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“阿蒂亚发布证明‘黎曼猜想’”前后及意义
热度 4 liuyu2205 2018-9-25 17:21
“黎曼猜想(Riemann hypothesis)”与“P vs NP问题”都被克雷数学所评为“世纪七大数学难题”之一。 菲尔兹奖和阿贝尔奖获得者阿蒂亚(Michael Atiyah)爵士于9月24日在海德堡诺贝尔奖获得者论坛上发布,他证明了世纪七大数学难题之一的“黎曼猜想”,但使大多事前感到兴奋的人失望,因为构成他的证明的主要理论包括他自己的相关工作尚处于被审查、怀疑或期待于未来的研究之中,因此只能说,阿蒂亚“证明”了黎曼猜想是可以证明的。 阿蒂亚的证明特别之处在于他的证明不是纯数学领域的,他认定黎曼所猜想的由复数表现的素数性质与物理学的“精细结构常数”相关,他采用反证法这种存在性证明,所以没有带给大家一大堆令普通读者望而生畏的论文。 黎曼猜想的价值具有超越认知的意义。关于我们所知道的这个世界的最基本事实就是自然数,“自然数是上帝创造的,其它的都是人为的。-克罗内克” (L.Kronecker ,1823-1891 年),自然数后面是上帝的秘密。 黎曼猜想自然数的内在关系表现在复数上的一种性质,如果得证,一方面表明了人类的理性思维(人的智能)的超越性,另一方面表明我们这个世界可能具有地位如何。这就是引起如数学家、哲学家和知识界媒体激动后面的真正原因。 阿蒂亚的证明戏剧性地再次激动了这个大变动时代人们的焦虑意识。如果说经典力学是用数学方式精确表达的,那么可以说,量子物理现象是在纯数学理论的形式上而成为量子力学的,前者的一致性已经成为我们的常识,但量子力学和纯数学几乎无法在常识上理解。阿蒂亚的研究是一个方向:在可观测的物理现象与纯数学之间寻找另一种确定性关系,使我们有可能理解经典世界、抽象理论和量子现象之间的超越关系。
个人分类: 不确定性问题和算法讨论|9153 次阅读|7 个评论
中国科学家们对量子现象的精彩科学普及描述汇编(待修订)
冯向军 2017-10-14 05:19
中国科学家们对量子现象的精彩科学普及描述汇编(待修订) 美国归侨冯向军博士,2017年10月14日写于美丽家乡 (1) 孙悟空有两个神奇的特点,一是会分身术,二是会驾筋斗云,小说里的“千里眼”和“顺风耳”本是神话元素,随着科技的进步一点点都变成了现实。(中国科学院院士 潘建伟, “神话、哲学、互联网与人类未来”,2017年4月7日讲于中国金华市。) (2) “依照量子力学,孙悟空的分身术和筋斗云也可以实现。”“就像两个小朋友,一个在北京、一个在上海,他们相距这么远,却能在同一时间掷出同样的骰子。”( 中国科学院院士 潘建伟, “开学第一课”,讲于中国北京市 中关村小学。) (3) “量子力学离不开意识,意识是量子力学的基础。”(中国科学院院士朱清时, 量子意识?- 现代科学与佛学的汇合处) (4) “量子力学的基本原理就是微观粒子可能处在迭加态,这种状态是不确定的。例如电子可以同时处于两个不同地点” (中国科学院院士朱清时, 量子意识?- 现代科学与佛学的汇合处) (5) “大量的实验证明:电子尽管是粒子,但是其运动像个波,而且每个电子必须同时出现在两个小孔,因为只有同时出现在两个小孔,它才能干涉。”“如果我们观察它,比如在两个狭缝处设置探测器,电子会怎么样呢?电子一被观测,就只出现在一个狭缝上了,干涉条纹立刻消失。这个状态就叫做波函数的坍缩。就是你一观察,电子就在一个确定的地方出现了。” (中国科学院院士朱清时, 量子意识?- 现代科学与佛学的汇合处) (6) “量子力学大量实验证明,如果把同一个量子体系分开成几个部分,在未检测之前,你永远不知道这些部分的准确状态;如果你检测出其中之一的状态,在这瞬间其他部分立即调整自己的状态与之相应。这样的量子体系的状态叫做“纠缠态”。“纠缠的一个重要特点:纠缠一方得到的任何信息,另一方也会马上感到,不需要信息传递。” (中国科学院院士朱清时, 量子意识?- 现代科学与佛学的汇合处) (7) “在量子力学中,物质是由测量而产生的,而起心动念的实质我们也可以把它叫做一种测量。