（23）世界圖景的重建（1）
吳國(guó)盛
2008-03-24
http://www.caogen.com/blog/infor_detail.aspx?id=203&articleId=7755
古典科學(xué)，無(wú)論是牛頓科學(xué)還是愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，正像愛(ài)因斯坦本人所說(shuō)，在許多主要的方面保持著一致。而新興的系統(tǒng)科學(xué)、非線(xiàn)性科學(xué)，特別是生態(tài)科學(xué)，試圖改變古典的還原論、原子論、決定論的世界圖景，向古典科學(xué)發(fā)起了根本性的挑戰(zhàn)。與古典科學(xué)注重世界的簡(jiǎn)單性和原子構(gòu)成性形成對(duì)照，整體的觀念、非還原的觀念、非決定論的觀念、復(fù)雜性觀念、不可逆性的觀念被突出出來(lái)，與自然界生命的原則、有機(jī)的原則相銜接。
盡管與以相對(duì)論和量子力學(xué)為代表的新古典科學(xué)相比，新范式尚顯勢(shì)單力薄，但是它們所代表的研究綱領(lǐng)極有思想魅力，呼應(yīng)了這個(gè)時(shí)代人類(lèi)對(duì)自身存在方式的反省。它們也正尋找舊范式中的革命性力量可以聯(lián)合的部分，繼續(xù)擴(kuò)大自己的影響力和說(shuō)服力。這正是“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”的理論背景。
1、經(jīng)典框架的內(nèi)部沖突
四大理論模型可以看成是以物理學(xué)革命為先導(dǎo)的理論自然科學(xué)的主要成就，但是，它們并不是自然科學(xué)的全部成就，也不足以展開(kāi)今日科學(xué)世界圖景的全貌。四大理論模型所代表的，主要是物理世界圖景的變遷，這從某種意義上印證了“20世紀(jì)是物理學(xué)的世紀(jì)”的說(shuō)法。這里面，由于分子生物學(xué)的誕生而促成的物理學(xué)范式向生命科學(xué)的侵入，格外說(shuō)明了物理科學(xué)在全部自然科學(xué)中的核心地位。
物理科學(xué)的核心地位決定了今日主流世界圖景的物理學(xué)性質(zhì)，這被許多人稱(chēng)為“大物理沙文主義”。著名生物學(xué)家邁爾強(qiáng)調(diào)指出，達(dá)爾文的進(jìn)化論的出現(xiàn)顯示了物理世界圖景的不完善性。它引入了物理學(xué)世界圖景所輕視或缺少的一些思想，如變異、多樣性、概率、不確定性、目的性、歷史性。確實(shí)，以達(dá)爾文進(jìn)化論為支柱的生物學(xué)構(gòu)成了一幅生物學(xué)的世界圖景，它展示了控制事物運(yùn)演過(guò)程的各種力量之間相互作用的圖景。邁爾認(rèn)為，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們習(xí)慣于以物理學(xué)的眼光看待科學(xué)史、評(píng)價(jià)其他的學(xué)科，習(xí)慣于把物理學(xué)看成是科學(xué)的模范，而“科學(xué)哲學(xué)”就一直等同于“物理學(xué)哲學(xué)”。但是，生命是最為復(fù)雜和最為高級(jí)的物質(zhì)形式，一個(gè)統(tǒng)一的科學(xué)應(yīng)該以“生命”為研究中心才有可能建立起來(lái)。一個(gè)以物理學(xué)為核心的科學(xué)必定是不統(tǒng)一的，因?yàn)樗皇菑牟煌膫?cè)面逼近“生命”。
當(dāng)代自然科學(xué)的世界圖景事實(shí)上并不是完整的統(tǒng)一的，相反，它處于一種非常明顯的分裂狀態(tài)。哈佛的天體物理學(xué)家大衛(wèi)?雷澤爾將這種分裂狀態(tài)概括為四種原則上不相容的世界圖景的并存。按所描述的自然過(guò)程是否是時(shí)間性的可以分出兩類(lèi)，其中由量子物理學(xué)所表述的微觀世界是無(wú)時(shí)間的，這是第一種圖景。在有時(shí)間性的自然過(guò)程中，按向低熵發(fā)展還是向高熵發(fā)展又可分出兩類(lèi)，其中由熱力學(xué)第二定律所表述的熱力學(xué)過(guò)程是熵增(序減)的，這是第二種圖景。在有時(shí)間性而且是熵減序增的過(guò)程中，還可以按是否可預(yù)測(cè)分出兩類(lèi)：由現(xiàn)代宇宙學(xué)（相對(duì)論宇宙學(xué)）所表述的宇宙演化進(jìn)程，屬于有時(shí)間性的、熵減序增的且可以預(yù)測(cè)的自然過(guò)程，是為第三種圖景；而由進(jìn)化生物學(xué)所表述的生命世界的發(fā)展道路，屬于有時(shí)間性的、熵減序增的且不可能預(yù)測(cè)的自然過(guò)程，是為第四種圖景。存在科學(xué)和演化科學(xué)并立，是當(dāng)代理論自然科學(xué)的一個(gè)基本格局，對(duì)它們的整合將是世界圖景的另一次重建。
無(wú)時(shí)間性圖景（以量子力學(xué)為代表）
有時(shí)間性圖景──高熵發(fā)展（以熱力學(xué)第二定律為代表）
低熵發(fā)展──可預(yù)測(cè)的（以相對(duì)論宇宙學(xué)為代表）
不可預(yù)測(cè)的（以生物進(jìn)化論為代表）
世界圖景的多元格局
2、時(shí)間性的發(fā)現(xiàn)：霍金與普利戈金
現(xiàn)代科學(xué)世界圖景的分裂狀態(tài)以“時(shí)間性”做為分野的標(biāo)志。這個(gè)分裂狀態(tài)由來(lái)已久。近代科學(xué)有兩個(gè)傳統(tǒng)，即數(shù)理科學(xué)傳統(tǒng)與博物學(xué)（自然史）傳統(tǒng)。它們最終的分野就在于前者以數(shù)學(xué)化的方式對(duì)待自然，后者則面向自然的歷史性和時(shí)間性。但是長(zhǎng)期以來(lái)，前一傳統(tǒng)占據(jù)了人們的視野，科學(xué)革命主要被理解成伽利略-牛頓革命。近代自然觀念的變革主要理解成牛頓的機(jī)械論自然觀從亞里士多德有機(jī)論自然概念中脫胎而出。新的自然概念強(qiáng)調(diào)質(zhì)還原為量，數(shù)學(xué)定律代替目的論趨向，實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)代替沉思和理解。這些變化可以看成是機(jī)械論與有機(jī)論之對(duì)立的一個(gè)方面，但另一個(gè)方面即歷史性與非歷史性的對(duì)立一直沒(méi)有引起重視。18世紀(jì)后期以來(lái)，在自然科學(xué)內(nèi)部形成了一股新的思潮，即重新發(fā)現(xiàn)時(shí)間。這股思潮包括生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)中進(jìn)化論的確立，物理科學(xué)中熱力學(xué)不可逆定律的確立，社會(huì)思想領(lǐng)域出現(xiàn)的“進(jìn)步”、“發(fā)展”的觀念。它們共同形成了19世紀(jì)思想史上所謂“時(shí)間的發(fā)現(xiàn)”。正是時(shí)間的發(fā)現(xiàn)，使我們有可能意識(shí)到現(xiàn)代自然科學(xué)的世界圖景的不完全性。
