量子理論對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征

李宏芳

（武漢大學(xué)哲學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072）

量子理論對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征

李宏芳

（武漢大學(xué)哲學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072）

關(guān)于人類知識(shí)和真實(shí)世界之間聯(lián)系的理解，量子理論的建立要求我們修正經(jīng)典的實(shí)在觀念。量子理論對于微觀結(jié)構(gòu)的表征以非定域性、非充分決定論的因果關(guān)系和描述框架的多重不相容性區(qū)別于經(jīng)典理論。量子理論以結(jié)構(gòu)實(shí)在的新形式豐富了科學(xué)實(shí)在論的研究。

量子理論；物理實(shí)在；結(jié)構(gòu)表征

20世紀(jì)以來，隨著現(xiàn)代物理科學(xué)的發(fā)展，特別是量子理論的建立，關(guān)于人類知識(shí)和真實(shí)世界之間的聯(lián)系這一古老的認(rèn)識(shí)論問題，在新的科學(xué)理解層面上，有了新的研究復(fù)雜性。這種新的研究復(fù)雜性源自量子理論對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征，相比經(jīng)典理論對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征有了新形式和新特征。量子理論以其內(nèi)稟的不確定性或說非定域性，統(tǒng)計(jì)決定論或說非充分決定論，描述框架的多重不相容性或說互補(bǔ)性，區(qū)別于經(jīng)典理論對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征。量子理論刻畫的量子世界的物理圖像，以結(jié)構(gòu)實(shí)在的新形式，豐富了科學(xué)實(shí)在論的研究視域。

下面我將分三個(gè)方面來具體闡述量子理論表征物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)特征，從結(jié)構(gòu)實(shí)在的視角來理解人類知識(shí)和真實(shí)世界之間的聯(lián)系。

一、量子實(shí)在具有非定域性和統(tǒng)計(jì)決定論的結(jié)構(gòu)要素

在經(jīng)典力學(xué)中，借助于相空間的點(diǎn)，我們可以確定質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻的狀態(tài)。這些狀態(tài)點(diǎn)的集合構(gòu)成質(zhì)點(diǎn)的狀態(tài)在相空間的軌跡，給出了質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)變化的一種幾何描述。但是，在量子力學(xué)中，微觀粒子的一個(gè)基本性質(zhì)是服從海森堡的測不準(zhǔn)原理，因而在量子力學(xué)中我們不能用相空間中的點(diǎn)結(jié)構(gòu)描述微觀粒子量子狀態(tài)的意義。在量子理論中，當(dāng)我們描述一個(gè)物理系統(tǒng)時(shí)，使用的是屬于一個(gè)希爾伯特空間的波函數(shù)。波函數(shù)作為刻畫量子狀態(tài)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，不僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)符號，它作為幾率幅，具有結(jié)構(gòu)實(shí)在性，可以傳遞給我們微觀量子態(tài)的信息，讓我們擁有對于微觀量子態(tài)的認(rèn)識(shí)。但是，與經(jīng)典相空間中的點(diǎn)結(jié)構(gòu)所描述的經(jīng)典粒子具有確定的位置或動(dòng)量不同，量子理論的波函數(shù)結(jié)構(gòu)所描述的量子粒子不擁有一個(gè)精確的位置或一個(gè)精確的動(dòng)量，而是位置或動(dòng)量的一個(gè)概率分布，因?yàn)椴ê瘮?shù)的模方給出了粒子在某一時(shí)刻出現(xiàn)在某點(diǎn)附近單位體積內(nèi)的概率。而且，根據(jù)海森堡的測不準(zhǔn)原理，我們不能同時(shí)測準(zhǔn)一對共軛物理量：對粒子位置測量得愈準(zhǔn)確，對其動(dòng)量的測量就愈不準(zhǔn)確。可見，量子理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)及其物理描述以其內(nèi)稟的不確定性賦予了量子粒子或說量子存在物以不同于經(jīng)典理論的結(jié)構(gòu)形式。如果我們承認(rèn)量子理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)及其物理描述的客觀實(shí)在性，我們就應(yīng)該承認(rèn)量子理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)所表征的物理量的結(jié)構(gòu)實(shí)在性。這種結(jié)構(gòu)實(shí)在以內(nèi)稟的不確定性顯現(xiàn)為量子態(tài)的非定域性。