起心动念的时候意识本身就不再自由了,它突然就坍缩到个具体的概念之上了。也就是说,整个世界也都这样,一旦有了意识,才可能有确定的状态出现。” (中国科学院院士朱清时, 量子意识?- 现代科学与佛学的汇合处) (8) 量子信息的目的,就是利用量子力学的特性,实现经典信息科学中实现不了的功能,例如永远不会被破解的保密方法(就是后面要解释的“量子密码术”)、科幻电影中的“传送术”(是的,传送术原则上是可以实现的,它的专业名称叫做“量子隐形传态”)。( 中科大化学博士、副研袁岚峰, 你完全可以理解量子信息, 新浪科技《科学大家》) (9) 叠加原理乍看起来完全和常识相反。假如用|0代表你在北京喝茶,|1代表你在巴黎喝茶,那么(|0 + |1)/√2就意味着你同时在北京与巴黎喝茶!这种状态怎么可能存在呢?....  但量子力学的一切实验结果都表明,叠加原理是正确的,是一条必不可少的基本原理,至少在微观世界中是如此。一个电子确实可以“同时位于两个地方”(这句话实际的意思,要到下一节讲“测量”时才能完全明白)。至于宏观世界里为什么没见过一个人同时位于两处,那是另一个深奥的问题,我们在本文中不做进一步的讨论。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (10) 事实上,一种常见的实现量子比特的方法,就是用光子的“偏振态”。光是一种电磁波,不断地产生电场和磁场。如果电场位于某个确定的方向,我们就说这个光子是偏振的。四个状态|0、|1、|+和|-,分别对应光子的偏振处于0度、90度、45度和135度。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) ( 11) 可是在量子力学中,测量跟其他过程有本质的区别,描述测量要用与众不同的物理规律!你不能随便看了,你看或不看某个体系,会造成很大的区别。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (12) 然而,如果待测量的态不是基组中的一个态,比如说在|0和|1的基组中测量a|0 + b|1,其中a和b都不等于0,也就是说这个态既不是|0也不是|1,会怎么样?答案是:这个态会发生突变!也常有人把这个突变称为“塌缩”、“坍缩”或类似的词。这个突变是瞬间发生的,是一个真正意义上的突然变化。....测量中的突变,意味着我们对因果律的理解需要改变。....这种内在的随机性是量子力学的一种本质特征。在经典力学中,一切演化都是决定性的,同样的原因必然导致相同的结果,量子力学却不是这样。....但在量子力学中,测量结果的概率是由体系本身的状态决定的,不是由于外界的干扰,不是由于缺少任何信息,因此完全无法“改进”。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (13) 真正惊人的事情,发生在对|β00做测量的时候。你对它测量粒子1的状态,会以一半的概率使整个体系变成|00,此时两个粒子都处于自己的|0;以一半的概率使整个体系变成|11,此时两个粒子都处于自己的|1。你无法预测单次测量的结果,但你可以确定,粒子1变成什么,粒子2也就同时变成了什么。两者总是同步变化的。好比成龙的电影《双龙会》中有心灵感应的双胞胎,一个做了某个动作,另一个无论相距多远都会做同样的动作。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (14) 这是个深邃的问题,量子力学的另一位奠基人玻尔为此跟爱因斯坦进行过激烈的辩论。玻尔的回答是:处于纠缠态的两个粒子是一个整体,绝不能把它们看作彼此独立无关的,无论它们相距有多远。当你对粒子1进行测量的时候,两者是同时发生变化的,并不是粒子1变了之后传一个信息给粒子2,粒子2再变化。所以这里没有发生信息的传递,并不违反相对论。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (15) 1964年,贝尔(John S. Bell)指出,可以设计一种现实可行的实验,把双方的矛盾明确表现出来。....