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量子理论呼唤哲学社会科学创新发展
2022年10月06日 09:05 来源:中国社会科学网 作者:陆航 字号
2022年10月06日 09:05
来源:中国社会科学网 作者:陆航
关键词:哲学;量子理论;爱因斯坦;创新发展

内容摘要:

关键词:哲学;量子理论;爱因斯坦;创新发展

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  “朝菌不知晦朔,蟪蛄不知春秋”,每个生命都受制于自己的感知方式及寿命,无法对世界形成充分的认知。在量子世界中,两个“纠缠”的粒子,无论被分隔到多么遥远,都可以保持联系,并瞬时共享它们的物理状态。爱因斯坦曾将这种神秘的现象称之为“鬼魅般的超距作用”。2022年的诺贝尔物理学奖的三位获奖人Alain Aspect、John Clauser和Anton Zeilinger各自利用纠缠量子态进行了开创性的实验。他们的研究结果为目前为基于量子信息的新技术奠定了基础。我们正在进入一个新的量子信息时代。

 

  

  在历史长河中,人类不断迭代添加已有知识宝库,产生了相互交融、互为支撑的自然科学和哲学社会科学,创造了更加高效和多样的手段来应对生活挑战,促进社会发展。近年来,与量子力学的应用有关的研究领域已经变得非常庞大,包括量子计算机、量子网络,以及安全的量子加密通信。这一进展的一个关键便是,量子力学允许两个或多个粒子处于纠缠态中。以量子力学为核心的量子理论,为当代哲学社会科学发展提供了机遇与挑战,呼唤着与其范式相匹配的哲学社会科学创新发展。

 

挖掘科学世界中的新问题

 

  量子是现代物理学的重要概念,德国物理学家普朗克在1900年提出量子论。他认为能量是非连续的,有一个最小的单位,并将其称为量子。后来,量子指代一些遵循量子力学规律而运行的事物,比如量子计算、量子信息或者一些微观的基本粒子,比如希格斯玻色子等也叫作量子。

  以不确定性为基本原则的量子世界和我们熟悉的宏观世界大相径庭。根据牛顿力学,描述一个系统,一般需要三个量:坐标、动量和能量,并且这些量都是连续变化的。能量的量子化,即能量拥有最小单元、不可无限细分,颠覆了人们以往的直观经验以及建立在其上的物质观。但是,量子力学并没有明确时空和动量是否也是量子化的。一些量子引力理论,如圈量子引力理论,预言时空是离散的。如果这一理论成立,那么动量也可能是离散的,这将进一步革新我们的物质观。物理学与哲学,探索的都是世界的本源问题。哲学的发展,离不开物理学的推动。

 

 1921年12月10日:爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖

 

  爱因斯坦有一句名言:我们不观测时,难道月亮就不存在了吗?这句话反映了爱因斯坦所秉持的客观实在观。在量子世界中,一个自由电子,如果没有观测者的观测,它将处于某种左旋和右旋不确定的叠加态。一旦观测,观测者得到的不是左旋就是右旋的确切自旋的电子。反映在认识论上,说明主客体之间存在着不可分割的联系,主体对客体的认识必须通过对客体施加影响(如观测)来实现。由此,量子力学向世界宣告,必然性是随机性的特殊表现,确定性是不确定性的特殊表现。海森堡测不准原理、玻尔的互补原理和波恩的波函数统计诠释以及相关联的量子观念,构成了量子物理的基本思想——哥本哈根诠释。这些思想,影响甚至革新了人类的哲学观。

  在经典科学中,我们通常是在本体论意义上讨论问题,经典思维方式是将认识论问题本体论化的思维方式。而在量子理论中,物理学家则是在认识论意义上使用概念和语言。如果我们意识不到运用概念层次的这种变化,就无法对量子革命有更清晰的认识。正如海森堡在《爱因斯坦与玻恩通信集》序言中所评论的那样,只有当科学家愿意付出巨大努力扩展其哲学框架和改变思想进程的结构时,才能理解新的经验证据。同样,科学哲学家也只有乐意付出努力,基于量子科学蕴含的哲学假设来修正过去不经审思和批判的常识观念时,才能更好地理解科学的目标。

