不少科学界人士都同意一位学者的如下说法：“有一种科学家，每隔100年才出一个两个，如爱因斯坦和玻尔”；我们说这100年的估计可能还嫌短了些。但至少公众都认定：这两位大师是20世纪最卓越的物理学家，并都可列入世界上屈指可数的当代伟大思想家的行列，因为他俩都引发了人类基本观念的明显转变。今年是玻尔诞生110周年，又是爱因斯坦逝世40周年；若考究一下那场著名的爱因斯坦-玻尔论战的理论意义，或可作为对这两位大师的一种思想意识的更高水准上的纪念吧。本文对《思想领域中最高的音乐神韵》一文第三部分作了进一步的铺陈和阐发，对这两位大师的原则分歧以及这场论战的精神实质直抒己见——尽管只是管窥蠡测而已；同时，本文融入研读卢鹤绂教授论著《哥本哈根学派量子论考释》后的心得，亦望以此就正于吾师。对于量子理论的概念结构、物理解释和哲学蕴义的讨论，称得上是对不同于所谓“简单真理”的“深奥真理”的探索。爱因斯坦-玻尔论战显示了爱因斯坦和以玻尔为首的哥本哈根学派（以下简称哥派）探索“深奥真理”的艰难历程中的思想分野；对论战之理论意义的考究，当然不可局限在物理学范畴之内。

因果性定义的变更

作为描述自然界物质运动规律的物理学理论大厦，爱因斯坦认为它有“一根支柱是毫不动摇的，那就是因果性假说”。因果性定义要溯源于亚里士多德和经院哲学家们。他们提出，导致事件发生的乃是所谓“动力因”；这与后来的“原因”一词含义相当。而拉普拉斯曾这样解释因果性概念：假如有一个“精灵”在已知时刻了解到每个原子的位置和运动，它就能预言世界的全部未来。可见，拉普拉斯赋予因果性以一种决定论性的定义：由原因绝对地决定结果。然而爱因斯坦指出“当亚里士多德和经院哲学家们对所谓的原因下定义时，科学意义上的客观实验这个观念还没有产生”，因此“动力因”那样所谓原因的定义“是形而上学的”。唯有当牛顿的基于实验实践之上的经典力学建立以后，因果性才真正有了科学的定义，因果律才成为物理学的一条最基本的原理；牛顿藉此“描述自然界中事件出现时的有规律的秩序”。这是一种连续变化的秩序。自然界随时间连续地演进，不间断的因果链贯穿着物质体系的运动变化过程；此乃人们通过实验观测物质变化现象的经验总结。当然，在量子力学问世之前，这种由直接经验得出的对物质运动规律的因果性描述，是针对各种宏观体系（包括诸如电磁场等经典场体系在内）而言的。实验不仅展现了运动过程中的连续因果链，而且表明物质变化的因和果之间有明确的一一对应关系；所以经典物理中的严格因果性原理与纯粹决定论是等价的。牛顿最壮美的理智成果之一，便是采用其发明的数学中的微分定律，去满足物质运动规律描述上的严格因果性要求；由体系在一个时刻的运动状态出发，凭借表示运动规律的微分方程，单一地、绝对地决定其之后任意时刻的运动状态。牛顿力学以至包括相对论在内的经典场理论之一系列登峰造极的辉煌成就使人们，甚至使爱因斯坦这样的科学巨擘，把决定论性因果原理当作一种不可拂逆的哲学信仰、一项包含“格外深邃的灵性”的科学本能、一条构建物理学理论的指导性原则。这条原则产生于经典物理，被冠以“经典决定论”的名称；现代哲学家们还称其为“机械决定论”。

