历史

作用量子和自然的描述(1/2)

    (1929)

    在科学史上,很少有什么事件曾经像普朗克基本作用量子的发现那样在短短的一个世代中得到了一些如此不寻常的后果。这一发现,不但在越来越大的程度上形成整理我们关于原子现象的经验的背景,而关于原子现象的知识在最近三十年中已经如此惊人地得到了扩展,而且,与此同时,这一发现也给我们描述自然现象所依据的那些基础带来了全盘的修正。在这儿,我们处理的是观点和思维工具的不间断的发展;从普朗克关于黑体辐射的基本工作开始,近年以来这一发展在符号化量子力学的表述过程中达到了暂时的**。符号化量子力学这种理论,可以认为是经典力学的自然推广,在优美性和无矛盾性方面,它都可以和经典力学相媲美。

    但是,不放弃作为经典物理理论之特征的因果时空描述方式,这一目的是不曾达到的;通过相对论,经典物理理论曾经经历了一次如此深刻的澄清。在这方面,量子理论可以说是使人失望的,因为原子理论正是起源于这样一种企图:在那些在我们直接感官印象中并不表现为物质客体运动的现象事例中,也要完成这样一种(因果时空〕描述。然而,从一开始,对于在这一领域中遇到和我们普通感官印象相适应的那些知觉形式的一种失败,人们就不是没有准备的。我们现在知道,诚然,人们对于原子的实在性所常常表示的那种怀疑主义是被夸大了的,因为,确实,实验技术的奇妙发展已经使我们能够研究个体原子的效应了。但是,关于用作用量子来代表的物理过程有限可分性的那种认识本身,却支持了关于我们普通知觉形式对原子现象的应用范围的古老怀疑。既然在这些现象的观察中我们不能忽略客体和观察仪器之间的相互作用,那么,观察的可能性问题也就再一次地突现了出来。于是,在一种新面貌下,我们在这儿遇到了现象的客观性问题;这种问题在哲学讨论中曾是经常吸引着如此多的注意力的。

    事态既然如此,在量子理论的一切合理应用中我们都曾经涉及本质的统计问题,这也就是不足为怪的了。确实,在普朗克的原始研究中,导致了作用量子的引用的首先就是修改经典统计力学的必要性。这种作为量子理论特征的(统计〕特色,突出地表现在最近关于光的本性和物质基本粒子的本性的重新讨论中。虽然这些问题已经在经典理论的范围内表面地得到了最后解决,但是我们现在知道,对于物质粒子同样也对于光来说,必须运用不同的观念图景来完备他说明现象并给支配着观察数据的那些统计定律提供一种单值的表述。利用经典术语来一致地表述量子理论是不可能的;这一事实显现得越清楚,我们对于普朗克在制订“作用量子”这一名词时的那种恰当的直觉就越是赞赏;这一名词直接地指示着对于作用量原理的放弃,而作用量原理在自然的经典描述中所占的中心地位,是普朗克本人不止在一个地方强调了的。事实上,这一原理表示了时空描述和能量守恒定律及动量守恒定律之间的独特的反比对称关系;这些定律的巨大有效性,在经典物理学中已经是依赖于下述事实的了:人们可以广泛地运用这些定律而不追究现象在空间和时间中的进程。在量子力学的表述形式中以一种最有成果的方式被应用了的,正是这种反比性。事实上,作用量子在这里只出现于一些关系式中:在哈密顿意义上是正则共轭量的时空坐标和能量一动量分量,是以一种对称的和反比的方式被包含在各该关系式中的。此外,光学和力学之间的类比,也密切地依赖于这一反比性;对于量于理论的近日发展,光学和力学之间的类比曾被证实为非常富有成果。

    但是,一切经验最后必须忽略了作用量子而通过经典概念表达出来,这却是物理观察的本性。因此,通过原子物理量的任何测量所能得到的结果都会受到一种固有的限制,这就是经典概念有限适用性的一种必然后果了。这一问题的深入澄清,近来曾经借助于海森伯所表述的普遍量子力学定律而得以完成;按照这一定律,同时测量两个正则共轭力学量时所得的平均误差的乘积,永远不会小于作用量子。海森伯曾经很正确地就两种意义进行了比较,一种是这一反比式的测不准定律在估计量子力学的无矛盾性方面的意义,另一种是超光速地传递信号的不可能性在检验相对论的无矛盾方面的意义。在这方面,当考虑在量子理论对原子结构的应用中所遇到的那些众所周知的佯谬时,记住下述事实就是非常重要的:原子的属性永远是通过观察它们在碰撞下或在辐射影响下的那些反应而得到的,而且,上述那种关于量度可能性的局限性,是和在关于光的本性及物质粒子的本性的讨论中所揭示出来的那些表观矛盾性直接有关的。为了强调我们在这儿所遇到的并不是实在的矛盾性,作者在一篇较早的文章中曾经建议使用“互补性”这一名词。考虑到在经典力学中已经出现的上述那种反比对称性,“反比性”一词或许是更加适于表示我们所涉及的事态的。在上述文章的结尾处曾经指出,在我们知觉形式的失败和人类建立概念的能力的普遍限制之间,存在着一种密切的联系;上述失败是以严格区分现象及观察手段的不可能性为基础的,而上述限制则是以我们对主体和客体的划分为根源的。确实,这儿所出现的认识论问题和心理学问题,或许是超出确切的物理学范围之外的。但是,借这一特殊机会,我仍然希望能够稍许深入地谈谈这些见解。

    所要讨论的认识论问题可以简单地叙述如下:为了描述我们的心理活动,一方面,我们要有一种客观给定的内容来和一个知觉主体相对立;而另一方面,正如在这样一个断语中所暗示的,在主体和客体之间不可能保持任何明确分界线,因为知觉主体也属于我们的心理内容。从这些情况中,不但可以引出每一概念或者说每一字眼的相对意义,这种意义以我们观点的随意选择而为转移,而且,我们一般还必须有准备地接受下述事实,同一客体的完备阐述,可能需要用到一些无法加以单值描述的分歧观点。确实,严格说来,任一概念的自觉分析是和该概念的直率应用处于互斥关系中的。运用一种互补的或者说是反比式的描述方式的必要性,或许是我们在心理学问题中最为熟悉的,与此相反,作为所谓严密科学的特点的,一般就是通过避免谈到任何知觉主体来达到单值性的那种企图。也许,在数学表述形式中可以最自觉地看到这种努力;这种表述形式为我们的思索建