陳向群

(南昌大學(xué) 人文學(xué)院,江西 南昌 330031)

毋庸置疑,波普爾(Karl Popper,1902-1994年)對(duì)科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展所做的貢獻(xiàn)是舉世公認(rèn)的,他的科學(xué)哲學(xué)思想也早已為學(xué)界所熟知。相對(duì)而言,波普爾關(guān)于量子理論的詮釋為學(xué)界關(guān)注程度卻沒(méi)有那么高,尤其是國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界,談?wù)摰酶?。其?shí),早在1934年,波普爾在其德文版的《研究的邏輯》(LogikderForschung)一書(shū)中就提出了對(duì)量子理論哥本哈根解釋(正統(tǒng)解釋)的批判。之后,在論文《概率計(jì)算的傾向性解釋和量子理論》(1957)和《概率的傾向性解釋》(1959)中,波普爾相繼提出了概率的傾向性解釋(The Propensity Interpretation of Probability)。不僅如此,在《科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯》(1959)一系列《后記》中,波普爾還將概率的傾向性解釋?xiě)?yīng)用于對(duì)量子理論的詮釋,從科學(xué)哲學(xué)的視角對(duì)量子理論作了實(shí)在論的新解讀,極大地充實(shí)了量子理論的詮釋內(nèi)容。然而,在一開(kāi)始,波普爾對(duì)量子理論的傾向性解釋并沒(méi)有為學(xué)界所接受和認(rèn)同,甚至遭到了哥本哈根學(xué)派的冷遇。直到20世紀(jì)60年代后,隨著波普爾的科學(xué)哲學(xué)思想受到學(xué)界的普遍歡迎,波普爾關(guān)于量子理論的實(shí)在論詮釋和相關(guān)見(jiàn)解才得到了包括物理學(xué)家在內(nèi)的科學(xué)界的普遍關(guān)注。(1)桂起權(quán)、方在慶:《波普爾對(duì)量子理論的實(shí)在論詮釋》,《自然辯證法通訊》1991年第5期。

一、波普爾關(guān)于概率的傾向性理論

究竟何為概率的傾向性理論?波普爾雖然在一開(kāi)始并沒(méi)有直接提出這個(gè)理論,但早在《研究的邏輯》(德文版)(2)德文版《研究的邏輯》(1934)是英文版《科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯》的最初版本,波普爾在1951-1956年間將《研究的邏輯》翻譯為英文并改名為《科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯》,于1959年出版。中,他就提出了與概率的傾向性理論相關(guān)的問(wèn)題,即,我們是否可以為集合中單個(gè)事件做客觀概率或說(shuō)單稱(chēng)概率(singular probability)的解釋。馮·邁爾斯(Von Mises)認(rèn)為是不可能的,他從頻率理論角度對(duì)單個(gè)事件做了主觀概率的解釋。但這對(duì)于客觀主義者的波普爾來(lái)說(shuō)是不可接受的,他堅(jiān)持要尋找到一種新的概率理論為單個(gè)事件做客觀概率的解釋。于是,在對(duì)頻率理論批判的基礎(chǔ)上,波普爾于1957年在布里斯托大學(xué)科爾斯頓研究會(huì)第九屆學(xué)術(shù)研討會(huì)所提交的論文中,正式向與會(huì)者介紹了概率的傾向性解釋概念。(3)波普爾本人并未親自參加該次學(xué)術(shù)研討會(huì),他的學(xué)生保羅·費(fèi)耶阿本(P.K.Feyerabend)代他宣讀了參會(huì)論文“The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability, and the Quantum Theory”。隨后,1959年,在論文《概率的傾向性解釋》中,波普爾就概率的傾向性解釋做了系統(tǒng)而全面的闡述。

波普爾的傾向性理論是建立在對(duì)頻率理論的修改基礎(chǔ)上的。他通過(guò)一個(gè)擲骰子的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明頻率理論在解決單稱(chēng)概率時(shí)的困難(4)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of Probability.” The British Journal for the Philosophy of Science 10 (37), 1959:31-33.:假設(shè)現(xiàn)在兩粒骰子,一粒是質(zhì)料均勻六面出現(xiàn)機(jī)會(huì)相等的規(guī)則骰子,另一粒是外表相似形狀對(duì)稱(chēng)但被灌了鉛的偏心骰子。如果對(duì)它們投擲,統(tǒng)計(jì)得到6點(diǎn)概率,規(guī)則骰子是1/6,偏心骰子接近1/4。現(xiàn)在,我們考慮一個(gè)混合序列b,它既包括了偏心骰子的多次投擲,也包括規(guī)則骰子的幾次投擲(兩到三次)。那么,在這個(gè)混合序列b中,投擲規(guī)則骰子得到6點(diǎn)概率是多少呢?顯然,由于這個(gè)混合序列b中,偏心骰子占多數(shù),規(guī)則骰子的數(shù)量較少。那么,根據(jù)頻率理論,投擲規(guī)則骰子得到6點(diǎn)概率應(yīng)該為序列b的相對(duì)概率p (a, b) = 1/4。然而,如果我們假設(shè)投擲規(guī)則骰子的序列為c(從屬于b),這樣,在序列b中,投擲規(guī)則骰子得到6點(diǎn)的概率應(yīng)該是p (a, bc) = 1/6。這樣,在同一個(gè)序列b(其中包含c)中,單個(gè)事件的概率就出現(xiàn)了矛盾,那應(yīng)該如何解決這個(gè)問(wèn)題呢?