可是，“量子理论的统计特征迫使我们与决定论分道扬镳”；对于原子和亚原子粒子的微观体系，“在小空间尺度里，时间中的顺序概念已变得很成问题”，（海森伯语）这就是说，在考察微观体系时，已发现实验观测结果出现了统计性征状。具体说来，人们考察宏观体系，依靠的是人类本身的感官知觉，以及作为其直接延伸的实验仪器（这是为帮助观测者增强感知能力而把宏观现象简单放大的仪器），由以取得对于实验对象的直接经验；况且，若实验装置、实验条件相同，便会测得完全相同的结果，各种物理量的取值也一定，并可显示运动状态绝对确定的因果性变化过程。至于深入到物质的微观层次，便不再可能取得对于实验对象的直接经验，用于探测微观客体的复杂的实验仪器，并非是人类感官知觉向微观层次的直接延伸，亦即人们绝不能凭借仪器直接感知微观客体的运动状态；既非直接感知，微观客体就不会以时间空间中显示的形式直接呈现到人们面前，因此就谈不上所谓其本身运动状态的因果性变化了。但探测微观客体的宏观仪器所呈现的可被人们感知的当然仍是宏观现象，即通常所谓的在时空中显露的原子（和亚原子）现象，只能算是提供人们以对于实验对象的间接经验；按照玻尔的说法，这是微观客体在仪器中引起的“某种不可逆放大过程”所导致的可观测效应，是微观客体与仪器相互作用的结果。这里的“放大”，是指使微观运动状态放大为有质变的宏观效应；至于“不可逆”，则是指不可能从宏观效应倒逆成微观客体的原来状态，这与考察宏观客体的实验仪器的简单放大作用不同。对后者可藉以从观测结果倒逆而导出宏观客体的原来状态。仪器和实验操作对宏观客体的干扰一般可予忽略，即便是大小可观、不可忽略的干扰，也可在处理观测结果时将其抵偿掉；此干扰可以确定、可予控制，甚或可设法避免。神韵篇说过，玻尔把作用量子h引入原子物理后所提出的量子定态和量子跃迁公设，乃是量子理论的基本概念，h便是量子理论的标志。而微观客体与实验仪器的相互作用，亦即观察测量对微观客体运动的干扰是一些量子耦合过程，引起运动状态的突然跃变。正是作用量子的整个性，导致这种耦合不可再分，具有不可避免、不可确定、不可控制的非决定性特征，体现为观测结果多种多样，所测之物理量取值不一（实验装置、实验条件不变时），但每种结果出现的几率一定，也就是满足固有的统计性规律。显而易见，经典决定论的原则在此不复存在；量子跃迁、量子态的突然跃变不是时空演变过程，无严格的因果律可循。用玻尔的话简言之：“放弃因果性这个理想观念的逻辑基础，就在于客体与观测仪器之间不可避免的相互作用”。而改革纯粹的决定论性因果原理，正是量子理论得以发展、哥派正统解释得以形成的关键。

虽然量子力学的建立使爱因斯坦“不能否认放弃严格的因果性在理论物理领域中获得了重要成就”，但他出于其“科学本能”还是批评哥派说：“非决定论完全是一个不合逻辑的概念”。爱因斯坦何以会作此断语？这或许要联系如下事实：他把因果律和微分定律视作牛顿自然观的两条“终极前提”，因此以为不能轻率地抛弃。同时，经过与哥派两个回合的论战（1927年和1930年的两次索末尔物理学讨论会，见神韵篇），爱因斯坦已看清统计性描述对于量子理论的必要性和有效性，故而认识到为了适应“微观体系的非常复杂的变化过程”，“必须进一步扩大和改善我们的因果性概念”。其实，牛顿自然观可说是大部分物理学家的思想准绳。薛定谔正是循此构建起他的波动力学的；甚至哥派的一些学者也不例外。比如玻恩说得较为全面：“量子力学不允许有一个决定论的解释，……但一个不仅拒绝决定论，而且拒绝因果关系的哲学同样荒谬”。因果性概念不必一概否定，唯其定义要加以修缮。且看量子力学的核心方程；即薛定谔方程，它是代表微观体系状态——量子态的波函数对时空坐标的偏微分方程；那么对于波函数来说，牛顿自然观的两条终极前提依然成立。可是，波函数本身是指微观粒子在四维时空，甚或是在抽象的位形空间中出现的几率幅，因此薛定谔方程所标示的因果律实际是关于微观客体运动的一种统计性信息的关联，而并非客体本身在时空中运动状态的因果性变化规律。再则，这个信息的因果链会因实验干扰而中断，每次观测，量子态便发生突然跃变，跃变的起因就是客体与观测仪器之间相互作用的量子耦合过程；所以正如狄拉克所说的：“因果性只适用于未受干扰的体系……故仍然假定因果性原理可应用于未受干扰的体系”，不受干扰时，有因果律可循，即便为抽象的波函数，其变化也总是以数学上严格的微分定律为表述；而在实验观测时，微观客体运动受到不可忽略、不可抵偿的干扰，因果链便被破坏（即所谓“几率收缩”）。玻恩认为从玻尔新观念出发，“因果关系有个合理的定义：某一场合和另一场合有关系，这个关系在某种意义上可用定量定律来描述”，而这两个场合的标志，对于经典力学来说，是可由以直接感知量子态的力学量；对于量子力学来说，是不可由以直接感知量子态的波函数。就后者而言，唯波函数，即几率幅才满足严格的因果性定量定律，依然具有决定论性涵义；至于可观测力学量，量子力学只提供其对同一客体相继作观测所得之结果之间的统计性关系，从而丢失了决定论性涵义。因此，在量子力学中，因果性原理与纯粹决定论并不等价。