从1980年代开始,阿斯佩克特(Alain Aspect)等一系列的研究组在越来越高的精度下做了实验,结果都是在很高的置信度下违反贝尔不等式,量子力学赢了。EPR的思想实验最初是用来批驳量子力学的,结果却证实了量子力学的正确! (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (16) 在科幻电影中,经常有把人从一个地方瞬间传送到另一个地方的镜头。《星际迷航》最经典的台词就是:“把我传上去(Beam me up)!”这种传送术并不是完全的幻想,它的科学原理就是量子隐形传态。现在离传送人还很远,但已经能传送一个光子了,——这已经很了不起啦,不是吗? (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (17) 这里涉及到一个有趣的要点。在宏观世界里复制一本未知的书或一个未知的电脑文件是很容易的,在量子力学中却不能复制一个粒子的未知状态(关键是“未知”,如果你知道这个状态是什么,当然可以制备许多跟它一样的)。也就是说,未知的经典比特可以复制,未知的量子比特却不能复制。这是量子与经典的一个本质区别,叫做“量子态不可克隆定理”。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (18) 因此,在经典计算机中有复制这个操作(我们整天用),在量子计算机中却没有复制操作(想想看,这是多么奇怪的计算机啊!)。在这个定理的限制下,量子隐形传态做到的,已经是对一个未知的量子态能做的最精妙的操作了:移动,而不是复制。所以在未来的量子计算机中,量子隐形传态是一个基本的元素,人们希望用它来传输量子比特。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (19) 在科学界的术语中,量子通信是一个广泛的研究领域,包括量子密码术、量子隐形传态和本文中没有介绍的“超密编码”等等。但由于量子密码术是唯一接近实用的,所以当媒体报道“量子通信”的时候,他们往往实际上指的就是量子密码术,即量子通信的一部分而非全部。 (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (20) 对称密码体制本身是安全的,但分发密钥的信使是大漏洞。非对称密码体制不需要信使,但你又会担心它被数学方法破解。两难。山重水复疑无路,柳暗花明又一村。当当当当当,英雄闪亮登场的时候到了!不错,我就是美貌与智慧并重,英雄与侠义的化身,……量子密码术! (中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》) (21) 利用量子纠缠,我们立刻就找到了一种量子密码术的方案。这至少说明量子密码术是可以实现的,证明了它的存在性。....绝大多数量子密码术的实验都是用单粒子方案做的,这样才能达到最优的效果。而基于量子纠缠的量子密码术方案,就像用火箭送快递一样不实用,只具有理论意义。....当然,这不是说量子纠缠没用。对于整个量子信息学科来说,量子纠缠非常有用,例如量子隐形传态就以量子纠缠为基础,但那是量子密码术之外的应用了。 ( 中科大化学博士、副研袁岚峰,你完全可以理解量子信息,新浪科技《科学大家》)
个人分类: 决定性概率论|2490 次阅读|0 个评论
现象学意义下的量子信息
ssglwu 2010-6-24 23:20
吴国林 我们下面探讨现象学下的量子信息的涵义: 胡塞尔关注现象的生成性。 胡塞尔所讲的现象中含有一个意向性构成的生发机制:既体现显现活动,又在一定程度上体现了被显现的东西。即是说,任何现象都不是现成地被给予的,而是被构成着的。 海德格尔也注重现象的演化,他说 : 现象学的现象概念,意指显示自身:存在者的存在,它的意义、变异( modifications )和衍生物 (derivatives) 。 胡塞尔通过自由变更方法来获得现象的本质。在胡塞尔看来,变更, 既指实在的东西的改变,也指非实在的东西的改变。显然,量子信息是实在的现象,我们不需要在意识中通过虚拟或想象的变更来发现其本质,而是直观量子信息本身,从其存在到演化的过程中发现它的稳定结构或不变性。 