在波普爾看來(lái),必須對(duì)頻率理論的統(tǒng)計(jì)解釋做修改,將序列中單個(gè)事件的統(tǒng)計(jì)概率視為實(shí)驗(yàn)設(shè)置下的生成性概率,賦予概率某種傾向(propensity)、意向(intentionality)或趨向性(disposition)特征?！皩?duì)頻率解釋的這種修改幾乎不可避免地導(dǎo)致這樣的猜想:概率是這些條件的意向性,即傾向性。這使我們能夠?qū)畏Q(chēng)事件的概率解釋為單稱(chēng)事件本身的某種屬性,而這是通過(guò)推測(cè)的潛在或虛擬的統(tǒng)計(jì)頻率而不是實(shí)際頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！?5)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of Probability.” The British Journal for the Philosophy of Science 10 (37), 1959:37.如果概率是傾向性事件,那么,上述頻率理論所遇到的問(wèn)題就可以很好地解決,即,序列b和序列c的實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同,導(dǎo)致了事件“投擲規(guī)則骰子得到6點(diǎn)”的概率不同。波普爾指出,概率傾向性的一個(gè)主要特征就是它與實(shí)驗(yàn)安排極為有關(guān)(6)Popper K.R.“The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability and of the Quantum Theory.”S.Korner eds.Observation and Interpretation:Proceedings of the Ninth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. 1957:68.:例如,在一個(gè)非常弱的引力場(chǎng)中投擲灌了鉛的偏心骰子,由于引力弱對(duì)鉛的影響不大,那么,投擲偏心骰子得到6點(diǎn)的概率將會(huì)由正常情況下的1/4降到接近1/6。相反,如果在一個(gè)非常強(qiáng)的引力場(chǎng)中,它對(duì)偏心骰子的作用比較大,投擲時(shí)得到6點(diǎn)概率將會(huì)傾向1/3或1/2。在這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)中,引力場(chǎng)中引力的大小(實(shí)驗(yàn)安排)不同,導(dǎo)致了事件傾向不同的概率?！案怕实膬A向性解釋不同于純粹的統(tǒng)計(jì)或概率解釋,它將概率視為實(shí)驗(yàn)安排的特殊屬性,而非序列屬性?！?7)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability and of the Quantum Theory.” S. Korner eds.Observation and Interpretation: Proceedings of the Ninth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. 1957:67-68.

從形而上學(xué)的角度來(lái)看,波普爾認(rèn)為,“傾向性”作為一種依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)設(shè)置的關(guān)系屬性,它將單個(gè)事件概率權(quán)重(weights)的分布?xì)w結(jié)于所有可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,是可能空間的一種矢量,因而它比牛頓力學(xué)中“力”概念的矢量加法更抽象。再者,在波普爾看來(lái),雖然傾向性概念與亞里士多德的潛力(potentiality)概念有一定相似性,但兩者的不同更多,前者是實(shí)驗(yàn)安排下的意向性特征,是客觀情景的關(guān)系屬性,而后者只是為單個(gè)事件所固有。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō),傾向性概念與牛頓物理學(xué)的“力”“力場(chǎng)”概念又有相似之處,因?yàn)椤傲Α被颉傲?chǎng)”是兩個(gè)或兩個(gè)以上事物相互作用的結(jié)果。可以說(shuō),波普爾的傾向性概念是對(duì)亞里士多德的潛力概念和牛頓物理學(xué)“力”或“力場(chǎng)”概念的繼承和發(fā)展,在方法論上具有重要的意義。(8)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of Probability.” The British Journal for the Philosophy of Science 10 (37), 1959:37-38.總之,波普爾提出概率的傾向性解釋,在于解答混合序列中頻率理論所不能解答的問(wèn)題,即單個(gè)事件的客觀概率問(wèn)題。通過(guò)對(duì)頻率理論的修改,他從“傾向”“意向”和“趨向”等心理學(xué)概念出發(fā),將單個(gè)事件的客觀概率理解為空間中權(quán)重在不同實(shí)驗(yàn)條件下分布的結(jié)果,這就是波普爾對(duì)概率所做的傾向性解釋。