以牛頓-愛(ài)因斯坦為代表的古典數(shù)理科學(xué)傾向于否定時(shí)間的真實(shí)性，它對(duì)待時(shí)間之矢的態(tài)度是，時(shí)間的方向性、過(guò)去與未來(lái)的不對(duì)稱(chēng)性，只是一種與人類(lèi)這個(gè)特有物種相關(guān)的幻覺(jué)。愛(ài)因斯坦在悼念青年時(shí)代的好朋友貝索時(shí)寫(xiě)了這樣一句話(huà)：“對(duì)于我們有信仰的物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)之間的分別只不過(guò)有一種幻覺(jué)的意義而已，盡管這幻覺(jué)很頑強(qiáng)?！毕鄬?duì)論引入的流形（manifold）概念，將整個(gè)宇宙變成了一個(gè)本質(zhì)上沒(méi)有演化、沒(méi)有時(shí)間性的整塊宇宙（blockuniverse）。
整塊宇宙觀念的典型代表是英國(guó)物理學(xué)家霍金。斯蒂芬?霍金1940年？月？日生于，進(jìn)入劍橋，？年開(kāi)始生病。目前，他除了頭腦活動(dòng)如常之外，只能斜躺在輪椅上動(dòng)動(dòng)手指，通過(guò)為他特制的電腦系統(tǒng)與外界交流。他曾經(jīng)是皇家學(xué)會(huì)最年輕的會(huì)員，目前擔(dān)任劍橋大學(xué)的盧卡斯數(shù)學(xué)教席。1987年，他為了給女兒籌措學(xué)費(fèi)，寫(xiě)了一本暢銷(xiāo)世界的科普著作《時(shí)間簡(jiǎn)史――從大爆炸到黑洞》。在書(shū)的結(jié)尾部分，他特別加上了伽利略、牛頓和愛(ài)因斯坦三人的小傳，強(qiáng)烈地暗示自己是伽利略－牛頓－愛(ài)因斯坦這個(gè)科學(xué)傳統(tǒng)的正宗傳人，也是這條“路線(xiàn)”的代表。他的時(shí)間簡(jiǎn)史，其實(shí)是宇宙簡(jiǎn)史。他的時(shí)間完全是坐標(biāo)時(shí)間，時(shí)間的方向性在他那里并不重要。霍金曾經(jīng)一度把宇宙的膨脹作為時(shí)間的方向，而把宇宙的收縮當(dāng)成時(shí)間的倒流，只是后來(lái)另一位物理學(xué)家彭羅斯發(fā)現(xiàn)，即使宇宙收縮時(shí)間也不可能倒流，他才放棄了這個(gè)想法。但是，他的宇宙模型建立在虛時(shí)間基礎(chǔ)之上，而虛時(shí)間是對(duì)坐標(biāo)時(shí)間的進(jìn)一步坐標(biāo)化，因而完全是非時(shí)間性的。
然而，物理科學(xué)內(nèi)部從19世紀(jì)就在引入時(shí)間之矢。熱力學(xué)第二定律揭示了物理世界的方向性和過(guò)程性，給出了一個(gè)時(shí)間箭頭。如果知道一個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)不同的熱力學(xué)狀態(tài)，根據(jù)第二定律我們就能辨別出哪一個(gè)狀態(tài)在先，哪一個(gè)在后。而這種時(shí)間箭頭，在牛頓力學(xué)中是不存在的。只憑牛頓力學(xué)無(wú)法判斷兩個(gè)物理狀態(tài)孰先孰后。
熱力學(xué)第二定律所揭示的物理過(guò)程的方向性與牛頓方程所表明的世界的無(wú)方向性之間的矛盾，很快引起了人們的注意。如果熱不過(guò)就是微觀粒子大量運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)，如果粒子運(yùn)動(dòng)服從牛頓無(wú)時(shí)間方向性的運(yùn)動(dòng)定律，那么，宏觀上的熱力學(xué)第二定律就是不可思議的，因?yàn)橐粋€(gè)可逆的微觀世界必定導(dǎo)致一個(gè)可逆的宏觀世界。然而，在我們生活經(jīng)驗(yàn)中，在我們的物理經(jīng)驗(yàn)中，時(shí)間的方向性如此顯著，基礎(chǔ)物理學(xué)怎能對(duì)之無(wú)動(dòng)于衷？熱力學(xué)和牛頓力學(xué)之間需要調(diào)解。
牛頓力學(xué)在此后幾百年的運(yùn)用實(shí)踐中所表現(xiàn)的極度有效和成功，使人們不會(huì)想到去修正它。熱力學(xué)第二定律出現(xiàn)之后，物理學(xué)家做的主要工作都是力圖添加某些條件，使宏觀的不可逆性還原成微觀的可逆性，由經(jīng)典力學(xué)來(lái)整合熱力學(xué)。
整合的主要成就是發(fā)展了以概率學(xué)說(shuō)為核心內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)力學(xué)。統(tǒng)計(jì)力學(xué)將概率論運(yùn)用于大量分子的統(tǒng)計(jì)行為，得出它們的平均值，而這個(gè)平均值就是宏觀可觀測(cè)值。對(duì)系統(tǒng)的平衡態(tài)而言，統(tǒng)計(jì)力學(xué)十分成功，而對(duì)正在演化之中的非平衡態(tài)則比較麻煩。
1890年，彭加勒證明了，遵循牛頓力學(xué)的粒子系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后總會(huì)回到它的初始狀態(tài)。彭加勒意識(shí)到，這個(gè)定理用于分子層次，將使熱力學(xué)第二定律失效，而用于宇宙學(xué)中，則可以破除宇宙熱寂說(shuō)。彭加勒的回歸定理，宣告了熱力學(xué)還原到動(dòng)力學(xué)的企圖暫告失敗。
正當(dāng)熱力學(xué)的時(shí)間之矢在納入經(jīng)典框架時(shí)受阻時(shí)，在動(dòng)力學(xué)的框架之內(nèi)新的時(shí)間之矢出現(xiàn)了。首先，以相對(duì)論為基礎(chǔ)的現(xiàn)代宇宙學(xué)給出了宇宙的整體膨脹圖景，而膨脹就意味著宇宙的整體演化，同時(shí)也給出了演化的方向性。
導(dǎo)致時(shí)間之矢突現(xiàn)出來(lái)的，除了相對(duì)論宇宙學(xué)之外，還有量子力學(xué)。表面看來(lái)，由于時(shí)間并不是量子力學(xué)中的可觀測(cè)量，因此，量子力學(xué)對(duì)于時(shí)間概念并無(wú)新的貢獻(xiàn)。然而，量子力學(xué)由于它的某種本性使得不可逆性成為一個(gè)不可回避的問(wèn)題，這就是測(cè)量在量子理論構(gòu)架中的特殊地位。首先，測(cè)量對(duì)于量子力學(xué)具有根本的意義，量子世界的一切奇妙性都是由測(cè)量來(lái)給出的，正是因?yàn)閷?duì)于測(cè)量的過(guò)于依賴(lài)，量子力學(xué)曾經(jīng)被看成唯象理論。其次，量子力學(xué)的理論結(jié)構(gòu)之中也浸透了對(duì)測(cè)量的依賴(lài)，矩陣力學(xué)中矩陣代數(shù)的不可對(duì)易運(yùn)算，顯示的就是不同的測(cè)量次序?qū)?huì)帶來(lái)不同的結(jié)果。
有意義的是，盡管測(cè)量在量子力學(xué)中占據(jù)那么重要的位置，但對(duì)測(cè)量本身的描述和解釋卻沒(méi)有納入量子理論之中，因?yàn)榱孔永碚摫举|(zhì)上是關(guān)于微觀世界的，而測(cè)量涉及的是微觀世界與宏觀世界的相互作用。
測(cè)量問(wèn)題的不可回避反映了量子力學(xué)的不完備性、非封閉性，反映了量子力學(xué)以可逆性動(dòng)力學(xué)方程為主干的經(jīng)典框架的局限性。測(cè)量問(wèn)題提醒著時(shí)間之矢。
