量子公设和因果性

量子理论的特征就在于承认，当应用于原子现象时，经典物理概念是有一种根本局限性的。这样引起的形势具有一种奇特的性质，因为我们对于实验资料的诠释在本质上是以经典概念为基础的。尽管因此就在量子理论的表述中引起了一些困难，但是，我们即将看到，理论的精髓似乎可以用所谓量子公设表现出来；这种公设赋予任一原子过程以一种本质上的不连续性，或者倒不如说是一种个体性，这种性质完全超出于经典理论之外而是用普朗克作用量子来表示的。

这一公设蕴涵着对于原子过程之因果时空标示的一种放弃。确实，我们对于物理现象的通常描述，完全是建立在这样一个想法上的：所涉及的现象可以不受显著的干扰而被观察。例如，这一情况很清楚地表现在相对论中；对于经典理论的阐明来说，相对论曾经是如此富有成果的。正如爱因斯坦所强调的，每一观察或测量，最终都以两个独立事件在同一时空点上的重合为基础。正是这样一些重合，将不会因为不同观察者的时空标示在其他方面所可能显示的任何差别而受到影响。现在，量子公设意味着，原子现象的任何观察，都将涉及一种不可忽略的和观察器械之间的相互作用。因此，就既不能赋予现象又不能赋予观察器械以一种通常物理意义下的独立实在性了。归根结底，只要观察概念取决于哪些物体被包括在所要观察的体系之内，这一概念就是不确定的。当然，每一种观察，最终都可以归结为我们的感觉。但是，在诠释观察结果时永远要用到理论概念，这一情况就引起了一种后果：对于每一特定事例来说，到底在什么地方引入和量子公设及其内在“不合理性”有关的观察概念，那只是一个方便与否的问题而已。

这一形势具有深远的后果。一方面，正如通常所理解的，一个物理体系的态的定义，要求消除一切外来的干扰。但是，在那种情况下，按照量子公设，任何的观察就都将是不可能的，而且，最重要的是，空间概念和时间概念也将不再有直接的意义了。另一方面，如果我们为了使观察成为可能而承认体系和不属于体系的适当观察器械之间有某些相互作用，那么，体系的态的一种单义的定义就很自然地不再可能，从而通常意义下的因果性问题也就不复存在了。就这样，量子理论的本性就使我们不得不承认时空标示和因果要求是依次代表着观察的理想化和定义的理想化的一些互补而又互斥的描述特点，而时空标示和因果要求的结合则是经典理论的特征。相对论使我们认识到，截然区分空间和时间的方便性，完全以通常所见速度和光速相比的微小性为基础；与此同样，量子理论使我们认识到，我们的普通因果时空描述的适用性，也完全依赖于作用量子相对于日常感觉所涉及的作用量而言的微小值。确实，在原子现象的描述中，量子公设给我们提出了这样一个任务：要发展一种“互补性”理论，该理论的无矛盾性只能通过权衡定义和观察的可能性来加以判断。

这一观点，已经由光的本性和物质终极组成的本性这一屡经讨论的问题很清楚地显示了出来。关于光，它在空间和时间中的传播是由电磁理论很适当地表达出来的。尤其是真空中的干涉现象和物质性媒质的光学属性，它们都是完全服从波动理论的叠加原理的。但是，在光电效应和康普顿效应中显而易见的那种辐射和物质相互作用时的能量和动量的守恒，却恰恰是在爱因斯坦所主张的光量子概念中得到了合适的表达的。众所周知，一方面是叠加原理的正确性，另一方面是守恒定律的正确性，二者的表观矛盾所提示的对于二者的怀疑，已经肯定地被直接的实验所驳倒了。这一形势仿佛清楚地指示着光现象的因果时空描述的不可能性。一方面，当企图按照量子公设来寻索光的时空传播规律时，我们只能应用统计的考虑。另一方面，对于用作用量子来表征的个体性的光过程来说，因果要求的满足就会带来对于时空描述的放弃。当然，不可能存在任何完全独立地应用时空概念和因果概念的问题。这两种关于光的本性的看法，倒毋宁说应该看成诠释实验证据的两种不同的尝试，在这种诠释中经典概念的局限性以一些互补的方式被表现了出来。

关于物质组成的本性问题，给我们提供了一种类似的形势。带电基本粒子的个体性，是由一般的证据强加给我们的。但是，最近的经验，最重要的是电子在金属晶体上的选择反射的发现，却要求我们按照L.德布洛意的原始概念来应用波动理论的叠加原理。正如在光的情况下一样，只要我们坚持经典概念，我们在物质的本性这一问题中也就必然地要面对一种不可避免的两难推论，这种两难推论必须认为恰恰是实验证据的表现。事实上，我们这儿所处理的，又不是现象的一些矛盾图景而是一些互补图景；只有所有这些互补图景的全部，才能提供经典描述方式的一种自然的推广。在这些问题的讨论中必须记住，按照上面所采取的观点，真空中的辐射和孤立的物质粒子都是一些抽象；按照量子理论，它们的属性只有通过它们和其他体系的相互作用才是可定义的和可观察的。但是，我们即将看到，对于联系到我们的普通时空观点来描述经验来说，这些抽象却是不可缺少的。

因果时空描述在量子理论中所面临的那些困难，曾经是一种屡经讨论的课题；这些困难，现在被符号化方法的最近发展提到了首要地位。海森伯最近曾对这些方法的无矛盾应用问题作出了一个重要的贡献。特别说来，他曾经强调了对原子物理量的一切测量都有影响的那种独特的反比式的不确定性。在我们开始讨论他的结果之前，很有好处的是来说明这样一个问题：在分析诠释经验所用到的那些最基本的概念时，出现于这一不确定性中的描述互补性已经是不可避免的了。