2007年11月2日,在山西大学科学技术哲学研究中心报告厅,“山西大学科学技术哲学与科学技术史学术论坛”第七期如期举行。本期的主讲人是山西大学科学技术哲学研究中心程瑞老师,她报告的题目是“物理与实在”。论坛由山西大学科学技术哲学研究中心张培富教授主持,赵丹老师作了点评。来自校内外的教师、博士生、硕士生和其他人员参加了讨论。
在西方哲学传统中,“实在”是本体论和认识论的一个基本概念,而在物理学哲学中,“实在”也是必须面对的一个重要概念。随着科学的发展,实在概念的形式发生了改变,产生了当代科学实在论和反实在论的各种形式。程瑞老师从以下几个方面展开论述。首先通过追寻实在观的哲学传统,以理解实在观的基本含义和演变。其次,分析了物理学实在观的变化过程以及这种变化的深刻含义。然后,在以上基础上理解当代物理学哲学面临的一些论题的根源。最后,概要地提出了科学实在论的趋势。
●从古希腊哲学和近代经验论来看 “实在”的哲学传统
古希腊哲学并没有直接论述“实在”,但是却包含了“实在”这一思想。比如, 泰勒斯、阿那克西曼德、赫拉柯利特、德谟克利特等人的观点属于朴素实在论。此时实在主要具有本体论含义,它是客观的、最基础的存在。而亚里士多德区分了实体和属性,同时又认为存在两种实体,即第一实体(如苏格拉底)和第二实体(如人)等,它们似乎都是客观的、不依赖于心灵而独立的存在。从亚里士多德开始,关于实在的内容和性质的问题始终是各派哲学家争论的重要内容。经验主义的创始人洛克把我们观念所能领会到的物质的质分为两种:“第一性质的质”和“第二性质的质”。“第一性质的质”是物体本来所具有的,如广延、体积、形状;“第二性质的质”则与我们的主观感觉分不开,如颜色、声音。洛克的两种性质学说得到17世纪以来科学实在论者的支持。既然第一性质为客观事物本身所具有,那么,我们就可以通过“某种方法”获得对真正的客观实在的了解,得到客观事物的真实不变的知识,而这种方法就是牛顿力学依存的决定论方法。
●经典力学中的实在观——原子论、时空观
在波义尔哲学的基础上,牛顿从力学的角度确立了物质的原子理论。他说:“据我看来,上帝始选物时,很可能选结实、沉重、坚硬、不可入而易于运动的粒子,其大小、形状和其他一些性质以及空间上的比例都恰好有助于达到他创造它们的目的。”在时空观上,认为空间和时间也像物质一样,都是独立而实在的存在,这种绝对的时空提供了物质粒子运动的舞台,绝对的时空可以限制和影响运动的物质粒子,而运动的物质粒子却不能对绝对时空产生任何影响。经典物理学大厦是建基于牛顿力学三大定律:惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律。具有本质性质的物质具有经验论者的“第一性质的质”的特征,实体在绝对时空中的运动服从决定论的因果规律。道尔顿的“倍比定律”、布朗运动、热力学气体运动定律极大地坚定了科学家们的信念——世界是由独立存在的物质实体组成的,这些物质实体具有洛克意义上的“第一性质的质”,而这些“第一性质的质”也即实体的本质,既独立于物体的环境,也独立于人们的观察,在质和量上都是不变的。所有这些理论都蕴含了实在论的思想:本体论意义上的实在(承认研究对象的客观实在性);认识论意义上的实在(承认理论是对客观实在性的一种反映);真理论意义上的实在(正确的理论必然是对客观实在的正确反映)。普特南把它称之为:形而上学实在论。
●相对论中的实在观——时间、空间、“第一性的质”
考查全部现有的物理定律:两条基本原理(狭义相对论的相对性原理、光速不变原理),一个变换(Lorentz变换),三个运动学效应(同时的相对性、时间的相对性 —— 运动时钟变慢[时间延缓效应]、长度的相对性 —— 运动的尺子缩短[收缩效应]),三个动力学基本关系式(质量-速度关系m = m0 / [1-v22/c2]1/2 、质量-能量关系 E = m c2、能量-动量关系E2 = p2c2 + m02c4),就会发现建立了相对论的时空观:
(1)时间不是绝对不变的,而是具有相对性,时间间隔的度量与参照系的运动状态有关;
(2)空间不是绝对不变的,也是具有相对性,空间间隔的度量与参照系的运动状态有关;
