“多世界解释”(Many-World Interpretation)本身并不是某一种量子力学理论的单一称谓,然而在本体论上不同的多世界解释思想却有着相似的理论追求。对于埃弗雷特(H.Everett)及其之后的多世界解释理论的代表人物而言,他们都在对于世界统一性和整体性的本体论信仰下,提出了各自不同的理论诠释模型,从而推进了哲学层面上对于本体论内涵的理解。因此,量子力学的多世界解释从整体性的层面上去把握微观世界的本体论特征,丰富和充实了对于宏观世界本体的理解模式,“作为一个有创造力的理论,多世界解释建立在一种特殊的本体论结构基础上”[1]。
一、“测量难题”的本体整体性诉求
从整个西方哲学史来看,人们一般认为,西方哲学演进脉络大致可以被概括为十六七世纪之交的从本体论向认识论转向、再到现代哲学的由认识论向方法论转向的发展历程。实际上,这种观点只是一种相对粗糙的、并不十分完备的哲学历史观——尽管这一观点的确在某种程度上揭示了不同历史时期哲学研究的独特思维倾向及其特征,但是这种观点却容易诱导人们以为对于本体论问题的关注已经在当代哲学的研究过程中销声匿迹了。事实显然并非如此,因为哲学家们从未放弃过对于本体论进行研究的终极理想,而物理学家们在与世界的观察事实打交道的过程中,由于他们直接地参与了物理结构分析的实证性工作,从而使得他们更能深切地感受到由经验观察和实验结果所获知的世界真理性判断具有的本体论相关性。我们以物理学的发展为例,从古典物理学到现代的量子物理学,对于本体论问题的关注一以贯之、始终存在。下面我们就先做一些简要的分析。
在量子力学当中,有一些物理学的概念,这些概念是科学家们基于物理测量和实验观察对于某些特定现象的抽象概括。然而,针对这些概念,物理学家们提出了尖锐的批评。我们从本体论的基础上来讲,概念的构造本身就包含了物理学家们对于世界的本源及其结构的一些信仰或者信念,而这种信仰和信念会渗透到物理学概念由具体到抽象的构造过程之中,从而使得“观察渗透理论”。同时,理论也会受到观察语境的影响,从而使得概念结构的理论描述在很大程度上会受到物理学家们头脑当中已经形成的本体论世界观的规制。这样,在探索未知世界的过程中,人类不断地超越认识的“黑箱”,从而达到拓展认识边界和范围的目的。而在认识过程中所凝聚的“理论”则是一种人类认识世界的有效工具,一方面它使得人类能够以一种模型建构的方式去达到解释部分世界现象的目的;另一方面,理论本身也是具有假说性质、猜想性质的,这种假说和猜想就建立在对于世界本体性质和结构进行主体认定的基础上。可见,无论如何,哲学的本体论立场是与科学的研究特别是物理学的展开过程相互纠缠、不可分割的,这就决定了物理学家们在具体的科学研究过程中必定会以本体论的整体性和系统性作为理论本身的辩护依据,以便于加强其理论论证的效力,而我们由此就可以从本体论的视角出发,去比较和分析不同物理学理论、学说的合理性及其缺陷与不足。
在量子力学产生之前,传统哲学在本体论的立场上假设了客体的绝对性、独立性,相应地在认识论上他们所追求的是一种以稳固性和确定性为目标的知识理论。显然,这种本体论思维排斥了人的认知机制和能力在参与对世界认识的过程中所发挥的作用,世界的本体由此成为一种脱离于人之外的、与主体毫无干涉的“自在之物”。在这一点上,量子力学研究所做出的最大贡献就在于,它将世界的本体由“彼岸世界”的自在拉回到了“此岸世界”,由此使得主客二分的本体论世界观在一种一元论的立场上得到了整合,“量子整体论……能够为量子物理学的解释起到一种指引的作用”[2]。我们知道,在量子力学当中,主体与客体处在一种相互纠缠和作用的关系状态下,作为测量对象的实在是不能与作为测量工具的仪器相脱离的,而主体的测量方式、时空特性等因素也会间接地影响到测量的最终结果。由这种量子测量现象的非确定性特征所引发的一个问题就是,人们认为这会引发相对主义和主观主义的问题,这样非但不能使得二元论的“幽灵”在物理学当中真正得到根除,反而更加强化了二元论的内在主义倾向。
