物理學哲學是對物理學自身的邏輯結(jié)構(gòu)、發(fā)展規(guī)律，物理概念的變化，物理學理論與客觀物質(zhì)世界的關(guān)系，物理學理論與物理學家的信仰、知識背景之間的關(guān)系，以及物理學理論所描繪的自然圖景之間的關(guān)系等等方面進行反思的一門哲學分支學科。自物理學從哲學的母體中分化出來以后，哲學家們往往以他們所處時代人們廣泛接受的物理學理論所描繪的自然圖景作為其本體論研究的出發(fā)點，并通過對物理學前沿哲學問題的研究來促進認識論和方法論的發(fā)展。物理學家們也通過這種物理學哲學的探討來加深對物理學概念及其思想內(nèi)涵的理解，并對物理學進一步發(fā)展的思路有所啟發(fā)。 本世紀以來，物理學哲學研究有了長足的進步，這與現(xiàn)代物理學所具有的一些新特點有很大關(guān)系：一是本世紀理論物理學研究在許多方面超前于實驗物理學的研究，人們無法對理論物理學的一些結(jié)構(gòu)及時通過觀察和實驗進行檢驗，這就使得人們從認識論和方法論角度對物理學思想的合理性和物理學理論自身邏輯結(jié)構(gòu)的自洽性的驗前評價變得十分重要；二是當今各種物理學理論（如相對論和量子論）在逐步統(tǒng)一過程中所顯現(xiàn)出的整體有機聯(lián)系的自然圖景和對在極端條件下（如宇宙爆炸初期）的物質(zhì)特性的探索都促使物理學與哲學進一步融合起來，使物理學家感到了從哲學的高度去更深刻地把握物理學前沿提出的種種物理學理論和概念問題的必要性；三是當代物理學所研究的微觀和宇觀客體的物理性質(zhì)與規(guī)律，由于不能被我們的感官所直接感知，這就必須從認識論的角度說明現(xiàn)代物理學理論描述的微觀或宇觀世界圖景的合理性與真實性，從而在微觀或宇觀世界與我們?nèi)粘Ｉ畹暮暧^世界之間建立起一道相互理解的橋梁。 正是現(xiàn)代物理學的這些特點，決定了當代物理學哲學的不同研究途徑，即從不同的角度出發(fā)，對物理學進行哲學反思，達到豐富和發(fā)展哲學認識論與方法論以及加強對物理學理論和概念自身理解的目的。 一 物理學哲學的研究途徑之一是從通過對物理學概念，尤其是新物理學概念，物理意義的闡釋入手，提高到哲學高度進行分析，進而促進了哲學的發(fā)展。這一方面是由于如量子力學創(chuàng)始人之一的海森堡所說：“一部物理學發(fā)展的歷史，不只是一本單純的實驗發(fā)現(xiàn)的流水帳，它同時還伴隨著概念的發(fā)展，或者概念的引進。……因為正是概念的不確定性迫使物理學家著手研究哲學問題”。（〔（７）〕，第１８５頁），另一方面則是因為物理學是研究最基本的物質(zhì)運動規(guī)律的科學，所以許多最基本的物理學概念，如物質(zhì)、運動、時間、空間、宇宙等也同時是哲學的基本概念，這些基本概念的變化不僅導致物理學理論的變更，也標志著哲學的重大發(fā)展。因此，對這些基本概念的理解，往往是各個哲學流派之間爭論的焦點。而對這些概念的哲學爭論，又總是圍繞著物理學的最新進展而展開，所以從物理學概念入手進行物理學哲學的研究是中外許多哲學家和物理學家最為關(guān)注的研究途徑。 科學研究從問題開始，而現(xiàn)代物理學的建立則是從概念問題的突破開始的。普朗克１９００年為了解決黑體輻射問題提出了作用量子的概念，但他受經(jīng)典物理學思維框架的約束，當時并沒有深刻的理解這個概念實質(zhì)性的物理意義，只把它當成了一般的工作假說加以運用。只是當愛因斯坦（１９０５年）運用這個概念建立起光量子假說后，它的實質(zhì)性的、突破傳統(tǒng)經(jīng)典思維模式的巨大意義才得以凸現(xiàn)出來，并引起物理學界乃至于后來哲學界的廣泛關(guān)注。玻爾、海森堡等人沿此思路建立了原子結(jié)構(gòu)模型，并最終建立了量子力學理論，對量子概念物理意義的探討又導致與傳統(tǒng)決定論思維模式相悖的非決定論思維模式的產(chǎn)生，這不僅使物理學的理論基礎(chǔ)發(fā)生了根本的變化，而且使傳統(tǒng)的認識論觀念也有了重大的轉(zhuǎn)變。 