不同的声音

不同的声音

仔细研究惠勒这个大胆的设想，有件事非常耐人寻味。引力透镜现象是爱因斯坦广义相对论所预言并被实验所证实的，这一现象不仅证明了相对论理论的正确性，也证明了爱因斯坦关于“光速的有限传播，一切事物间的信号联系不得超过光速”这一原理的正确性。然而这一原理正是“局域性”的。“局域性”是相对论全部理论的基础，被认为是不用证明的公设。然而，延迟实验又将“局域性”原理彻底推翻，显然，按照惠勒的设想，相对论和量子力学这两大基础理论将要在宇宙延迟实验中发生激烈的碰撞。两个理论都被实验所验证，它们都是公设系统，却在描述同一个世界中出现了悖论，引力透镜验证了相对论的正确，而基于引力透镜的延迟实验又一定能推翻相对论赖以生存的“局域性”，这该如何解释呢？人们该放弃哪一个理论呢？似乎放弃哪一个都不能自圆其说。这两个理论间的矛盾使人冷静地看到，人对世界认知的有限性，也使人不得不承认，在我们建立理论时，预设“公设”原理做法的本身是否合理呢？

产生这一怀疑并非是“空穴来风”，这令人联想到美国捷克裔著名数学家哥德尔的一个著名的数学原理。1931年，哥德尔在一篇题为“论‘数学原理’及有关系统的形式不可判定命题”的论文中，提出一个著名的“不完备性定理”。经他证明，任何一个理论系统，无论是数学的，还是其他学科的，只要其中包括了简单的、某种类似于自然数这样的公理体系[2]的内容，即使这个理论本身是自洽的，它也有可能是不完备的，也就是通过它有可能既不能完成证实，也不能完成证伪。

哥德尔的“不完备性定理”不仅几乎摧毁了整个数学理论大厦，对物理学来说也是致命的。它使人们看到，任何以“公理”为基础的理论体系，都有可能存在着不完备性。由于不少理论建立在“公理”的基础之上，于是在科学中，“悖论”这种逻辑上的自相矛盾几乎无处不在。一个理论若是不完备，在这个理论的框架之下，如果提出一个假命题，就有可能推演出一个真命题，反之，如果提出的是一个真命题，也有可能推演出一个假命题，其根本问题就在于理论自身的不完备性。

哥德尔“不完备性定理”的影响远远超出了数学和物理学范围，在计算机科学甚至宇宙学都引发出一系列挑战性的话题。由于这一定理，著名宇宙学家霍金不得不承认，建立一个单一的描述宇宙大统一的理论是不太可能的。正因哥德尔不完备性定理的影响之广泛与深远，他被公认为当代最有影响力的智慧巨匠之一，美国《时代》杂志曾评出20世纪100名最伟大人物，在数学家中，排在第一位的就是哥德尔。

从哥德尔的不完备性定理，人们可以想象得出，引发爱因斯坦与玻尔两人关于量子力学“完备性”之争，是迟早要发生的事，不发生在他们两人身上，也会有其他人出现，而像延迟实验所引发的相对论与量子力学两大理论的“碰撞”也是迟早会发生的事。

在哥德尔对公理体系做出质疑时，另一个值得注意的声音来自英国数学家兼哲学家波普尔（Popper）。波普尔是与泡利和海森堡同一时代的人。1902年，他生于奥地利的一个犹太家庭，自幼喜爱读自然科学尤其是哲学书籍。10岁时，他已经读过马克思的书和达尔文的进化论。17岁时，他成为弗洛伊德的学生，后来又师从精神分析学家阿德勒。尽管这些人都曾是他所崇拜的思想家，但是习惯对事物质疑的波普尔，很快地就把这些大师当成了他怀疑和批判的对象。1919年，波普尔在维也纳听到了爱因斯坦的演讲，这次讲话对他的一生产生了重大的影响。1928年，在维也纳获得博士学位后，波普尔成为当时世界著名的维也纳哲学学派的重要成员之一。他先后与英国哲学家哈耶克、罗素、伯林，以及哥本哈根的玻尔相识。在反犹太风暴中，波普尔得到了爱因斯坦、玻尔、李约瑟、罗素、卡尔纳普和摩尔等著名学者的帮助，使他得到了英国学术资助委员会的资助，先后在英国剑桥和新西兰的坎特伯雷任教，并获得了永久职位。1946年“二战”胜利后，他加入英国籍，在伦敦经济学院讲授逻辑学和方法论，1949年获得教授头衔。1950年，他受邀访美，先后在哈佛、普林斯顿演讲，在此期间他与爱因斯坦多次交谈，受到爱因斯坦深邃思想的启示。1969年，他退休后不再任教，却仍活跃于学术界，1976年波普尔被选为英国皇家学院院士。

波普尔一生著述颇丰，1944年完成著述《历史决定论的贫困》，1945年出版《开放社会及其敌人》，1959年，他的一部重要著作《科学发现的逻辑》面世，1963年，出版《猜想与反驳》，1972年发表《客观的知识》，1974年两卷本的《波普尔及其思想》相继出版，1977年，他与爱克里斯（Eccles）合作，完成另一部专著《自我及大脑》，1980年，他又先后完成多本具有影响力的重要著作，如《实在论及科学的目的》《开放的宇宙》《量子理论与物理学的分裂》等。