量子理論的結(jié)構(gòu)具有內(nèi)稟的不確定性，是一種非定域的結(jié)構(gòu)實(shí)在，這也意味著量子動(dòng)力學(xué)定律是統(tǒng)計(jì)的或說概率論的。眾所周知，經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的基本定律是決定論的。在經(jīng)典動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中，給定一個(gè)初態(tài)和邊值條件，它的末態(tài)就能被確定地預(yù)見。而在量子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中，即使給定一個(gè)精確的初態(tài)，量子系統(tǒng)的未來行為也不能被確定地預(yù)見。量子理論中這種系統(tǒng)隨時(shí)間演化的不可預(yù)見性，是量子系統(tǒng)的內(nèi)稟性質(zhì)，與經(jīng)典物理學(xué)中隨機(jī)的時(shí)間演化情形，諸如一個(gè)布朗粒子的擴(kuò)散，形成對比。經(jīng)典的不可預(yù)見性的產(chǎn)生是人們使用了一種粗?；拿枋?，忽略掉了潛在于經(jīng)典隨機(jī)性下更為基本的決定論系統(tǒng)的一些信息。而原則上人們總可能給出經(jīng)典系統(tǒng)一種更為精確的，沒有概率要素的描述，或者說至少可以把不確定性減少到人們希望達(dá)到的程度。與之不同，當(dāng)玻恩規(guī)則作為一條公理進(jìn)入量子理論，量子世界就產(chǎn)生了一種不導(dǎo)源于粗?；牧孔咏y(tǒng)計(jì)描述。量子統(tǒng)計(jì)描述作為量子理論把概率的時(shí)間演化包含為一個(gè)基本特征的結(jié)果，是不能通過在希爾伯特空間引入隱參量還原為經(jīng)典決定論描述的。這是20世紀(jì)60年代以后物理學(xué)家面對貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)不得不接受的事實(shí)。

然而，我們目前理解的量子力學(xué)并不就是表征世界如何運(yùn)行的終極理論，很可能在未來某時(shí)，量子力學(xué)的幾率定律將由一個(gè)回到了某種決定論形式的更高級的理論導(dǎo)出。如果是這樣，我們就有望弄清楚決定論的經(jīng)典實(shí)在與概率論的量子實(shí)在之間的關(guān)聯(lián)。但是同樣可能的是，未來的理論仍將把概率的時(shí)間演化包含為一個(gè)基本的特征。如果是這樣，接受量子理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)及其物理描述的統(tǒng)計(jì)實(shí)在性，就不僅是由量子理論的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特征決定的，也是由物理世界對于理論的自然選擇決定的。總之，放棄經(jīng)典決定論，把隨機(jī)的時(shí)間演化接受為物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)要素，是20世紀(jì)物理學(xué)家面對原子物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不得不做出的選擇。量子理論對于微觀世界的刻畫，以概率的或說統(tǒng)計(jì)實(shí)在的結(jié)構(gòu)要素，豐富了我們對于科學(xué)實(shí)在論的研究。

二、量子實(shí)在具有不相容的結(jié)構(gòu)多重性

量子理論在表征物理實(shí)在方面區(qū)別于經(jīng)典理論的另一個(gè)顯著特征是：量子理論允許人們用互不相容的多重描述來表征一個(gè)物理系統(tǒng)。當(dāng)用量子理論描述一個(gè)物理系統(tǒng)時(shí)，人們能從關(guān)于系統(tǒng)的相同信息出發(fā)，從不同的不相容框架中推導(dǎo)出兩個(gè)或多個(gè)不相容的描述。這些不相容的描述在各自適合的條件下都是對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的真實(shí)描述。但是，由于量子力學(xué)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，例如波動(dòng)結(jié)構(gòu)和粒子結(jié)構(gòu)的不相容性，它們卻不能合并為系統(tǒng)的一個(gè)單一的描述，只能以互補(bǔ)的形式給出系統(tǒng)多重的結(jié)構(gòu)描述。這種多重的，不相容的量子描述對應(yīng)著量子實(shí)在的結(jié)構(gòu)多重性，在我們的日常經(jīng)驗(yàn)世界中沒有好的經(jīng)典對應(yīng)。