當人們對邁克爾遜—莫雷實驗的否定結(jié)果迷惑不解時，彭加勒、洛侖茲等人為了維護牛頓的絕對時空不得不提出“虛擬時間”的概念來解釋這一奇怪的結(jié)果。愛因斯坦則從麥克斯韋電磁學理論與經(jīng)典力學伽利略變換之間的矛盾中看出了問題的實質(zhì)所在。他看出了牛頓所謂的絕對時間并非是有物理意義的真實時間，而彭加勒、洛侖茲等人認為是“虛擬時間”的概念卻是在實際觀測中可以測量到的真實時間，這不僅使邁克爾遜—莫雷實驗的難題迎刃而解，而且一舉建立了狹義相對論。從這里又引發(fā)了一輪重新認識時間和空間這一對古老哲學概念的熱潮。 隨著廣義相對論的提出和現(xiàn)代宇宙學的建立，使人們對時間和空間的研究進入了一個新階段。哲學家們紛紛依據(jù)物理學的最新研究成果對時間空間概念進行新的闡釋，乃至于給一些古老的哲學命題，如康德的“二律背反”以新的說明。（參見〔（１）〕原蘇聯(lián)和我國的一些哲學工作者通過對相對論時間和空間概念與物質(zhì)運動、物質(zhì)分布狀態(tài)關(guān)系的分析，進一步論證了恩格斯當年對時間和空間這對哲學范疇的正確定義。隨著現(xiàn)代宇宙學的興起和發(fā)展，人們對“宇宙”概念也有了新的認識，于是，有關(guān)宇宙有限還是無限、哲學的“宇宙”概念與現(xiàn)代宇宙學所說的“宇宙”之間究竟是什么關(guān)系等問題的討論，又成了哲學界和科學界共同關(guān)心的熱點。可是，當人們正沉浸在廣義相對論解決宇宙演化問題所取得的成就時，卻不得不沮喪地發(fā)現(xiàn)，所有已知的物理學定律在廣義相對論時空曲面的奇點處都失效了。從理論上來說，所謂宇宙大爆炸最初的原始火球在數(shù)學上的表示就應(yīng)該是一個奇點，也就是說，如果宇宙起源于奇點，我們難以用現(xiàn)有的任何物理學定律說明宇宙爆炸的原因。于是有的科學家戲稱說，既然宇宙是上帝創(chuàng)造的，那么只好把這個問題留給上帝，膽敢問這個問題的人，上帝將使他下地獄。 英國著名物理學家霍金是最早開始研究奇點問題的物理學家之一，近年來也是他提出了試圖用量子引力理論來繞開奇點問題的方法。他為了避免當年費因曼處理微觀粒子時假設(shè)的各態(tài)歷經(jīng)的技術(shù)困難，并類比他用交換虛粒子來說明粒子間相互作用的方法，提出了“虛時間”的概念。雖然如他自己所說：“虛時間”是一個意義明確的數(shù)學概念，“就普遍的量子力學而言，我們可以把我們對虛時和歐幾里得時空的運用，僅僅視作一個計算實時空答案的數(shù)學方法（或手段）。”（〔（８）〕，第１６２頁）但由于量子引力理論假定宇宙沒有任何邊界，“宇宙將完全是獨立的，不受外界任何事物的影響。它既不會被創(chuàng)造，也不會被消滅，它將只是存在”。（〔（８）〕，第１６４頁）而“虛時間”的應(yīng)用，則使人們繞開了宇宙起源于奇點和終止于奇點這種用奇點構(gòu)成時空邊界的困難，讓物理學定律在任何時空區(qū)間都有效。正是有這個意義上霍金認為：“所謂的虛時實際上是實的，而我們所說的實時只是我們想象中虛構(gòu)的事物”，“也許我們所說的虛時實際上是更基本的東西，而我們稱作實時的只是為了幫助我們描述我們想象中的宇宙模樣而創(chuàng)造的一種想法。”（〔（８）〕，第１６８頁） 霍金對科學理論的看法持有工具論的立場，但對于“虛時間”的概念是否如他所說是更基本的東西，不在于理論上是否更為合用，而在于它是否能夠作出可觀察的預言并在實踐中得到確證。在此以前，我們至少應(yīng)當接受本世紀初的教訓，不要把我們現(xiàn)有的物理學理論所描述的時空概念又看成是絕對不可改變的，更不應(yīng)該在沒有充分理解一些物理學家所提出的新物理概念的明確物理意義之前，甚至在沒有仔細閱讀霍金原著的上下文意思之前，就把他們與哲學中的后現(xiàn)代主義思潮拉扯在一起。在這里，重溫一下愛因斯坦的一段話，可能對我們會有所啟發(fā)：“為了科學，就必須反復地批判這些基本概念，以免我們會不自覺地受到它們的支配。