認識論本體論

问：Quantum physics和quantum mechanics有区别吗？

这个东西的话，实际上我们是两门课，一门叫原子物理，还有一门的话就是量子力学。原来設立原子物理課的初衷是，当时导致量子力学的诞生，物理上有一个原则，这原则就是如果你现在的理论能够解释目前的实验，什么叫理论？理论实际上就是人们对这个世界的一个认识。换句话说就是这个世界的运动规律在人脑子里的一个图像，而这个图像总会有一点失真的。像我们来看这个世界，谁都知道这个世界是三维，但是我们的视网膜是二维的。所以这个图像到你的眼里再传达给你脑子的肯定是失真的，因为一个三维的物体，你是通过视网膜来认识的。那么所谓这个图像实际上就是你人在不同的角度看同一个事物形成的几个图像，最后用大脑进行处理，然后得到的结果，这个叫图像。

理论也一样，理论就是这个世界规律在你头脑里所形成的图像。它与自然界实际上肯定是有所失真的，不是同一个东西。但是如果这个理论足够好，什么叫理论足够好？就好像说你头脑里对这个事物的图像足够好，如果你在这个图像的指引下，你总会得到你预期的结果，就说明这个图像足够好。你比如说我看到这張桌子，我知道这張桌子是硬，我就看到它在那，我绕着它走，我不会碰到它，我每次都能够成功的绕过它去。这就说明我对这張桌子的位置也好、形状也好、性质也好，有足够好的图像。我们的理论也一样，什么叫你的理论足够好，我们说理论不是真实的东西，它是在你头脑里的图像。那么说你这个图像足够好的意思是什么？它指导你做实验，得到的结果如果总是跟你预期的一样，那么现在实验上得到的结果都用你现在的图像能够给一个合理的解释，那就说明你的理论足够好了。你不要说我要求我的理论百分之百正确，这永远做不到，对不对？好，有了这个前提，我们就可以说为什么要设原子物理跟量子力学。

因为在20世纪初，有些实验，特别是像黑体辐射，当然還有后来大量的光谱实验，当时的经典物理现象没有办法解释，所以才不得不引入新的理论。相当于美国有句话那就说什么，说这个车如果不坏别修它，“If the car is not broken, don’t fix it”，否则你越修越坏。理论也一样，所以这就是我们真正的物理学专业人士跟所谓民间科学家的区别，持的态度不一样。

专业人士的话就是这种态度，如果我们现有的理论能够解释现有的实验，我们不必引入新的理论，但是民间科学家的话，像他们经常讨论狭义相对论什么的，他没有任何一个实验是老的理论解释不了的，所以我要引入新的，他就凭空要引入新的理论。那么如果持这种态度，我们说了这不是科学家的态度，科学家态度的话，就是说我现有的理论存在，能够解释所有的实验，就不必再用新的理论。

所以在20世纪之前，当时所有的实验通过经典物理都能够解释。实际上经典物理，包括1905年爱因斯坦引入狭义相对论，或者稍晚一点大概1915年左右引入的广义相对论，这都属于经典的。多数的物理实验都能够解释的。但是在这之后的话，有些实验是没法解释的，特别是光谱实验，大量的原子光谱是没法解释的。那么这时候就发现需要引入新的理论，引入老的量子论，最后引入量子力学，这从历史上是这样说的。

那么其中就有一个问题，就是物理学本来是实验的科学，所以的话原来早期这些老一辈学者之所以设立原子物理课，意思是希望在这些课上能分擔量子力学的內容，量子力学课就可以少讲，要讲顶多讲一点玻爾的老量子论。原子物理课重点讲这些实验现象是什么？以及我们从经典物理的观点来看，为什么无法理解？这是原子物理這门课的主要目的。