现象学所说的本质,正如著名现象学科学哲学学者希伦( Patrick A. Heelan )所说:这些不变性,组织结构被称之为本质、现象学的本质或简言之对象的本质。本质能够展现多重不变性,每一个不变性对应于侧面的不同系统。 通过自由变更,创造出杂多的变项,它包含着差异与同一两个方面。这一系列变项的差别之中的 同一性即是本质 。或者获得现象的结构特点。 量子信息就是一个量子现象,它是我们所直观的量子信息,也就是处于量子系统、也可以被传递的量子信息,没有这直观之外和之后的量子信息,本质与现象是统一在一起的。 我同意列宁关于 物质 的观点: 物质 是标志客观实在的哲学范畴,这种客观实在是人通过感觉感知的,它不依赖于我们的感觉而存在,为我们的感觉所复写、摄影、反映。 ( 《列宁选集》,第 2 卷,第 128 页 ) 。我们认为,客观实在与感觉的复写、摄影、反映构成了物质自身的两个相互依存的方面。 客观实在 反映了物质的自我同一性,反映的是物质的肯定的方面,即物质之所是,不在于展示,反映的就是物质就是存在,没有必要向他者传递自身是什么,这是一种 原初 的存在。感觉的复写、摄影、反映实质上是物质向他者传递信息,让他者知道物质之所是,这就使得物质具有解释的可能性,物质的这一性质实质上揭示了信息的特性,即物质的信息特性,它反映的是物质与他者之间的 关系与关联方式。 从这一意义上,物质当然不等于信息。因为物质是整体性概念,而信息属于部分性概念。系统论告诉我们,整体与部分有联系,但整体不等于部分。从信息的这一意义来看,同样满足信息的通信观点,即 1948 年申农所说,信息是不确定性的减少。 1950 年,著名学者维纳认为:信息这个名称的内容就是我们对外界进行调节并使我们的调节为外界所了解时而与外界交换来的东西。 维纳的名言:信息就是信息,不是物质也不是能量。 我们认为,信息就是物质的状态与关联方式的 自我显现 ,关键在于向他者 传递、显明或解蔽 物质之所是。可见,物质的客观实在性与信息是相互统一的。 对于微观物质而言,量子实在就是微观物质自我同一性的显现。量子信息就是微观物质的状态与关联方式的自我显现。这里的显现还有一个在什么境域中显现,通过什么来显现,以及向谁显现的问题。微观物质的显现需要有居间调节技术,即实现由量子向经典的转换,简称量子技术。显见,量子技术既具有量子性,又具有经典性,具有从微观转化为宏观的能力,量子技术提供了一个使微观现象转化为客观现象的境域。 现象学技术哲学家伊德认为, 工具具有一种 意向性 能力 ,它既可以揭示未知事物,又可以改变现象出现的方式。工具的意向能力体现在工具连续统一体之中。 工具连续统一体是一个具有视觉效果的技术变化过程。放大镜表明了 最简单的 体现关系 ,被放大了的物体与肉眼所见的完全相同,工具具有半透明性。 电了显微镜的 视觉不再通过工具直接体现 ,表象 ( 即照片 ) 成为观察的可视结果,它使工具 居间调节的知识 具有 解释学特性 。可见,工具从相对透明性向不透明性发展,只有具备一定专业技能的人才会使用这种技术。 在量子信息的生成过程中,人们并不能直接看到微观事物,必须通过量子技术(装置)的居间调节,量子现象才能被认识,于是,量子技术本身成为观察的客体。微观事物在其意义的转换过程中,首先遇到的是量子技术。 人类量子技术世界的意向弧 发生了变化, 量子技术获得了其自身的生命 ,成为一个他者和观察中的独立要素。量子技术就是以量子理论为基础所制造的方法、工具或方式。事实上,在量子技术的制造过程中,除了纯客观的原初物理质素之外,还必须有量子理论与人的意向性的共同作用。比如,一辆汽车并不等于把各个部件的装配在一起,还包括美学等多种文化因素的渗透。在 不同的量子信息理论的前提下,量子技术与量子信息的涵义也会有所区别。 由此,我们认为,在现象学意义上, 量子信息是由 量子技术与量子实在(或量子客体)不断生成的,实质上,量子信息就是意向性与量子实在所构成( constitution )的 状态与关联方式 的自我显现。这里的构成是现象学的一个重要概念,这里的构成不是指意向性与量子实在的简单相加,而是在构成这一过程中,意向性与量子实在两者都发生了变化,形成了一种新的境界或视域,具有居间的特点。于是,量子信息也包括了意义的转换。