我们认为，作为牛顿自然观终极前提的因果律和微分定律，并未被物理学家所抛弃；特别是微分定律，在以微分方程为其核心表述形式的理论中，更显得十分重要。那么，微分方程中时空坐标之函数的变化就仍然伴随以严格的因果链；撇开干扰而言，其因果关系还是决定论性的。然而由爱因斯坦指明的一点——因果性的定义离不开实验实践，看来是颇具深意的；虽然他本人起先未曾意识到。他的原意是指依靠观察测量，能展示物质运动的因果性规律，所以实验实践是因果性定义的根基；而我们可以这样来理解：随着实验实践的进展，因果性定义势必会变更。正是遵照爱因斯坦所指明的这点，当观察测量在探索微观物理实在时显露出截然不同的统计征状，亦即实验实践在认识论意义上所产生的效用出现新的转变时，因果性讨论就应当突破经典物理中的决定论性定义；这是就实验中的观测结果而论的，此其一。其二，代表微观物理实在的抽象表述（波函数）虽然满足决定论性的微分方程，以标示严格的因果原理，但这仅是未受实验干扰时的情况；—旦受到干扰，因果链便立即中断；而且抽象表述只给出微观客体运动的统计信息，客体本身的运动状态不能由宏观实验直接展现。因此，因果性定义可扩大到对物理实在作抽象表述的时空函数，此乃指对客体运动的一种非直观的间接反映。然而经典物理中对可观测物理量的因果性描绘是不能沿用到量子物理中的可观测量之上的。相反，若将因果性讨论拘泥于经典物理中原有的纯粹决定论性定义，就难免被讥为机械决定论，并有碍于对量子理论作出妥帖的解释了；再则，对非决定论性统计规律的披露，不宜加之以“不合逻辑”的断语。

观测概念的确立

玻尔以为：“科学的目的在于延展人们经验的范围，并把这些经验整理成秩序”；建立量子力学形式体系就是为了“得到对观测结果的理解”。经验范围的延展靠的是不断改进着的实验观测，对其观测结果秩序化、公理化后便上升为科学理论。其中，还应如爱因斯坦所指出的：“科学不能仅仅在经验的基础上成长起来，在建立科学时免不了要自由地创造概念，而这些概念的适用性可以后验地用经验方法来检验”；即这种自由地创造概念的“科学思辨性”在理论的起于经验、终于经验的建立过程中至关紧要。量子理论亦便如此，物质的量子化观念以及量子态和量子跃迁公设正是思辨性的创新概念。