本来人家開这门课是让你诉苦水的课，就是说这个困难我解释不了，他现在卻是從后知后觉者的角度来说这些东西其實是能解决的，所以现在这些课都讲成量子力学了。他原来的目的是什么？就是在这门课我告诉你我有哪些问题是经典物理解释不了的，然后这些实验手段是什么？等于说一门先行课，先把这些问题讲完，之所以为什么不同时讲量子力学，一个是这样先把问题摆出来，让学生们加深印象，就是用经典物理去试图解释为什么不成功，经典物理失败在哪里。第二点是一般原子物理课是在大二讲，那么其中有一些数学手段学生们还没学，所以就想把这门课上完了以后，等到大三讲量子力学那会数学手段也有了，然后我们再反过来。那么这时候我讲量子力学，我就不必再重复那些实验了，我只要稍微提一句，比如说反常赛曼效应是当时解释不了的，这些东西应该是在原子物理这门课老师已经讲过那些实验事实，那么讲量子力学的老师只要稍微提一下就完了。然后我们再说了，在量子力学的框架下是可以解释的，主要想强调通过这样的讲法，來强调物理学是一门实验的科学。那么这样一来的话，就导致了给学生一个印象，如果你现有的理论能够解释现有的实验，我用不着进入新理论，是为了这个目的。我估计这是老一辈物理学家当时设计这门课的初衷所在。

可是现在慢慢演化成什么？演化成大二就去讲量子力学了。为什么经典物理解释不了，他反倒不讲了，他就跟你讲，有这个现象，我量子力学就能解释了，给学生造成一个量子力学是先知先觉、没有任何困难的印象，與原来设计这门课的初衷就完全相反。但是现在已经演化成这样了，就成了个无可奈何的了，我大三上量子力学的课的时候，有同学就说了，这个东西原子物理课早讲过了，但是初衷並不是这樣的。原来的初衷是希望让大家利用这段时间更多的了解这些实验结果，甚至有可能了解一下早期的这些实验手段。因为同时还有实验课在进行，所以这样两个一配合是给学生造成一个很深的印象，就是物理学作为一门实验科学，由于我在实验里现在得到的一些结果用现有理论没有办法解释了，那之后我需要引入新的理论，等到我们上量子力学的时候再去講。但现在这两门课实际上区别已经不大了，原子物理就开始讲量子力学了。当年设计這門課我估计是因为量子力学刚建立不久，那些老一辈人对当时的困难记忆犹新，所以可能决定设计这么一门课，专门的让学生体会一下我们当年是怎么苦撑苦熬的。现在就完全不一样。现在就成了量子力学课程了。

问：我很好奇现在你怎么看待量子力学影响人类的認知，就是认识论跟本体论，你怎么看待这件事情？

这件事的话我是比较倾向于玻爾的互补原理，就是认识论。因为在玻爾之前人们认为自然界是独立存在的，对不对？自然界有它的规律，从牛顿时代以來，人们一直有这么一个印象，就是说似乎我们所谓的理论，都是关于这些规律本身的，关于这些规律独立的。但是从玻爾以後，认识就改變了。

什么叫做人们的图像？认识实际上就是个图像，图像并不是这个规律本身，就如同我刚才讲的，比如说对我这張桌子的图像并不是真的，道理很简单，这个桌子是三维的，視網膜裡的图像是二维的，它们俩连维数都不一样，你怎么可能可以說這就是它的规律。所以在这种情况下，图像只是我们头脑里对于世界规律的认识，理论并不是规律本身，而是对于这个规律的一个图像。

那么关于这个规律的图像，在玻爾之前是从来没有仪器这个概念的，就是说人们似乎总可以无限的认识这个世界。但是玻爾说，若我们要想对微观客体有所了解的话，肯定是隔着仪器这么一个媒介的，我们必须得用经典的仪器。很不幸的是我们人的尺度是米的量级，对不对？所以我们必须得用米量级的仪器去观测奈米量级的東西，那么需要一个间接的媒介去认识。

既然你需要间接的媒介去认识的话，那就解释了为什么有的时候微观客体表现行为像波、有的时候表现像粒子，原因就是你要用不同的宏观仪器。从宏观的角度來看，这两种仪器是完全不同的，测量波就是波、粒子就是粒子，我们用测量波性质的仪器去测量微观客体，得到的是关于它的波动性质。那么我们要想得到一个完整的图像，就如同我從两个不同的角度来对你拍照，脑子里形成图像，然后进行合成，所以如果我们想对这个客体能够有所理解的话，我们要想得到全面的資訊，我们无论是用测波動性质的仪器去测、还是用测粒子性质的仪器，等于說是站在两个不同的角度，得到两个不同的性质，在我脑子里合成的一个图像。