二、量子理論的波普爾實(shí)在論詮釋

我們知道,波普爾提出概率的傾向性理論,在于頻率理論無(wú)法對(duì)單個(gè)事件做客觀概率解釋。正如他在《實(shí)在論與科學(xué)的目標(biāo)》一書(shū)中所說(shuō):“以前我相信頻率理論是理解概率性的物理理論(和機(jī)會(huì)對(duì)策理論)的基礎(chǔ),但現(xiàn)在我相信趨向性理論更令人滿(mǎn)意?！?9)卡爾·波普爾:《實(shí)在論與科學(xué)的目標(biāo)》,劉國(guó)柱譯,中國(guó)美術(shù)學(xué)院出版社,2008年版,第281-282頁(yè)。但與此同時(shí),波普爾不滿(mǎn)哥本哈根詮釋對(duì)量子理論的主觀解釋也是他提出傾向性理論的另一個(gè)重要原因。尤其是,他認(rèn)為哥本哈根詮釋將意識(shí)和觀察者等主觀因素引入量子力學(xué),造成了“巨大的量子泥潭”(the great quantum muddle),而要掃清這個(gè)“泥潭”,必須對(duì)量子理論做實(shí)在論意義上的傾向性詮釋。“作為反對(duì)(哥本哈根詮釋),我提出了一種修改的統(tǒng)計(jì)詮釋,稱(chēng)之為概率的傾向性解釋。傾向性解釋是一種純粹意義上的客觀解釋,它能消除(哥本哈根詮釋)主觀解釋和客觀解釋之間的搖擺不定,以及觀察者入侵物理學(xué)。”(10)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability and of the Quantum Theory.” S. Korner eds.Observation and Interpretation: Proceedings of the Ninth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. 1957:65.

我們知道,量子理論的核心問(wèn)題是測(cè)量問(wèn)題,要對(duì)量子理論做詮釋,就是要提出解答測(cè)量問(wèn)題的辦法。在量子理論中,我們將由測(cè)量所引發(fā)的一系列難題、爭(zhēng)論或假說(shuō)稱(chēng)之為測(cè)量問(wèn)題,包括波粒二象性、波包坍縮問(wèn)題以及薛定諤的貓佯謬等。波普爾基于其概率的傾向性解釋對(duì)上述難題分別做了解答。首先,我們來(lái)看波普爾是如何解答波粒二象性難題的。在量子理論中,波粒二象性難題是通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(double-slit experiment)展現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)過(guò)程大概是這樣的:在一個(gè)具有兩個(gè)縫隙的擋板前發(fā)射非常微弱的電子流,讓電子一個(gè)個(gè)地穿過(guò)縫隙,然后打到雙縫擋板后的感光板上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,最初感光板上只是粒子般的斑點(diǎn),但隨著時(shí)間的推移,當(dāng)更多電子通過(guò)狹縫之后,這些斑點(diǎn)又轉(zhuǎn)變成為了明暗相間的條紋(干涉圖樣,見(jiàn)圖1)。而按照經(jīng)典物理學(xué)理論,電子在分別通過(guò)兩個(gè)縫隙所得到的衍射圖樣應(yīng)該是相同的,雙縫衍射圖樣應(yīng)該等于兩個(gè)單縫衍射圖樣簡(jiǎn)單地相加。但現(xiàn)在的問(wèn)題是,兩個(gè)單縫衍射圖樣是相互干涉的,這是為什么呢?

圖1 雙縫干涉實(shí)驗(yàn):電子穿過(guò)雙縫擋板后在感光板上形成條紋狀的干涉圖樣(11) 圖片摘自:Popper K.R. Quantum Theory and the Schism in Physics. Rowman and Littlefield, 1982:152.

按照哥本哈根解釋,是因?yàn)榱Ｗ釉诖┻^(guò)縫隙之后的波動(dòng)性造成的。電子在穿過(guò)縫隙前表現(xiàn)出粒子性,而穿過(guò)縫隙后表現(xiàn)出波動(dòng)性,兩束光波相互干涉形成了感光板上的明暗相間干涉條紋。這就是說(shuō),電子在不同場(chǎng)合分別表現(xiàn)出粒子性和波動(dòng)性。對(duì)于哥本哈根解釋來(lái)說(shuō),這正是電子量子特征的表現(xiàn),這時(shí)概率p1=|φ1|2,p2=|φ2|2,而p= |φ1+φ2|2(p1和p2分別代表電子出現(xiàn)的不同概率分布,p是電子出現(xiàn)的總概率)。波普爾不認(rèn)同哥本哈根詮釋對(duì)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的解釋,在他看來(lái),電子不具有波動(dòng)性,而只有粒子性。之所以造成感光板上圖樣的干涉,是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)安排影響了電子通過(guò)縫隙的傾向性。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)雙縫都打開(kāi)時(shí),電子流通過(guò)雙縫后在感光板上呈現(xiàn)一種概率分布。而當(dāng)我們關(guān)閉或打開(kāi)其中之一,電子流在感光板上呈現(xiàn)另一種概率分布。不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置造成了電子通過(guò)縫隙的傾向性不同。傾向性不同,我們就得到了不同的φ函數(shù),從而導(dǎo)致了電子通過(guò)縫隙概率權(quán)重的不同分布?！案鶕?jù)傾向性解釋對(duì)這個(gè)問(wèn)題(圖樣干涉)的回答:實(shí)驗(yàn)安排決定了傾向性?！?12)Popper K.R. Quantum Theory and the Schism in Physics. Rowman and Littlefield, 1982:152.這就如在釘板(pin board)游戲中,當(dāng)小球在釘板上運(yùn)動(dòng)時(shí),雖然有許多小球也許不會(huì)撞到的釘子,但它們的存在和消除會(huì)影響小球運(yùn)動(dòng)方向的傾向性。