从实践→认识→实践，本是辨证唯物主义关于对客观真理的认识过程；就近代自然科学而言，这实践主要指实验实践，人们从中取得“提示合适概念”的经验。因此，经验是理论创造的基础，实践是认识过程的重要环节*这当然是认识论的一条无可非议的基本原则。然而对其具体含义的见识如何，经典物理与量子物理甚为迥异。对于前者，观察测量是实验操作，是认识宏观客体的实践手段；仪器和操作对客体的干扰可予忽略，或者可予确定以致抵偿掉，所以通过实验观测即能认识到被观测的宏观客体的运动状态及其变化规律。反过来说，客体的状态及其变化不因实验观测而发生本质性的改变；观测方式不同，测得之客体运动并无本质性的区别。再则，用经典物理的概念和语言，比如用波动图像、粒子轨迹等，可恰当地描绘各种宏观体系在时空中的变化状况；又如用位置、动量、能量、波长、位相、电场强度、磁感应强度等物理量，可确切地反映各种宏观体系的运动特征，而且只要实验仪器精密、实验条件完善，它们都总是能够被测准的。

至于就量子物理而论，观察测量虽也是实验操作，但这实践手段在认识微观客体的过程中产生了新的效用。因为第一，微观客体与实验仪器之间量子耦合的不可逆放大作用使客体的微观运动状态转化成仪器所呈现的宏观现象——原子（和亚原子）现象。所以说，观测所展示的是已经在本质上改变了的微观物理实在，尽管其中包含着微观客体运动的统计信息；况且，离开实验观测就谈不上有什么原子（和亚原子）现象。第二，实验干扰的不可避免、不可确定和不可控制，导致如下两难局面：要确定微观体系的运动状态，却不能观测，反之要观测就必然引起体系状态的突然跃变；这是量子理论的核心解释一互补原理的根本依据。所以说，观测直接进入物理原理，第三，实验安排不同，所观测到的原子（和亚原子）现象就不同，比如或者观测到微观物质的粒子图景，或者观测到波动图景；又如测量任—对正则共轭的物理量，在某种场合只能测准其中之一，而在别种场合却只能测准其中之另一，如此等等。所以说，微观物质的波粒二重性和海森伯不确定性（测不准）原理也都起源于实验观测。第四，被称作统计性学说的量子理论所揭示的量子统计规律是固有的，前面说过，此乃因观测仪器对微观状态的不可逆放大作用以及实验干扰导致其突然跃变的不确定性所引起，所以说，量子统计规律是微观客体运动在被认识的反映过程中的本质性征状。反映过程就是实验观测，由以伴随着显露的原子（和亚原子）现象的统计特征是不可避免的；脱离观测，便无所谓量子统计规律了。

根据这几点，可以认为观察（测量）在量子物理的理论体系中占以概念的地位，而且如卢先生所说的是原始概念。大家都知道，经典物理的各种理论体系的表述均不依赖于实验的观测手段，观测一词无需进入理论表述形式。经典理论的原始（最基本的）概念是一些具体的物理量，例如电磁场理论的原始概念是场的强度；质点力学的原始概念是质点的位置，这位置的确定与采取什么观测方式井无关系。然而，对于量子物理来说，微观粒子的位置已失去明确的定义，而实验观测倒有决定一切的明确意义；量子理论的表述必须论及观测，量子力学体系本身就是观测结果的几率性表述，即其统计规律的总结和提炼，一些基本原理及哥派所赋予的解释，也都围绕观测的必要性和后果、观测方式决定观测结果、观测所披露之原子（和亚原子）现象的统计特征等而展开。可是，爱因斯坦却正因忽视观测作为量子理论的原始概念的地位和效用，而形成与哥派在量子理论的完备性、物理实在观念、理论研究纲领等一系列原则性问题上分歧甚显的独特见解，并执着地探求由观测得到的原子（和亚原子）现象所掩盖的微观客体本身在时空中的实际运动规律。我们以为，他与哥派之间所以会长期论战不息，或正可从对观测概念的诠解中寻找其认识论根据。

玻尔指出，由凭借宏观仪器进行的实验观测所得之“一切经验，最终都必须用经典概念来表述”；当然这用来描述微观客体运动不会怎么准确。以波粒二重性为例来说，它并不真的表明微观客体具有此二重性质，实际是既非经典的粒子，又非经典的波；这两种形态只是微观客体运动在不同的实验安排下呈现于宏观仪器上的不同物理图景，人们不得不用经典概念——粒子性和波动性，才对其作出互为补充的全面描述；纵然是唯象性的近似描述，却被公认是比较适宜的。虽然量子力学有代表量子态的波函数，但终究不能用来描绘宏观仪器上的原子（和亚原子）现象。因此玻尔又说：“观察能用经典物理的概念描绘，这几乎是实验的本质”；然而“这就是量子理论的整个佯谬”，因为一方面必须建立起不同于经典物理定律的量子物理定律，另一方面每当观测，便不得不毫无保留地使用原有的经典概念。对于这个佯谬，玻尔以互补原理给予解释。