由于廣義相對(duì)論的宇宙學(xué)無(wú)法逃避有一個(gè)起點(diǎn)(霍金曾經(jīng)嚴(yán)格地證明了這一點(diǎn))，量子論與引力論終于會(huì)合到一起來(lái)了。在宇宙起始的一個(gè)極短時(shí)間內(nèi)，量子論開(kāi)始起作用。一個(gè)對(duì)于宇宙完備的物理描述和解釋?zhuān)Q于引力論與量子論的統(tǒng)一。在這個(gè)未來(lái)的統(tǒng)一理論中，應(yīng)該有一個(gè)內(nèi)稟的時(shí)間之矢，這個(gè)時(shí)間之矢應(yīng)該與熱力學(xué)的時(shí)間之矢相一致，它將使熱力學(xué)第二定律成為象愛(ài)丁頓所說(shuō)的“在自然定律中占有至高無(wú)上的地位”。
引力論與量子論相統(tǒng)一的理論還遙遙無(wú)期，宇宙學(xué)和量子論的時(shí)間之矢已然浮現(xiàn)，但遠(yuǎn)未被澄清。但是，對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解卻在進(jìn)一步深化，這特別應(yīng)歸功于以普里戈金為首的布魯塞爾學(xué)派的工作。
耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)立者普里戈金1917年1月25日生于莫斯科的一個(gè)工程師家庭，當(dāng)時(shí)正是十月革命的前夜。此后俄國(guó)社會(huì)翻天覆地的變化，使普里戈金一家過(guò)上了漂泊不定的旅居生活。他們1921年離開(kāi)祖國(guó)到達(dá)德國(guó)，再于1929年定居比利時(shí)。普里戈金在布魯塞爾受教育，從小熱愛(ài)音樂(lè)。在大學(xué)，他起初學(xué)習(xí)古典語(yǔ)言、歷史和考古學(xué)，使他具備深厚的人文修養(yǎng)和對(duì)時(shí)間性的特有感覺(jué)。當(dāng)時(shí)法國(guó)哲學(xué)家柏格森的影響極大，普里戈金讀他的《創(chuàng)造進(jìn)化論》，對(duì)時(shí)間和創(chuàng)造問(wèn)題十分著迷。當(dāng)他后來(lái)轉(zhuǎn)入物理和化學(xué)研究之后，物理定律的無(wú)時(shí)間性給他留下極深的印象。溝通時(shí)間性的人文科學(xué)和非時(shí)間性的物理科學(xué)，構(gòu)成了普里戈金日后科學(xué)生涯的一個(gè)主導(dǎo)動(dòng)機(jī)。1941年，普里戈金在布魯塞爾自由大學(xué)獲博士學(xué)位，1949年加入比利時(shí)國(guó)籍，1951年任自由大學(xué)理學(xué)院教授，1959年擔(dān)任索爾維國(guó)際物理和化學(xué)研究所所長(zhǎng)，1967年兼任美國(guó)得克薩斯大學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究中心主任，長(zhǎng)年往來(lái)于布魯塞爾和得克薩斯之間。在這兩處工作的各國(guó)科學(xué)家形成了一個(gè)非常有實(shí)力的研究群體，人們稱(chēng)其為非平衡統(tǒng)計(jì)物理的布魯塞爾學(xué)派。
普里戈金的科學(xué)生涯一開(kāi)始，就對(duì)時(shí)間之矢有著刻骨銘心的感覺(jué)。他回憶說(shuō)：“在我年輕的時(shí)候，我就讀了許多哲學(xué)著作，在閱讀柏格森的《創(chuàng)造進(jìn)化論》時(shí)所感到的魔力至今記憶猶新。尤其是他評(píng)論的這樣一句話(huà)：‘我們?cè)绞巧钊氲胤治鰰r(shí)間的自然性質(zhì)，我們就會(huì)越加懂得時(shí)間的延續(xù)就意味著發(fā)明，就意味著新形式的創(chuàng)造，就意味著一切新鮮事物連續(xù)不斷地產(chǎn)生?！@句話(huà)對(duì)我來(lái)說(shuō)似乎包含著一個(gè)雖然還難以確定，但是卻具有重要作用的啟示。”在物理學(xué)中重新確立時(shí)間之矢的基礎(chǔ)地位，是普里戈金畢生的目標(biāo)。
普里戈金等的理論展示了全新的概念結(jié)構(gòu)：第一，熱力學(xué)第二定律并不是在經(jīng)典動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)之上的宏觀近似，而是動(dòng)力學(xué)的基本原理，可以從它開(kāi)始建立動(dòng)力學(xué)的更一般的形式體系；第二，熱力學(xué)第二定律并不意味著熱力學(xué)系統(tǒng)的單向退化，它也是進(jìn)化的原動(dòng)力，熵最大狀態(tài)只是演化的終態(tài)，而在演化過(guò)程中，不可逆性會(huì)導(dǎo)致自組織的出現(xiàn)。在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)對(duì)外界開(kāi)放，系統(tǒng)本身所產(chǎn)生的高熵將被及時(shí)的輸送到外界，而自身保持在有序狀態(tài)。這種通過(guò)與外界保持開(kāi)放而將自己維持在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的有序狀態(tài)的系統(tǒng)被稱(chēng)為耗散結(jié)構(gòu)。
耗散結(jié)構(gòu)理論表明生物進(jìn)化論如何可能與熱力學(xué)第二定律相一致，因?yàn)樵谶h(yuǎn)離平衡態(tài)的條件下，物理系統(tǒng)會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生高度有組織的行為。地球泰初時(shí)期處處會(huì)發(fā)生的偶然漲落，被不斷的放大成越來(lái)越高級(jí)的自組織行為，可能就是地球生命進(jìn)化的真正奧秘。
在越來(lái)越遠(yuǎn)離平衡態(tài)的情況下，我們?cè)竭^(guò)了越來(lái)越多的分叉點(diǎn)，分叉點(diǎn)之后可選擇的可能性也越來(lái)越多，此時(shí)，我們就進(jìn)入了完全不可預(yù)測(cè)的狀態(tài)，即所謂決定性混沌(determinsticchaos)狀態(tài)。對(duì)決定性混沌的研究，已經(jīng)或正在形成為一個(gè)熱火朝天、朝氣蓬勃的新興領(lǐng)域，有人說(shuō)，一場(chǎng)新的科學(xué)革命將在這里掀起。
決定性混沌區(qū)別于一般混亂無(wú)序的所謂隨機(jī)性混沌在于，它是由遵循決定論的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，在并無(wú)外部的隨機(jī)性干擾情況下，自發(fā)產(chǎn)生的內(nèi)稟性混沌現(xiàn)象。它雖然完全不可預(yù)測(cè)，但內(nèi)部依然隱藏著結(jié)構(gòu)和規(guī)則。在傳統(tǒng)觀點(diǎn)看來(lái)，混沌只能是隨機(jī)性混沌，決定性混沌是不可思議的。詞典上，“混沌”一詞的釋義一般有二：“1，(常大寫(xiě))據(jù)認(rèn)為在有秩序的宇宙之前就已存在的無(wú)秩序、無(wú)定形的物質(zhì)；2，完全的無(wú)序，徹底的混亂。”1986年，英國(guó)皇學(xué)學(xué)會(huì)在倫敦召開(kāi)的一次有影響的關(guān)于混沌的國(guó)際會(huì)議上，又提出了新的定義：“3，數(shù)學(xué)上指確定性(determinstic)系統(tǒng)中出現(xiàn)的隨機(jī)性態(tài)?！币虼?，決定性混沌確實(shí)是新近被發(fā)現(xiàn)的。它的發(fā)現(xiàn)，立刻引起了對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械論世界圖景最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，成了普里戈金發(fā)起的以“時(shí)間的再發(fā)現(xiàn)”為主題的科學(xué)革命的生力軍。