所以我们对量子力学的理解并不是说微观客体的运动规律，而是我们合成的图像，合成的图像就是认识论，所以朗道的量子力学里说了一句话：我们唯一能做到的是，根据哥本哈根学派的解释，当一个微观客体跟一个经典仪器相互作用以后，你能够期待什么样的结果，这是你唯一能回答的。那么换句话说，我们对于独立于仪器的微观客体的运动规律我们是无法认识的，因为你做不到，你设计不出来一个实验。

所以更形象一点讲的话，你如果对某一个微观客体，你认为它具有这样的性质的话，那么首先第一个问题就是说，比如你说它的颜色是红的，人家要问你怎么知道是红的，你能不能设计一个实验来决定他的？你说我设计不出来实验，那这种问题就没有意义，现在从哥本哈根学派的观点来看是这样的。所以换句话说，量子力学对于认识论有一个很大的颠覆，说白了就是如果你从实验上无法实现一个测量的话，就不要问这个问题，这个问题就没有实际意义。

问：包括认为自旋是不是在转。

这就没有意义，我们只能说自旋在实验上是可以测到它的后果，我们知道反常塞曼效应，我们知道它带来的磁性，所谓的自旋自由度是存在的，所以我们只能把它定义成电子的一个内部自由度，至於它到底是不是由于旋转引起？那我就要来问你了，你是否能够测量电子的实际旋转的运动，你说我到目前为止想不出来一个实验，那你暂时就不要问这个问题。这就是哥本哈根学派的态度。所以从这种意义上来说，對於哲学的认识论，哥本哈根学派的量子力学，带来了颠覆性的后果。

过去人们是从来不考虑我能不能实际上去测量，就认为它应该是这样的。换句话说，我們一直把人们脑子里的理论等同于运动规律。而哥本哈根学派就说，你头脑里的理论实际上是图像，跟你的实物并不等同。有一張桌子，这是实物，但是你现在脑子里的图像是二维的，是通过视网膜得到的，所以肯定是失真的。那么你现在脑子里真正的图像是在你两个不同的角度下拍得的图片，然后用人脑进行合成的。

一个最简单的实验，大概58年就有人做，人家原来就提过一个问题，就是我们现在的瞳孔实际上是凸透镜，根据光学原理，你得到的那个图像在眼里应该是倒着的，但为什么是正的？实际上你这个图像是经过人脑处理的，那么有人不信那一套，我现在就做一个实验，加一个特制的眼镜，也是个凸透镜，当然它正好设计那个焦点，使得你眼睛里看到的是翻了两次，这个时候你看到的就应该是正向。经过眼镜翻了一次、经过你的瞳孔又翻了一次，但是它看起来是倒着的，当然给这人就造成很大的困难。这位老兄连门都整个全倒过来了，连包括找门都找不着了，这到处都碰壁，但是他就说了我不摘，他当然有助手了，给他喂饭、扶他上厕所，坚持一个月。图像又倒回来了，又跟正常人一样，坚持带一个月眼镜，然后还能开飞机。这实验做完了以后，他把眼镜摘了，图像就又倒了过来，又经过一个月恢復正常。

从而说明我们看到的图像都是经过大脑处理的，所以这样一来的话，我脑子里的图像并不是真实的运动规律，而只是在我脑子里形成的。所以我们今天对待物理理论的态度就说：什么叫理论？并不是说微观客体的运动规律，而是说它在我们脑子里形成的图像，那么怎麼判斷这个图像或者说你这个理论到底是正确与否？就是从这个理论用这个图像指导我们的行动，是否能够达到我们预期的效果，或者换句话说，我对微观客体用相应的仪器进行测量，是否能得到我预期的实验结果？

如果能够得到，就说明我的理论是对的，如果得不到就说明有问题，你不能够要求这个图像等同于规律。對於规律的话，本体论認為物體确实有它自身的运动规律，就如同柏克利大主教說的：你不看月亮，月亮也在那，谁都承认这话的。但是你不看月亮，你脑子里永远没有月亮的图像，因为人是作为一种特殊的生物存在，人是需要了解这个世界，那么想去了解这个世界，认识论就告诉你，你最好的能做到的就是形成一个正确的图像，仅此而已。