这里使用意向性一词,既指量子技术所具有的工具意向性,也指在量子信息的意义的生成过程中,人的意向行为(直接或间接)的渗透,从本源上讲,意向性来自于人的意向行为,并将意义作用于量子技术,赋予它们以意义,从而量子信息的各种转换是有意义的,而不是没有意义的量子态或几率幅的转换。在转换的过程中,也包括量子信息的语义的变化。另一方面,量子实在也对意向性产生控制作用,意向行为必须适应技术客体的要求,而不能违背技术客体的内在本性,或者说不能超越其内在本性的容许范围之外。微观世界有其自身的客观运动规律,人的意向作用可以利用这些规律来创造微观理论、创造量子技术(包括软件与硬件),并最终指向量子实在。 M. Heidegger, Being and Time , translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.60. Patrick A. Heelan, Space-Perception and The Philosophy of Science. Los Angeles: University of California Press, 1983, p.6. 维纳 . 人有人的用处 . 北京:商务印书馆, 1978 , 9. N . 维纳 . 控制论 . 郝季仁译 , 北京:科学出版社, 1963 , 133 。
个人分类: 量子现象学|3642 次阅读|0 个评论
Encounter Between Phenomenological Phenomena and Quantum Phenomena Guolin Wu
ssglwu 2010-6-10 19:15
本文发表在《自然辩证法研究》2008年第5期。 现象学的现象与量子现象的相遇 吴国林 (华南理工大学科学技术哲学研究中心 广东 广州 510640 ) 摘要: 现象学的现象与量子力学的量子现象属于不同的领域,但是,它们之间具有很大的相似性,表现在显现的活动、显现者本身及其演化都属于现象概念。从方法论来看,它们也具有很大的相同性:现象都用可能性概念来描述;对现象的全面理解则从基本上相同的自由变更原理和互补原理来展开。 关键词:现象学;量子现象;可能性;变更;互补性 中图分类号:N031 文献标识码:A Encounter Between Phenomenological Phenomena and Quantum Phenomena Guolin Wu (Research Center for Philosophy of Science and Technology, School of Marxism and Philosophy, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China) Abstract:Phenomenological phenomena and quantum phenomena belonging to different domains have rather similarities that the concept of phenomena include the activities of appearances, entities themselves and their evolutions. Methodologically, phenomenology and quantum mechanics describe phenomena using the similar concepts of possibility and probability, the similar principles of free variety and complementarity. Key Words: Phenomenology; Quantum phenomena; Possibility; Variety; Complementarity 导言 现象学自从一百年前被哲学家胡塞尔创立之后,就不断吸引着哲学家和思想家通过现象学的方法来彻底反思哲学形而上学传统以及重新解蔽这个世界。