如果電子具有波動(dòng)和粒子的疊加態(tài),波包是如何坍縮的?對(duì)此,哥本哈根詮釋將意識(shí)和觀察者引入量子理論,認(rèn)為是觀察者的意識(shí)坍塌了電子的波包。就如海森堡(Werner Karl Heisenberg,1901-1976年)所說(shuō):“‘客觀實(shí)在已經(jīng)消失’,量子力學(xué)沒(méi)有表征粒子,而是表征粒子的知識(shí)、觀察和意識(shí)?！?13)轉(zhuǎn)引自 Popper K.R. “Quantum Mechanics without ‘The Observer.’” Bunge M. eds. Quantum Theory and Reality. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1967:7.波普爾對(duì)于物理學(xué)中意識(shí)和觀察者的入侵極為不滿(mǎn),在他看來(lái),量子理論和傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)力學(xué)一樣都是客觀的,意識(shí)和觀察者在量子理論中沒(méi)有起到任何作用,它們?cè)诹孔永碚摵蛡鹘y(tǒng)物理學(xué)中的作用相同。(14)Bartley Ⅲ. W. “The Philosophy of Karl Popper.” Philosophia 7(3-4), 1978:683-684.波普爾指出,哥本哈根詮釋對(duì)“波包坍縮”問(wèn)題的解答,即,觀察者的意識(shí)坍縮了波包,是不成立的。根本沒(méi)有什么觀察者,“波包坍縮”只是實(shí)驗(yàn)設(shè)置導(dǎo)致了電子活動(dòng)概率傾向性的改變?！皼](méi)有所謂的觀察者的角色,它根本沒(méi)有出現(xiàn)。所謂的φ函數(shù)‘干涉’只是實(shí)驗(yàn)安排的改變而已?！?15)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability and of the Quantum Theory.” S. Korner eds.Observation and Interpretation: Proceedings of the Ninth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. 1957:69.就如在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,如果在雙縫和感光板之間放置一個(gè)光源,感光板上的圖樣則不再干涉。因此,按照哥本哈根解釋是因?yàn)橛^察者的意識(shí)坍縮了電子波包的疊加態(tài),而按照波普爾的傾向性解釋,是因?yàn)樵黾恿斯庠炊淖兞藢?shí)驗(yàn)條件,影響了電子通過(guò)雙縫的傾向性。同樣地,對(duì)于薛定諤的貓佯謬,波普爾認(rèn)為,根本沒(méi)有疊加狀態(tài)的貓,無(wú)論是否打開(kāi)箱子,貓的狀態(tài)都不可能是既死又活。按照傾向性解釋,貓的狀態(tài)是由實(shí)驗(yàn)條件(原子衰變與不衰變)的改變而表現(xiàn)出來(lái)的一種傾向死或傾向活的事態(tài),與觀察者是否觀察無(wú)關(guān)。這樣,波普爾就從傾向性角度解釋了量子理論中的概率問(wèn)題,它并非是相互疊加的,而是如經(jīng)典物理學(xué)一樣是統(tǒng)計(jì)性和客觀的,從而最終將意識(shí)和觀察者從物理學(xué)中驅(qū)除了出去?！皬牧孔恿W(xué)中驅(qū)除‘意識(shí)’或‘觀察者’的幽靈,以表明量子力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)一樣是一種‘客觀’理論。我的觀點(diǎn)是,觀察者,或說(shuō)實(shí)驗(yàn)者,在量子理論中扮演著與經(jīng)典物理學(xué)完全相同的角色。”(16)Popper K.R. “Quantum Mechanics without ‘The Observer.’” Bunge M. eds. Quantum Theory and Reality. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1967:7.

三、波普爾對(duì)量子理論的實(shí)在論詮釋的困難

波普爾從傾向性角度對(duì)量子理論的概率做詮釋體現(xiàn)了他作為一個(gè)科學(xué)哲學(xué)家的科學(xué)實(shí)在論立場(chǎng),波普爾對(duì)量子理論的詮釋是一種實(shí)在論詮釋。應(yīng)該如何看待波普爾對(duì)量子理論的實(shí)在論詮釋呢?我們認(rèn)為,波普爾對(duì)量子理論的詮釋存在許多問(wèn)題和難以厘清的地方,主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