然而，并不是描述的多重性才把量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)區(qū)分開來，因?yàn)橥晃矬w的多重描述一直出現(xiàn)在經(jīng)典物理學(xué)和日常生活中。例如，一只茶杯當(dāng)從頂部看或從側(cè)面看時(shí)有不同的外觀，側(cè)面的視圖依賴于把手的位置。但是，在猜想這些不同的描述指稱的是同一個(gè)物體這個(gè)意義上，我們決不會(huì)有任何疑問。因?yàn)榻?jīng)典物理學(xué)允許一個(gè)物體的兩種或多種正確描述合并為一個(gè)更為精確的描述。運(yùn)用粗?；姆椒ǎ赐ㄟ^忽略某些細(xì)節(jié)，我們也能從這個(gè)單一的詳盡描述中獲取相應(yīng)于每個(gè)細(xì)節(jié)的真實(shí)描述。例如，在經(jīng)典相空間中，對于一個(gè)系統(tǒng)的描述，通常說來，我們使用的是點(diǎn)結(jié)構(gòu)，位置和動(dòng)量可以精確地確定。但是，當(dāng)我們對相空間中的一個(gè)區(qū)域，而不是一個(gè)點(diǎn)作詳細(xì)說明時(shí)，就產(chǎn)生了對于一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)的粗?；枋觥＿@種粗?；枋鼋o出了我們對于這個(gè)力學(xué)系統(tǒng)的某一個(gè)側(cè)面的了解。

量子描述的多重性也是對一個(gè)物理系統(tǒng)的不同側(cè)面或說不同結(jié)構(gòu)的描述，但由于是從不同的不相容的描述框架出發(fā)，因而與經(jīng)典物理學(xué)的多重描述不同，量子描述的不相容性阻止不相容的描述結(jié)合成一個(gè)更為精確的描述，因此使產(chǎn)生一個(gè)單一的，詳盡的量子描述成為不可能。也就是說，不同于經(jīng)典物理學(xué)中的情形，在量子力學(xué)中，兩個(gè)不相容的方面不能同時(shí)進(jìn)入一個(gè)量子系統(tǒng)的描述之中。因此，單一性不是量子實(shí)在的要素，量子實(shí)在具有結(jié)構(gòu)多重性。這種結(jié)構(gòu)多重性源自量子系統(tǒng)描述框架的多重不相容性。但是，量子不相容性非常不同于相互排斥的描述觀念，相互排斥的描述意味著一個(gè)描述為真，另一個(gè)描述將為假；而不相容的描述意指對一個(gè)量子系統(tǒng)描述的不同方面，它們可以是相互補(bǔ)充的，但不能比較或合并。

量子系統(tǒng)的描述框架具有不相容的多重結(jié)構(gòu)，這就意味著物理學(xué)家在對一個(gè)量子系統(tǒng)進(jìn)行描述時(shí)，需要從許多不相容的框架中做出選擇。這種選擇的自由偶發(fā)性的被誤解，以為這里存在著主觀意志。事實(shí)上，為了構(gòu)造不同的不相容的描述，物理學(xué)家使用不同的不相容框架的自由，并不會(huì)使量子力學(xué)成為一門主觀性的科學(xué)。從根本上說，描述的多重結(jié)構(gòu)是由量子系統(tǒng)的本性決定的，這些不相容的描述框架在表征量子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征方面沒有一個(gè)比另一個(gè)更為適當(dāng)或更為“真實(shí)”。當(dāng)兩個(gè)物理學(xué)家使用相同的框架，從相同的初始數(shù)據(jù)出發(fā)來回答相同的物理學(xué)問題時(shí)，他們將得到完全相同的結(jié)論。甚至當(dāng)某些問題能用多種框架表達(dá)時(shí)，他們也能得出相同的回答。例如，海森堡的矩陣力學(xué)和薛定諤的波動(dòng)力學(xué)，都可以回答微觀量子態(tài)的行為方式。這里，不存在哪種描述方式更為適當(dāng)或更為真實(shí)的問題。所以說，為了構(gòu)造一個(gè)量子描述，一個(gè)物理學(xué)家在選擇一個(gè)框架時(shí)偶然考慮了什么，無論如何不以在某種意義上類似于意志力的東西影響物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)。

