序言

胡江平

（中国科学院物理研究所副所长）

提笔写这篇序言时，脑海浮现起这样的画面：1900年的秋天，柏林最美的季节，已经在这里生活了十年的普朗克，漫步在洪堡大学的校园里，在他眼前，那些摇曳在秋风里的一棵一棵色彩纷呈的树木似乎都变成了一个一个理想的“黑体”。

“黑体”是普朗克的老师基尔霍夫于1862年提出的物理概念：一个对光线全部吸收不反射的理想物体。但物理中的“黑”不是颜色黑，一个六千度的“黑体”其实看上去会是白色的，如同太阳，这是因为只要“黑体”有温度，就必须发光，“黑体”的温度不变意味着吸收光线的能量和发出光线的能量达到了一致，用物理学的术语，就是达到了热平衡。

有特定温度的“黑体”会怎么发光呢？这个改变人类科学历史的著名“黑体”辐射问题，普朗克整整思考了6年。那些年里，他的理论和猜想一次一次被实验否决。终于，在新世纪[1]的第一阵秋风里，在近乎绝望中，他等到了那灵光一闪的一刹那。

彼年10月19号，在一篇只有3页的论文里，普朗克猜出了正确的黑体辐射数学公式。在随后的一个月，结合热平衡的统计物理原理，普朗克给出了公式的一个数学推导。在这个推导中，普朗克做出了他自己也一直怀疑的大胆假设——量子假说。

就是这个假说，普朗克有了一个新称谓——“量子之父”！

就是这个假说，物理学敲开了理解微观世界的大门！

就是这个假说，人类的认知走进了一片新的天地！

随后的三十年，人类迎来了科学知识的爆发式增长，看到了现代物理学大厦基石一块一块地落地，从狭义相对论、广义相对论到量子力学，我们有了理解小到基本粒子，大到整个宇宙的基本理论框架。

普朗克不经意间成了这段科学历史乘风破浪的开启者和见证者。他看到自己提出的、怀疑的假设不断被检验、推广、升华，看到年轻的科学天才不断地涌现，看到新的原理和概念不断地突破传统的思维，看到新的优美和简洁的方程不断地被发现，看到新物理世界的图像不断地被勾画。

普朗克的内心，是不平静的。一方面接受和消化着潮水般涌来的物理新知识，另一方面思考着如何在这些新知识冲击下保持清晰的科学认知。

科学何去何从就是在这样的背景下完成的。

一百年后的今天，那个时代发现的物理原理已经经过了数不清的实验检验。但《科学何去何从》一书中对原理背后最基本问题的探讨依然发人深思。

物理定律的本质是什么？物理学的边界在哪里？量子理论中隐含的许多至今无法让人释怀的解释，包括局域和非局域的矛盾、测量者和被测量量子态的关系、微观可逆和宏观不可逆的调和、严格的因果关系成立问题等。这本书就是普朗克对上述问题的解答。

书中最重要的还是普朗克对新物理引发的哲学问题的思考：在科学研究中，人、科学和自然之间最基本的三角关系是什么？

如果说要论证哲学对科学有什么指导意义，那毫无疑问，普朗克所处的时代能给出最有力的证据。举个例子，那时，原子的存在还停留在哲学讨论的范畴里，普朗克和爱因斯坦都是原子论的追随者。爱因斯坦于1905年发表了关于布朗运动的著名文章，就是希望找到证明原子存在的测量方式。可以肯定，普朗克的量子假说也受到自己早期研究原子假说的启发。

回到普朗克关于科学研究的三角关系，他明确了自然规律独立于人的意识而客观存在。人类科学研究的前提也是假定了一个独立的外部世界的存在，而人的感知构成的是一个不同于客观世界的感官世界，科学研究就是通过感官世界这个媒介，不断认识客观世界的过程。因此科学不仅担当着尽可能去认识真实世界的任务，同时也担负着寻找简单的概念去自洽描述感官世界的责任。科学的发展和进步也就体现在感官世界的不同和不断丰富的过程中。

三角之间除了上述关系，还有另外一层关系。科学为什么能够认识客观世界呢？这是因为客观世界是符合因果性原则的。因果性原则的独立存在也是科学研究的另一个前提。科学研究就是去填补因果关系的空白，赋予其实际的意义和价值。因此，科学的范畴就是拥有因果性原则的客观世界，人所拥有的“自由意识”中完全自我化的那一部分就不属于科学的范畴，因果律存在与否可以说是普朗克对科学划定的边界。

从上述的三角关系可见，普朗克认定科学的结论和其研究的过程都不可能是完全客观的，都包括了形而上学的部分，这部分就是科学研究中的信仰，因此，科学的结论实际上是科学的假说。

普朗克的“量子假说”就是体现他哲学思想的最好例子。首先感官世界有了黑体辐射的基本数据，普朗克深信这些数据可以被一个只含温度和频率的简洁数学函数统一描述，这样的信仰支撑他坚持六年去找到可以解释数据的函数。而函数中分母部分只有在“量子假说”下完全符合热平衡的统计物理原理。出于对科学中因果关系的坚持，他即使在自己完全怀疑的情况下，也提出了“量子假说”。

但这里不应该过度解读个人哲学思想在科学发现中的作用。一个革命性的科学发现，一个科学变革时代的到来，通常是偶然的，诞生在不经意间的小问题里，就如同“量子假说”。反之，往往是一场波澜壮阔的科学变革，让像普朗克这样亲历过的人，去思考更深的哲学问题，寻找更多的支撑自己信仰的理由，说服被洗礼中的自己。

今天我们同样面临着来自“量子假说”的又一场变革。过去百年，量子理论已经成为科学宝典，它被用于解释各种自然现象和规律。然而人类的野心已经不再满足于理解的层面，而是希望在宏观的世界里，建造一台包含无数个量子微观系统的机器，其中每个微观系统都受人类控制。在数学上，这台机器已经被赋予强大的力量。量子的法则能否允许和支撑这样的野心呢？这个问题似乎让我们又回到了普朗克最初提出“量子假说”的那个时刻，我们在极度怀疑中摸索着前行。

看着这本书，我情不自禁再一次联想到那个时代，当普朗克用量子打开了微观世界的大门，量子成为微观世界运行法则的时候，在中国大地上，科学——这个“赛先生”——在一场轰轰烈烈的运动中缓缓揭开面纱。

科学被期望，被寄予厚望，如同灯塔般，给中国这艘航行在茫茫大海里的巨轮导航。

百年里，我们看到了科学的力量。科学带来了技术的极大进步、生产力的高度发展，强大的科学成了民族的骄傲和信心。但是科学内在的规律、思辨的本质、判断的标准、研究的传统却依旧被忽视。科学被神化，科学成了真理的别名、正确性的代名词。

如今，在中文字典中已经很难找出比“科学”两个字更加正面的词语，科学的“外衣”可以让任何东西变得金光闪闪。

今天，对科学的期待变得如此的强烈，连“量子”这样专业的名字都不经意间被当作标签，成为满大街“叫卖”的“时尚”。

出版普朗克的这本书，意义也许就在于此——让我们回到原点，领略，哪怕是片刻，安静地回到科学本身，对那些仰望星空的人投以一丝敬意，理解一下“量子”这两个字的科学原意。