|
  • 為什麼量子理論不支持唯物主義

    布魯斯

     

    貝勒大學物理學歷史和哲學博士

     

    唯物主義(或者物理主義和自然主義)的觀點是,一切存在的總和以及實質,都無非是具體的物質形態、演化過程,和與之伴隨的任何附加因果反應。因此,唯物主義者要提供宇宙運行的解釋,只能依賴於物質實體、原因、事件以及過程。因為量子理論被公認為我們科學理解物理現實提供基礎,為了支持他們的世界觀,物質主義者不可避免的喜愛這個理論。但是可惜的是,唯物主義者想為他的學說找一個科學的港灣,卻發現量子理論原來消解和挫敗了他對世界的唯物主義理解。

     

    在我們詳細的論證這一結論之前,有必要對不是很了解量子理論的人以非技術的方式解釋一些中心概念。首先,什麼是量子理論?廣義的來講,它是一種數學理論,在最微小和最基本的層面上描述物理世界的行為。它包含量子力學,量子場理論,還有一些相關的概念和應用。

     

    • 量子力學是在微粒子和亞原子的層面上描述物體的運動。量子力學的基礎是其現象的二元性?質子之類的物體依賴試驗的環境表現為粒子或波。類似的,輻射,例如光,同時呈現了波和例子的行為。
    • 量子場理論是對有無窮多自由度的系統的量子描述。通常很容易用量子場形式來表示包含大量物體的系統?
    • 相對論量子場理論把場理論(例如,電磁場理論),量子力學和狹義相對論融為一個數學結構。它是數學物理學家的一個重要工具。尋求合適的量子引力理論的研究還在繼續,希望能夠成功的把廣義相對論表示為量子場理論。
    • 量子宇宙論把量子場理論運用到宇宙起源和最初演化的問題中,但是一個充分的量子宇宙論需要一個完整的量子引力理論。
    • 量子現象的一個主要特徵是它們的非定域性和不可定為性。每次一個量子物體或者系統與另一個量子物體或系統相互作用的時候,它們的存在就交織在一起,其中一個發生的變化會立刻反影響另一個,不論它們之間相隔多遠。由於局部反應受狹義相對論的約束,而且以近似或者等同光速的速度轉播,這種瞬間相關被叫做非局部的,相應反應它們的量子系統就展現非定域性。數學物理的結論貝爾定理(以證明這個定理的愛爾蘭物理學家的名字命名)指出,沒有能夠在局部考慮的基礎上解釋這些瞬態關聯的可補充的隱蔽變量來描述展示非局部行為的量子系統。

    引入這些局部變量時,改進後的理論的預測和量子力學的預測不同。從1980年左右開始,巴黎大學阿萊阿斯派科特開始的一系列試驗最後都證實是量子理論而不是修改進一些局部隱藏參數的理論產生正確的預測。因此物理世界在本質上是非局部的,而且滲透着瞬間的聯繫和關聯。不可定位性是與相對論量子力學和量子場理論有關的現象,在這些理論的框架里是不可能在一個有限的空間區域里隔離開一個看不見的量子物體,例如電子。正如我們將要看到的,非定域性和不可定位性為唯物主義埋下了難題。

     

    有了以上鋪墊,可以得出結論,不僅量子理論不支持唯物主義,而且還與唯物主義不相容,這一論點可以表述為下面的前提和結論;

     

    P1. 唯物主義的觀點是一切存在的總和和實質都是具體的物質形態,演化過程,或者與之伴隨的附加因果反應。

     

    P2. 因而唯物主義的解釋資源就僅限於物體,原因,事件和過程。

     

    P3. 只要唯物主義的解釋缺陷存在,就不能解釋(基於不可定位性)非局部量子相關性,也無法解釋物質現實的基本組成的真實本質。

     

    P4. 這些量子現象需要一個解釋。

    __________________________________________________________

     

    C 因此,唯物主義/自然主義/物理主義作為世界觀都有無可避免的缺陷,是錯誤和不充分的,所以應當拒絕。

     