你想说运动规律，除非有测量作为你的支持，否则的话就没有任何意义。哥本哈根学派大致就是这么一个态度，当然这种态度的话，物理界有人反对就提出多世界詮釋什么的，但是因为每个人总得有自己的信仰对吧？所以我本人的话是觉得哥本哈根学派是正确的，其他的都是左道旁门，你总得有信仰。

问：你也常说shut up and calculate。

有位凝聚态物理学家很有名的叫David Mermin。那么这位老兄晚年的时候，他的个人爱好是写专栏。Physics Today上专门有一个专栏，有各种各样的很开眼界，讲一些历史上发生的故事，或者一些物理界的趣闻。那么89年大概如果没记错的是3月份在Physics Today上，Mermin写了一个标题，就是谁先说了这句话。他说他83年写过一篇文章，就是量子力学的解释一直有争议，他早年在哈佛大学讀研究生，他说我当时学的时候对于量子力学刚才你说的这些认識论本體论也有很多问题，他就问这些教授们去。

结果他们这些教授们的回答基本上听起来都是哥本哈根学派，好像都是哥本哈根研究所派来的间谍似的，口径都一致，最后争论来争论去，这些教授也都急了，最后就是说别说废话了，回去好好我让你算什么就算什么吧！大家都公认一点就是量力学的解释可能有争议，但是量子力学的计算方法是正确的，给出的结果是没问题的，就是你按照量子力学的薛定谔方程、对易关系去算，得到的结果总是正确的，所以他当时就说，我的印象是似乎每个教授都说你回去老老实实算，shut up and calculate就是了，他说他认为这句话是他第一个说出来的。

但是在89年的时候，他说网上似乎有人把这么伟大的一句话全都算到费曼头上去了，都说是费曼说的。他就说这个的话岂不就成了马太效应了，越有钱的越有钱，越穷的越穷，我好不容易讲了这么一句金句，结果现在都归功于费曼了。他说这很不公平，89年在专栏上自己替自己说，他说现在我提出一个挑战，大家就去找，说费曼在什么鬼地方，何时何地讲了这句话，如果要是能查出来，我就认输一百美元！

打赌说他认为这句话是我讲的，但是我讲了以后，当然这个社会显然不公平，马太效应越穷的就越穷，越富的就越富。所以之後的老師，你说你一点哥本哈根学派那种讲法你都不提好像不合适，但是提的话就怕学生们缠住不放，下了课老问这种问题那就没完没了了，所以我说的话我采用的态度就跟这个Mermin一样，就是shut up and calculate，就咱们哲学讨论就到此为止，你现在就集中精力在计算上，我让你怎么算你就怎么算。

问：我自己是支持多世界的，把Everett的文章读完以后觉得哥本哈根还是有很多问题，很多问题不是很喜欢，就是你怎么解释测量是什么？塌缩是什么？他都没有解释，让人非常不满意。

我是觉得我个人倾向于這就已经是够了，哥本哈根学派的这种说法，我认为无论是从这种物理的基础来看也好，或者是从认識论来看也好，当然我必须得说后来的东西我没有跟踪，有的人说上了年纪的人应该搞点哲学问题，但是我想我可能能够真正做点有实际意义的工作，一个是教学，另外一个就是可能比如说强关联的书我准备写一本，那么以后再做一些科普。

我觉得这个可能我是对社会，至少你觉得我没有在那里白吃饭这样，我就主要是自己感觉良好，就是为了这个目的。但是哲学的话似乎又超出了我的能力，所以说我没有更深入的去再考虑了，我只能到这个层次了，就是哥本哈根学派。

到现在也争的没完没了，更深入的话题就没法谈下去了。对吧？因为你再谈他就该崩了，就我个人的话，因为你每个人总得有一个信仰，所以我在这个课上就是坚持哥本哈根学派。主流也是这样，所有教科书都是这样，但是的话，因为我比较喜欢朗道的东西，朗道对这个是坚信不疑的。我比较喜欢朗道的書，他的书我读了以后的话，感觉很不一样，跟别的教科书感觉很不一样。