以粒子和场的思想为例,它们都是一种在量子力学理论之中所假设的实体存在。传统的观点认为,粒子是定域性的,而场是非定域性的——粒子的描述是借助于动变量来实现的,而场的状态则是借助于波动方程来进行展现的。在时空条件下,粒子可以表现为多种状态和特征,而人则只能以一种间接的方式来对其进行测量,测量结果的差异就表现为波粒二象性。由此可见,类似于粒子这样的测量实体,本身就是一种处于不断变化过程中的存在,人借助于仪器和工具的测量并不能够实时地、准确地反映测量对象的真实特性。其根源在于,微观世界的现象具有不可直接观察性,而在测量的过程中对象的实在性和主体的作用、理论的语义解释等方面因素会不可避免地产生“干涉”作用。此外,由“薛定谔猫” (Schrodinger’s Cat)的思想实验所引发的宏观物体的叠加效应问题也使得人们开始思考,微观世界和宏观世界在本体论意义上是不是同一的、是否具有整体性等问题。各种理论矛盾和问题所指向的一个关键节点就是:量子力学的形式体系是否能够将测量过程中的各种要素整合在一种统一的描述理论之中。
针对量子测量过程中所产生的种种疑难问题,人们试图去寻求一种有效的方案来加以应对,而在此之后各种常识性的解决方案就开始不断涌现。在最初的时候,哥本哈根解释(Copenhagen Interpretation)由于其在量子测量的解释方面所展现出来的理论优越性得到了人们的认可,因而它逐渐作为一种统一的理论解释原则在物理学界确立起了其合法性的地位。然而,哥本哈根解释本身并没有真正地解决量子测量的难题,在这一解释理论之中二元论的思维倾向非但没有得到消除,反而是在某种程度上加重了世界的分裂,其原因在于:哥本哈根解释所建立的基础是海森堡(W.Heisenberg)的“测不准”原理以及玻尔(N.Bohr)的“互补性”原则,这些具有模糊性的原则引起了一些寻求物理统一性、整体性的物理学家和哲学家的不满。正是在这种情况下,量子力学的多世界解释出现了,它由最初的不引人注意到后来的引起广泛共鸣,经历了一段较长的时间。但是,无论如何,它作为一种相对于哥本哈根解释的崭新的解释模型,最终获得了人们的普遍认同,其原因在于:在量子世界的领域当中,本体的实在并非是如宏观世界存在于时空架构之中的一种可分析对象,同时非直接观察的微观现象只有被置于整体性的科学世界观背景之中,才能够真正得到诠释和理解,这极大地突破了传统哲学本体论的形而上学桎梏。
二、多世界解释的本体整体性思想
在多世界解释理论从提出到发展壮大的历史进程中,有关世界本体性内涵的论争一直存在。事实上,量子力学的多世界解释理论由萌芽、觉醒到最终引起物理学界的普遍关注,经历了一段历程。其中,德·维特(De Witt)将埃弗雷特的“相对态解释”(the relative states interpretation)重新加以诠释并升华为“多世界解释”的思想理论,从而正式提出了有别于哥本哈根解释的本体论世界观,而“多心灵解释”(the many-minds interpretation)则为世界的本体论基础赋予了更多的实在论特征。
