原子理论和描述自然所依据的基本原理（2/2）
《尼耳斯·玻尔哲学文选-丹麦-N·玻尔》作者：尼耳斯·玻尔哲学文选-丹麦-N·玻尔 2017-04-13 11:47
则适用于代替了力学量的那些符号。然而，对于量子理论问题的这一巧妙处理，却对我们的抽象能力提出了巨大的要求，因此，在量子力学的发展和澄清中，一些新技巧的发现就曾经是具有深远意义的了；这些技巧虽然具有形式化的性质，但却更加满足形象化的要求。我所指的是由路易·德布洛意所引入的物质波的概念；这种概念在薛丁谔的手中已被证实为如此地富有成果，尤其是当联系到定态的概念时——各个定态的量子数，被诠释为代表着各该定态的驻波的节面数。德布洛意的出发点，就是存在于支配着光传播的那些定律和适用于物质客体运动的那些定律之间的相似性；这种相似性在经典力学的发展中已经是如此重要的了。事实上，波动力学形成上述爱因斯坦光量子理论的一个自然的对立面。正如在光量子理论中一样，在波动力学中我们也并不是处理的一种自足的思维方案，而是正如玻恩所特别强调的那样，处理的是表述支配着原子现象的那些统计规律的一种权宜之计。诚然，从它的方式来看，电子被金属晶体反射的实验对物质波概念所提供的证实，是和关于光传播的波动观念的实验证据同样带有决定性的。然而，我们必须记得，物质波的应用只限于那样一些现象，在各该现象的描述中必须将作用量子考虑在内，从而这些现象也就是位于某一领域之外的；在那一领域中，有可能完成一种和我们的习见知觉方式相适应的因果描述，而且，在那一领域中，我们可以赋予“物质的本性”和“光的本性”这一类的说法以通常理解下的含义。
借助于量子力学，我们掌握了一个广阔的经验范围。特别是，我们能够说明关于元素的物理属性及化学属性的很多细节。最近以来，甚至已经能够得到关于放射性转变的一种诠释；在这种诠释中，适用于这些过程的经验几率定律，表现为量子理论所特有的那种独特统计描述方式的一个直接推论。这种诠释为波动观念的富有成果性和它的形式化本性提供了一个卓越的例证。一方面，我们在这里和习见的运动概念有一种直接的联系，因为，由于原子核所放出的那些碎片能量很大，从而这些粒子的路径是可以直接观察的。另一方面，通常的力学概念完全不能给我们提供有关蜕变过程之历程的描述，因为，按照这种概念，原子核周围的力场将阻止各粒子从原子核中逸出。然而，根据量子力学，事态却是颇为不同的。虽然力场仍然是一种障碍，会使大部分的物质波折回，但是，它却允许一小部分物质波透出。在某一段时间内这样透出的一部分波，就给我们提供了原子核在该段时间内发生破裂的几率的一种量度。不加上述条件而谈论“物质的本性”，其困难几乎不可能显示得再突出一些了。
在光量子概念的情况，在我们的观念图景和可观察光效应之发生几率的计算之间，也存在类似的关系。但是，按照经典的电磁学概念，我们并不能赋予光以任何严格意义下的物质性，因为光现象的观察永远依赖于对物质粒子的一种能量传递和动量传递。光量子概念的可理解的内容，倒不如说限于使我们能够考究能量和动量的守恒的那种说明。归根结底，下述事实毕竟是量子力学的最独特的特色之一：尽管经典力学概念及经典电磁学概念有其局限性，但是，保持能量守恒定律和动量守恒定律却是可能的，在某些方面，这些定律形成作为量子理论基础的物质粒子永恒性假设的一种完美无缺的对立面；这一假设在量子理论中严格地得到保持，尽管一些关于运动的观念是被放弃了的。