三、宏觀量子態(tài)也具有結(jié)構(gòu)實(shí)在性

我們與物理實(shí)在最直接的聯(lián)系，來源于我們對于宏觀世界的感覺經(jīng)驗(yàn)，比如我們看到的，聽到的和摸到的，等等。一個(gè)基本的物理學(xué)理論，至少在原則上，應(yīng)該能夠?qū)τ谖覀冊谌粘Ｉ钪信龅降暮暧^現(xiàn)象給予說明。但是，是否由此就有理由認(rèn)為，基本的物理學(xué)理論必須全然由來源于日常經(jīng)驗(yàn)的概念來建立的呢？或者把它們限制在日常語言的描述之中？現(xiàn)代物理學(xué)理論提出了各種各樣奇怪的東西，從夸克到黑洞，它們與日常經(jīng)驗(yàn)完全不同，對于它們的描述經(jīng)常要求某種相當(dāng)抽象的數(shù)學(xué)。在物理學(xué)家看來，只要它們構(gòu)成了一個(gè)連貫的理論結(jié)構(gòu)的組成部分，能與我們的感官可到達(dá)的東西發(fā)生聯(lián)系，即使在某種程度上是間接的聯(lián)系，我們也沒有理由否認(rèn)這樣的東西是物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)要素。

近年來，隨著量子理論和量子測量技術(shù)的發(fā)展，宏觀量子疊加態(tài)作為物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)要素，成為物理學(xué)研究的對象。眾所周知，宏觀世界能用經(jīng)典物理學(xué)很好地描述。然而，一個(gè)一致演化的量子理論表明，在經(jīng)典物理學(xué)應(yīng)用得很好的情形中，經(jīng)典力學(xué)實(shí)則是對于世界的一個(gè)完全的量子力學(xué)描述的極好近似。也就是說，量子力學(xué)原則上能夠以一種令人滿意的方式說明我們的日常經(jīng)驗(yàn)世界。通常認(rèn)為，這個(gè)量子描述使用的是一個(gè)能使適當(dāng)?shù)暮暧^投影儀表征宏觀物體性質(zhì)的準(zhǔn)經(jīng)典框架；而相關(guān)的歷史，即對我們顯見的宏觀物體的性質(zhì)，作為經(jīng)典運(yùn)動(dòng)方程的解的極好近似，是由一個(gè)退相干過程，即由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與其內(nèi)部或外部環(huán)境的相互作用邏輯一致地造成。

然而，事實(shí)上，量子力學(xué)也允許用非準(zhǔn)經(jīng)典框架來描述宏觀系統(tǒng)。即現(xiàn)代量子理論的研究進(jìn)展表明，宏觀系統(tǒng)不僅可用準(zhǔn)經(jīng)典框架來描述，還可用非準(zhǔn)經(jīng)典框架來描述。例如，確定一個(gè)自旋為1／2的粒子從斯特恩－蓋拉茲磁鐵的哪一個(gè)通道出現(xiàn)的宏觀探測器能由一個(gè)準(zhǔn)經(jīng)典框架描述，在這個(gè)框架中，一個(gè)或另一個(gè)探測器探測這一粒子；也能由一個(gè)非準(zhǔn)經(jīng)典框架描述，在這個(gè)框架中，初態(tài)一致演化為探測系統(tǒng)的一個(gè)宏觀量子疊加態(tài)。現(xiàn)在的問題是：假如這種宏觀量子疊加態(tài)在實(shí)驗(yàn)室從未觀察到，是否由于量子力學(xué)允許物理學(xué)家使用這兩種不相容框架中的任何一個(gè)來構(gòu)造對這種情形的一個(gè)描述，就認(rèn)為這是量子力學(xué)作為一個(gè)基本理論的一個(gè)缺陷呢？