一方面,“相对态解释”的本体论完整性。在多世界解释理论成名之前,针对量子力学研究过程中所出现的各种矛盾和问题,哥本哈根解释最终赢得了广泛的盛誉,然而埃弗雷特却看出了其中的矛盾,并且以其富有创造力的理论解释为作为整体的本体论内涵的丰富与完善做出了贡献。事实上,多世界解释的理论出发点正是埃弗雷特的相对态思想,“埃弗雷特最初关于量子力学的解释非常接近于今天所说的多世界解释”[3]。为了克服哥本哈根解释在本体论层面上的分裂性倾向,1957年,埃弗雷特在其博士论文中正式提出了量子力学的“相对态解释”,这一解释理论从实在论的立场出发试图将有关于测量的不同要素都统一地纳入薛定谔方程展开的整体过程之中。对于埃弗雷特来说,其目的在于完善量子力学的形式体系,以适合于解决波函数问题和波包塌缩(the collapse of wave packet or wave-function)的问题,“在埃弗雷特的量子力学多世界解释理论中,波函数并不需要塌缩”[4]。针对波函数塌缩与系统连续定律的合法性之间的矛盾,埃弗雷特清醒地意识到,观察者自身的因素会在很大程度上影响到薛定谔方程的普遍有效性。需要指出的是,由于哥本哈根解释理论关于量子塌缩的解释并不十分清晰,因而波函数很难与主体的测量结合起来。正是在这一点上,埃弗雷特认为,所谓“相对态”的意义就在于,测量仪器与测量对象不是彼此孤立的,而是在相互之间发生关联的,这样叠加态与某一次的测量结果在整体论的层面上就可以得到统一。也就是说,叠加态是一种复合的系统,其中的每一个测量主体都对应着一个确定的测量结果。
针对哥本哈根解释所暴露出来的理论缺陷,埃弗雷特深切地表达了对其分裂性、非完整性特征的愤怒,他认为作为一个物理学家,有责任将测量分析从广义相对论之中拯救出来。为此,埃弗雷特研究了量子力学分析的界域问题,他认为海森堡等人将测量主体看作是波函数塌缩的根源是错误的,这样容易使得测量主体发生“膨胀”。也就是说,海森堡等人的思想并没有考虑到不同个体之间关于波函数塌缩的共同体可接受性问题。面对难以解决的测量难题,冯·诺依曼和玻尔等人纷纷选择了将其割裂的做法,也即在测量主体与测量对象之间划分明确的界限。为此,埃弗雷特坚持认为量子力学的规律应当可以加诸测量主体和测量工具之上,并且承认这种规律的普遍有效性——这样,埃弗雷特就明确地将量子测量的过程看作是真理认识的物理展开过程,并且捍卫了科学实在论立场的合法性。
从科学哲学的视域来看,实在论更多的是与本体论的立场发生关联的,而埃弗雷特在此所坚持的量子力学的普遍规律并非是要推翻传统的量子力学形式体系,相反他只是为了对其进行更好地补充和完善,以克服量子力学的悖论。如前所述,传统上本体论在哲学领域之中一直是以一种世界观的面貌呈现在人们的面前的。例如,关于世界的统一性结构、世界的起源与趋向、宇宙的边界和范围以及作为整体意义上的自然规律是否存在等问题都可以被归属于本体论的研究范畴之中。问题在于,传统的本体论研究一直是非常抽象的、形而上学的,它基本上是停留在哲学家们的玄学冥想当中,或者只是作为一种基本的理论假设背景而束之高阁——恰恰是在对以量子力学为代表的现代物理学的研究过程中,本体论问题的重要性被格外地突显出来。其原因在于,可观察的宏观世界在很大程度上是可以被人们所采用的仪器和工具所测量、观察的,在这个层面上的世界构成性特征比较容易为人们所把握。相对来说,微观世界则是一个没有任何人能够直接经验的不可直接观察领域,对这一微观领域的了解我们只能够间接地借助于工具、仪器。那么,这些工具和仪器的使用会不会影响我们对于微观世界本源特征的判断呢?测量工具的选择在介入量子现象的过程中会不会干涉其存在的稳定性呢?可以看出,上述这些问题直接地关系到了我们对于量子领域的本体论认识,如果对这些问题不能坚持一种科学合理的立场的话,我们就很难将微观世界的本体论与宏观世界的本体论规律贯通、关联起来,从而使得一元论的世界观立场得不到根本上的保证。