在傳統(tǒng)的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念發(fā)展的那些情況，這就變得特別明顯。”（〔（１５）〕，第５８６頁） 近期物理學哲學的發(fā)展中可能更加值得注意的動向是，隨著本世紀許多新興學科的興起，使許多新的科學概念越來越滲入到哲學研究之中，如系統(tǒng)、信息、控制、混沌、有序、無序等等概念，早已不再是某些專門學科的專業(yè)術(shù)語。由于這些概念的普適性，它們已成為各門學科中廣泛使用，乃至于在日常生活中經(jīng)常提到的概念。它們不可避免地會逐步上升為哲學范疇。對這些新概念的產(chǎn)生和普及，物理學有很大的貢獻，正是由于本世紀對遠離平衡態(tài)熱力學的研究，才加深了人們對時間方向性，對物質(zhì)系統(tǒng)的演化，對有序、無序、混沌等等物質(zhì)狀態(tài)的認識，從而也極大豐富了哲學的內(nèi)容。下面我們還將談到，正是由于這些研究引起了人們思維觀念的巨大變化。從而也使得傳統(tǒng)的哲學在許多方面發(fā)生了革命性的變革。 對概念的更高層次的元理論研究已不局限于物理學哲學的范圍，而是在更為廣泛的科學哲學層次里展開的，不過，由于物理學相對于其他學科而言更為成熟，更為精確，物理學史的研究也比其他學科史更為細致，所以許多科學哲學家仍利用對某些物理學概念的分析作為闡述自己觀點和與他人論爭的依據(jù)。例如，庫恩和費耶阿本德通過對“質(zhì)量”這個概念在經(jīng)典力學與相對論中的不同涵義，以及“電子”這個術(shù)語在不同時期指稱對象意義變化的分析，得出了前后相繼的科學理論或不同范式之間不可通約的觀點（參見〔（１４）〕、〔（２２）〕），從而引起了科學哲學界的極大爭議。而普特南等人則同樣根據(jù)對“電子”一詞涵義變化的分析，說明了他的有關(guān)自然種類名詞因果—歷史指稱理論，并駁斥了庫恩和費耶阿本德的不可通約性的觀點。 目前，隨著物理學和哲學的進展，沿著這個途徑的物理學哲學研究正在蓬勃發(fā)展。一方面，新的物理學概念不斷涌現(xiàn)，人們常常需要從物理學之外對這些概念進行闡釋才能理解它們更深刻更普遍的意義，而這些概念的廣泛應(yīng)用也不斷充實了哲學的內(nèi)容；另一方面，哲學自身的發(fā)展也需要不斷從自然科學，包括物理學概念的變革中吸取養(yǎng)料，提出新的問題、新的觀點，拓展新的思路。 二 物理學哲學研究的另一個途徑是通過物理學前沿哲學問題的討論，使一些傳統(tǒng)的哲學觀點產(chǎn)生根本變革。這條途徑在很大程度上離不開對新物理概念的分析。從這個意義上說，它與前面所討論的途徑并無根本的區(qū)別，只是這條途徑更著重于對物理學前沿所涉及到的一些基本哲學問題，如認識過程中主客體之間的關(guān)系，因果性的決定論與非決定論以及與其相關(guān)的必然性與偶然性的關(guān)系，可知論與不可知論，實在論和工具論等等，進行進入地探討。 本世紀在物理學界和科學哲學界影響最大的一場爭論就是愛因斯坦和以玻爾為首的哥本哈根學派關(guān)于量子力學理論基礎(chǔ)的爭論，這場爭論的高潮和至今余波未息的爭論焦點集中在對愛因斯坦等人提出的ＥＰＲ悖論的理解上。這場發(fā)生在量子力學創(chuàng)始人之間的爭論雖然是從對諸如量子力學中波函數(shù)的物理意義、海森堡不確定性原理（或譯測不準關(guān)系）和玻爾互補原理的理解開始，進而討論到量子力學是否完備的問題，但這場似乎只是純物理學，甚至是理論物理學的科學爭論，一開始就帶上了濃厚的哲學色彩。 這主要是因為微觀客體所表現(xiàn)出來的諸如波粒二象性等特征，用描繪宏觀現(xiàn)象的日常語言實在難以準確表達其確切含義，再加上對微觀客體的實驗安排也呈現(xiàn)出與經(jīng)典物理學實驗許多不同的特征。如何正確理解量子力學的數(shù)學符號所蘊涵的物理意義？