正如经典力学一样，量子力学也宣称要对它的适用范围内的一切现象作出详尽无遗的说明。确实，比较仔细地考察一下我们通过原子现象的直接测量所能得到的信息以及在这方面我们对基本物理概念的应用所能赋予的含义，就可以得出对原子现象应用根本上是统计性的描述方式的必然性。一方面，我们必须记得，这些基本物理概念的含义是完全和习见的物理想法联系在一起的。例如，基本粒子的永恒性形成任何关于时空关系的说法的前提，正如能量守恒定律和动量守恒定律形成能量概念和动量概念的任何应用的基础一样。另一方面，作用量子的不可分性这一公设，就代表着完全超出经典观念之外的一个要素；在测量的情况下，这一要素不但要求客体和测量仪器之间的一种有限的相互作用，而且甚至要求在我们对这种相互作用所作的说明中有一种确定的活动范围。由于有这种情况，以在空间和时间中排比基本粒子为目的的任何测量，都要求我们放弃对于粒子和用来作为参照系的测量尺杆及时钟之间的能量交换及动量交换进行严格的说明。同样，粒子能量和粒子动量的任何测定，都要求我们放弃粒子在时间和空间中的精确标示。在这两种情况下，测量的本性所要求的经典概念的应用，预先就是和严格因果描述的放弃相等同的。这样的考虑直接导致反比式的测不准关系式；这种关系式是海森伯建立起来的，他曾利用这种关系式作为彻底考察量子力学逻辑无矛盾性的基础。正如作者所证明的，我们在这儿所遇到的这种根本的不确定性，可以认为直接地表示着形象化概念在原子现象之描述中的适用性的绝对界限；这种界限出现于一种表现上的两难推论中，该推论出现于光的本性和物质的本性这一问题中。
就这样，我们不得不在原子现象的描述中对于形象化和因果性有所放弃；这种放弃很可能被认为是形成原子观念出发点的那些愿望的一种挫折。但是，从原子理论的目前观点看来，我们必须认为这种放弃本身就是我们理解力的重大进步。确实，在我们有理由期望科学的普遍基本原理可以适用的那种领域中，是不存在这些原理的失效问题的。事实上，作用量子的发现，不但向我们指示了经典物理学的自然界限，而且，由于刷新了不以我们的观察为转移的现象的客观存在这一古老哲学问题，这一发现也使我们面临着自然科学中一种前所未见的形势。正如我们已经看到的，任何观察都需要和现象的进程发生一种干扰；这种干扰具有这样一种性质：它会使我们失去因果描述方式所依据的基础。就这样，自然本身就对我们谈论客观存在的现象的可能性加上了限制；就我们所能判断的看来，这种限制恰恰是在量子力学的表述中得到表达的。然而，这并不能看成进一步前进的障碍；我们只应该对一种必要性有所准备，那就是，必须越来越广泛地脱离我们对于直接形象化的自然描述的习见要求。最重要的是，我们可以在量子理论和相对论相遇的领域中期待新的惊人事件，在这一领域中，一些悬而未决的困难仍然存在，它们阻碍着我们知识广度的全面熔合，以及这两种理论给予我们的说明自然现象的不同权宜方式之间的全面熔合。
即使是在这一演讲的结尾，我也很愿意有一个机会，来强调爱因斯坦的相对论在物理学的最近发展中在使我们解脱对于形象化的要求方面的巨大意义。我们已经从相对论中学习到，我们的感官所要求的空间和时间的截然划分，其适宜性只不过依赖于这样一件事实：通常出现的速度是比光速小得多的。同样，我们可以说，普朗克的发现已经引导我们认识到，用因果要求来表征的我们整个的习见态度，其适宜性完全依赖于这样一件事实：和我们在通常的现象中所涉及的作用量比较起来，作用量子是非常小的。相对论提醒我们想到一切物理现象的主观性，这是一种本质地依赖于观察者运动状态的性质；同样，量子理论所阐明的原子现象及其观察的结合，也强迫我们在应用我们的表达方式时要保持一种慎重性；这种慎重性和心理学问题中所需要的那种慎重性相类似：在心理学问题中，我们不断地遇到区划客观内容的困难。我希望我不致被误解为企图引入一种和自然科学精神不相容的神秘主义；为了免除这种误解，我或许可以在这方面请大家想到两种讨论之间的独特平行性：一种是重新掀起的关于因果原理之正确性的讨论，另一种是自从很早的时代就己持续进行的关于自由意志的讨论。正如意志自由是我们的心理生活的经验范畴一样，因果性可以认为是我们用来将我们的感官印象加以条理化的一种知觉形式。但是，与此同时，我们在这两种情况中都涉及一些理想化，它们的自然界限是有待探讨的，而且它们在下述意义上是彼此依存的：在主体和客体之间的关系中，意志感和因果要求是同样不可缺少的两种要素，而这种关系则形成知识问题的核心。