在这里,埃弗雷特肯定了波函数的存在意义,他认为波函数塌缩在宇宙之中是不可能的。这样,类似于冯·诺依曼(J.V.Neumann)的烦琐的量子解释模型就失去了其解释的效力,而子系统的选择性观察也成了一种多余的选择,“埃弗雷特量子力学的多世界解释只涵盖了波函数,这种波函数统辖着实体的活动”[5]。事实上,埃弗雷特力图表明,微观世界的叠加态效应同样也适用于宏观世界的领域之中,两者之间是统一的。对于测量过程中作为整体的塌缩现象而言,埃弗雷特认为个体的观察状态具有可分裂性,其中具有共时存在的不同分支,这些分支对应着可观察的结果,而测量结果却是一种纠缠叠加的整体效应结果——也就是说,测量的过程与环节是连续的、一致的,具有整体性和普遍性的。
我们可以看出,埃弗雷特的思想是新颖的、独特的,他所坚持的量子力学的“相对态解释”严格地从微观世界的事实本源出发,力图用一种简单的原则去解释世界在本体意义上的统一性和一致性。从哲学的角度上来看,世界的简单性与复杂性之间并不矛盾,简单性意味着人们对于世界运动、变化过程中某一方面真理性规律的把握,这种简单性同时也是一种抽象性,即对于世界在摒弃细节程度上的整体把握性,这体现了一种世界存在的基本规律和特征;另一方面,世界具有多样的构成形态,这些构成形态又可以被区分为微观与宏观、可观察与不可观察等不同类型的测量现象。因此,世界在本体论的意义上,是统一的、整体的。埃弗雷特清醒地认识到了世界作为整体的本体论价值和意义,这是一种对于量子力学本体论思想的推进。
另一方面,德·维特诠释的本体论立场。在本体论的立场上,德·维特与埃弗雷特的思想是一致的,或者说至少是类似的。然而,假若没有德·维特富有创造力的发掘,特别是由他所编撰的那本名著《量子力学的多世界解释》所强力推荐和介绍的话,恐怕埃弗雷特的思想仍然要被尘封于世外若干年。因此,正是德·维特看出了埃弗雷特思想当中的价值,并且正式地将其思想以多世界解释的称谓加以冠名,由此拉开了国际物理学界对于多世界解释理论进行研究的序幕。
德·维特等人认为,初始波函数所刻画的世界能够在测量展开的过程中实在地区分为相互独立的各个分支世界——这种分支的世界就是多世界概念的来源与起因。所谓的分支世界就意味着,在其中的每一次测量都对应着某一次测量数据,然而比较不同的分支世界,在其中所测量到的数据却存在着差异。这种无数的分支世界是同时存在的,它们作为一种由观察者视角出发所引发的世界分裂的产物,同样按照因果性的规律运行。
在关于实在的本体论层面上,多世界解释否定了经典世界的独立性,它所承认的是具有决定论色彩的多种世界的实在。从其理论出发点来看,德·维特等人所力图避免的是薛定谔方程的波函数塌缩现象发生——为了维护理论的整体性和连续性,德·维特选择将分裂的对象推向了世界和宇宙,“(波函数)塌缩将不可避免地改变波函数,这样不能再满足惠勒—德·维特方程了”[6]。对于德·维特而言,他从埃弗雷特相对态的解释当中获得了很多教益,其中最为关键的是,量子力学的形式规律能够在理论上具有自洽的解释。在其中,涉及了量子概率的问题与态矢量(State-vector)的问题。当然,面对德·维特的理论解释中存在的“优先基”(a preferred basis)的问题,在德·维特之后的泽(H.D.Zeh)以其颇具创新意义的退相干理论对此问题进行了初步的回答。退相干理论所要说明的是,在测量的过程中,被测系统的叠加态会扩展进入与其相关联的语境系统之中,这种“退相干”的过程就意味着单次的测量会导致干涉现象的损失。无疑,在这里,语境对于测量发挥了重要的影响和决定性的作用,这使得单次测量语境中所记录的信息态会保持相对的稳定性特征。
