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(1)最近一些物理学预言的最为伟大的胜利,已被公认为由并不是基于因果性的统计法则实现的。此外,迄今所接收为因果关系的重要法则表明在一些小的测验上具有统计特性。
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(2)无论在原子现象的基础上是否存在一个因果体系,近代原子理论现今并未尝试找到这个体系。原子理论之所以取得快速的进步是因为它不再把这作为一个实际的目标,我们处于坚持并不与现今科学研究实际目标相对应的自然知识的认识理论的地步。
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物理世界的本质 事件的预言性
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让我们来考察一个典型的科学预测成功的例子,科学预言1999年8月1日在康沃尔郡能够观测到日全食。普遍认为这次日全食早已为太阳、地球及月球目前的状态所决定,至于日食是否会如期出现,我并不想引发不必要的不安。我预期它会发生,但我们得考察一下这种预期的根据。它是作为重力法则——我们在第七章所知道的一个自明之理的法则的结果而被预言的,人们并未贬抑该预言的价值,但确实暗示着当我们反对那些非自明之理的法则时,我们可能不会比这个神奇预言做得更多。我斗胆预言即使到了1999年二加二还是等于四,但是,如果这被证明为正确的,也无助于使任何人信服宇宙(或者,如果你们愿意,说成人类的心灵也成)受宿命法则的支配。我假定在最不稳定的(不规则的)控制的世界里,若不排除自明之理的话,能够预测某种事物。
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但是我们不得不看到更深一层,重力法则在从宏观观点看时仅是一个自明之理,它预先假定了具有宏观物质或光学配置的空间和度量。它的精度不能提高超过这些宏观仪器的限度,因此,它是一个含有可能的——虽小但并非无限小的误差的自明之理。经典法则在涉及极其巨大的量子数时的限度内适应性良好,包含太阳、地球及月亮的系统具有极其巨大的状态数(见第九章末一项)。对其配置的可预言性一般并非自然现象的特性,而是涉及巨大数目作用的原子的特征——所考虑的不是个体行为而是平均行为。
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众所周知,人类的寿命是不确定的。没有什么东西比人寿保险公司的偿付能力更确定。平均法则是如此值得信赖,以至于可以认为如今所生的小孩半数可以生活到X岁这是预先就确定的,但那并不是告诉我们,青年A.MCB的寿命预期已记载在生死簿上,或者还有时间教导他不要在汽车前面跑动以改变其命运。1999年的日全食一如一家人寿保险公司的收支平衡一样安全,而一个原子的下一次量子跃迁一如你们的和我的寿命一样不确定。
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因此,我们就达到了对于未来的前定的主要争论给以答复的时候了,即观察表明“自然”的法则是一类导致未来确定性预测的法则,从而预期那些有待发现的任何法则也将符合同样的类型是合理的。因为当我们问已成功预测的现象的特征是什么时,答案是它们是依赖于巨大数目的单个个体的平均性质的结果。但是,因为平均是平均性质因而可以预测,勿论其背后现象的支配方式是什么。
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考察这个世界里处于“状态”的一个孤立的原子,经典理论会提出并希望回答这个问题:问“它下面将做什么呢”。量子理论把这个问题换成了“它下面将作哪一件呢”的问题,因为量子理论认为原子只能具有更低的两个状态。进一步,量子理论并不会尝试去找到答案,而是满足于计算跃迁到“状态1”及“状态2”的各自的概率。量子物理学家并没有像经典物理学家所做的那样,用指导它的未来行为的种种小物件来充满原子,他用决定着其未来行为概率的小物件来充满原子,他研究下赌注的技艺而非培训师的技术。
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因此,在新量子理论中所规划的世界的构造内,只要受偶然振荡影响的任何事物能够说成是预先确定的话,那么现在处于“状态3”里的500个原子之中能够预先设定大约400个将变为状态1,100个将变为状态2。这四比一的概率在原子的图景中得到了合适的表现,此即4∶1这个符号代表的某种情形存在于所有500个原子中的每一个原子里,但是并不存在将属于100个原子群的原子与属于400个原子群的原子里区分开的标记。或许大多数物理学家会认为,虽然在原子的图景中并未表现出这种标记,但它们还是有可能存在于“自然”之中,它们属于时机适宜就会到来的理论的精密化。当然了,这些标记不必处于原子自身以内,它们可以位于与之交互作用的环境里。例如,我们可以把色子掷出,希望得到6的概率为4∶1,转出6的与那些没转成6的两类色子由于重心位置的偏移本质上都具有这个概率。某次特定的色子投掷的结果并未标记在色子之上,然而它确实是有所涉及的外部影响所决定的严格的因果关系(或者与在投色子的人的因素无关)。在这个阶段,我们自身的位置在于物理学未来的发展可能揭示出这种因果关系的标记(或在原子里面或在外部影响之中),也有可能揭示不出。迄今,无论何时,只要我们想着已经在自然现象中探察到了因果关系的标记,它们通常都被证实存疑。因此,我们倾向于认同或许到处都不存在因果关系标记的可能性。
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但是,有人会说,在世界各处依然没有存在这种终极决定因子的迹象,一个原子却能够如此均衡地进行二选一过程是不可想象的。这是对直觉的一个求助,它可能受到另一个对直觉求助的公平的反对。我有一个较之于与物理世界的物体相关联的其他任何直觉都强烈的一个直觉,它告诉我,世界上尚无何处存在我即将举起右手还是左手的决定因子的任何迹象,这取决于尚未进行或尚未预示的意志力的自由的行动,[2]我的直觉是未来能够把并未秘密藏匿在过去的决定因子呈现出来。