近年来,我国哲学界在现象学方面也做了许多工作。我国目前有关现象学的研究,总的来说属于基本阶段,翻译和解释有关现象学的经典著作和论文,在此基础上,将现象学与中国古代的某些经典进行比较研究,取得了一定的效果;但是,学术上与世界对话或同步,需要我们用现象学来审视自然科学,真正达到做现象学的阶段。 胡塞尔和海德格尔本人都关注和研究自然科学,但主要以牛顿为代表的经典科学为主,他们把量子力学看作与经典科学没有本质区别的科学,因为在他们看来,量子力学仍然是数学形式体系与实验的结果,没有与经典力学从方法论上区分开。在我个人看来,量子力学本身所具有的难度可能是阻止他们真正理解量子力学的重要原因。目前,国内外有关学者都有这样的认识,即如何将现象学与当代最前沿的科学技术结合起来,大家都知道,做起来的困难相当大。量子力学自 20世纪初诞生以来,到目前仍然是科学的前沿,具有现实和深远的意义,作者希望在此做一个抛砖的工作,用现象学对量子力学展开初步探讨,由于篇幅限制,本文先就现象学的现象与量子力学的量子现象进行初步的比较研究。 需要指出的是,本文所涉及到的现象学是广义现象学,包括胡塞尔、海德格尔等学者的现象学,也包括伊德( Don Ihde )所倡导的后现象学。 本文所指的量子现象还是通常意义上的量子现象,即量子物理学共同体所理解的量子现象,就是包括量子现象本身(itself)和经典现象(见后文)。 1 、 现象 概念的词源涵义 首先我们需要对现象概念有一个词源学的考查。 现象是现与象两个字的复合。《汉语大词典(普及本)》(汉语大词典出版社,2000年8月)现的相关涵义有:显露,出现;现在,眼前;指正在从事的;现前实有的;当即,临时。《汉语大词典》(普及本)象的相关涵义有:形象,现象;状貌,图象;征兆,迹象;体现,表现;法,执法;效法,仿效;类似,类比;类推,好像;道教指道。《汉语大词典》(普及本)现象的涵义有:谓神、佛、菩萨等现身于人间;指事物在发展变化中所表现出来的外部形态。在《金山词霸》(2002版)的《高级汉语大词典》中,现象的解释有:phenomenon;事物在发展、变化中所表现的外部形式;可观察的事实或事;一项经历或实际存在的事物;谓神、佛、菩萨等现身于人间。 可见,中文的现象由现与象复合而成,包括一些基本涵义:显露之形状、样子、景象,还包含了不同性质的事物的显现这一涵义(如神、佛、菩萨等的现身),应当是事物的质变。 从现与象的本来涵义来看,现象还包括了显现出来的道,因为象还指道教的道。在道德经中,道是最高的概念,是无形与有形、潜在与显在、物质与规律的统一体。孔德之容 ,惟道是从。道之为物,惟恍惟惚。惚兮恍兮,其中有象;恍兮惚兮, 其中有物。窈兮冥兮,其中有精;其精甚真,其中有信 。(道德经,第二十一章)因此,从这一意义上讲,中文的现象也包含了所显现的东西(如物、精)与本质(象)的统一。 现象的 德文为 p hnomen ,英文 为 phenomenon,它们源自希腊语, 派生于动词,其涵义是呈现自身。动词形式又来自于具有带到白天的光之下,置于光之下的涵义。按海德格尔的考证:现象表示显现,在自身中显现自身。 现象就是置于光中或被带到光中的东西的全体,有时希腊语仅仅把现象与存在者(entities)视为一体。海德格尔又说:如果我们将这一步理解现象概念,每件事情依赖我们的直观,即被指定在现象的最初意义的东西(现象作为自身显示)与第二意义的东西(现象作为表象(semblance))是如何结构上关联的。 在希腊文中,有许多现象意指看起象什么东西,这就是相似的,就是所谓表象。 可见,中西方对现象概念的基本涵义并没有多大的区别。从这些词源及其演化来看,我们可以做出这样的概括:现象就是所显现的形象、形式、情形或事实;包涵了显现的东西与本质的统一;还隐含着现象具有发展、变化的涵义。 2、现象学的现象概念 从西方哲学的经验论者(如洛克、贝克莱、休谟)与唯理论者(柏拉图、笛卡尔、莱布尼兹等)来看,他们都将现象看作由人的感官所受到的刺激而产生的简单观念,如感觉观念、印象、感觉材料等,以及在它们的基础上直接形成的并没有经过反思的复合观念。 而胡塞尔所讲的现象包括了上述显现出来的东西概念,他说: 现象是指显现活动本身,又指在这显现之中显现着的东西。  