如上所述,假若我们从本体论的视角来加以反思的话,可以发现,德·维特对于埃弗雷特的理论诠释尽管在本体论意义上两者具有类似性,然而德·维特的立场却更加清晰和完整了。由德·维特所概括并加以阐发的多世界理论在科学的意义上深化了世界在本体论意义上的统一性、关联性和实在性。这主要表现在:第一,“多世界”实际上也就是无数种可能世界的集合,而可能世界则是在逻辑上具有可能性的事物状态的总和。在现实的世界之中,不同的事物之间都是有可能会发生关系的,这种关系具有普遍性和一定的规律性,而其规律性是由与该事物相关的若干要素所构成的整体状态的活动特征所决定的。正是从这一角度上来说,我们能够承诺世界在本体层面上的决定论本质。由“多世界”的可能状态出发,我们可以更加清晰地分析并获知事物演化的具体方式、环节和过程,并且将整体的世界看作是一个由可能世界到现实世界,再由现实世界到可能世界循环往复、不断发展和演化的世界,这是“多世界”理论在本体论意义上带给我们的启示。第二,“多世界”是由不同分支世界的集合所构成的,而这种“分支”的世界实际上也就是一种语境化的世界,语境因而具有了本体论的特性。这种本体论的特性表现在,我们承认世界在总的层面上所具有的一元性、决定性和整体性,然而这并不能否定主体在每一次具体介入世界的过程中所得到观察经验的差异性与多样性,这种差异性和多样性只是一种基于经验语境的客观表象,在其背后隐藏的是本体意义上的世界实在,两者之间存在着多种样式的因果关联。
三、多世界解释的本体整体性“陷阱”
多心灵解释作为多世界解释的重要理论之一,其代表人物如斯奎尔斯(E.J.Squires)和桑德斯(S.Saunders)等人在坚持实在论的立场上,出于对埃弗雷特“相对态解释”思想的一种修正态度、同时也由于受到冯·诺依曼二元论主观性倾向的影响,片面地抬高了量子测量过程中心灵所发挥的作用,从而形成了一种以心灵为主导和出发点的理论学说。在多心灵解释的理论学说看来,世界在本体意义上是存在分裂的,人与世界之间存在着一种隔绝的障碍,我们的测量理论所能够分析的只是我们的经验性感知,而对真实的世界本体我们却很难去认识和把握。例如,斯奎尔斯认为,测量者与波函数之间并不是一种对立和分裂的关系,而是一种处于同一测量世界之中的状态——假若测量者对于波函数的某一部分状态有了掌握,就必然会对其他部分的状态产生忽略。可以看出,“多心灵”解释的上述理论基础仍然是为了寻求一种统一的、整体的量子理论基础,这由此引发了在量子测量中有关于心灵本位的问题,“量子力学的多心灵解释被赋予了一种本体论的关于多世界概念的简洁构造形式”[7]。
作为多心灵解释的集大成者,洛克伍德(M.Lockwood)对于在其之前的多世界解释思想进行了全面的反思,并且立志于开拓新的问题解决路径。为此,洛克伍德采用了全新的实在论立场,他将心灵的活动看成是大脑整体结构的一部分,而“意识基”则是属于我们心智的相关态。对于洛克伍德的这种较为艰涩的多心灵解释理论而言,在其之后的巴特菲尔德给了他一个评价,他认为洛克伍德的观点过于激进。其原因在于,在洛克伍德的解释中相对于微观世界的宏观世界是不断变动的——在任何一个分支世界当中洛克伍德的解释都承认了宏观世界的不确定性。那么,心智和作为身体结构的物理态之间的关系是什么呢?对此,在心与物理系统的关系方面,洛克伍德希望为心灵赋予一种平等的地位,他认为心灵并没有相对于物理系统的优先性。可见,洛克伍德有关“心灵”的神秘主义解释明显地带有形而上学的本体论倾向。
在洛克伍德之后,多心灵解释的理论又得到了进一步的发展,许多不同的理论学者在其理论基础上提出了一些新的观点。例如,“连续心”观点和“瞬时心”的观点就是其中最为重要的两种延续思想。与洛克伍德相反,艾伯特(D.Albert)和洛伊(B.Loewer)则认为心智并不是物理态的一种依附性存在,因而“连续心”观点要比“瞬时心”观点更具可行性。根源在于:量子态仍然是按照薛定谔方程的演化方式来加以展开的,而量子态就是物理态的一种表现形式,而在其中量子力学的概率就表现为测量者的主观精神状态在某一时刻的一种单一的可能状态。相对而言,“瞬时心”的思想则主要承诺了演化的连续性,当然在其中这种思想并没有承诺在某一个节点上概率解释的一致性——可见,不论是“连续心”观点还是“瞬时心”观点,本质上它们都是不完善的,作为一种理论假说,它们受到了其他一些学者的种种质疑。
