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科學(xué)與哲學(xué)在哪里相遇？
——從量子理論的發(fā)展史來看
摘要
當(dāng)代科學(xué)已經(jīng)發(fā)生了很大變化，不論是基于數(shù)學(xué)模型的理論物理學(xué)，還是依賴于技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，都與哲學(xué)錯(cuò)綜復(fù)雜地交織在一起。量子論的發(fā)展史表明，科學(xué)與哲學(xué)在前沿科學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)思想的交匯地帶再次彼此相遇。哲學(xué)開始于科學(xué)停止的地方，并貫穿于科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中出現(xiàn)理解歧義的各個(gè)環(huán)節(jié)。
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作者系上海社會(huì)科學(xué)院哲學(xué)研究所研究員
摘自《社會(huì)科學(xué)戰(zhàn)線》2022年第1期
本文載《社會(huì)科學(xué)文摘》2022年第2期
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邏輯經(jīng)驗(yàn)主義者在拒斥形而上學(xué)和倡導(dǎo)觀察與理論二分等主張中，所理解的科學(xué)依然是經(jīng)典意義上的科學(xué)，他們將科學(xué)發(fā)現(xiàn)排斥在哲學(xué)研究范圍之外的做法，使哲學(xué)遠(yuǎn)離了真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐過程。然而，他們的研究方式及其成果與科學(xué)實(shí)踐的分離，并不等于哲學(xué)遠(yuǎn)離了科學(xué)。同樣，當(dāng)前的科學(xué)教育設(shè)置中對哲學(xué)的遠(yuǎn)離，也不等于科學(xué)遠(yuǎn)離了哲學(xué)。當(dāng)代科學(xué)已經(jīng)發(fā)生了很大變化，不論是基于數(shù)學(xué)模型的理論物理學(xué)，還是依賴于技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，都與哲學(xué)錯(cuò)綜復(fù)雜地交織在一起。量子論的發(fā)展史表明，科學(xué)與哲學(xué)在前沿科學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)思想的交匯地帶再次彼此相遇。哲學(xué)開始于科學(xué)停止的地方，并貫穿于科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中出現(xiàn)理解歧義的各個(gè)環(huán)節(jié)。
科學(xué)與哲學(xué)
相互遠(yuǎn)離的學(xué)科背景
科學(xué)與哲學(xué)最初并沒有截然分明的界線，希臘哲學(xué)是科學(xué)或力求成為科學(xué)，近代自然科學(xué)開始時(shí)被統(tǒng)稱為自然哲學(xué)。那時(shí)，實(shí)驗(yàn)的可觀察性與可感知性使得實(shí)驗(yàn)事實(shí)成為科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)檢驗(yàn)的權(quán)威證據(jù)。科學(xué)事實(shí)被定義為是脫離理論的“經(jīng)驗(yàn)塊”。到19世紀(jì)，精密科學(xué)和定量實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)事實(shí)的可靠性從信任人轉(zhuǎn)向信任程序和測量所提供的數(shù)據(jù)或圖像。對儀器的這種信任一直延續(xù)至今。實(shí)驗(yàn)越來越遠(yuǎn)離人的直接感知，出現(xiàn)了去身體化的趨勢。這種趨勢強(qiáng)化了關(guān)于事實(shí)的原初定義，影響了曾經(jīng)孕育了科學(xué)的哲學(xué)發(fā)展方向。