这显现活动与其中显现出来的东西(比如意向对象)内在相关,且有一个显现活动和显现着的东西的不断维持过程,具有生成性。由于胡塞尔的现象学最终归结为意识活动,因此,胡塞尔的现象有一个意向性的构成的生发机制。正如张祥龙教授所说,胡塞尔所讲的现象中含有一个意向性构成的生发机制:既体现在显现活动一边,又在一定程度上体现于被显现的东西那一边。这也就是说,任何现象都不是现成地被给予的,而是被构成着的;即必含有一个生发和维持住被显现者的意向活动的机制。 海德格尔将胡塞尔的现象学观念 从意识的内在联系之中提取出来,放置到世界之中,从存在者的存在与演化的角度来认识现象,并 严格区分为现象与显现。他说:显现(appearance),作为某种事情的显现,并不意味着显示自身,相当意味着通过不是显示自身的东西来宣示自身(announcing-itself),然而通过显示自身的事情来宣布自身的到来。显现不是显示自身。 海德格尔还 指出:现象决不是显现,尽管从另一方面来看,每一个显现依赖于现象。 显现自身有两重意思:一是当下显现(appearing),意指不是显示自身的宣示自身;二是做宣示在显现自身中指明不是显现自身的事物。 海德格尔阐明了 现象的构成性。对于通过显示自身的事物,在宣示自身的意义上的显现( appearance),现象是构成性的(constitutive),尽管那样一个现象可能否定性地采取表象的形式,显现也只能够变成纯粹表象。 在上述分析的基础上,海德格尔对现象给出了一个非常 重要的界定:现象学的现象概念,意指显示自身:存在者的存在( being of entities),它的意义、变异(modifications)和衍生物(derivatives)。 在现象学的现象之后根本不存在别的事物;另一方面,将要成为现象的事物可能被隐藏。并且仅仅由于现象在最接近和极大程度上没有被给与,因此,不需要现象学。遮蔽是现象的对应概念。 这就是说,存在者的存在与显现是统一的,存在者的存在不是在显现之外或之后。 海德格尔的现象概念不同于胡塞尔的现象概念。海德格尔的现象包括存在和存在者的自身显示,以及存在的演化。 3 、量子现象的概念及其比较 在物理学中,物理现象是指客观事物(如物质、能量或时空)所表现出来的外部形象,是观察得到的初步形象。在同样的物理外界条件下,物理现象具体可重复性。物理现象可以分为宏观物理现象和微观物理现象。量子现象是一类基本的微观物理现象。1900年普朗克发现能量子概念和1905年爱因斯坦提出的光量子假说,意味着能量可能具有不连续性,对认识量子现象具有重要意义。量子现象的早期研究特别关注原子的结构。 J. J. 汤姆孙在剑桥卡文迪什实验室研究了所称的阴极射线在磁场和电场中的偏转,并于 1897 年得出结论:这些 射线是物质粒子,存在着比原子更小的粒子,原子是由许多部分组成的。 开尔芬勋爵早就提出过涡漩原子概念。在1901年,为适应新的观察事实,他又提出了一种新的原子模型:物质原子是由带正电的均匀球体组成的,整个物质原子里面负电是按分立电子的形式分布的。 在开尔芬的原子模型的基础上,汤姆孙1904年假定,原子是一个带正电的球,电子在这球内到处运动着。 卢瑟福发现,开尔芬和汤姆孙的原子模型不适用于解释粒子通过不同种类的物质(例如通过金箔)时的散射量。到 1911 年 卢瑟福提出了新的原子模型:正电荷集中在原子核的中心,这个原子核被电子围绕,电子的分布是使原子电中性的,原子的大部分质量是在正电荷上。这就是原子的行星模型。显然这是一个经典力学式的原子模型。 卢瑟福的有核原子模型,虽然圆满地解释了散射实验,但是却遇到了不稳定性的困难。但是,玻尔认为,所谓卢瑟福模型的不稳定性问题是由经典理论的解释造成的,而不是模型本身的问题。 1912年,玻尔已认识到普朗克常数具有非常重要的意义,它是产生非经典物理原理的关键。在卢瑟福的原子模型的启发下,玻尔开始尝试构建原子的量子理论,他提出了一个动态的原子结构轮廓,指出经典物理规律不能完全适用于原子内部,必须遵循原子系统特有的量子规律。1912年的6月,玻尔提出了定态概念,处于定态的原子系统不辐射能量。 