尽管波普尔是位数学家和哲学家，量子力学理论的发展却一直没有离开他的视野。他对量子理论成为经典物理对立面的说法，一直持有保留和批判的态度。1973年他在斯宾塞讲演会（Spencer Lecture）的演讲中，特别谈到了他对科学革命的看法。他说：“科学革命，无论多么彻底，都必须保留前人的成果，因而不可能真正地与传统决裂。只有这样，科学革命才是理性的。当然，这并不意味着，凡是进行革命的大科学家，都应该是完全理性的人……恰恰相反，如果真正的科学家，都是那么‘不偏不倚’，那么客观和理性，那将会使我们发现，科学革命就会成为一种‘刀枪不入’的障碍，它会挡住我们，使我们找不到出路。”［67］

波普尔是批判理性主义哲学的创始人。当物理学界的大多数学者所关心的仅只是量子力学理论是否在推演中符合数学逻辑，或者其结论是否得到实验检验，并挑选一个比较容易接受的哲学思想来得到解释上的满足时，他却对量子理论心存疑虑，并早在1934年，为了验证量子力学不确定性原理，在一篇论文里专门提出了一个用以检验的假想实验［68］。这个假想实验也曾出现在他的另一部著作《科学发现的逻辑》之中［69］。爱因斯坦看到这篇论文后，在写给波普尔的信中指出了这个实验中的问题，经他多年的考虑，在1982年，他提出了一个修改的实验方案［70］。1999年，金（Kim）和沈（Shin）利用SPDC技术，并没有发现波普尔假想实验中所预言的现象，他们分析的原因是，无论是波普尔还是EPR，都只是把纠缠粒子作为完全彼此独立的粒子来看待，导致犯了同样的错误［71］。(https://www.daowen.com)

当物理学界对贝尔定理表示接受，特别是多次的实验都产生了有利于贝尔定理的结果，从而证明量子力学满足“非局域性”时，波普尔却提出了质疑，与前述配合EPR的质疑实验不同，这次提出的质疑是带有原则性的。

波普尔认为，贝尔不等式是在爱因斯坦的“实在论”和“局域性”的前提下推导出来的，而“实在论”和“局域性”这两个前提都只是一种未经过验证的“预设”，此外，即使得出违反这一不等式的证明，也只是在上述“预设”前提下的“违反”，这种“违反”带有“个案”的性质，尚不能就此证实量子力学的“非局域性”是普遍成立的。

看来，量子力学遇到的困难除了来自于数学的不确实性原理以外，也来自于一个简单的哲学思想。在科学哲学中，有一条被奉为金科玉律的公理，这就是，只有单独的个案，才能得到验证。例如，可以证明眼前这只天鹅是白色的，但不能证明所有天鹅都是白色的。波普尔极不认同的是，大多数的科学理论，包括物理学，甚至量子力学的理论，都是根据有限次数的实验确立起来的。虽然波普尔也强调观察的作用，但是他却认为，无论做多少次观察，“用观察和实验所提供的事实，只能证明一个理论是伪命题，却不能证明它是个真命题。”在他看来，证明只能适用于个案，他反对通过归纳法得出所谓的“真理”，因为只消一个反例就可以把它彻底推翻。于是，他认为，这样的科学理论“只能是一种假说，只能是一种预见，是一种可能被证伪的冒险”［72］。如此看来，科学犹如坐在随时可能爆发的“火山口”上，科学是在“错误”和“冒险”中嗫嚅前行着。

爱因斯坦的心头也很明白这件事，他曾说：“就像我当初像着魔了一样地翻来覆去思考相对论那样，我也干百次地思考着量子力学。”然而直到他去世，量子力学始终是他心头的“魔咒”，最终没有被他接受下来［73］。1965年，诺贝尔奖得主费曼在纪念爱因斯坦逝世10周年的会上，也曾坚持说：“我敢保证，没有人能真正读懂量子力学。”著名物理学家盖尔曼也曾说，“它（指量子力学）经受了所有的考验，没有理由认为其中存在什么缺陷……我们知道怎么应用它，却不得不承认一个事实，那就是还没有一个人能够读懂它。”

尽管如此，在这个“没有人能读懂”、并被称为是“冒险”的领域中，爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔、泡利、狄拉克、惠勒、费曼、诺依曼、贝尔、阿斯佩，以及像他们一样的一代代物理研究者始终前赴后继地在为它寻找着答案，在关注由这一领域带来的诸如“真实”“存在”“实在”等话题，也同样关注着它的“可靠性”，而不只是满足在它的应用之上。他们把这些话题视作科学研究的根本，将认识“真实”视为一生追寻的目标，不仅带着好奇，也带着从不随意让步的执着与坚韧。这种严肃、认真与不妥协的批判精神，不为功利，更把实用与不实用置之度外的科学态度，是人类文明的重要财富。量子群星的科学精神值得我们一生追随和仰望。