如前面所論述到的，兩個(gè)不相容的量子框架不代表相互排斥的可能性，即不代表準(zhǔn)經(jīng)典框架正確描述的世界，就不能由非準(zhǔn)經(jīng)典框架正確地描述，反之亦然。兩種不相容的框架是人們用來描述量子系統(tǒng)的不同方面的手段。如在斯特恩－蓋拉茲磁鐵的例子中，為了討論哪一個(gè)探測器探測到了粒子，人們必須使用準(zhǔn)經(jīng)典框架，因?yàn)樵诜菧?zhǔn)經(jīng)典框架中這種探測粒子通道的想法沒有意義，量子力學(xué)排除軌道的概念；而討論“宏觀量子疊加態(tài)”或“一致時(shí)間演化”，非準(zhǔn)經(jīng)典框架就非常適合，因?yàn)檫@些概念在準(zhǔn)經(jīng)典框架中是沒有意義的。上述兩個(gè)框架中任何一個(gè)都能用來回答適合它回答的那些問題，但由這兩個(gè)框架給出的答案不能合并或比較。

顯然，如果我們試圖建立一個(gè)探測宏觀量子疊加態(tài)的實(shí)驗(yàn)，那么我們就需要使用一個(gè)非準(zhǔn)經(jīng)典框架，以確定探測系統(tǒng)是否處在宏觀量子疊加態(tài)或它的某種正交態(tài)。然而，根據(jù)量子理論，對于宏觀量子疊加態(tài)的實(shí)際觀察是極端困難的，因?yàn)楹暧^物體的退相干過程極端迅速，在人眼觀察之前退相干早已發(fā)生。因而，無論如何，實(shí)際上不可能把某個(gè)對相對相位敏感的儀器構(gòu)造在一個(gè)宏觀疊加態(tài)中。為此，量子理論通過引入系統(tǒng)集體態(tài)與其環(huán)境的糾纏結(jié)構(gòu)，說明了為什么我們從未在實(shí)驗(yàn)室觀察到宏觀量子疊加態(tài)這種物理實(shí)在，即使它們是量子理論結(jié)構(gòu)要素的一個(gè)必不可少的組成部分。簡言之，我們通?？床坏胶暧^量子疊加態(tài)，但是宏觀量子疊加態(tài)是量子世界的結(jié)構(gòu)要素。在量子世界的描述中，它具有結(jié)構(gòu)實(shí)在性。

四、結(jié) 論

物理學(xué)理論不同于物理實(shí)在。物理學(xué)理論是對于物理實(shí)在的某種抽象的或說符號性的結(jié)構(gòu)表征，經(jīng)典物理學(xué)是這樣，量子物理學(xué)也是這樣?？梢哉f，用來表征一個(gè)經(jīng)典系統(tǒng)的相空間和用來表征一個(gè)量子系統(tǒng)的希爾伯特空間都是數(shù)學(xué)構(gòu)造，而不是物理學(xué)對象。誰也不會(huì)相信行星或電子本身會(huì)對微分方程求積，以確定接下來它們將運(yùn)行到哪兒。事實(shí)上，存在于物理學(xué)家筆記本上的波函數(shù)，除非有某種隱喻性的含義，否則在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室是沒有存在余地的。一個(gè)物理學(xué)理論，就它包含了對于某些對象的結(jié)構(gòu)表征，但不是對象本身而言，就好像一張由符號和色彩組成的城市地圖。當(dāng)這張地圖變得廢舊時(shí)，人們可以用更為精致的、結(jié)構(gòu)表征有所變化的新地圖替換。這就意味著物理學(xué)理論包括物理概念具有一定的適用性、暫時(shí)性和相對性。但是，能否由于物理學(xué)理論或概念具有可變性就否定物理實(shí)在的客觀存在性？我的回答是：不能。