后來，科學(xué)與哲學(xué)的論域空間和研究旨趣呈現(xiàn)出相背而行的現(xiàn)象。當(dāng)科學(xué)越來越向著實(shí)驗(yàn)室科學(xué)的方向發(fā)展時(shí)，哲學(xué)則反其道而行之，越來越向著抽象化和思辨性的方向發(fā)展。到19世紀(jì)下半葉，自然科學(xué)得到了相對全面的發(fā)展，確立了優(yōu)勢地位，從哲學(xué)領(lǐng)域內(nèi)完全獨(dú)立出來，乃至以羅素為代表的哲學(xué)家倡導(dǎo)以科學(xué)家為榜樣，追求運(yùn)用邏輯方法來重新思考傳統(tǒng)的哲學(xué)問題，由此拉開了拒斥思辨哲學(xué)的帷幕。這場哲學(xué)運(yùn)動(dòng)使哲學(xué)與神學(xué)分道揚(yáng)鑣，改變了哲學(xué)訓(xùn)練的方式，滋養(yǎng)了新一代哲學(xué)家的成長。在羅素看來，哲學(xué)應(yīng)該像科學(xué)那樣，是合作的、發(fā)展的和嘗試性的，而不應(yīng)該像神學(xué)那樣，是固執(zhí)的、僵化的和教條的。在這種思想的影響下，20世紀(jì)哲學(xué)家的學(xué)術(shù)訓(xùn)練或多或少也像科學(xué)家的訓(xùn)練一樣，囿于某一學(xué)派或某個(gè)哲學(xué)分支的有限范圍之內(nèi)，研究興趣也只限定于這一傳統(tǒng)內(nèi)的哲學(xué)研究。
19世紀(jì)的哲學(xué)雖然因其思辨性而遠(yuǎn)離了具體科學(xué)，但從自然哲學(xué)延續(xù)下來的作為科學(xué)之母的雄心依然沒有減弱，哲學(xué)家關(guān)心整個(gè)世界，試圖站在整合各門學(xué)科的高度來俯視科學(xué)的發(fā)展，而邏輯經(jīng)驗(yàn)主義則以效仿科學(xué)研究的方式推動(dòng)哲學(xué)革命，使哲學(xué)放棄認(rèn)知功能，轉(zhuǎn)而成為科學(xué)的“服務(wù)生”。最早躋身于運(yùn)用數(shù)理邏輯方法和語言分析方法來研究哲學(xué)之列的先驅(qū)者，與自然哲學(xué)家一樣具有科學(xué)背景。他們既目睹了相對論和量子力學(xué)對經(jīng)典物理學(xué)概念體系的超越，發(fā)動(dòng)了變革思辨哲學(xué)的運(yùn)動(dòng)，又默認(rèn)了將觀察事實(shí)作為“經(jīng)驗(yàn)塊”的傳統(tǒng)理解。他們的共識(shí)主要包括：拒斥形而上學(xué)，堅(jiān)持證實(shí)主義的意義標(biāo)準(zhǔn)，信任現(xiàn)代邏輯方法，主張哲學(xué)的未來在于成為科學(xué)的邏輯。
邏輯經(jīng)驗(yàn)主義雖然主觀上是為了改造思辨哲學(xué)，超越各種哲學(xué)體系之間不必要的爭論，使哲學(xué)走上可對話的科學(xué)化的發(fā)展道路，但在客觀上，卻是將整個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的具體過程排斥在哲學(xué)研究的視域之外。在后來的發(fā)展中，當(dāng)科學(xué)哲學(xué)家基于對邏輯經(jīng)驗(yàn)主義觀點(diǎn)的批判性剖析來闡明自己的立場時(shí)，這條批判—建構(gòu)相結(jié)合的線索構(gòu)成了20世紀(jì)科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展主線，其目標(biāo)主要是強(qiáng)化科學(xué)的成功，而不是參與科學(xué)前沿問題的哲學(xué)討論?！八骺柺录斌w現(xiàn)了他們與后現(xiàn)代哲學(xué)家之間的根本分歧?？茖W(xué)哲學(xué)家主要是以科學(xué)進(jìn)步為背景，在遠(yuǎn)離當(dāng)代科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的基礎(chǔ)上為科學(xué)辯護(hù)；而后現(xiàn)代哲學(xué)家則主要是用人文社會(huì)科學(xué)的放大鏡，有選擇性地挑出科學(xué)活動(dòng)中潛存的各類人為因素來全面否定科學(xué)的進(jìn)步或客觀性。
這些二元對立與沖突表明，科學(xué)主義者和人文主義雖然都是基于近代自然科學(xué)的思想觀念來理解科學(xué)，但由于其視域不同或立場迥異，而產(chǎn)生了截然相反的科學(xué)觀。因此，當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的深化發(fā)展，既有必要回到現(xiàn)實(shí)的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中重新檢視20世紀(jì)的這場哲學(xué)革命，也需要意識(shí)到，當(dāng)代大科學(xué)的研究范式與近代小科學(xué)的研究范式相比，在各個(gè)方面都發(fā)生了很大變化。正是這些變化將鐫刻在科學(xué)家背景知識(shí)中的哲學(xué)意識(shí)激發(fā)出來，使科學(xué)與哲學(xué)在科學(xué)變革的前沿領(lǐng)域和科學(xué)思想的交匯地帶深刻地交織在一起，呈現(xiàn)出一體化的互動(dòng)發(fā)展趨勢。本文接下來主要基于量子理論的發(fā)展史對此展開論證。