(3)时间与空间有着密切的联系,孤立的时间和孤立的空间都是不存在的。
不难发现,在牛顿理论中,质量不变性无可置疑,而狭义相对论中质量随物体运动速度而变化;经典物理学界中的物质固有的形状、广延、绝对位置、绝对质量等“第一性质的质”,而在狭义相对论中转变成随选择参考系的变动而可变;牛顿力学中被看成绝对的属于客体自身的空间、长度、时间间隔等,而在狭义相对论中随观察者所选取的参考系而改变。通过对比知道它们也成了和“第二性质的质”没有区别的东西。
●量子力学中的实在观——因果性、决定论
玻尔的实在观:在经典物理学中假定物理实在是与主体无关的,但玻尔认为离开可能出现的主体而独立的实在是不存在的。因此我们所观测的不是自然本身,而是我们用来探索问题的方法所揭示的自然。“原子与基本粒子本身却不像是真实的,与其说它们构成了一个物与事实的世界,不如说它们构成一个潜能或可能性的世界”。
爱因斯坦的实在观:相信“有一个离开知觉主体而独立的外在世界,是一切自然科学的基础。”
玻尔和爱因斯坦关于量子力学问题的争论实质上是一种从不同的物理实在观出发的争论。与不同的物理学理论相联系的物理实在观是在物理学理论自身的产生、发展和完善的过程中形成的。
●科学实在论的趋向
科学作为人类思维的产物最终反过来又将影响到人类的思维形式。牛顿力学获得空前的成功使科学家们对发现存在自在世界中固有的世界图景充满了信心,建立起一幅形而上学的实在论图景,科学知识的实在性来源于可认识的世界的真实可靠性,并且在认识者和世界之间存在一条清晰的界线,也为绝对与相对画出了一条明晰的界线。相对论和量子力学的出现最终模糊了认识者和世界之间的界线。量子力学向我们展示的世界图景告诉我们的只不过是一幅遵守概率规律的图景,也让我们重新考虑实在的特征。物理实在观是随着物理学理论的发展不断演化的,物理实在的不断演化表明了物理学理论的不断发展和我们对物理世界认识的不断深化和完善。
实在论是一种信念。形形色色的反实在论提出很多论据,但是从科学的本质和最终目的来说,应当坚持实在论的基本观点。我们最后回到关系、整体、行为中来寻找科学知识的实在性,这也就是当前科学实在论的走向。
报告结束后,主评人赵丹老师进行了点评。她认为程瑞老师的报告非常精彩,“物理与实在”这个题目非常大,选择这个题目是需要勇气的。而程瑞老师把这个论题从历史的角度,上升到哲学的高度向大家勾勒出了一幅比较完整的图景,因而也是非常成功的。之后,赵丹老师针对报告的一些细节向程瑞老师提问:经典力学与量子力学的因果是有一定区别的,不同于经典力学,量子力学里考虑的是概率性的因果,从这个意义上,赵丹老师认为爱因斯坦并没有否认洛克“第一性质的质”。程瑞老师则作答认为:爱因斯坦在晚年并没有因为身体的原因而停止他对学术的关注,但他主要还是集中于统一场论的研究。
山西大学科学技术哲学研究中心康仕慧老师提出的问题是:对实在论的描述有两个标准,一是物理对象的存在性,二是独立于人的思维的独立性。但是物理对象并不独立于人的观察而存在,那么怎么理解客观性?程瑞老师作答认为:实在是独立于人的意识的,在量子力学中,本体是实在的,由于微观粒子都比较小,测量会改变粒子的微观状态,从而对本体产生影响,这是认识论中的争论,认识论中认为微观粒子本体是不可测的,在量子力学中确实不能完全认识物质的本质状态,从而只能用场方程来对本质进行描述。
还有其他老师和同学提出了一些问题,并展开了研讨。
主持人张培富教授最后作了总结发言并提出问题:他认为本来这个题目可能会引起大家难以调解的激烈辩论,但不论是老师还是学生最终都倒向了程瑞老师的观点一边,并没有出现反实在论的声音。据此,张培富老师提问,随着科学哲学的发展,实在论进入了弱化的阶段,弱实在论是主流,那么程瑞老师是否是属于非主流?作为一直接受正统唯物主义教育的听众来说,如何理解辩证唯物主义的本体论?程瑞老师回答:弱实在论作为学术的主流,我们当然是紧跟形势的。随着科学哲学的发展,对实在论的研究已经从单一方向的研究向科学知识、社会、语言等方面渗透,因而,只有历史性和理性的结合才能使实在论更好的发展。实在论作为一种信念,向我们展示了一个唯物辩证法外的世界。
此次论坛在热烈的讨论气氛中圆满结束。
(郑大元 供稿)