第一,混淆了量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)。在波普爾的觀念中,“量子理論最終只能是一種統(tǒng)計(jì)理論”(17)Popper K.R. Quantum Theory and the Schism in Physics. Rowman and Littlefield, 1982:49.。他甚至認(rèn)為,“波包坍縮與量子理論沒(méi)有任何關(guān)系,它是概率理論的一個(gè)普遍特征”(18)Popper K.R. “Quantum Mechanics without ‘The Observer.’” Bunge M. eds., Quantum Theory and Reality. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1967:37.?；谶@個(gè)觀念,波普爾用傾向性理論來(lái)詮釋量子力學(xué)中的概率問(wèn)題,指出量子理論中的概率是實(shí)驗(yàn)條件所決定的一種統(tǒng)計(jì)意義上的概率。所以,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,波普爾認(rèn)為,實(shí)驗(yàn)中干涉圖樣是由兩個(gè)縫隙在不同條件下產(chǎn)生圖樣簡(jiǎn)單相加的結(jié)果,而這與哥本哈根詮釋完全不同。在波普爾看來(lái),量子理論同樣遵從概率的傾向性質(zhì),它與經(jīng)典物理學(xué)理論一樣沒(méi)有任何神秘性。他認(rèn)為哥本哈根詮釋的錯(cuò)誤在于“把統(tǒng)計(jì)分布等同于系綜的元素的一種物理屬性”(19)馬克斯·雅默:《量子力學(xué)的哲學(xué)》,秦克誠(chéng)譯,商務(wù)印書(shū)館,2014年版,第625頁(yè)。。我們認(rèn)為波普爾的這個(gè)理解是不恰當(dāng)?shù)?。事?shí)上,量子力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)對(duì)于概率的詮釋有著根本的不同。量子力學(xué)的概率具有疊加性質(zhì),它只能由具有特殊屬性的波函數(shù)對(duì)其進(jìn)行描述。而統(tǒng)計(jì)力學(xué)與傳統(tǒng)物理學(xué)一樣,對(duì)概率的詮釋是簡(jiǎn)單意義上的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。所以,波普爾沒(méi)有真正理解量子理論波函數(shù)的概率詮釋,即,概率的相互干涉是一種疊加態(tài),他對(duì)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的概率解釋最多是傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)詮釋,與哥本哈根學(xué)派的概率詮釋有實(shí)質(zhì)區(qū)別。對(duì)此,費(fèi)耶阿本德(Paul Feyerabend,1924-1994年)就批判性地指出,波普爾所謂的“巨大的量子泥潭”的說(shuō)法純粹是一派胡言,原因在于他錯(cuò)誤地認(rèn)為量子理論就是純粹的統(tǒng)計(jì)力學(xué),混淆了經(jīng)典波和ψ波,忽視了單個(gè)粒子的動(dòng)力學(xué)。(20)Feyerabend P. K. “On a Recent Critique of Complementarity: Part Ⅱ. ”P(pán)hilosophy of Science. 1969:102.

第二,夸大了其與哥本哈根學(xué)派之間的對(duì)立性。波普爾認(rèn)為,哥本哈根學(xué)派用意識(shí)和觀察者等主觀因素來(lái)解釋“波包坍縮”,給當(dāng)代物理學(xué)帶來(lái)了危機(jī)。因而,為了維護(hù)科學(xué)實(shí)在論,必須將意識(shí)等主觀因素從量子理論中清除出去。然而,波普爾試圖以概率的傾向性來(lái)解釋量子理論在我們看來(lái)并沒(méi)有達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。這是因?yàn)?傾向性理論對(duì)概率的解釋所用的術(shù)語(yǔ)是“傾向的”“意向的”和“趨向的”,這些術(shù)語(yǔ)明顯具有主觀主義的色彩,從而使得波普爾對(duì)量子理論的解釋所宣稱(chēng)的客觀實(shí)在論立場(chǎng)不夠牢固。對(duì)此,斯科拉(Lawrence Sklar)就說(shuō):“我認(rèn)為傾向性理論遠(yuǎn)沒(méi)有改進(jìn)傳統(tǒng)的客觀主義理論,相反,包含了潛在的主觀因素。同時(shí),傾向性理論對(duì)于清除量子理論中的神秘性也做得很少。”(21)Sklar L. “Is Probability a Dispositional Property?. ”Journal of Philosophy 67(11), 1970:356.另一方面,在傾向性理論中,概率的傾向性是由實(shí)驗(yàn)設(shè)置所決定的,用量子理論的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),就是概率依賴(lài)于被測(cè)量系統(tǒng)的物理?xiàng)l件。這就是說(shuō),傾向性理論是一種關(guān)聯(lián)性理論(relational theory)。而這與玻爾對(duì)量子理論解釋的“互補(bǔ)性”整體觀是一致的。可見(jiàn),并不是如波普爾本人所設(shè)想的,他與哥本哈根學(xué)派的對(duì)立非常嚴(yán)重,相反,他們存在相一致的地方。所以波普爾事實(shí)上夸大了他和哥本哈根學(xué)派的對(duì)立。對(duì)此,費(fèi)耶阿本德就爭(zhēng)辯說(shuō):“波普爾的立場(chǎng)更接近他所攻擊的玻爾,而不是他所捍衛(wèi)的愛(ài)因斯坦?！?22)Feyerabend P. K. “On a Recent Critique of Complementarity: Part Ⅰ. ”P(pán)hilosophy of Science. 1969:311.