混沌學(xué)已經(jīng)展示了世界圖景即將面臨的革命性變化。這其中最重要的革命性因素，是確立了“開(kāi)放的未來(lái)”的概念。在牛頓的鐘表式宇宙圖景中，未來(lái)與過(guò)去一樣已然預(yù)定。而混沌顯示了，未來(lái)是純粹的“未定”。開(kāi)放未來(lái)的概念真正揭示了時(shí)間之矢的本質(zhì)。
3、還原論與古典科學(xué)
與時(shí)間的發(fā)現(xiàn)相伴隨的重建世界圖景的另一個(gè)維度，是整體論的出現(xiàn)。整體論是與原子構(gòu)成主義相對(duì)立的一種世界觀。繼承自希臘的數(shù)學(xué)理性傳統(tǒng)，原子構(gòu)成主義支配著近代科學(xué)的主流研究綱領(lǐng)?？偟膩?lái)看，“物質(zhì)實(shí)體+形式法則”的模式是西方思維的核心特征，不僅表現(xiàn)在對(duì)自然界的構(gòu)造上，而且表現(xiàn)在對(duì)人類(lèi)社會(huì)運(yùn)作模式的構(gòu)思上。由自由的個(gè)人（原子）所組成的社會(huì)，得以保持其有序運(yùn)作的唯一辦法是制定某些規(guī)則，這些規(guī)則就是法律（Law）。Law既是人類(lèi)社會(huì)中的“法律”，也是自然界的“定律”。對(duì)“規(guī)則”和“程序”的強(qiáng)調(diào)與個(gè)體自由的強(qiáng)調(diào)相輔相成，是西方民主體制不可或缺的兩大要素。同樣，對(duì)物質(zhì)實(shí)體和自然規(guī)律的強(qiáng)調(diào)，是近代科學(xué)思想中一系列二元論的根本來(lái)源。物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)、空間與時(shí)間、慣性與力、實(shí)體與場(chǎng)、數(shù)學(xué)與物理等等的二分對(duì)立，都在某種程度上來(lái)源于依賴(lài)于“原子”加“規(guī)則”的西方思維模式。
原子構(gòu)成主義是實(shí)體主義和形式主義相結(jié)合的產(chǎn)物。早期希臘自然哲學(xué)提供了科學(xué)思想的兩大傳統(tǒng)，一是由泰勒斯開(kāi)創(chuàng)的實(shí)體論的構(gòu)成主義研究綱領(lǐng)，一是由畢達(dá)哥拉斯開(kāi)創(chuàng)的結(jié)構(gòu)論的形式主義研究綱領(lǐng)。泰勒斯的名言是“萬(wàn)物源于水”，這個(gè)平凡的說(shuō)法中包含著科學(xué)思想的精髓。首先，它表現(xiàn)了對(duì)世界統(tǒng)一性的把握，其次，它指出了世界統(tǒng)一性的把握方式是找出其“始基”。在這個(gè)綱領(lǐng)之下，米利都學(xué)派分別找出了“水”、“氣”作為萬(wàn)物由以構(gòu)成的始基。阿那克西米尼不僅找到了“氣”作為始基，而且發(fā)現(xiàn)了由這個(gè)東西去解釋自然界各種事物的方式，即由氣的“凝聚”和“稀釋”產(chǎn)生出不同的事物。畢達(dá)哥拉斯學(xué)派自然哲學(xué)的問(wèn)題不是“萬(wàn)物由什么組成”，而是“是什么使得萬(wàn)物彼此呈現(xiàn)出差別”。他們的答案也是肯定的：“是數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致了它們表觀上的不同”。數(shù)量上的差異和幾何結(jié)構(gòu)上的差異在他們看來(lái)更具有哲學(xué)意義，是事物的本質(zhì)，至于事物是由什么物質(zhì)實(shí)體構(gòu)成的則不重要。始基永遠(yuǎn)是均勻同一的，即使找到了也無(wú)法解釋自然界中復(fù)雜多樣的事物，而數(shù)學(xué)形式本身即具有無(wú)窮的樣式，用它來(lái)解釋萬(wàn)物不存在本質(zhì)的困難，更具說(shuō)服力。
米利都學(xué)派的實(shí)體主義和畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的形式主義經(jīng)過(guò)后來(lái)的發(fā)展，形成了相互支撐、相互制約的局面，希臘原子論只是這種局面的一個(gè)樣本。原子論認(rèn)為，世界由無(wú)數(shù)原子在無(wú)限虛空之中以各種各樣的排列組合構(gòu)成，我們經(jīng)驗(yàn)中各種不同的物質(zhì)就反映了它們不同的排列組合。近代以來(lái)，亞里士多德的四因說(shuō)中的目的因和終極因被否棄，而質(zhì)料因和動(dòng)力因突出出來(lái)。其中的質(zhì)料因具體為物質(zhì)微粒，而動(dòng)力因則成了“力”，一種微粒與微粒之間相互發(fā)生的關(guān)聯(lián)。正是“力”將整個(gè)微粒世界結(jié)成一體，不至于一盤(pán)散沙。在古典力學(xué)中，“力”的作用服從方程所擬定的規(guī)則。
牛頓力學(xué)的方程是線(xiàn)性的微分方程，其“線(xiàn)性”意味著大尺度現(xiàn)象可以看成是小尺度現(xiàn)象的放大，其應(yīng)用“微分”方程意味著整體等于部分之和。微分的意思是把一個(gè)對(duì)象無(wú)限的分割下去，微分方程表述的是把一個(gè)研究對(duì)象無(wú)限分割之后所找到的函數(shù)關(guān)系。牛頓力學(xué)能夠以微分方程的方式出現(xiàn)，意味著對(duì)對(duì)象進(jìn)行無(wú)限分割之后所得到的函數(shù)關(guān)系，也正是整個(gè)力學(xué)體系所具有的函數(shù)關(guān)系。一葉知秋，窺一斑而知全豹，這是牛頓力學(xué)的方法論準(zhǔn)則。阿爾文?托夫勒生動(dòng)形象的表述說(shuō)：“在當(dāng)代西方文明中得到最高發(fā)展的技巧之一就是拆零，即把問(wèn)題分解成盡可能小的一些部分。我們非常擅長(zhǎng)此技，以致我們竟時(shí)常忘記把這些細(xì)部重新裝到一起?！诳茖W(xué)中，我們不僅習(xí)慣于把問(wèn)題劃分成許多細(xì)部，我們還常常用一種有用的技法把這些細(xì)部的每一個(gè)從其周?chē)h(huán)境中孤立出來(lái)。這種技法就是我們常說(shuō)的ceterisparibus，即‘設(shè)其他情況都相同’。這樣一來(lái)，我們的問(wèn)題與宇宙其余部分之間的復(fù)雜的相互作用，就可以不去過(guò)問(wèn)了。”