量子力學描述的微觀客體的行為特征究竟是不受主體干擾的客觀規(guī)律所致，還是宏觀儀器對微觀客體不可避免的干擾下主客體相互作用的結(jié)果？微觀客體所表現(xiàn)出的隨機性究竟是微觀客體的本質(zhì)特征，還是認識主體認識局限性的結(jié)果？進而，到對微觀客體行為的理論描述究竟應(yīng)當堅持決定論的思維模式，還是非決定論的思維模式，用愛因斯坦的話來說，就是我們是否相信上帝會擲骰子？物理理論的每個元素是否都必須在實在中有它的對應(yīng)物，亦或物理理論只是一種對實在的本體論承諾，甚至只是我們?yōu)榱私忉尙F(xiàn)象或解決問題的方便而使用的一種工具或符號系統(tǒng)？這些問題早已不是物理學本身所能解決的，但又是物理學家們不得不解決的，人類不倦的求知欲促使他們轉(zhuǎn)而尋求哲學的幫助。這就使得本世紀初許多量子力學的創(chuàng)始人都是哲學家，普朗克、愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森堡、薛定鍔等人在哲學界的影響并不比他們在科學界的影響小。他們的哲學觀點往往是本世紀科學哲學討論問題的出發(fā)點，由此而引發(fā)的實在論與非實在論之爭仍是科學哲學界的熱點問題之一。他們的哲學專著又成了許多一流科學家案頭必備的讀物，以便隨時從中得到智慧的啟迪。實際上，愛因斯坦與玻爾這場上升到哲學的爭論，經(jīng)過貝爾等人的努力，重又變成了用物理學實驗可以進行經(jīng)驗檢驗的問題，檢驗的結(jié)果雖不足以最終決定誰是誰非（盡管哥本哈根學派明顯占了上風），但卻明確說明了物理學與哲學的密切關(guān)系，物理學哲學絕不是純思辨的玄學。 當然，一流科學家也是哲學家的現(xiàn)象絕不僅限于量子力學領(lǐng)域。彭加勒、布里奇曼等人不僅在物理學界享有盛譽，甚至還是一些哲學流派（約定主義，操作主義）的創(chuàng)始人。維納、普里高津等人雖然算不上正統(tǒng)的哲學家，但他們的哲學素養(yǎng)卻為世人所公認，他們的科學成就對哲學思維方式的影響應(yīng)當說有劃時代的意義。從康德提出星云假說開始在當時占統(tǒng)治地位的形而上學世界觀上打開了第一個缺口，但完成這個星云假說的拉普拉斯卻把從牛頓開始的機械決定論思維推向了極端，并且產(chǎn)生了巨大的影響。如果說量子力學哥本哈根學派的非決定論思想是對這種機械決定論思想發(fā)起的一場重要挑戰(zhàn)的話，那么由于量子力學只涉及到微觀領(lǐng)域，還不足以在思想界和科學界抵消拉普拉斯的影響。１９世紀德國古典哲學家們總結(jié)的辯證法思想雖然曾對１９世紀科學的發(fā)展產(chǎn)生過影響，但由于其思辨色彩太濃也受到了許多科學家的抵制。但貝塔朗菲、維納等人創(chuàng)立了系統(tǒng)科學，尤其是普里高津等人從熱力學等實證的經(jīng)驗科學本身得出系統(tǒng)演化的思想以后，普遍聯(lián)系和發(fā)展的觀點對于科學家們來說，不再是外在的哲學教條，而是在科學中必須嚴格遵守的思維準則。更重要的是，自組織理論、非線性科學所揭示偶然性與必然性之間的新聯(lián)接清楚地表明，非決定論的思維方式絕不僅限于微觀領(lǐng)域，嚴格因果決定論在我們?nèi)粘Ｉ钪幸膊皇瞧毡檫m用。我們不能再用嚴格因果決定的觀點來作為可知與不可知的界限，我們知道我們認識的某些界限（例如長期準確天氣預報的不可能）也是可知，甚至是認識深化的表現(xiàn)。對看似無序的混沌現(xiàn)象的研究，卻使我們能夠說明許多過去簡直無法理解的復雜現(xiàn)象，例如天氣變化，中樞神經(jīng)系統(tǒng)運動等等。物理學哲學在這方面的研究方興未艾，盡管已有了一些成果，但還只能算是剛剛起步。物理學哲學的發(fā)展，已經(jīng)引起了越來越多在物理學前沿領(lǐng)域工作的第一流科學家們的注意，對他們的研究工作產(chǎn)生了一定的啟迪作用。

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