科學(xué)與哲學(xué)相遇在
科學(xué)變革的前沿領(lǐng)域
石里克認(rèn)為，偉大的科學(xué)家也總是哲學(xué)家。1999年，塞爾在《哲學(xué)與未來》一文中指出：雖然科學(xué)與哲學(xué)之間并沒有截然明確的分界線，但哲學(xué)問題具有三大特征：一是哲學(xué)關(guān)注還沒有系統(tǒng)方法來回答的問題；二是哲學(xué)關(guān)注框架問題，不是具體問題；三是哲學(xué)處理概念以及概念與所表征的世界之間的關(guān)系問題?？茖W(xué)問題是不斷地從哲學(xué)問題中轉(zhuǎn)化而來的。但并不意味著，科學(xué)會(huì)使哲學(xué)終結(jié)或放棄哲學(xué)的認(rèn)知功能。哲學(xué)也會(huì)對人類的知識(shí)做出直接或間接的貢獻(xiàn)。同樣，蒯因提出要恢復(fù)本體論承諾，凱茨認(rèn)為哲學(xué)是科學(xué)事業(yè)的一個(gè)組成部分等。
然而，這些哲學(xué)家雖然努力重建哲學(xué)的認(rèn)知功能，但他們對科學(xué)與哲學(xué)關(guān)系的闡述，依然是站在科學(xué)的外圍看問題，還沒有深入到科學(xué)發(fā)展的實(shí)踐中。從相對論與量子理論的產(chǎn)生與發(fā)展來看，哲學(xué)不僅開始于科學(xué)停止的地方之外，更重要的是，還貫穿于科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中有思想歧義的環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中涉及的哲學(xué)問題只有具備哲學(xué)素養(yǎng)的科學(xué)家才能感知到。正如愛因斯坦所認(rèn)為的那樣，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)迫使物理學(xué)家尋找更新的和更堅(jiān)固的物理學(xué)的理論基礎(chǔ)時(shí)，他們就不能完全任由哲學(xué)家對物理學(xué)的基礎(chǔ)進(jìn)行批評性的反思。因?yàn)橹挥形锢韺W(xué)家才能更好地知道和更確定地感覺到“鞋子在哪里夾腳”。
愛因斯坦的這種觀點(diǎn)來自科學(xué)實(shí)踐。他正是通過澄清時(shí)間、空間、質(zhì)點(diǎn)、同時(shí)性、力、場等概念的意義以及剖析經(jīng)典物理學(xué)的基本概念體系中隱含的不一致性，創(chuàng)立了狹義相對論；通過闡明運(yùn)動(dòng)定律中的“慣性質(zhì)量”和萬有定律中的“引力質(zhì)量”之間的關(guān)系以及各向同性的引力場中物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系等，創(chuàng)立了廣義相對論。這兩個(gè)理論的創(chuàng)立改變了牛頓力學(xué)提供的時(shí)空觀與質(zhì)量觀，提出了尺縮、時(shí)延、時(shí)空彎曲等新的概念，比牛頓的理論更好地解釋了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，還預(yù)言了后來得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)的紅移現(xiàn)象等。
相對論力學(xué)雖然限定了因果性概念的使用范圍，帶來了時(shí)空觀等方面的哲學(xué)變革，但是，理論的前提假設(shè)并不與經(jīng)典物理學(xué)相沖突。量子理論的誕生才導(dǎo)致了科學(xué)革命和哲學(xué)革命。正是在這種雙重革命的前沿領(lǐng)域，科學(xué)與哲學(xué)再次匯聚在一起。愛因斯坦是量子化假設(shè)的最早推廣者和奠定者，卻在量子力學(xué)創(chuàng)立后，變成了批評者和反對者。因?yàn)樗钚拧吧系鄄粫?huì)擲骰子”。他與玻爾關(guān)于量子力學(xué)解釋的論戰(zhàn)，就是關(guān)于世界觀和物理學(xué)理論基礎(chǔ)的哲學(xué)爭論。這揭示了科學(xué)家在探索前沿問題時(shí)，其思想深處所固有的世界觀和認(rèn)識(shí)論態(tài)度所產(chǎn)生的影響。他對量子力學(xué)的不斷質(zhì)疑激發(fā)薛定諤提出“量子糾纏”概念，促使玻姆、貝爾等物理學(xué)家為尋找隱變量量子論而奮斗，并推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的發(fā)展等。