的確，蘊(yùn)涵在牛頓微分方程之中的方法論精神不僅包括拆大為小，還包括“孤立法”，即不考慮與其余部分復(fù)雜的相互聯(lián)系，孤立的分析本系統(tǒng)的受力情況從而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在高中時(shí)代，如何用簡(jiǎn)單的牛頓定律去解決復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題，是每一個(gè)高中生面臨的難題——這大概是他或她第一次碰到與生活世界相分裂的物理世界，并且要親自把這個(gè)物理世界從生活世界中提煉出來(lái)。我們的年輕人通常手足無(wú)措，因?yàn)榇罅康某ＷR(shí)混雜在分析之中，因而難以建立一個(gè)純正的物理世界。一個(gè)優(yōu)秀的物理老師之優(yōu)秀，就在于把孤立法這個(gè)牛頓科學(xué)的方法論準(zhǔn)則顯示給學(xué)生，使學(xué)生學(xué)會(huì)孤立的受力分析法。在受力分析完成之后，運(yùn)用牛頓定律進(jìn)行計(jì)算就非常簡(jiǎn)單了。
牛頓力學(xué)拆整為零的方法論，對(duì)整個(gè)古典科學(xué)起了示范作用。把復(fù)雜的事物分解成簡(jiǎn)單事物的組合，把宏觀的物理現(xiàn)象歸結(jié)為微觀現(xiàn)象的組合，成了近代科學(xué)一個(gè)占主導(dǎo)地位的方法論原則，這個(gè)原則通常稱(chēng)為還原論（reductionism）。
還原論具體表現(xiàn)在，力圖將心理意識(shí)現(xiàn)象還原為大腦的生理機(jī)能，把生命現(xiàn)象還原為物理和化學(xué)現(xiàn)象，把化學(xué)現(xiàn)象還原為原子和分子的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)，把物理學(xué)還原為力學(xué)。極而言之，把人類(lèi)所面臨的一切問(wèn)題都還原為科學(xué)問(wèn)題。赫爾姆荷茲曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“自然科學(xué)的最終目的是要發(fā)現(xiàn)所有變化下面的運(yùn)動(dòng)，以及它們的動(dòng)力；那就是說(shuō)，把全部自然科學(xué)分解成為力學(xué)?！边@是還原論的宣言。從科學(xué)史上看，還原論的確產(chǎn)生了豐碩的成果。由于近代原子論的建立，化學(xué)的大部分都已經(jīng)成了原子或分子物理的一部分；本世紀(jì)分子生物學(xué)的發(fā)展，部分構(gòu)通了生命科學(xué)和物理科學(xué)。
還原論有過(guò)許多形式。有原子論的還原論，有機(jī)械還原論，有力學(xué)還原論，但總的原則是將某種不好處理的現(xiàn)象看成是某種好處理的現(xiàn)象的變種，以獲得對(duì)本來(lái)不好理解的現(xiàn)象的理解。還原有強(qiáng)弱之分。強(qiáng)還原堅(jiān)持還原即是完全歸結(jié)、完全等同，弱還原不堅(jiān)持歸結(jié)的完全性。自然界的現(xiàn)象林林總總、變化萬(wàn)千，還原方法幾乎是人的認(rèn)識(shí)所不可避免的。只要把科學(xué)的目標(biāo)定在把握宇宙的統(tǒng)一性，而且相信這種統(tǒng)一性確實(shí)存在，那么就必定要用還原方法。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“人們總想以最適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)畫(huà)出一幅簡(jiǎn)化的和易領(lǐng)悟的世界圖象；于是他就試圖用他的這種世界體系來(lái)代替經(jīng)驗(yàn)的世界，并來(lái)征服它。這就是畫(huà)家、詩(shī)人、思辨哲學(xué)家和自然科學(xué)家所做的，他們都按自己的方式去做。各人都把世界體系及其構(gòu)成作為他的感情生活的支點(diǎn)，以便由此找到他在個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的狹小范圍里所不能找到的安靜和安定?！边@就表明，某種最基本意義上的還原論不僅是人類(lèi)的認(rèn)識(shí)所不可避免的，而且還是人類(lèi)基本的存在方式。
問(wèn)題只在于：向那里還原，以及還原是完全的還是不完全的。作為一個(gè)實(shí)際的科學(xué)家，他可能只關(guān)心向那里還原而不關(guān)心還原是否完全。他也許認(rèn)為，能還原多少算多少，只要能工作起來(lái)、能增進(jìn)知識(shí)，是否最終完全把握了對(duì)象的一切那并不重要。每當(dāng)一種還原方法開(kāi)始投入使用時(shí)，使用者必定持有堅(jiān)定的信念，相信該種還原論是完全的，而隨著該方法大面積的使用，涉及越來(lái)越多的現(xiàn)象，暴露越來(lái)越多的問(wèn)題，還原論才開(kāi)始弱化。但也不會(huì)完全取消。除非一種新的還原論興起，取代從前舊的還原論。但還原論本身可能永遠(yuǎn)會(huì)是科學(xué)的方法，建立起一種還原論的說(shuō)明模型是科學(xué)成熟的表現(xiàn)。
近代還原論綱領(lǐng)到了今天有所弱化，但不是全面弱化。其最核心的還原即質(zhì)還原為量的綱領(lǐng)已成共識(shí)，根本沒(méi)有弱化，相反不斷強(qiáng)化。在科學(xué)共同體看來(lái)，未能完成這一還原不是因?yàn)橘|(zhì)不能還原為量，而是科學(xué)水平不夠，科學(xué)之光尚未照亮這一領(lǐng)域。
近代還原論可以概稱(chēng)為機(jī)械還原論，但細(xì)分起來(lái)，機(jī)械還原論還只是其最初的階段，以笛卡爾為代表。第二階段的還原論可稱(chēng)之為力學(xué)還原論，以牛頓為代表。第三階段是物理還原論，主要反映在生命科學(xué)中。這三種還原論不是后一個(gè)否定前一個(gè)，而是一個(gè)比一個(gè)更加精細(xì)化，基本思路是一致的。在機(jī)械還原論的發(fā)展過(guò)程中，盡管始終受到批評(píng)，但卻一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，因?yàn)榕u(píng)者提不出新的還原論綱領(lǐng)，或者提出的綱領(lǐng)無(wú)法與主流相抗衡，或者提出的綱領(lǐng)只是對(duì)機(jī)械論的改進(jìn)，只是增加了一種新的機(jī)械還原論。
在物理科學(xué)（包括物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)等）的發(fā)展過(guò)程中，機(jī)械還原論走的是不斷修正的路子。牛頓力學(xué)建立之后，力學(xué)還原論一直占據(jù)著統(tǒng)治地位。牛頓力學(xué)本身巨大的成功使人們相信它就是自然科學(xué)的典范，只有建立了象牛頓力學(xué)那樣的體系，一門(mén)學(xué)科才算是成熟了；只有出現(xiàn)了象牛頓那樣的偉人，一門(mén)學(xué)科才有值得夸耀的地位。牛頓之后，物理科學(xué)里出現(xiàn)了一大批“力學(xué)”，最先是天體力學(xué)，熱力學(xué)，再是電動(dòng)力學(xué)。直到19世紀(jì)末，自然界中的各種物理現(xiàn)象包括熱、聲、光、電都可以用力學(xué)方法加以說(shuō)明。在世紀(jì)之交的物理學(xué)危機(jī)中，有兩派就物理學(xué)的前途進(jìn)行爭(zhēng)論，其中一派是力學(xué)學(xué)派，另一派是批判學(xué)派。力學(xué)學(xué)派為古典的力學(xué)還原論辨護(hù)，批判學(xué)派則對(duì)舊的體系發(fā)起攻擊。在物理學(xué)革命中誕生的相對(duì)論和量子論拋棄了古典的力學(xué)還原論，但建立了新的力學(xué)還原論，即相對(duì)論力學(xué)和量子力學(xué)。相對(duì)論和量子論的“力學(xué)”之為力學(xué)，在于它們（１）建立了普適方程，（２）依然是原子主義的。雖然物理的原子論受到一定程度的沖擊，但數(shù)學(xué)的原子主義突出了。物理現(xiàn)象由從前的向微觀粒子還原，變?yōu)橄驇讉€(gè)數(shù)學(xué)概念還原。相對(duì)論把物理學(xué)還原成張量方程，量子力學(xué)把物理學(xué)還原為波函數(shù)方程?？偟膩?lái)說(shuō)，在物理科學(xué)中，原子主義的力學(xué)還原至今仍是卓有成效的。