第三,無(wú)法解釋單稱(chēng)概率問(wèn)題。波普爾提出概率的傾向性解釋的起因在于,他認(rèn)為頻率理論無(wú)法解釋單個(gè)事件的客觀概率或說(shuō)單稱(chēng)概率,而這對(duì)于量子理論的解釋是必須的。要對(duì)量子理論做解釋,必須對(duì)單個(gè)事件的概率做客觀解釋。然而,哥本哈根學(xué)派的另一位代表人物馬克斯·玻恩(Max Born)將“波包坍縮”的原因理解為觀察者的一瞥(a glance),他對(duì)量子理論中的單個(gè)事件的概率解釋是一種形而上學(xué)的決定論(metaphysical determinism),這對(duì)堅(jiān)持客觀實(shí)在論的波普爾來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的。因此,他試圖對(duì)量子理論的概率做傾向性解釋以維護(hù)科學(xué)決定論(scientific determinism)。“兩個(gè)歷史事件——物理學(xué)家的形而上學(xué)決定論和缺乏對(duì)單個(gè)事件概率的做客觀解釋——導(dǎo)致量子理論主要是對(duì)粒子的知識(shí)表征而非客觀實(shí)在解釋。”(23)Bartley Ⅲ. W. “The Philosophy of Karl Popper. ”P(pán)hilosophia 7(3-4), 1978:688.然而,波普爾的傾向性理論就能對(duì)單個(gè)事件的概率做客觀解釋嗎?事實(shí)并非如此。唐納德·吉利斯(Donald Gillies)就指出,波普爾的傾向性理論只能適合對(duì)簡(jiǎn)單情況(擲硬幣或擲骰子)中客觀概率的描述,而對(duì)于復(fù)雜情況則不適用。例如,在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,不同的實(shí)驗(yàn)者A和B對(duì)于實(shí)驗(yàn)中電子通過(guò)縫隙的概率統(tǒng)計(jì)是不同的。A可能會(huì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)理論計(jì)算出電子概率分布,而B(niǎo)意識(shí)到在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在雷電等天氣不穩(wěn)定的因素,它會(huì)影響電子在實(shí)驗(yàn)中的概率分布。于是,他很有可能根據(jù)情況修改了對(duì)電子概率分布的預(yù)估值。這樣,電子在實(shí)驗(yàn)中的電子概率分布就極大地受到主觀因素的影響,根據(jù)波普爾的傾向性理論,在上述實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)設(shè)置包括了客觀的天氣因素,但對(duì)概率的描述卻成為了一種主觀意義上的,所以是一種主觀概率。(24)Gillies D. “Varieties of Propensity. ”The British Journal for the Philosophy of Science 5 (4), 2000:819.

第四,誤解了量子理論的哥本哈根詮釋。波普爾提出概率的傾向性理論除了因?yàn)樗J(rèn)為頻率理論無(wú)法解釋單個(gè)事件的客觀概率之外,更重要的還在于他對(duì)哥本哈根詮釋的不滿(mǎn)。在波普爾看來(lái),哥本哈根詮釋對(duì)概率詮釋是一種主觀主義,而概率的主觀主義將概率視為知識(shí)的不完備,這對(duì)量子理論的解釋是不充分的,必須堅(jiān)持對(duì)量子理論的客觀解釋。因此,他認(rèn)為需要對(duì)概率做傾向性解釋,“從量子理論中清除神秘性,而只留下幾率和非決定論”(25)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability and of the Quantum Theory.” S. Korner eds. Observation and Interpretation: Proceedings of the Ninth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. 1957:68.。然而,我們認(rèn)為,波普爾事實(shí)上誤解了哥本哈根詮釋。因?yàn)?哥本哈根詮釋雖然借助觀察者的意識(shí)來(lái)解釋“波函數(shù)坍縮”,但這并不能說(shuō)明哥本哈根詮釋對(duì)概率的詮釋是主觀主義的,就如海森堡所說(shuō):“觀察者的引入不能誤解為暗示要把某種主觀特征帶進(jìn)自然的描述中?！?26)沃納·海森堡:《物理學(xué)與哲學(xué):現(xiàn)代科學(xué)中的革命》,范岱年譯,科學(xué)出版社,1974年版,第87頁(yè)。在哥本哈根詮釋中,波函數(shù)描述的是多維空間中的幾率波,其模的平方大小代表粒子在某次出現(xiàn)的概率分布,粒子的波動(dòng)性是幾率性的?，F(xiàn)代科學(xué)實(shí)在論認(rèn)為,我們不能將觀察與否作為評(píng)判科學(xué)真理的標(biāo)準(zhǔn),只要科學(xué)理論如實(shí)反映了不可觀察事物的客觀規(guī)律,它就同樣具有客觀性。雖然我們無(wú)法在現(xiàn)實(shí)中觀察到粒子的幾率性特征,但哥本哈根詮釋正確描述了粒子的運(yùn)動(dòng)特征,所以,我們也必須承認(rèn)它是實(shí)在性的科學(xué)理論。所以,哥本哈根詮釋對(duì)波函數(shù)的解釋并非像波普爾所理解的是出于主觀主義,相反,它是一種客觀實(shí)在論的解釋。“波函數(shù)的實(shí)在論似乎是一個(gè)不可避免的結(jié)果,這就意味著存在一個(gè)構(gòu)型空間實(shí)體,而波函數(shù)是作為世界的基本物理成分?！?27)Shan G. The Meaning of the Wave Function: In Search of the Ontology of Quantum Mechanics. Cambridge University Press, 2017:70.

