是很巧妙地构成的。冯·诺意曼过分地强调这个切断面的位置的任意性,以至于主张可以把对象的那方面逐渐扩大,最后只剩下“抽象的自我”作为认识的主体。这种说法显然是过分了,因为测量仪器的特征在于它包括有把微观过程扩大为宏观过程的结构,不能把它推到对象那方面去。观测者读取出现于测量仪器上的读数变化的操作是对观测结果没有任何影响的 宏观观测,所以把认识的主观也包括在测量仪器中是没有意义的。 考虑到这些问题就会更加明白:在进行量子力学的观测时所出现的统计性,全都是“客观存在”的“对象”和“测量仪器”之间的“物质的相互作用”的结果,而不是主观对客观的作用。
还常有人说,量子力学不是把“因果律”否定了吗?这个问题的正确解决方向已经在上述对观测过程的分析中指出了。在量子力学中,状态的概念是本质的,它遵循着严密的因果规律。但是,在现象方面,即考察物理量的测量值之间的关系时,统计规律起着支配的作用。如上所述,这种统计性决不否定因果性,它是以“整个体系”的“因果性”为基础的“部分”的“统计性”。这种关系只有运用把现象与本质、部分与整体、偶然与必然等对立统一起来的辩证逻辑才能把握。以往围绕着因果性的问题发生的种种混乱,就是因为试图用平面的形式逻辑来理解量子力学的立体结构的绿故。