物理學(xué)理論作為對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征，其宗旨是為了達(dá)成人類知識(shí)和真實(shí)世界之間的聯(lián)系。在某種程度上，我們不懷疑能籍以心智理解一個(gè)物理學(xué)理論的數(shù)學(xué)和邏輯結(jié)構(gòu)。即如果一個(gè)理論被發(fā)展得很好，在數(shù)學(xué)和邏輯要素之間有清晰的關(guān)系，我們是能夠討論該理論是否邏輯一致、推理嚴(yán)密和形式優(yōu)美的；而一個(gè)理論是否為真，即它與外在真實(shí)世界的關(guān)系，則是更為微妙的問題，回答就顯得有些復(fù)雜。通常說來，答案的指向與所站的哲學(xué)立場密切相關(guān)，量子理論的工具主義、現(xiàn)象主義、經(jīng)驗(yàn)主義、建構(gòu)主義、實(shí)在論、反實(shí)在論，等等，都是企圖對這一問題的回答。誠然，即使一個(gè)理論被許多實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)很好地確證，譬如量子力學(xué)，然而要相信它在某種程度上是對于真實(shí)世界的一個(gè)真的描述，也需要有充足的信念。因?yàn)闆Q定接受一個(gè)理論是對于世界的一個(gè)適當(dāng)?shù)?，甚或一個(gè)近似真的描述，是一個(gè)對它的評估必定超越了數(shù)學(xué)證據(jù)、邏輯嚴(yán)密和實(shí)驗(yàn)一致的問題。

然而，如果一個(gè)理論有一定的合理性，并且給出了與實(shí)驗(yàn)或觀察結(jié)果合理的相符合的預(yù)測，科學(xué)家是傾向相信它的邏輯和數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)在某種程度上表征了真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)的，即使哲學(xué)家將對此保留永久的懷疑。燃素說、熱質(zhì)說作為相對錯(cuò)誤的學(xué)說已被排除出科學(xué)的殿堂；牛頓力學(xué)隨著相對論力學(xué)的誕生也已被限定在宏觀低速的范圍。即使所有理論最終表明都有某種局限性，物理學(xué)家仍然認(rèn)為牛頓力學(xué)是對亞里士多德力學(xué)的巨大進(jìn)步，因?yàn)榕ｎD力學(xué)更好地表征了真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)。同樣，相對論是對于牛頓力學(xué)的進(jìn)步，因?yàn)闀r(shí)空確實(shí)有一個(gè)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，光以在任何慣性坐標(biāo)系中都相同的速度運(yùn)行。而像經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電磁學(xué)這樣的理論，在它們的適用范圍內(nèi)也都運(yùn)行得非常好。因此，在科學(xué)家看來，如果不推想那些得到了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論在一定程度上表征了我們所生活的真實(shí)世界的一些東西的話，似乎很難理解那些理論何以會(huì)與實(shí)驗(yàn)符合得那么好。

依據(jù)上述分析，量子力學(xué)作為一個(gè)邏輯一致，推理嚴(yán)密和形式優(yōu)美的理論，不僅給出了微觀現(xiàn)象的一個(gè)極好的描述，這個(gè)描述是經(jīng)典力學(xué)難以企及的，而且對于宏觀現(xiàn)象，原則上講也給出了和經(jīng)典力學(xué)一樣好的描述。因此，如果我們相信真實(shí)的世界結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像我們最好的理論所表征的，那么，認(rèn)為量子理論比之前的經(jīng)典理論更好地描述了真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)，至少是看似有理的。畢竟經(jīng)典理論不能解釋的許多微觀現(xiàn)象，現(xiàn)在都能用量子方法得以理解。雖然將來的研究有可能表明存在一個(gè)更為基本的亞量子理論，可以更好地表征我們真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)。但就目前而言，量子力學(xué)的形式體系對于物理實(shí)在的結(jié)構(gòu)表征的確要優(yōu)于經(jīng)典物理學(xué)。因此，放棄經(jīng)典的實(shí)在觀，建立一個(gè)適應(yīng)于量子理論的形式體系所表征的物理世界的結(jié)構(gòu)實(shí)在觀，是符合科學(xué)的認(rèn)識(shí)論發(fā)展的。

以下幾點(diǎn)構(gòu)成了量子理論對于經(jīng)典物理實(shí)在觀的變革：第一，在量子世界，物理對象從不擁有一個(gè)完全精確的位置或動(dòng)量，量子理論以其內(nèi)稟的不確定性賦予微觀量子結(jié)構(gòu)以非定域性；第二，在量子世界，物理學(xué)的基本動(dòng)力學(xué)定律是隨機(jī)的和非完全決定論的，我們不能從世界的現(xiàn)存狀態(tài)推出一個(gè)唯一的未來或過去的事件進(jìn)程，量子實(shí)在的結(jié)構(gòu)特征滿足統(tǒng)計(jì)性的非充分決定論的因果關(guān)系；第三，在量子世界，單一性原則不適用：量子實(shí)在可以不同種可供選擇的，不相容的方式被描述，所有這些描述不能被合并或比較，因而不存在對于量子實(shí)在如一個(gè)物理系統(tǒng)或一個(gè)物理過程的一個(gè)獨(dú)一無二的，詳盡的描述。量子實(shí)在具有互補(bǔ)且不相容的結(jié)構(gòu)多重性。宏觀量子疊加態(tài)作為量子世界的結(jié)構(gòu)要素，也具有結(jié)構(gòu)實(shí)在性。

