作者 | 秦志偉
一本約25萬字的書的初稿已經(jīng)被放在盒子的底部五年多了。 這次，程素梅把它挖出來，準備在國家社科基金后期資助項目的支持下出版。 在她看來，是時候回應科學哲學中的“丑聞”了。 程素梅是上海社會科學院哲學研究所副所長，研究量子力學哲學30余年。 近日，她的新書《轉(zhuǎn)變觀念：量子糾纏引發(fā)的哲學革命》舉行新聞發(fā)布會。
這一“丑聞”是美國哲學家約翰·塞爾在回顧和展望世紀之交科學哲學的發(fā)展時提出的。 塞爾將其描述為科學哲學中的“丑聞”，科學哲學家仍未消化量子力學帶來的哲學挑戰(zhàn)。
《轉(zhuǎn)變觀念：量子糾纏引發(fā)的哲學革命》，程素梅著，科學出版社2020年8月出版，售價：128元
支持與反對：無休止的辯論
1900年，德國物理學家普朗克首次提出量子概念，以解決困擾物理學家的“紫外線災難”問題。 他假設黑體輻射的能量不是連續(xù)的，不能取任何值，而是一塊一塊地進行，“量子”代表最小的能量單位。 但普朗克本人最初對“量子”這個概念深惡痛絕，并想方設法將其融入經(jīng)典物理學。 但最終他失敗了。
慢慢地，越來越多的物理學家進入量子世界，將量子概念引起的革命與牛頓引力概念引起的革命進行比較，因為前者為人類打開了通往“不連續(xù)”世界的大門。
這一時期，天才愛因斯坦是第一個認識到普朗克量子假說革命性意義的物理學家。 那時，他還是一名技術(shù)員，只是利用業(yè)余時間從事科學研究。 愛因斯坦在普朗克能量量子概念的基礎上提出了“光量子”的概念，很好地解釋了經(jīng)典框架內(nèi)無法解釋的“光量電效應”現(xiàn)象。 后來他因此獲得了諾貝爾物理學獎。
起初，普朗克甚至不認可愛因斯坦提出的“光量子”概念，認為他“有時推測得太過分了”。 但后來愛因斯坦成功了。
隨后，量子世界的大門越開越大，與量子相關(guān)的假設和概念也越來越多。 終于，到了20年代，一種新的理論——量子力學誕生了，深刻影響了20世紀乃至21世紀的科技發(fā)展。 然而，這一體系的建立并不意味著物理學家對其認識已達成共識。 當時，這場爭論尚未公開。
程素梅介紹，以玻爾為代表的哥本哈根學派崛起后，其所堅持的哲學立場與愛因斯坦所堅持的哲學立場相差甚遠，導致后者從量子理論最初的推動者和重要創(chuàng)始人變成了最有力的反對者。 。 愛因斯坦與玻爾之間的概念之爭也是量子力學發(fā)展史上的一大亮點，被稱為20世紀的“世紀之爭”。
他們最初爭論的焦點集中在量子力學固有的自洽性和不確定關(guān)系的有效性上。 然而，兩次爭論都以愛因斯坦的失敗告終。 隨后，愛因斯坦改變了辯論策略，以量子力學原理為基礎，證明了量子力學在用來描述世界時是“不完整的”。 最終，1935年，他在與他人共同發(fā)表的質(zhì)疑論文中提出了著名的“EPR悖論”。 ”。
受這篇文章的影響，物理學家薛定諤設計了“貓實驗”來揭示經(jīng)典測量和量子測量的區(qū)別。 他提出，在量子測量中，兩個糾纏的粒子即使在分離之后也失去了它們的個性。 ，它們也處于整體狀態(tài)，這種現(xiàn)象被概括為“量子糾纏”。
量子糾纏是量子力學的本質(zhì)特征，是一種純量子效應。 這也是最讓人難以接受、最令人費解的效果。 然而后來，薛定諤和愛因斯坦一樣，加入了量子理論哥本哈根解釋的反對者行列。
需要進行徹底的改變
這一概念不斷受到質(zhì)疑，實驗驗證難以進行，但技術(shù)的應用已初見曙光。 具體來說，現(xiàn)實社會中，從電腦、手機等電子產(chǎn)品，到核電、激光、光纖、半導體等技術(shù)，都離不開量子力學。
“沒有量子力學，就不會有計算機控制主導的現(xiàn)代工業(yè)。”程素梅說。
諾貝爾物理學獎獲得者斯坦伯格估計，當代經(jīng)濟發(fā)展中，國民生產(chǎn)總值的1/3來自于某種方式基于量子力學的高科技。
如果科幻小說中量子糾纏的魔力是正確的，那么另一個問題就會出現(xiàn)。 也就是說，如果物理學家接受從量子力學的角度看待世界，他們就必須在概念上放棄一系列基于經(jīng)典物理學的概念。 哲學概念，而是接受量子力學的一系列假設。 “這不再是對傳統(tǒng)哲學的修正或補充，而是需要徹底的轉(zhuǎn)變。”