四、波普爾實(shí)在論詮釋難以成立的原因分析

如上,我們對(duì)波普爾關(guān)于量子理論的實(shí)在論詮釋做了深入的分析,我們認(rèn)為,波普爾對(duì)量子理論的實(shí)在論詮釋存在許多有待進(jìn)一步厘清的地方,他對(duì)量子理論的實(shí)在論詮釋難以成立。然而,造成這些問(wèn)題的原因是多方面的,其中既與波普爾本人對(duì)量子理論解釋立場(chǎng)過(guò)于狹隘有關(guān),也與其對(duì)量子理論的理解不夠準(zhǔn)確存在一定的聯(lián)系,甚至,波普爾還誤將布爾邏輯規(guī)律應(yīng)用于量子理論的非布爾邏輯空間,這也是其中重要的原因。

第一,對(duì)量子理論理解的視角過(guò)于狹隘。作為哲學(xué)家的波普爾,他對(duì)量子理論的解釋主要是基于哲學(xué)的視角,從而將量子理論理解為一種概率理論。在波普爾看來(lái),海森堡等人的矩陣力學(xué)采用數(shù)學(xué)形式來(lái)描述量子理論,它不以對(duì)量子理論的概念解釋為目的,而只是以尋求自洽的數(shù)學(xué)形式來(lái)描述實(shí)驗(yàn)數(shù)值,是一種典型的工具主義,必然無(wú)法對(duì)量子理論的抽象概念做準(zhǔn)確的詮釋。而只有對(duì)量子理論做傾向性解釋才能解決工具主義給量子理論帶來(lái)的困難?！霸噲D用抽象的術(shù)語(yǔ)來(lái)解釋量子理論的物理解釋沒(méi)有多大意義,……我現(xiàn)在試著提出一種概率的傾向性理論,……它能解釋傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和量子理論?！?28)Popper K.R. Quantum Theory and the Schism in Physics. Rowman and Littlefield, 1982:104.我們認(rèn)為,波普爾之所以對(duì)哥本哈根詮釋有這樣的誤解,很大一部分原因在于他理解量子理論的視角局限在哲學(xué)范圍內(nèi),而忽略了科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)維度。站在物理學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)角度,量子理論除了概念解釋外,重要的是要找到對(duì)其規(guī)律描述的數(shù)學(xué)函數(shù),波動(dòng)方程和矩陣方程就是這樣的數(shù)學(xué)方程,它能夠恰當(dāng)?shù)孛枋隽Ｗ釉诏B加狀態(tài)中的狀態(tài),所以,哥本哈根詮釋并非是工具主義。不僅如此,在作為證偽主義者的波普爾看來(lái),量子理論作為科學(xué)理論,它必須經(jīng)得起事實(shí)的檢驗(yàn)和反例的證偽,因而不能摻雜任何主觀因素,否則就毫無(wú)科學(xué)性所言。“量子理論的統(tǒng)計(jì)陳述必須像任何其他物理學(xué)陳述一樣是可以在主體間檢驗(yàn)的?！?29)卡爾·波普爾:《科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯》,查汝強(qiáng)等譯,中國(guó)美術(shù)學(xué)院出版社,2007年版,第209頁(yè)。同樣地,我們認(rèn)為,波普爾只是站在科學(xué)哲學(xué)的視角來(lái)評(píng)判科學(xué)與否,這又犯了邏輯經(jīng)驗(yàn)主義的錯(cuò)誤。

第二,對(duì)量子理論的物理內(nèi)涵的理解存在一定的偏差。波普爾聲稱(chēng),量子理論事實(shí)上就是一種概率理論,透過(guò)對(duì)概率的合理解釋,我們就可以解決量子理論中所有的困難和問(wèn)題,而這種對(duì)概率的合理解釋就是概率的傾向性解釋?！皟A向性清除了量子理論的神秘性而留下概率和非決定論。它指出所有的神秘性都與擲骰子或擲硬幣有關(guān),就如電子的運(yùn)動(dòng)一樣。換言之,量子理論與其他任何偶然性游戲(如小型臺(tái)球)一樣都是一種概率理論?！?30)Popper K. R. “The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability and of the Quantum Theory.” S. Korner eds. Observation and Interpretation: Proceedings of the Ninth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. 1957:68.不可否認(rèn),在量子理論中,對(duì)概率問(wèn)題的解釋是量子理論的重要內(nèi)容,厘清量子理論中的概率問(wèn)題有助于我們認(rèn)識(shí)波函數(shù)的物理含義。例如,玻恩就將波包理解為一種幾率波,它是哥本哈根詮釋主要構(gòu)成之一。然而,由于波普爾所處的立場(chǎng)的局限性,他沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)到量子理論的概率與經(jīng)典物理學(xué)概率的本質(zhì)區(qū)分,而是錯(cuò)誤地將兩者等同起來(lái)。事實(shí)上,我們都知道,量子理論中的概率是一種疊加態(tài),只能用波函數(shù)對(duì)其描述。相反,經(jīng)典物理學(xué)中的概率只是簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)計(jì)算,只需普通函數(shù)就可以對(duì)其描述。 對(duì)此,格羅斯曼(Neal Grossman)就說(shuō):“我們否定波普爾的主張,即,對(duì)概率的合理解釋無(wú)論如何都可以解決量子理論中的矛盾如薛定諤的貓佯謬(或‘疊加態(tài)的坍縮’)。然而,任何試圖以概率理論來(lái)定義量子理論的主張都錯(cuò)誤地混淆了混合(mixture)與疊加(superposition)?！?31)Grossman N. “Quantum Mechanics and Interpretations of Probability Theory. ”P(pán)hilosophy of Science 39 (4),1972:452.所以,歸結(jié)到底,波普爾誤將經(jīng)典物理學(xué)的“混合”概率與量子理論的“疊加”概率等同起來(lái),這是造成他對(duì)量子理論理解存在偏差的主要原因。此外,我們都知道,對(duì)于量子測(cè)量問(wèn)題,除了涉及概率的疊加態(tài)外,還涉及對(duì)糾纏態(tài)、波粒二象性和“波包坍縮”等眾多難題和爭(zhēng)論的解答,所以,量子理論遠(yuǎn)不只是一種概率理論。