這個(gè)事例表明，當(dāng)哲學(xué)信念內(nèi)化為物理學(xué)家的基本素養(yǎng)和自覺意識(shí)時(shí)，概念批判的力量就會(huì)在他們創(chuàng)建、評判、審視與接受新理論的過程中或在科學(xué)前沿領(lǐng)域體現(xiàn)出來。然而，哲學(xué)信念一旦固化，又會(huì)成為接受新觀念的絆腳石。正如海森堡所認(rèn)為的那樣：所有科學(xué)家的工作都以某種哲學(xué)看法為基礎(chǔ)，否則，他們就無法清晰地表達(dá)觀念之間的聯(lián)系；有些新的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，只有當(dāng)科學(xué)家付出巨大努力擴(kuò)展其哲學(xué)框架和改變思想進(jìn)程的結(jié)構(gòu)時(shí)，才能得到理解；在量子力學(xué)的情況下，愛因斯坦顯然不愿意邁出這一步。
海森堡將愛因斯坦看成是恪守經(jīng)典哲學(xué)信念的保守派，將能夠根據(jù)新的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)擴(kuò)展自己哲學(xué)框架的物理學(xué)家看成是勇于變革思想的先鋒派。這也表明，哲學(xué)信念與科學(xué)發(fā)展之間的關(guān)系是非線性的和復(fù)雜的。哲學(xué)既構(gòu)成了科學(xué)家深耕科學(xué)前沿領(lǐng)地的“前結(jié)構(gòu)”，也隨科學(xué)發(fā)展而發(fā)展。雖然科學(xué)家無法將這些先存觀念條理分明地或清晰地表述出來，但他們對世界的理解或把握卻在某種程度上受到這些奠基性觀念的促進(jìn)或制約。與愛因斯坦相反，玻恩在賦予薛定諤方程中的波函數(shù)以概率解釋之后，將概率看成是基本的，將決定論看成是概率等于1的特殊情況，認(rèn)為在原子世界里放棄決定論，是一個(gè)哲學(xué)問題，只靠物理學(xué)的論證是不能決定的，并作出了“理論物理學(xué)是真正的哲學(xué)”的斷言。
由此可見，從量子理論的發(fā)展來看，在科學(xué)變革的前沿領(lǐng)域或庫恩所說的科學(xué)革命時(shí)期，科學(xué)與哲學(xué)在總的發(fā)展趨勢上總是相伴而行并相得益彰。
科學(xué)與哲學(xué)相遇在
科學(xué)思想的交匯地帶
與第一代科學(xué)哲學(xué)家具有科學(xué)背景相媲美，第一代量子物理學(xué)家具有良好的哲學(xué)素養(yǎng)和人文情懷。但不同的是，在第一代科學(xué)哲學(xué)家中，大多數(shù)人是在大學(xué)期間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)某門科學(xué)，而第一代量子物理學(xué)家的哲學(xué)潛能則來源于家庭熏陶和人文教育的學(xué)養(yǎng)積淀以及主動(dòng)的學(xué)習(xí)熱情。比如，海森堡在中學(xué)時(shí)代憑興趣閱讀柏拉圖的作品，由于崇拜相對論而閱讀科普讀物，由于迷戀數(shù)學(xué)而閱讀數(shù)學(xué)家外爾的著作。這就使海森堡能夠?qū)⒃谥袑W(xué)教育中被割裂開來的數(shù)學(xué)、物理和哲學(xué)潛在地關(guān)聯(lián)起來。玻恩甚至說自己對科學(xué)的哲學(xué)背景比對科學(xué)的特殊成果更感興趣。勞厄根據(jù)自己從事科學(xué)研究的體會(huì)，把在中學(xué)時(shí)代能夠較多地學(xué)習(xí)古代語言看成是日后在科學(xué)上有所發(fā)展的秘方。
量子物理學(xué)家所具有的這種綜合性的學(xué)科背景，在他們創(chuàng)立量子理論的過程中潛在地起到了“思維拐杖”或智力工具的作用，有助于他們在長期的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中升華出一種特有的直覺能力或洞察力。這種能力雖然并不像理論或證據(jù)那樣總是能夠以命題的形式表達(dá)出來，但卻同理論與證據(jù)一樣有價(jià)值，有時(shí)甚至?xí)袃r(jià)值。因?yàn)樗鼈兡軌蚴怪R(shí)融會(huì)貫通，能夠引導(dǎo)量子物理學(xué)家超越實(shí)驗(yàn)證據(jù)的束縛，創(chuàng)造性地提出革命性的概念和理論，還能夠引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室里的科學(xué)家或工程科學(xué)家有針對性地設(shè)計(jì)出精妙設(shè)備來挖掘量子世界中有意義的新問題和驗(yàn)證新理論等。