在结束以前，在这样一次自然科学家的联合会议上接触到一个问题或许是很自然的；问题就是：我在这儿所描述的我们关于原子现象的知识的最近发展，可以给关于生命机体的问题带来什么样的光明？虽然现在还不可能对这一问题提出一种详尽无遗的回答，但是，我们或许已经可以窥见生命机体问题和量子理论思想之间的某种联系了。这方面的第一个暗示，我们是在下述情况中找到的：在机体和感官印象所依赖的外在世界之间，相互作用可以小到和作用量子相接近的地步，无论如何在某些情况下是如此的。正如人们常常提到的，少数几个光量子就足以造成一种视觉印象。因此，我们看到，机体的独立性和灵敏度方面的要求，在这儿是在自然规律所允许的最大限度内得到满足的；而且，在对于表述生物学问题具有决定性意义的其他论点上，我们对于遇到类似情况也必须有所准备。然而，如果生理现象显示出一种发展到上述极限的精致性，那么，这就确实意味着，我们同时也接近了借助于我们通常的形象化观念来对这些现象进行单义描述的极限。这一点绝不和下述事实相矛盾：生命机体相当广泛地给我们提出一些问题，这些问题属于我们的形象化知觉形式范围之内，并且曾经形成了物理观点和化学观点的一个有成果的适用领域。而且我们也看不到这些观点的适用性的任何直接的极限。正如我们在原则上不需要区分水管中的水流和血管中的血流一样，我们同样也不应该在神经中感官印象的传播和金属导线中电的传导之间预先期待任何深入的根本性的差别。诚然，对于所有这些现象来说，一种细致的说明就会把我们带到原子物理学的领域中；确实，单就电传导而言，我们在非常晚近的几年中才刚刚得知，只有那种作为量子理论之特征的关于我们的形象化运动概念的界限，才使我们能够理解电子在导线的金属原子之间如何可以前进。然而，在这些现象的事例中，对于说明那些首先需要我们加以考虑的效应来说，描述方式的这样一种改进是并非必要的。但是，在更加深奥的生物学问题中，我们所关心的是机体反应外界刺激时的自由和适应能力，而对于这种问题来说，我们就必须期待发现这样一件事实：更大范围的联系的认知，将要求我们把一些条件考虑在内，这些条件和在原子现象的情况下确定着因果描述方式的界限的那些条件相同。此外，就我们所知，意识是和生命不可分割地联系着的，而这一事实就应该使我们准备发现这样一种情况：生和死之间的区别问题，本身就是不能用言词的通常意义来概括的。一个物理学家竟然接触到这样一些问题，这或许可以用一个理由来进行辩护，那就是，物理学中的新形势，曾经如此有力地提醒我们想到一条古老的真理：在伟大的存在戏剧（drama
of existence）中，我们既是观众又是演员。
借助于量子力学，我们掌握了一个广阔的经验范围。特别是，我们能够说明关于元素的物理属性及化学属性的很多细节。最近以来，甚至已经能够得到关于放射性转变的一种诠释；在这种诠释中，适用于这些过程的经验几率定律，表现为量子理论所特有的那种独特统计描述方式的一个直接推论。这种诠释为波动观念的富有成果性和它的形式化本性提供了一个卓越的例证。一方面，我们在这里和习见的运动概念有一种直接的联系，因为，由于原子核所放出的那些碎片能量很大，从而这些粒子的路径是可以直接观察的。另一方面，通常的力学概念完全不能给我们提供有关蜕变过程之历程的描述，因为，按照这种概念，原子核周围的力场将阻止各粒子从原子核中逸出。然而，根据量子力学，事态却是颇为不同的。虽然力场仍然是一种障碍，会使大部分的物质波折回，但是，它却允许一小部分物质波透出。在某一段时间内这样透出的一部分波，就给我们提供了原子核在该段时间内发生破裂的几率的一种量度。不加上述条件而谈论“物质的本性”，其困难几乎不可能显示得再突出一些了。