    這個論點的前兩個前提是不矛盾的:第一個僅僅是定義,第二個是這一定義的結果。因此前提三、四是論點的關鍵。一旦明瞭三、四論點,就可以直接得出結論。因此讓我們集中精力,證明3.4前提是正確的。

     

    一個粒子要成為物質個體,它必須有一個確定而獨特的特性。這種特性的一個主要例子是時空方位。事物要作為獨立的物體存在,它必須在特定時間佔據一定空間。如果沒有,那麼無論它是什麼-如果它是什麼的話-它決不是一個物體。唯物主義的問題在於相對論量子力學中的粒子難以定位。

     

    概括來說,杰哈德__出現在兩個地方,那麼這個粒子在任何有限空間被找到的幾率都是零,不論它有多大!總而言之,這個粒子不存在於空間的任何地方,所以,坦白說,它根本不存在。漢斯___就沒有物體的微觀理解。粒子的討論在宏觀領域有實用性,但是在微觀物理現實里沒有基礎(這正是唯物主義基石)。

     

    潛在的問題是:自然界存在的關聯需要因果解釋,但是原則上沒有可能的物理解釋。此外,場中量子的不可定位性使得這些實體,不管它們是什麼,都不符合物質個體的準則。所以,矛盾而又諷刺地,物質世界中最基本的構成和關係原則上卻不能根據物質實體來理解。因為對這些事情必須要有解釋,正確的解釋就不得不是非物理的-這與任何唯物主義完全背道而馳。

     

    唯物主義可能這樣辯護,主張非局部現象不需要解釋,因為雖然認識上有點擾人,它們最終並不成為形而上學的問題。大衛_休氏伴隨發生學說的目的是顯示大自然如何獨立於人類對世界的認識來決定正確的規律和幾率-換句話說,是本體論,而不是認識論。該理論與狹義相對論一致,時空式的理解世界本質關係,有本質點-或者點式佔據點-伴隨着是它們本質特性的局域性質。所有其他都被附加在局域性質的時空安排中。在這點上,觀察的自然規律僅僅在它們是公理正確的和在簡單和忠實度間保持平衡的推論系統的定理時才是法則。易斯推測僅存在一個這樣的最好的系統。

     

    但是這樣會導致不連貫。休氏伴隨發生需要量子結果,雖然是非局部相關,但是可以通過局部特性理解。這種情況下,需要假設不需要更深的本體解釋的空間上隔離的和諧隨機裝置。可能我能把疑難的微妙這樣解釋:這種情況下接受似乎有理的休氏伴隨發生,就等於相信坐在世界兩極房間同時製造同樣的文本的打字員,他們不會進行任何交流。對世界的量子描述至少在休氏伴隨發生這個背景下的是不可能的,它附加說,在這個系統的歷史上既沒有共同的原因,也沒有局部的傳遞信息能夠解釋相關性。這裡懷疑不僅成了自然反應,而且是必然反應。一旦抓住了這一概念的內涵,休氏伴隨發生就成了自身的推論。所以,我重複:量子非定域性需要深層解釋,不可能有物理解釋。

     

    所以量子理論形而上學的理解的挑戰是當世界是不附加在物質之上一個客觀結構時,如何解釋世界。在這個結構中,真正顯得似是而非的答案竟然是堅持和解釋一個外在的客觀結構需要構造一種現象論,我們通過感觀信息認識物質世界,使之符合某些結構約束,但是沒有物質真實就導致了感官認知。所以剩下是思維的存在論,經歷和產生精神事件和過程,他們雖然有感官特點,但是有物理理論中基本對稱性和約束條件所刻畫的正式結構。事實上,這些感官知覺不是我們的有傾向性的認識,但是它也造成一些形而上學和認識論上的疑惑。但是,存在着一個十分合理的途徑支持存在論和消除疑惑:形而上學的客觀和認識主觀性存在於有神論的玄學中,與喬治__

     

    簡介:自1999年他就在貝勒大學做行政,擔任哲學助理教授。目前他是貝勒信仰與學習學院的學者。