令人不解的是，專注于物理學基礎理論問題的物理學家和科學哲學家仍然無法完全理解量子力學的概念本質(zhì)。 這一任務已成為21世紀科學哲學必須面對的重大課題。
在程素梅看來，當這種看似荒唐奇妙的現(xiàn)象成為實驗事實并在技術(shù)上得到有效應用，當以量子糾纏為核心的量子力學成為不得不接受的世界觀時，就是科學哲學家們的時候了。緊急對量子糾纏帶來的科學革命進行系統(tǒng)研究。
“遺憾的是，科學哲學家從未真正消化這些爭論的前提假設以及爭論本質(zhì)背后的概念變化物理學家 普朗克，”程素梅說。 因此，約翰·塞爾在20世紀末預言21世紀哲學的發(fā)展時，提出了科學哲學中的“丑聞”。
如果有一天基于量子態(tài)疊加原理和量子糾纏的量子通信普及，甚至量子計算機問世，人們的觀念將會發(fā)生怎樣的變化？
“對科學技術(shù)的研究越深入，就越迫切需要研究科學技術(shù)哲學。” 程素梅說道。 但她并不否認哲學改變的過程比科學技術(shù)改變的過程慢。
正如新書終于出版一樣，這是程素梅30多年來對量子力學哲學和科學哲學的系統(tǒng)思考。 早在5年前，程素梅就完成了初稿英語作文，并將其命名為《量子糾纏引起的哲學問題》。 她表示，目前的版本比原稿長了1/4，以進一步完善觀點的論證。
研究表明，以量子糾纏為核心特征的量子力學在每個發(fā)展階段都帶來了不同的概念變化。 例如，量子假說改變了自然觀，量子概率改變了概率觀，概念之爭改變了理論觀。 ，狀態(tài)疊加改變了現(xiàn)實觀，非局域性改變了整體觀，量子相關(guān)性改變了因果觀等等。
在程素梅看來，這些變化是相互關(guān)聯(lián)的，組合起來就構(gòu)成了對傳統(tǒng)哲學框架的擴展。
創(chuàng)新認知≠理性推理的結(jié)果
“在探索這些概念變化的同時，也展示了物理學如何依靠天才的直覺認知能力取得創(chuàng)造性成果的歷史背景。” 程素梅說，這需要科學哲學家改變科學哲學的研究范圍，從以前關(guān)注理論與實驗的關(guān)系，現(xiàn)在關(guān)注科學家如何獲得認知能力的遺傳問題。
她進一步解釋說，傳統(tǒng)的科學認識論很少關(guān)注與主體認知能力相關(guān)的問題物理學家 普朗克，從而忽視了與認知技能相關(guān)的程序性知識。
伽利略如何提出自由落體概念，愛因斯坦如何創(chuàng)立廣義相對論，普朗克如何提出量子假說，達爾文如何建立進化論……“這些科學認知的結(jié)果不僅沒有統(tǒng)一的模式遵循，但他們沒有嚴格計算結(jié)果。” 程素梅說道。
為此，程素梅總結(jié)道：“越是創(chuàng)新的認知，越不是理性推理的結(jié)果，而是科學家在認知實踐中直觀洞察的產(chǎn)物。” 正如中國科學院院士、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧所說，最重要的科學發(fā)現(xiàn)并不是邏輯推理的結(jié)果。
那么，突破性的科學創(chuàng)造和技術(shù)創(chuàng)新方法從何而來？
“通常解決問題的目的是敢于打破傳統(tǒng)模式、善于激發(fā)直覺判斷的結(jié)果。” 程素梅說道。 這與諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中的觀點相似，“科學是多數(shù)人服從少數(shù)人，只有少數(shù)人推翻多數(shù)人的想法，科學才能前進”。
在程素梅看來，對于科學家來說，當他們的哲學固化為固定思維模式時，就會成為他們接受新思想的障礙。
她做了一個形象的比喻：哲學對科學的作用就像空氣對人、海水對魚的作用一樣看不見。 只有當空氣或海水受到嚴重污染，甚至威脅到人類或魚類的生存時，人們才會意識到新鮮空氣對自己的重要性以及清潔海水對魚類的重要性。
然而，在這一研究過程中，程素梅試圖將科學發(fā)現(xiàn)重新納入科學哲學研究的范圍，希望為推動當代科學哲學的發(fā)展提供新的視角。