在生命科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，機(jī)械還原論也一直是一條主線(xiàn)，但受到生物學(xué)自主論者的嚴(yán)重的沖擊，甚至形成了兩軍長(zhǎng)期對(duì)壘的局面。機(jī)械還原論者基本思想是把生物學(xué)看成與物理學(xué)同等無(wú)質(zhì)的區(qū)別的學(xué)科，力圖用物理學(xué)中比較成熟的研究綱領(lǐng)處理生物學(xué)問(wèn)題。在近代早期，將人體與機(jī)械類(lèi)比極為盛行。達(dá)?芬奇用靜力學(xué)觀點(diǎn)解釋骨骼的杠桿作用，塞爾維特用水力學(xué)的觀點(diǎn)解釋人體內(nèi)的血液循環(huán)，哈維則進(jìn)一步在機(jī)械論的基礎(chǔ)上建立了血液循環(huán)理論。笛卡爾本人特別對(duì)人體的機(jī)械構(gòu)造作了詳細(xì)描述，以致在唯物主義哲學(xué)家陣營(yíng)里，人人相信人是機(jī)器。法國(guó)哲學(xué)家拉美特利根脆寫(xiě)了一本書(shū)名字就叫“人是機(jī)器”。隨著物理科學(xué)的發(fā)展，生命科學(xué)中出現(xiàn)了生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、分子生物學(xué)。這些學(xué)科都力圖運(yùn)用機(jī)械的、力學(xué)的、原子主義的還原綱領(lǐng)，將生命現(xiàn)象在微觀層次上加以解釋。但由于生物學(xué)固有的特殊性，總有相當(dāng)多的生物學(xué)家懷疑物理的還原論，堅(jiān)持生物學(xué)的目的論解釋、活力論解釋、有機(jī)論解釋、系統(tǒng)論解釋等等。所有這些，在當(dāng)代以同一個(gè)聲音發(fā)出，即強(qiáng)調(diào)生物學(xué)的自主性。
20世紀(jì)分子生物學(xué)取得巨大的成就后，機(jī)械還原論又極為深入人心。幾乎所有的分子生物學(xué)家都主張物理基礎(chǔ)主義的還原論。ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一克里克說(shuō)：“事實(shí)上，當(dāng)代生物學(xué)運(yùn)動(dòng)的最終目標(biāo)是根據(jù)物理學(xué)和有機(jī)化學(xué)解釋所有的生物學(xué)?！痹谒麄兛磥?lái)，物理還原綱領(lǐng)是真正有成效的生物學(xué)研究綱領(lǐng)，雖然現(xiàn)在仍有許多生命現(xiàn)象不能由物理化學(xué)方法得到說(shuō)明，但這不是原則上的不可能。隨著生命科學(xué)和物理科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，最終都可以得到徹底說(shuō)明。當(dāng)然，另一方面，依然有許多生物學(xué)家堅(jiān)持生物學(xué)不可能完全還原為物理化學(xué)。
總而言之，笛卡爾時(shí)代成形的機(jī)械的還原論在當(dāng)代有所弱化，在物理科學(xué)中還原的具體方式發(fā)生了變化。在生命科學(xué)中，物理還原論盡管本身遭到非議，但依然是當(dāng)代古典科學(xué)中占主導(dǎo)地位的研究綱領(lǐng)。
4、量子力學(xué)與整體論
正如古典科學(xué)內(nèi)部同時(shí)浮現(xiàn)“時(shí)間之矢”一樣，古典科學(xué)內(nèi)部也出現(xiàn)了“整體論”因素。這特別表現(xiàn)在量子力學(xué)中。量子力學(xué)在最微觀的領(lǐng)域，鞏固了整體論的基礎(chǔ)地位。
以尼爾斯·玻爾為首的哥本哈根學(xué)派，整合了以物質(zhì)的波動(dòng)圖象為基礎(chǔ)的波動(dòng)力學(xué)和以物質(zhì)的粒子圖象為基礎(chǔ)的矩陣力學(xué)，提出了波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)ú６鳎?、測(cè)不準(zhǔn)原理（海森伯）和互補(bǔ)原理（玻爾），形成了對(duì)量子力學(xué)的系統(tǒng)解釋。由于哥本哈根學(xué)派在量子力學(xué)創(chuàng)造過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用和影響，他們的解釋通常被稱(chēng)為正統(tǒng)解釋。
正統(tǒng)解釋所給出的世界圖景的突出特點(diǎn)之一是，在微觀領(lǐng)域引入了概率隨機(jī)性。特點(diǎn)之二則是，突現(xiàn)了量子現(xiàn)象的整體性以及伴隨而來(lái)的主客體分界的模糊性。由于量子力學(xué)直接建立在實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果之上，而實(shí)驗(yàn)觀測(cè)又依賴(lài)于測(cè)量?jī)x器以及測(cè)量程序的選擇和安排，并不只是一個(gè)獨(dú)立不依的客體世界的不走樣的反映，因此，量子力學(xué)所提供的世界圖景原則上無(wú)法排除觀察主體的作用。它所展示的是一幅主體和客體相互交融、相互作用的圖景，“在存在的這出偉大戲劇中，我們既是觀眾又是演員”（玻爾語(yǔ)）。
正統(tǒng)解釋極大地動(dòng)搖了古典科學(xué)的傳統(tǒng)概念框架和思想方法，引起了許多爭(zhēng)論。其中最有影響的是愛(ài)因斯坦與玻爾之間就量子力學(xué)是否完備所發(fā)生的爭(zhēng)論。愛(ài)因斯坦本來(lái)也是量子論的創(chuàng)始人之一，但他卻對(duì)量子理論后來(lái)的發(fā)展以及哥本哈根的解釋不滿(mǎn)。對(duì)于正統(tǒng)解釋所給出的量子世界圖景的兩大突出特征——概率隨機(jī)性、量子整體性，愛(ài)因斯坦都持異議。愛(ài)因斯坦堅(jiān)決認(rèn)定，科學(xué)的目的在于發(fā)現(xiàn)隱藏在自然界背后的確定性的規(guī)律。上帝不是賭徒，不會(huì)擲骰子。因此，只給出了統(tǒng)計(jì)規(guī)律的量子力學(xué)，肯定是不完備的。玻爾與愛(ài)因斯坦所進(jìn)行的爭(zhēng)論，被科學(xué)史家稱(chēng)為“物理學(xué)史上的偉大科學(xué)論戰(zhàn)之一，也許只有18世紀(jì)初的牛頓-萊布尼茲論戰(zhàn)才能與之比擬?！保ㄑ拍Z(yǔ)）
