近代物理学史是实在论的消亡史吗?

2018 年 5 月 22 日 发表在 Matters

我最近在读沃尔特-艾萨克森的《爱因斯坦传》。这本传记包含了许多首次公开的私人信件和机密文件,让读者从更全面的视角认识这位不世出的天才。爱因斯坦在 26 岁发表狭义相对论,36 岁发表广义相对论,这两项工作颠覆了几百年来牛顿力学统治物理基础理论的局面,彻底改变了人们对于时间、空间、引力、质量、能量等基础概念的认识,也奠定了爱因斯坦的学术地位。相比相对论的光环,人们对两件他的另外两件事关心较少:一个是他对量子力学做出的开创性工作,另一个是他发表广义相对论后四十年对于量子力学态度的转变。仔细玩味这两件事的关联,不仅能更清晰地展现爱因斯坦的科学哲学观,也可以管窥理论物理学在二十世纪发生的实在论转向。从某种程度上说,量子力学的成长史是科学实在论的消亡史。

苏格兰哲学家休谟和奥地利物理学家马赫对爱因斯坦早期学术思想产生重要影响。他从中获得这样一种信念:一切知识应当来源于感官感知,无法赋予操作定义的概念应当从物理理论中清除出去。基于这种信念,爱因斯坦摒弃了牛顿的绝对时空体系,为时空赋予了一套新的操作定义,引出狭义相对论。另一方面,爱因斯坦还信仰斯宾诺莎的上帝——一个存在于令人敬畏的美、合理性和自然的统一中的非人格化的上帝;同时也是确定性的、否认本质上的概率存在的上帝。“相对论”其实是相当糟糕的名字,它并不主张彻底的相对主义,相反,强调背后的绝对性、不变性;十年后,广义相对论数学化获得的巨大成功更让爱因斯坦坚信一个不依赖于人的观察而存在的外部世界,这种实在论的信念在后他的四十年里,特别是在关于量子力学的争论中与日俱增,让他逐渐远离休谟和马赫的经验论教条。爱因斯坦在方法论上或许是个经验论者,但在自然哲学观上是不折不扣的实在论者。

基于黑体辐射和光电效应这两个实验结果,爱因斯坦在发表狭义相对论的同一年提出光量子理论,这被视为量子力学的开创性之一。然而光体现出的量子性质令爱因斯坦非常费解,他在后四十年里始终在思考光量子的本质。之后的十几年里,玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、玻恩……一大批勇于颠覆传统的杰出的年轻人前赴后继地推进着量子力学,这是一段波澜壮阔的物理学革命。但是量子力学的发展方向越来越让爱因斯坦感到不安。以玻尔和海森堡为代表的哥本哈根学派主张概率诠释,认为人们只能对世界作出基于概率的观察。至于概率的背后是什么?是否存在一个掷骰子的上帝?经验论者并不关心,因为这种思考并不会为可观测的世界带来新的知识。爱因斯坦关心自然如何存在,哥本哈根学派只关心人们可以对自然说些什么。相比于爱因斯坦,他们丝毫不为确定性的丧失而困扰,他们甚至认为因果性的失效对于量子力学来说是必须的。

时至今日,科学界很少有人探讨量子力学的本质了。人们普遍接受了哥本哈根学派的诠释,将本质问题交给科学哲学家们思考。在这个意义上,爱因斯坦恐怕是牛顿经典力学的最后一个忠实拥趸,这多少令人唏嘘。另一方面,广义相对论描述的引力和量子理论描述的标准模型依然无法完美地统一,爱因斯坦的遗愿仍然鞭策者物理学家们寻找一个更“实在”的宇宙。一个“实在”的世界不被人们提起,却依然是每个理论物理学家的朴素追求。

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