在光量子概念的情况，在我们的观念图景和可观察光效应之发生几率的计算之间，也存在类似的关系。但是，按照经典的电磁学概念，我们并不能赋予光以任何严格意义下的物质性，因为光现象的观察永远依赖于对物质粒子的一种能量传递和动量传递。光量子概念的可理解的内容，倒不如说限于使我们能够考究能量和动量的守恒的那种说明。归根结底，下述事实毕竟是量子力学的最独特的特色之一：尽管经典力学概念及经典电磁学概念有其局限性，但是，保持能量守恒定律和动量守恒定律却是可能的，在某些方面，这些定律形成作为量子理论基础的物质粒子永恒性假设的一种完美无缺的对立面；这一假设在量子理论中严格地得到保持，尽管一些关于运动的观念是被放弃了的。
正如经典力学一样，量子力学也宣称要对它的适用范围内的一切现象作出详尽无遗的说明。确实，比较仔细地考察一下我们通过原子现象的直接测量所能得到的信息以及在这方面我们对基本物理概念的应用所能赋予的含义，就可以得出对原子现象应用根本上是统计性的描述方式的必然性。一方面，我们必须记得，这些基本物理概念的含义是完全和习见的物理想法联系在一起的。例如，基本粒子的永恒性形成任何关于时空关系的说法的前提，正如能量守恒定律和动量守恒定律形成能量概念和动量概念的任何应用的基础一样。另一方面，作用量子的不可分性这一公设，就代表着完全超出经典观念之外的一个要素；在测量的情况下，这一要素不但要求客体和测量仪器之间的一种有限的相互作用，而且甚至要求在我们对这种相互作用所作的说明中有一种确定的活动范围。由于有这种情况，以在空间和时间中排比基本粒子为目的的任何测量，都要求我们放弃对于粒子和用来作为参照系的测量尺杆及时钟之间的能量交换及动量交换进行严格的说明。同样，粒子能量和粒子动量的任何测定，都要求我们放弃粒子在时间和空间中的精确标示。在这两种情况下，测量的本性所要求的经典概念的应用，预先就是和严格因果描述的放弃相等同的。这样的考虑直接导致反比式的测不准关系式；这种关系式是海森伯建立起来的，他曾利用这种关系式作为彻底考察量子力学逻辑无矛盾性的基础。正如作者所证明的，我们在这儿所遇到的这种根本的不确定性，可以认为直接地表示着形象化概念在原子现象之描述中的适用性的绝对界限；这种界限出现于一种表现上的两难推论中，该推论出现于光的本性和物质的本性这一问题中。
就这样，我们不得不在原子现象的描述中对于形象化和因果性有所放弃；这种放弃很可能被认为是形成原子观念出发点的那些愿望的一种挫折。但是，从原子理论的目前观点看来，我们必须认为这种放弃本身就是我们理解力的重大进步。确实，在我们有理由期望科学的普遍基本原理可以适用的那种领域中，是不存在这些原理的失效问题的。事实上，作用量子的发现，不但向我们指示了经典物理学的自然界限，而且，由于刷新了不以我们的观察为转移的现象的客观存在这一古老哲学问题，这一发现也使我们面临着自然科学中一种前所未见的形势。正如我们已经看到的，任何观察都需要和现象的进程发生一种干扰；这种干扰具有这样一种性质：它会使我们失去因果描述方式所依据的基础。就这样，自然本身就对我们谈论客观存在的现象的可能性加上了限制；就我们所能判断的看来，这种限制恰恰是在量子力学的表述中得到表达的。然而，这并不能看成进一步前进的障碍；我们只应该对一种必要性有所准备，那就是，必须越来越广泛地脱离我们对于直接形象化的自然描述的习见要求。最重要的是，我们可以在量子理论和相对论相遇的领域中期待新的惊人事件，在这一领域中，一些悬而未决的困难仍然存在，它们阻碍着我们知识广度的全面熔合，以及这两种理论给予我们的说明自然现象的不同权宜方式之间的全面熔合。