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我们的立场是,支配物理世界微观要素(单个的原子、电子和量子)的法则并未对这些个体后续做什么给出明确的预测。在此我说到的法则是实际已经发现了的并按照传统量子理论和新量子理论做过调整的法则。这些法则指出了未来中的多种可能性,并阐述了各种可能性的概率。一般地,这种概率受到适度的平衡,并不会诱导出一个启示性的预言。但是,小概率的个体行为集聚起来就成了众多个体的适度选择的统计性大概率行为,小心翼翼地预言家能够发现这种冒着失信风险——尽管并没冒重大的风险的预言,迄今所有归于因果性的成功的预言都可在这儿找着踪迹。确实,对于个体的量子法则与因果性并非不能并存,只不过忽视了因果性。但是,如果我们利用这种漠视,在世界构造的基础上重行引入宿命论,这是因为我们的哲学事前倾向于那种方式,而非我们知道它所支持的任何实验的证据。
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为说明起见我们可以与宿命论的教义做一比较。神学教义,不管怎样地反对它,但到现在为止似乎依然与物质宇宙的宿命论和谐地交融。但是,如果我们求助于物理法则的新概念通过类推方法来解决这个问题,那么答案为:微观的个体并未事先被确定为处于这两个状态中的一个,这两个状态或许在此足以区分成“状态1”和“状态2”,能够认为最为确定的是其达到这两个状态的各自的概率。
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物理世界的本质 新认识论展望
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科学研究得不到事物内在性质的知识,“无论何时,只要我们采用物理量来表示一个物体的性质,就只是在传播对于其存在的各种计量示数的响应有关的知识,无他。”(参照第十二章指针读数中的物理知识的限度一节)但是,如果一个物体不依照严格的因果性行动,如果对指示器的响应存在不确定因素,我们似乎便斩断了这种知识的根基。如果物体被放置在称重机上时其读数并不能事先确定,所以物体没有确定的质量,也不会发现物体何时处于称重机上,所以它没有确定的速度,也不会知道物体所反射的光线能否汇聚到显微镜内,所以它没有确定的位置,等等不一而足。回答说物体确实有一个我们所不清楚的确定的质量、速度、位置等是无用的,那种说法,如果有意义的话,意指是科学知识领域以外的事物的内在本质。我们不能从我们所知道的任何事物精密地推断这些性质,原因在于因果性的破坏打断了推导链条。因此,对于物体存在的示数响应有关的知识并不存在,所以我们完全不能确定关于物体的知识。如此一来讨论物体有什么用处呢?作为所有这些(仍未确定的)指针读数的抽象概念的物体在物理世界里成为多余的了——旧的认识论在我们开始怀疑严格的因果性时就把我们引到了这种两难的境地。
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在宏观尺度现象里能够规避这种困难。一个物体可以没有确定的位置,但依然在很近的范围内具有非常可能的位置。当可能性巨大时,可能性代替确定性只会产生很小的差异,只会对世界附加上一层几可忽略不计的朦胧。尽管实际的变化并不重要,但还是有根本性的理论结果。所有的可能性都依赖于预置可能性的基础之上,如果不假定这一基础,我们不能说可能性大还是小。在同意接受我们计算出的可能性——这种可能性很大,实际上等同于旧理论体系中的确定性的情形下,我们把不能在旧体系里表示的一种符号结构添加到世界里——如同它把我们所采用的预置可能性的基础变成了世界构造的一种组成一样。
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在现象的原子尺度上,概率通常都很好地保持着平衡,不容科学赌徒置喙其间。如果一个物体仍然被定义为一组指针读数(或者很可能的指针读数),那在原子尺度上就不存在物体了。我们能够抽取的所有东西是一组可能性,实际上,那恰是薛定谔试图描述的原子图景——作为他的概率实在ψ的一个波心。
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通常我们都不得不处理由无知所引发的可能性,如果有充分的知识,我们应撇清与可能性的关系,而代之以确切的事实。但是,在薛定谔理论中的一个基本点是他的可能性不能如此代替。在他的ψ函数足够集中时便指示电子所在的位置,在ψ函数发散时,它仅仅给出模糊的位置,但这种模糊的指示并非理想地应为准确的知识所代替的某种东西。ψ函数本身成为从原子放射出的光的源头,光的周期便是ψ的频率。我想这意味着,ψ的散布对由于信息缺乏而引发的不确实性而言并不是一个标志,它是因果性失灵——此即原子特性之一部分的原子行为的间歇性的标志。
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我们有两个主要的方法来研究原子内部,我们能够观察电子的出入,也能观察光的出入。波尔假定了通过严格的因果性法则与第一种现象相关联的结构,海森堡以及他的追随者对第二种现象开展相关的工作。如果这两个结构是相同的,那么原子将涉及一个完整的对这两类现象完全的因果性关联,但很显然并不存在这种因果联系,所以我们不得不满足于将一个模型的实体表示为第二个模型中的可能性这种关联。或许这两个理论中有着与此不一致的细微之处,但是,它好像表达了其目的在于描述一个不完全的因果世界的法则的理想,即,一个现象的因果来源将代表另外一个现象的因果来源的可能性——薛定谔的理论至少提供了一个实际的世界是基于此项计划而被支配的强烈暗示。
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物理世界的本质 不确定性原理
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