  在经典科学领域内,科学家主要是提出理论体系来理解和说明实验现象,认知者、测量环境、认知对象间有着明确的边界,实验既是归纳理论的前提,也是印证理论的证据。在这里,作为研究对象的对象性实在是自在实在的一部分,理论所描绘出的理论实在被认为是对自在实在的直接描述。然而,在量子领域内,对象性实在只能扮演承上启下的角色,成为沟通自在实在和理论实在的中间桥梁,并不再像经典意义上的对象性实在那样,与自在实在具有等同关系,而是成为一种新的实在形式,一种由自在实在和仪器共同建构出来的实在。

 

与时俱进科学回答时代之问

 

  科学真正的伟大之处不止为人类带来一些物质的财富,更多是要优化人类的精神,创造更高尚的人文。人作为人的本质来自于他所承受的人类过去的经验,而这个经验首先通过语言来体现的。

  在人类发展史上,自然界早于人类,人类早于语言,语言早于科学。人类的种种成就都源于人们能从其他个体那里获得知识,并利用这些共同的经验为生活中的难题设计新颖的解决方案。只有人类建构出了一个丰富而有活力的知识世界,只有人类依靠语言表述。为什么只有人类的祖先演化出了语言?有一种可能是,人类演化出了语言来降低成本,增加教育的准确性,并扩大教育的范围,增强知识的代际传播。当量子理论的发展远超出日常概念和经典概念适用范围时,抽象的数学语言就成为科学家认知和描述世界的新工具。

  本体论研究世界的本质。认识论探索人类知识的起源、本质、方法及局限。自然科学的关注点在于一些典型的现象,社会科学的关注点在于所有个案组成的总体的状况。自然科学在可能的情况下,希望用实验的方法来证明结论;社会科学只能运用一定社会环境下的数据(被称为观察数据),而观察数据必然受到外来因素的影响。自然运动有规律可循,人类社会发展同样必须遵循规律,表现为由无数个偶然事件构成的必然趋势。

  柏拉图提出,真正的知识并不是对你看得见摸得着的现实社会的认识,而是对抽象的、超现实的理念世界的了解,这样的知识才是真正的知识。《时间简史》的中文版译者、浙江工业大学教授吴忠超在悼念史蒂芬·霍金的文章中提到,霍金提出宇宙中的一切结构起源于均匀背景中的量子场的涨落。霍金“无边界设想”实现了宇宙无中生有的场景。

2005年9月13日,英国爱丁堡,英国理论物理学家史蒂芬·霍金坐在一块写着公式和笔记的黑板前。

 

  由于科学尺度由宏观细化到微观,原先对物影响微乎其微的人的观测行为,变成了一个不能被忽视的、甚至具有决定意义的因素,成为了一种类似于“不识庐山真面目,只缘身在此山中”的状态,而自然科学的这种状态,和社会科学的状态变得越发近似。在社会科学中,每个人既是观察者,又是观察对象的一部分,既是社会的观察者,又是社会的实践者。而人们的观察行为,不可避免地会影响社会的走向,会对自然界中的物的发展造成决定性的影响。

  量子理论的基础是量子力学,量子力学是人类探究微观世界的重大成果。量子力学也在帮助人们理解宇宙。马克思主义的生命力在于其能与时俱进地科学回答时代提出的问题。马克思主义哲学的唯物性在量子理论的冲击中似乎受到挑战,但其所包含的诸多哲学原理随着自然科学的新发展而更加坚实。例如,绝对运动与相对静止的观点,否定之否定的观点,普遍联系的观点等,最为突出的是对立统一与矛盾的观点。马克思主义的辩证性,由于量子理论的发展而更加光辉。

  自然界和人类社会发展的规律隐藏在自然界和社会运行之中,需要人们不断探索和发掘。这一探索和发掘的过程,就是理论创新的过程。正是通过不断创新,哲学社会科学才具有了推动历史前进的巨大力量,一种理论学说也才能具有跨越时空的影响力和生命力。量子理论是事关人类未来的关键核心技术领域,虽然目前的发展还处在起步阶段,但其未来有无限可能。随着科学的发展,人们对量子理论中这些未解之迷的认识,将进一步对人们已有的哲学因果观和时空观带来影响甚至冲击。量子理论呼唤哲学社会科学创新发展。

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