回顾哲学史,我们知道,从古希腊时期开始,关于心与物的关系问题就一直是哲学家们讨论的焦点问题。到了近代以来,以笛卡尔为代表的心物二元论将世界分裂为了两个不同类型与特征的实体存在,这在认识论上产生了一系列的问题,从而引起了人们思维的混乱。20世纪中期以后,随着脑科学和认知科学的兴起,人们对于心与脑之间的关系有了更加深刻的认识。如今,人们已经知道,心理状态以及人的大脑思维并非是一种知识、信息不断累积的线性运作机制,而是一种成系统的、具有动态性特征的开放性网络。在人类以语言为工具和媒介的认知过程中人的心智有能力将世界的事态、现象进行语言描述的内在转换,并且在人的心理空间中以语境为基础对这些语言进行操作、分析和处理,进而再以合乎逻辑的方式外化为事物、事态的物理过程。
从多心灵解释的思想提出的理论初衷来看,洛克伍德等人是希望在量子测量的复杂解释过程中,赋予心灵的主体性以优先的地位,从而能够从一种立足于精神、心灵的立场出发去整合量子测量过程中的不同要素,因此这种多心灵解释的观点未必就一定承诺了本体二元论,“在洛克伍德的多心灵解释看来,量子状态是与测量值相纠缠的,最终是与观察者的心灵相纠缠的”[8]。但是,如果说这种思想是一种心灵一元论的话,恐怕也会曲解多心灵解释的本意,因为多心灵解释并没有打算将这种主观论的倾向贯彻到所有的物理世界研究领域当中,它只是一种理论层面上的假设。应当指出,多心灵解释理论的这种对于主体性立场的强调,并非是要走向主观主义的歧路——因为经过科学哲学的逻辑经验主义洗礼之后,纯粹心理主义的问题与缺陷在科学哲学界早已得到了充分的揭示,对此多心灵解释理论不能不加以考虑。问题在于,在奎因经典式地批判逻辑经验主义的两个教条之后,以追求绝对客观性与科学性为指归的科学哲学路线已经再也难以为继,而具有后现代性色彩的科学哲学家们则注意到了主体性作用在科学认知的过程中所扮演的重要角色。正是在这一点上,多心灵解释明确地将主体因素加入到了对于客体世界进行探索的过程之中,从而塑造了一种主客交融与相互作用的本体论世界观。
总体而言,现代量子力学的研究在本体论的层面上树立起了整体性和统一性的基本信念,这种基本信念无论是在宏观世界的研究中、还是在微观世界的探索中都作为一种深刻而普遍的信条渗透到了理论研究的过程之中。事实上,将宇宙的本体看作是一种相互关联、有机联系的存在的思想,在物理学研究领域之中从早期的牛顿力学体系到现代的量子力学体系之中一脉相承、从未间断,这充分反映了物理学家们在终极意义上的一种理论构想。从这个意义上来说,本文所讨论的量子力学的多世界解释,非但没有在物理世界的微观层次上损害本体世界的整体性特征,而且恰恰是通过微观世界领域的拓展充实与丰富了世界在本体意义上的整体性特征,这进一步说明了人与世界之间在本体论意义上深层次的整体一致性。
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[8]ESFELD.Holism in Philosophy of Mind and Philosophy of Physics[M].Netherlands:Kluwer Academic Publishers,2001:280.
注:
①本文是《中国社会科学》杂志2012年第1期所发表的《量子力学多世界解释的哲学审视》一文的后续研究成果。在《量子力学多世界解释的哲学审视》一文中,作者提出了“多世界解释洞悉微观世界本体的整体性,是本体原则有原则放宽的必然结果”的理论观点,但是由于篇幅所限,这一观点并没有得以深入展开,本文就这一问题进行了拓展性的思考与研究。