第三,把布爾邏輯應(yīng)用于非布爾邏輯空間。在波普爾的概率傾向性理論中,他對(duì)概率的統(tǒng)計(jì)采用的是布爾邏輯規(guī)則。例如,在釘板實(shí)驗(yàn)中,小球在釘板上滾動(dòng)撞向釘子q1和q2概率分別為p1(a, e1)和p2(a, e2),由于e1和e2的實(shí)驗(yàn)條件不同,那么,p1(a, e1) ≠ p2(a, e2)。但波普爾認(rèn)為,e1和e2各自實(shí)驗(yàn)條件中的信息變化不會(huì)影響對(duì)方,就是說(shuō),p1(a, e1)和p2(a, e2)是相互獨(dú)立的。而這與量子理論中的概率是不同的。在量子理論中,概率是相互疊加的,各個(gè)分支之間信息的改變會(huì)對(duì)各自概率產(chǎn)生影響。巴布(Jeffrey Bub)對(duì)此更進(jìn)一步(32)Bub, J. “Popper’s Propensity Interpretation of Probability and Quantum Mechanics.” G. Maxwell and R. M. Anderson. eds., Induction, Probability, and Confirmation. University of Minnesota Press, 1975:425-426.,他假設(shè)在釘板的實(shí)驗(yàn)中,小球碰到釘子q2后又碰到q3用b表示,而小球碰到q2和q4用c表示,按照布爾邏輯規(guī)則,我們會(huì)分別得到:p1(b, e1) ≠ p (b, e2)和p2(c, e1) ≠ p (c, e2)。而按照量子理論的波包坍縮特征,我們將得到:p1(b, e1) / p2(b, e2)≠ p1(c, e1) / p2(c, e2)。顯然,兩者是不可能等同的。巴布由此認(rèn)為,波普爾將布爾邏輯規(guī)則運(yùn)用于量子理論的非布爾邏輯空間(希爾伯特空間),在邏輯上是不可行的?！霸诹孔恿W(xué)中,由一個(gè)初始幾率分布到一個(gè)新的,以某些附加信息為條件的幾率分布的過(guò)渡,同布爾概率計(jì)算中的情況是不同的,因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中,附加信息會(huì)使關(guān)于子集在相空間中的相對(duì)幾率的初始信息歸于無(wú)效,這種初始信息是用相同空間方法重建量子統(tǒng)計(jì)學(xué)所用到的?！?33)馬克斯·雅默:《量子力學(xué)的哲學(xué)》,秦克誠(chéng)譯,第631頁(yè)。

結(jié) 語(yǔ)

不可否認(rèn),波普爾對(duì)量子理論的傾向性解釋是其對(duì)物理學(xué)、科學(xué)哲學(xué)所做的重要貢獻(xiàn)。波普爾一直都將量子理論的傾向性解釋視為其科學(xué)和哲學(xué)生涯里的重要事件。波普爾始終堅(jiān)持概率的客觀解釋,他對(duì)哥本哈根詮釋中的意識(shí)和觀察者主觀因素極為不滿(mǎn),所以希望以量子理論的傾向性解釋來(lái)徹底清除其中的主觀因素,從而實(shí)現(xiàn)量子理論的完備性。然而,我們認(rèn)為,波普爾之所以這樣做的目的,完全是基于其作為科學(xué)實(shí)在論者的立場(chǎng),所以,他對(duì)量子理論的傾向性解釋必然存在局限性。從根本上講,傾向性對(duì)概率的解釋是傳統(tǒng)物理學(xué)的概念邏輯,而量子理論與傳統(tǒng)物理學(xué)有著本質(zhì)的區(qū)分,傾向性解釋并不能解釋清楚量子理論中的概率問(wèn)題。雖然,波普爾的概率傾向性理論沒(méi)有最終得到量子物理學(xué)家們的一致認(rèn)同,但這并不能否認(rèn)其所具有的哲學(xué)意義。那就是,傾向性解釋從理論角度進(jìn)一步深化了量子理論中的整體觀,使得量子理論的互補(bǔ)性、糾纏性和非定域性等概念在哲學(xué)層面有了落腳點(diǎn)。總的來(lái)說(shuō),波普爾與哥本哈根詮釋抗?fàn)幜税雮€(gè)多世紀(jì),但他本意并非要徹底推翻哥本哈根詮釋,而是想要通過(guò)對(duì)其的猜想與反駁以提出問(wèn)題并激起爭(zhēng)論,進(jìn)而讓量子理論得到更完美的詮釋。所以,波普爾對(duì)哥本哈根詮釋的批判又反過(guò)來(lái)對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展起了推進(jìn)作用。