即使是在这一演讲的结尾，我也很愿意有一个机会，来强调爱因斯坦的相对论在物理学的最近发展中在使我们解脱对于形象化的要求方面的巨大意义。我们已经从相对论中学习到，我们的感官所要求的空间和时间的截然划分，其适宜性只不过依赖于这样一件事实：通常出现的速度是比光速小得多的。同样，我们可以说，普朗克的发现已经引导我们认识到，用因果要求来表征的我们整个的习见态度，其适宜性完全依赖于这样一件事实：和我们在通常的现象中所涉及的作用量比较起来，作用量子是非常小的。相对论提醒我们想到一切物理现象的主观性，这是一种本质地依赖于观察者运动状态的性质；同样，量子理论所阐明的原子现象及其观察的结合，也强迫我们在应用我们的表达方式时要保持一种慎重性；这种慎重性和心理学问题中所需要的那种慎重性相类似：在心理学问题中，我们不断地遇到区划客观内容的困难。我希望我不致被误解为企图引入一种和自然科学精神不相容的神秘主义；为了免除这种误解，我或许可以在这方面请大家想到两种讨论之间的独特平行性：一种是重新掀起的关于因果原理之正确性的讨论，另一种是自从很早的时代就己持续进行的关于自由意志的讨论。正如意志自由是我们的心理生活的经验范畴一样，因果性可以认为是我们用来将我们的感官印象加以条理化的一种知觉形式。但是，与此同时，我们在这两种情况中都涉及一些理想化，它们的自然界限是有待探讨的，而且它们在下述意义上是彼此依存的：在主体和客体之间的关系中，意志感和因果要求是同样不可缺少的两种要素，而这种关系则形成知识问题的核心。
在结束以前，在这样一次自然科学家的联合会议上接触到一个问题或许是很自然的；问题就是：我在这儿所描述的我们关于原子现象的知识的最近发展，可以给关于生命机体的问题带来什么样的光明？虽然现在还不可能对这一问题提出一种详尽无遗的回答，但是，我们或许已经可以窥见生命机体问题和量子理论思想之间的某种联系了。这方面的第一个暗示，我们是在下述情况中找到的：在机体和感官印象所依赖的外在世界之间，相互作用可以小到和作用量子相接近的地步，无论如何在某些情况下是如此的。正如人们常常提到的，少数几个光量子就足以造成一种视觉印象。因此，我们看到，机体的独立性和灵敏度方面的要求，在这儿是在自然规律所允许的最大限度内得到满足的；而且，在对于表述生物学问题具有决定性意义的其他论点上，我们对于遇到类似情况也必须有所准备。然而，如果生理现象显示出一种发展到上述极限的精致性，那么，这就确实意味着，我们同时也接近了借助于我们通常的形象化观念来对这些现象进行单义描述的极限。这一点绝不和下述事实相矛盾：生命机体相当广泛地给我们提出一些问题，这些问题属于我们的形象化知觉形式范围之内，并且曾经形成了物理观点和化学观点的一个有成果的适用领域。而且我们也看不到这些观点的适用性的任何直接的极限。正如我们在原则上不需要区分水管中的水流和血管中的血流一样，我们同样也不应该在神经中感官印象的传播和金属导线中电的传导之间预先期待任何深入的根本性的差别。诚然，对于所有这些现象来说，一种细致的说明就会把我们带到原子物理学的领域中；确实，单就电传导而言，我们在非常晚近的几年中才刚刚得知，只有那种作为量子理论之特征的关于我们的形象化运动概念的界限，才使我们能够理解电子在导线的金属原子之间如何可以前进。然而，在这些现象的事例中，对于说明那些首先需要我们加以考虑的效应来说，描述方式的这样一种改进是并非必要的。但是，在更加深奥的生物学问题中，我们所关心的是机体反应外界刺激时的自由和适应能力，而对于这种问题来说，我们就必须期待发现这样一件事实：更大范围的联系的认知，将要求我们把一些条件考虑在内，这些条件和在原子现象的情况下确定着因果描述方式的界限的那些条件相同。此外，就我们所知，意识是和生命不可分割地联系着的，而这一事实就应该使我们准备发现这样一种情况：生和死之间的区别问题，本身就是不能用言词的通常意义来概括的。一个物理学家竟然接触到这样一些问题，这或许可以用一个理由来进行辩护，那就是，物理学中的新形势，曾经如此有力地提醒我们想到一条古老的真理：在伟大的存在戏剧（drama
of existence）中，我们既是观众又是演员。