既然观测导致微观状态的突变，玻尔据此就将互补原理表述为：对于微观体系来说，凭依时空描绘其一切现象和其运动服从严格的因果律这两项经典要求不能同时满足；所以他“把时空标示和因果性要求看成量子理论描述的互相补充但又互相排斥的特色”。这两者正是“分别象征着观察和状态确定的理想化。说得具体些，作用量子的引入，使得量子理论借用经典物理语言的描述方式受到限制。那么或者是，使用经典概念描绘观测到的微观体系在时空中的现象，但须附以反映观测征状的不确定性原理；或者是用微分定律表达其因果关系，此即建立起量子态所服从的严格因果律，但通过观测、使用经典概念描绘体系在时空中的现象便不可能。再则，因观测概念的主要特征是不确定性，故而互补原理还常常表述成神韵篇提及的形式：两种物理图景（粒子图景和波动图景）互斥互补；两类可观测物理量（比如彼此正则共轭的位置和动量、时间和能量等等）的经典概念也互斥互补，且两类物理量的测量准确度之间有得此失彼的测不准关系。同时，因观测结果呈现为哪一种物理图景、须使用哪一类经典概念描述之、哪一类物理量测得准，均由实验安排及其所用仪器的类型决定，于是便随之有“两大类不同的实验场合（或称观测方式）也互斥互补”这样等效的表述形式。而互补性的含义在于：表观上互斥之两个方面的物理图景、经典概念、实验场合“综合起来，才揭示一切关于原子客体的明确知识”。

不可否认，互补原理确实给出了对上述佯谬的一种自圆其说的妥帖解释。用经典概念描绘由观测提供的原子（如亚原子）现象这种对于原子（和亚原子）客体运动的间接经验不仅需要，而且是必然的；藉此至少有助于简捷地掌握微观物理实在。因此按照玻尔的观念，可在某种意义上说，量子力学的形式体系正就是对此佯谬，即对借用经典物理语言描述在一定的实验安排下所得之观测的统计征状的理解；而互补原理阐明了这种理解，所以玻尔认为，互补原理是对经典物理关于物质运动的基本规则——因果原理的“一个合理的推广”：涉及因果定律，又补充以原子（和亚原子）现象观测上的不确定性。我们以为，这种推广是确立观测概念的自然结果。

观察（测量）既为人类认识微观物质世界的实践手段，又为量子理论表述体系的原始概念，这种地位的确立，令人对实验实践的重要性有了新的体会；把实践中得到的经验上升为理论，又让理论回到实践中检验，认识过程的这两次飞跃的途径即为观测之本身，于是理性认识和感性认识之间的联系显得更为密切。哥派试图把物理解释也归入理论体系，对于探索物质的微观层次来说，似当尤其必要。因为这个更深层次中的真理，可称作“深奥真理”（相对而言，倘若把经典物理当作“简单真理”的话）；表现上认识论上，有个如何使微观客体运动得以宏观显示的问题（经典物理所无者），随之观测概念便成了对此“深奥真理”讨论中的矛盾焦点。依据观测概念的不确定性特征而变更因果性定义，并把因果原理推广成互补原理。该原理虽然圆满地解释了由观测的经典描绘所带来的这个量子物理学上的佯谬，然而此解释说明“谈论原子客体行为不依赖于观察手段的可能性有一个绝对的限度”，所以物理学家“面临着一个自然哲学里崭新的认识论课题”。（玻尔语）爱因斯坦正是长久地在这一点上颇有微辞。就是说，互补原理是否已解决了玻尔所说的认识论新课题？对玻尔所认定的“绝对限度”应如何看待？那么，且待后文再予分解吧。

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*载本刊今年第7期，该文阐述了论战的有关情况。本文中将其简称为神韵篇。