1927年，在布魯塞爾索爾維研究所召開(kāi)的第5次索爾維會(huì)議（由比利時(shí)化工實(shí)業(yè)家索爾維資助，自1911年以來(lái)每3年舉行一次）上，愛(ài)因斯坦與玻爾發(fā)生了激動(dòng)人心的爭(zhēng)論。愛(ài)因斯坦想出了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，試圖證明所謂的量子力學(xué)不確定性關(guān)系（測(cè)不準(zhǔn)原理）是可以被打破的。理想實(shí)驗(yàn)是這樣的。通過(guò)屏幕上一條狹縫的電子（或光子），隨后通過(guò)有著兩條狹縫的第二個(gè)屏幕，最后落在一個(gè)照相底片上。由于電子（或光子）在量子領(lǐng)域的波動(dòng)性質(zhì)，傳向第二個(gè)屏幕的電子將作為波列離開(kāi)這個(gè)屏幕，并互相干涉，在照相底片上形成干涉圖樣即明暗條紋。自然，這個(gè)條紋是由電子打在底片上形成的點(diǎn)造成的，這體現(xiàn)了電子的粒子性；這些條紋是按照波動(dòng)的規(guī)律分布的，這體現(xiàn)了電子的波動(dòng)性。以上這些說(shuō)法是愛(ài)因斯坦和玻爾兩人都同意的?，F(xiàn)在，愛(ài)因斯坦的設(shè)想是，調(diào)整第一個(gè)屏幕的狹縫使其充分的小，以致只有一個(gè)電子打向第二個(gè)屏幕。這個(gè)電子作為一個(gè)粒子，或者通過(guò)上縫，或者通過(guò)下縫。它在通過(guò)上（下）縫時(shí)會(huì)對(duì)屏幕有一個(gè)輕微有向上（下）的反沖。通過(guò)測(cè)量電子傳給屏幕的這一動(dòng)量，再加上對(duì)底片上衍射圖樣的分析，我們知道了該電子的通過(guò)狹縫時(shí)的動(dòng)量的情況。而同時(shí)，通過(guò)測(cè)量電子傳給屏幕的動(dòng)量是向上還是向下，我們還可以知道電子究竟是通過(guò)上縫還是下縫——這樣電子的位置也清楚了。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，這樣就可以打破海森伯的不確定關(guān)系。
會(huì)議期間一個(gè)早飯后，愛(ài)因斯坦把這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)交給了玻爾。當(dāng)天傍晚，玻爾就準(zhǔn)備好了答案。玻爾說(shuō)，考慮到第二個(gè)屏幕的量子性質(zhì)，同時(shí)測(cè)定它的動(dòng)量和位置是不可能的。我們的精度要達(dá)到能夠測(cè)量出電子是通過(guò)上邊還是下邊的狹縫，狹縫的位置就存在一個(gè)相應(yīng)的不確定量，而這一不確定量足以使底片上的衍射圖樣面目全非。
看起來(lái)量子力學(xué)在邏輯上是無(wú)矛盾的，愛(ài)因斯坦沒(méi)有話(huà)說(shuō)，只好把爭(zhēng)論的話(huà)題引向哲學(xué)層面。他無(wú)奈的說(shuō)：“你們真的相信全能的上帝只會(huì)擲骰子嗎？”據(jù)說(shuō)玻爾風(fēng)趣的回答說(shuō)：“指導(dǎo)上帝如何管理世界那可不是咱們的任務(wù)”。時(shí)間到了1930年，下一次索爾維會(huì)議召開(kāi)了。愛(ài)因斯坦又帶來(lái)了一個(gè)新的理想實(shí)驗(yàn)，向玻爾們挑戰(zhàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)封閉的箱子，一個(gè)面上裝有一個(gè)快門(mén)?？扉T(mén)由一個(gè)定時(shí)裝置控制，定時(shí)裝置的時(shí)鐘與盒外的時(shí)鐘已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)。箱子里面有一定的幅射，快門(mén)打開(kāi)時(shí)就會(huì)有一個(gè)光子放出去，一秒鐘之后打在離箱子30萬(wàn)公里處的照相底片上。箱子掛在彈簧秤上，可以稱(chēng)出因光子的跑出所減少的重量。這個(gè)箱子后來(lái)常被稱(chēng)為愛(ài)因斯坦光子箱。愛(ài)因斯坦說(shuō)，按照你們的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，能量和時(shí)間不可能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)，但在我這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)中，跑出一個(gè)光子的時(shí)間以及這個(gè)光子的能量（通過(guò)質(zhì)能關(guān)系由質(zhì)量的減少來(lái)測(cè)定）是可以同時(shí)精確測(cè)定的。
這個(gè)新的理想實(shí)驗(yàn)更加精致，而且用上了愛(ài)因斯坦本人的相對(duì)論。據(jù)說(shuō)玻爾思考了很長(zhǎng)的時(shí)間，為此度過(guò)了一個(gè)不眠之夜，但最終他還是給出了答案。這個(gè)答案非常巧妙，它用其人之道還治其人之身，即用愛(ài)因斯坦相對(duì)論來(lái)駁斥愛(ài)因斯坦的這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。玻爾說(shuō)，回答這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于這個(gè)盒子是處在（地球）引力場(chǎng)中，因?yàn)橹挥性谝?chǎng)中，才有可能根據(jù)彈簧秤的變化（重力的變化）測(cè)出質(zhì)量的變化。按照相對(duì)論，處在引力場(chǎng)中的時(shí)鐘，其走時(shí)依賴(lài)它在引力場(chǎng)中所處的位置。當(dāng)從快門(mén)飛出一個(gè)光子時(shí)，盒子在引力場(chǎng)中的位置發(fā)生了變化，因而就影響了盒子內(nèi)時(shí)鐘的（相對(duì)于外部時(shí)鐘的）準(zhǔn)確性。在這里，飛出多少光子的測(cè)定與時(shí)間的測(cè)定不可能同時(shí)準(zhǔn)確。
愛(ài)因斯坦又一次不得不表示同意。理想實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有難倒玻爾，他開(kāi)始相信玻爾在邏輯上是自洽的。不過(guò)，他懷疑量子力學(xué)是否是完備的。邏輯一致性與完備性不是一回事。從前愛(ài)因斯坦一直想證明量子力學(xué)在邏輯上是不一致的，但他承認(rèn)失敗了。1935年，愛(ài)因斯坦與波多爾斯基（Podolsky）、羅森（Rosen）合作發(fā)表了“能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的嗎？”，提出了以他們姓氏的第一個(gè)字母合稱(chēng)的EPR論證，表明量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是不完備的。論證由四部分組成：
第一，定義完備性。所謂一個(gè)物理理論的完備性指的是，它的必要條件是，物理實(shí)在的每一要素在物理理論中都有其對(duì)應(yīng)物。（完備性判據(jù)）所謂物理實(shí)在指的是，它的充分條件是，如果在物理系統(tǒng)未受任何干擾的情況下，我們能夠確切地預(yù)言一個(gè)物理量的值，那么對(duì)應(yīng)于這個(gè)物理量存在著物理實(shí)在的一個(gè)要素。（實(shí)在性判據(jù)）