以上三點(diǎn)，特別是第三點(diǎn)，構(gòu)成了對于量子力學(xué)產(chǎn)生之前的經(jīng)典物理實(shí)在觀的激進(jìn)修正。同時(shí)，值得強(qiáng)調(diào)，對于物理實(shí)在的早先觀念，仍然存在量子理論的發(fā)展保留所沒有改變的，或者說至少改變得很少的方面。這些方面主要表現(xiàn)：一是測量在量子力學(xué)中的作用，如同在經(jīng)典力學(xué)中一樣，不蘊(yùn)含人類意識(shí)的特殊作用。雖然測量會(huì)干擾被測系統(tǒng)的量子狀態(tài)，使得我們看到的是與測量相關(guān)的性質(zhì)，而不是被測系統(tǒng)的自在性質(zhì)。但是，測量過程仍然是由與其他物理過程相同的基本物理學(xué)定律描述的。二是如果我們在測量中一致地使用量子疊加原則，就會(huì)明確所謂量子態(tài)具有超光速的遠(yuǎn)程關(guān)聯(lián)是量子糾纏的結(jié)果。量子態(tài)的糾纏導(dǎo)致了量子結(jié)構(gòu)的不可分離性，量子態(tài)內(nèi)稟的不確定性導(dǎo)致了量子非定域性。不可分離性和非定域性密切相關(guān)，它們作為量子實(shí)在的結(jié)構(gòu)要素，都與超光速不相關(guān)。三是量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)都沒有提供一個(gè)有利于獨(dú)立存在的無懈可擊的論證。因?yàn)橄嘈庞幸粋€(gè)不依賴于我們的真實(shí)的“外在”世界，總的說來是一個(gè)信念問題。重要的是，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)一樣，都與一個(gè)真實(shí)世界的性質(zhì)和基本定律不依賴于人碰巧相信什么，期望什么，思考什么的觀念相一致。

［1］ 李宏芳．量子實(shí)在與薛定諤貓佯謬［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2006．

［2］ 李宏芳．退相干、定域性和非充分決定論的因果關(guān)系［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2009（5）：114－117．

［3］ Roland Omnès．The Interpretation of Quantum Mechanics［M］．New Jersey：Princeton University Press，1994．

［4］ Jeffrey Bub．Interpreting the Quantum World［M］．Cambridge：Cambridge University Press，1997．

［5］ Zurek W H．Decoherence and the Transition from Quantum to Classical［J］．Physics Today，1991（44）：36－44．

［6］ Griffiths R B．Consistent histories and the interpretation of quantum mechanics［J］．Journal of Statistical Physics 1984（36）：219－272．

On Structural Features of Quantum Theory＇s Representing Physical Reality

LI Hong－fang
（School of Philosophy，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei，China）

The discussion of structural features of quantum theory for its representing physical reality is to understand the relation between human knowledge and our real world，and how quantum theory requires us to revise pre－quantum ideas about the nature of physical reality，in particular，to clarify some confusion about the concepts of quantum mechanics and to enrich the research on scientific realism based on the structural reality of quantum theory．

quantum theory；physical reality；structural representing

B028；N02

A

10．3963／j．issn．1671－6477．2010．06．018

2010－06－10

李宏芳（1972－），女，山西省天鎮(zhèn)縣人，武漢大學(xué)哲學(xué)學(xué)院副教授，哲學(xué)博士，主要從事物理學(xué)哲學(xué)研究。

國家哲學(xué)社會(huì)科學(xué)青年項(xiàng)目（07CZX005）

（責(zé)任編輯 易 民）