物理學(xué)研究領(lǐng)域越遠(yuǎn)離人的知覺范圍，物理學(xué)家潛在的直覺判斷力與洞察力的作用就越突出和越重要。在經(jīng)典領(lǐng)域內(nèi)，物理學(xué)家的重點(diǎn)是提出理論框架來說明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。而在量子領(lǐng)域內(nèi)，他們除了提出新的理論框架來說明現(xiàn)象之外，更重要的是，還需要進(jìn)一步理解理論本身，需要在堅(jiān)持傳統(tǒng)的理論觀還是接受新的理論之間作出艱難抉擇。這就導(dǎo)致了兩個(gè)層面的理解：一是創(chuàng)建理論體系來理解和說明現(xiàn)象，二是形成哲學(xué)見解來理解新的理論體系。因?yàn)樵诮?jīng)典物理學(xué)中，研究對象較為直觀，理論本身蘊(yùn)含的哲學(xué)假設(shè)與日常思維基本吻合，但在量子領(lǐng)域內(nèi)，卻出現(xiàn)了截然不同的新情況。
首先，量子化概念的確立意味著，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不再像宏觀粒子的運(yùn)動(dòng)那樣是可追溯的。微觀對象的行為表現(xiàn)依賴于測量設(shè)置，這賦予測量概念新的涵義，使“現(xiàn)象”一詞只能應(yīng)用于觀察結(jié)果，不能應(yīng)用于兩種觀察之間的中間狀態(tài)，而且，運(yùn)用經(jīng)典術(shù)語來描述量子測量現(xiàn)象時(shí)發(fā)生了語用與語義的變化。其次，微觀粒子是通過儀器制備出來的，有些還極不穩(wěn)定，乃至稍縱即逝，這樣，事實(shí)與理論密切聯(lián)系在一起。再次，當(dāng)代量子論借助于數(shù)學(xué)來構(gòu)造理論，很難獲得實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。最后，量子力學(xué)拋棄了決定論的因果性概念，只提供對變量的概率性預(yù)言。
微觀粒子和量子理論具有的這些新特征意味著，在微觀領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)象、事實(shí)、概念、理論、測量設(shè)置等成為共同建構(gòu)的整體。物理學(xué)家雖然能夠自如地運(yùn)用量子力學(xué)的形式體系來解決問題，并建立了相應(yīng)的直覺，但對形式體系的理解至今沒有達(dá)成共識(shí)。他們需要形成新的哲學(xué)見解來傳播其理論成果。關(guān)鍵問題在于，我們的日常語言和經(jīng)典概念是對象性的，這種思維方式使認(rèn)識(shí)論問題本體論化。而在量子理論中，物理學(xué)家則是在認(rèn)識(shí)論意義上使用概念和語言。如果我們意識(shí)不到運(yùn)用概念層次的變化，就無法對量子理論的新特性有清晰的認(rèn)識(shí)。這也是為何愛因斯坦與玻爾關(guān)于量子力學(xué)概念問題的爭論曾成為索爾維會(huì)議的亮點(diǎn)，以及為何量子物理學(xué)家關(guān)于如何理解量子力學(xué)的爭論會(huì)出現(xiàn)在科學(xué)哲學(xué)會(huì)議上的重要原因。
正如普里戈金所言，在科學(xué)會(huì)議上最令人激動(dòng)的時(shí)刻，經(jīng)常是發(fā)生在科學(xué)家們討論像量子力學(xué)解釋等似乎沒有實(shí)用性的問題上。量子物理學(xué)家雖然很少拋開物理學(xué)的具體問題來討論純哲學(xué)意義上的概念問題，也很少撰寫系統(tǒng)性的哲學(xué)論著，但他們的哲學(xué)見解散見在對特殊聽眾的學(xué)術(shù)報(bào)告或科普作品中。他們之間的爭論揭示了科學(xué)與哲學(xué)在“科學(xué)思想”的交匯地帶深刻地交織在一起。
結(jié)語
量子理論的發(fā)展史表明，理論物理學(xué)家都深刻地意識(shí)到自己的工作總是同哲學(xué)思維錯(cuò)綜地交織在一起的。玻恩甚至告誡學(xué)生，如果不關(guān)心哲學(xué)，研究工作將是無效的，呼吁科學(xué)家不應(yīng)該和人文學(xué)科的思想割裂開來。第一代量子物理學(xué)家的成長之路和他們在科學(xué)研究中得到的切身體會(huì)，無疑為我們今天的教育改革指明了方向。科學(xué)研究越深入，科學(xué)與哲學(xué)的關(guān)系就越密切。當(dāng)前人工智能的發(fā)展進(jìn)一步印證了本文所論證的觀點(diǎn)。
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