第二，描述量子力學(xué)的一般特征。對(duì)量子力學(xué)而言，兩個(gè)由不可對(duì)易算符代表的物理量（比如位置和動(dòng)量、能量和時(shí)間等）中，對(duì)其中一個(gè)的精確知識(shí)，將排除對(duì)另一個(gè)的精確知識(shí)。如果這兩個(gè)物理量都對(duì)應(yīng)著一個(gè)物理實(shí)在，那么，基于波函數(shù)描述的量子力學(xué)是不完備的。否則的話(huà)，這兩個(gè)物理量不可能同時(shí)是實(shí)在的。這是一個(gè)非此即彼的推理：或者量子力學(xué)是不完備的，或者這兩個(gè)物理量不可能同時(shí)實(shí)在。
第三，對(duì)一個(gè)特例的應(yīng)用。考慮一個(gè)由AB兩個(gè)粒子組成的系統(tǒng)，這兩個(gè)粒子開(kāi)始相互作用著一段時(shí)間，此后，各奔東西，不相往來(lái)。按照量子力學(xué)，在它們分開(kāi)后，只需對(duì)其中的A粒子進(jìn)行測(cè)量，比如動(dòng)量，就能準(zhǔn)確測(cè)算出B粒子的動(dòng)量，而無(wú)須對(duì)之做任何干擾?；蛘邷y(cè)量A粒子的位置，就能準(zhǔn)確測(cè)算出B粒子的位置。很顯然，前一種情況下的動(dòng)量和后一種情況下的位置，都應(yīng)被視為實(shí)在的要素。
第四，由第一和第三可以得出結(jié)論：動(dòng)量和位置可以同時(shí)被視為實(shí)在的，因此，量子力學(xué)是不完備的。
EPR論證的要害在于利用了AB兩個(gè)粒子不再相互作用這一事實(shí)。由于它們不再相互作用，EPR就認(rèn)為，對(duì)A的任何測(cè)量不會(huì)影響到B粒子的實(shí)在性，也就是說(shuō)，B粒子的實(shí)在性并不取決于對(duì)A的測(cè)量。不論你對(duì)A測(cè)量其動(dòng)量，還是測(cè)量其位置，相應(yīng)算得的B粒子的動(dòng)量或位置的實(shí)在性都不應(yīng)該受到影響。因此，要確認(rèn)B粒子的位置或動(dòng)量的實(shí)在性，既不要求對(duì)A同時(shí)測(cè)量位置和動(dòng)量，也不要求前后測(cè)量或者只測(cè)量其中的一個(gè)——根本就沒(méi)有關(guān)系。這一“無(wú)關(guān)性”概念雖然EPR沒(méi)有明白的說(shuō)出來(lái)，但卻在論證過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用，后人稱(chēng)之為“定域性假設(shè)”。通俗地說(shuō)，定域性假設(shè)就是指任何兩個(gè)物體不存在神秘的遠(yuǎn)距關(guān)聯(lián)。
玻爾反駁說(shuō)，EPR提出的實(shí)在性判據(jù)中“物理系統(tǒng)未受任何干擾”這樣的說(shuō)法是含糊不清的，是測(cè)量A的動(dòng)量還是測(cè)量A的位置，這對(duì)A+B系統(tǒng)是決定性的，而B(niǎo)的動(dòng)量或位置被計(jì)算出來(lái)，依據(jù)的正是A+B系統(tǒng)的波函數(shù)。玻爾強(qiáng)調(diào)說(shuō)，經(jīng)典力學(xué)物理客體與測(cè)量裝置之間的相互作用，原則上可以排除或者被補(bǔ)償，但在量子力學(xué)中，這種相互作用成了量子現(xiàn)象的不可分割的部分。玻爾說(shuō)：“對(duì)于量子力學(xué)形式體系的任何明確應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種實(shí)驗(yàn)裝置的確定是不可缺少的?！睖y(cè)量條件應(yīng)該被看成是整個(gè)量子現(xiàn)象的一個(gè)不可分割的部分。
玻爾對(duì)EPR的反駁揭示了量子現(xiàn)象的整體論特征。兩個(gè)粒子即使相隔遙遠(yuǎn)，用光速也不可能發(fā)生相互作用，但從量子力學(xué)的意義上，它們?nèi)耘f可以有密切的、決定意義的聯(lián)系。這種超距作用顯然違反相對(duì)論精神，是愛(ài)因斯坦所不能同意的。由于量子現(xiàn)象被認(rèn)為是物理世界最基本和最普遍的現(xiàn)象，這種整體關(guān)聯(lián)將滲透到了世界的每一角落。即使宇宙的起點(diǎn)與現(xiàn)在也存在著某種量子關(guān)聯(lián)。物理學(xué)家惠勒就曾經(jīng)構(gòu)想出了這樣的可能性，即，我們今日所做的某些事情將改變著在宇宙的開(kāi)端處發(fā)生的物理事件，因此，我們的宇宙是一個(gè)我們參與著的宇宙。這乍看起來(lái)不免有點(diǎn)荒謬。哥本哈根學(xué)派的狄拉克也承認(rèn)量子力學(xué)面臨著“定域性破壞”的困難，感到喪失了明確的物理概念。有的物理學(xué)家在EPR論證的激勵(lì)下，試圖尋找一個(gè)“定域性”的隱變量理論，即把量子力學(xué)作為唯象理論從隱變量理論中推導(dǎo)出來(lái)，而這一隱變量理論保持完好的定域性。
然而，半個(gè)多世紀(jì)過(guò)去了，并沒(méi)有一個(gè)更好的理論出現(xiàn)，以解釋量子力學(xué)已經(jīng)解釋了的那些現(xiàn)象。這一事實(shí)似乎提醒人們，量子力學(xué)的確是完備的。1965年，貝爾（J.S.Bell）提出，任何定域性的隱變量理論都不能重復(fù)給出量子力學(xué)的全部統(tǒng)計(jì)性預(yù)言。這個(gè)論斷被稱(chēng)為貝爾定理。他導(dǎo)出了一個(gè)自旋關(guān)聯(lián)的不等式，即著名的貝爾不等式。把這個(gè)不等式的預(yù)言與量子力學(xué)的預(yù)言進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)定域性隱變量理論給出的自旋相關(guān)變量，不總是等于量子力學(xué)給出的相關(guān)度。貝爾不等式比量子力學(xué)弱。以后的多次實(shí)驗(yàn)均表明貝爾不等式被打破，貝爾定理某種程度上被證明了。1979年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利洛倫茲實(shí)驗(yàn)室的斯塔普（H.P.Stapp）進(jìn)一步把貝爾的發(fā)現(xiàn)發(fā)展成為廣義貝爾定理：沒(méi)有任何定域性理論能夠重復(fù)給出量子力學(xué)的全部統(tǒng)計(jì)性預(yù)言?xún)?nèi)容。
量子力學(xué)的定域性破壞顯示了量子力學(xué)與相對(duì)論的某種沖突。這兩大理論的整合有待時(shí)日。但貝爾定理日益得到證實(shí)，向人們展現(xiàn)了奇妙的量子關(guān)聯(lián)的實(shí)在性。這種關(guān)聯(lián)表現(xiàn)在人與自然之間、主體與客體之間，也表現(xiàn)在宇宙的過(guò)去與現(xiàn)在之間。量子領(lǐng)域的整體論特征，是從古典科學(xué)自身中生長(zhǎng)出來(lái)的新的思想，它在某種意義上給諸多新興的整體論科學(xué)以極大的鼓舞。
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