1913年,玻尔接受了卢瑟福的原子有核模型,并在普朗克、爱因斯坦理论的基础上提出了量子态的崭新概念,把光谱、光量子说和原子有核模型有机结合在一起解释了原来不能解释的氢原子光谱规律。从玻尔1913年发表它的原子理论到1925年(这一年海森堡提出了量子力学的基本方程),他持续地用他的原子概念来说明所有实验上的化学原子的观察性质。玻尔不仅从科学上思考和解决原子理论,而且从认识论和方法论进行解决。 在量子力学的早期,量子现象以原子结构为核心的,认识到了微观事物具有分立性或量子性,微观世界具有分立性或不连续性,进而开始认识到现象与观察之间是相互结合的。玻尔所理解的量子现象,就是指微观个体(如光子、氢原子等),该个体可以由受到量子规则的限制的经典力学来描述。把测量理解为现象与测量仪器的相互作用过程,显然这样一种认识是经典物理测量的简单对应。 1927年,玻尔在科莫论文中,已开始认识到量子现象不同于经典物理的现象:量子公设意味着原子现象的任何观察将包括与不可忽略的观察方式的相互作用。因此,在通常意义上,独立的实在既不能归结于现象,也不能归结为观察方式。 1929年,对于量子力学中的测量,玻尔说:事实上,作为量子的不可分性就要求着,当利用经典观念来注释一个别的测量结果时,在我们关于客体和观察工具之间的相互作用的说明中,必须允许有一个大小的活动范围。这就意味着,随后的一次测量,将在一定程度上使得前一次测量所提供的信息失去其预言现象之将来进程的意义。显然,这些事实上不但会对可由测量获得的信息的范围有所限制、而且也会对我们所能赋予这些信息的意义上有所限制。在这里,我们遇到一条新形式下的老真理:在我们关于自然的描述中,目的 不在于揭露现象的实在要素( real essence ) ,而在于尽可能地在我们经验的种种方面之间追寻出一些关系。 这意味着我们应当将关注量子现象的关系而不是其实在的要素或本质。 1935年,玻尔受到爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的EPR论文的挑战,更加注意量子现象及其互补原理。玻尔早在1927年科莫论文中就提出了波动概念与粒子概念的互补性、 时空描述和因果要求之间的互补性。 福尔斯(J. Folse)把玻尔1927年在科莫论文提出的现象称之为现象性客体(phenomenal object),该客体的性质由观察来决定。显然,这里的现象是与观察仪器相互作用所产生的东西,也明确表现在玻尔1929年出版的《原子论与自然的描述》一书的序言中。 在1935年回答EPR论证的论文中,玻尔提出了位置与动量的互补性物理性质。1937年,他认为,一个现象有两个互补的方面,它们被粒子图景和波动图景所描述。 由实验所揭示的量子现象的互补特征,获得了相互的排斥性条件,这意味着,在不同的观察相互作用下,相同现象可能呈现出不同特征。 不难发现,到1937年,玻尔所认识的量子现象还是指这显现之中显现着的东西或海德格尔的存在者的存在,还没有认识到显现活动及其存在者的存在之演化。 自1939年之后,玻尔 改变了现象一词的用法,现象是指整体的观察的相互作用。 玻尔认为:保留现象这一单词,作为在给定实验条件下的观察效应的综合,这一定义更适合量子力学符号表征的结构和解释,以及更符合认识论原则。 玻尔说:这些条件,包括说明所有必要的相关测量仪器的性质和规定,事实上构成了定义概念的唯一基础,现象通过这一概念被描述。 这表明,量子现象的描述必须说明其相关测量仪器的性质,否则,无法描述量子实验这一活动本身所呈现出来的量子现象。玻尔说:不同量子现象之间的明显的差异,其描述包括了不同的经典概念,如时空坐标或动量和能量守恒,事实上,它的直截了当的解释是,在于呈现那种现象的不同实验安排的相互排他性特征。 玻尔的互补性用在许多方面。1939年之前,玻尔在互补性方面主要关注两种描述方式的互补性,即时空坐标描述与因果性要求的描述。从1946年开始,玻尔重点关注现象的互补性。他说:尽管量子物理的现象不再以通常的方式结合起来,但是它们可以在下述意义是互补的,即:只有它们完全详尽阐述了客体的证据,且这些证据是无歧义可定义的。 我们认为,现象的互补性,就是指相互排斥的现象实质上相互补充的,它们都是阐明量子客体的结构、本质或意义所必须的。现象的波动性与粒子性是互补的。由于不同的实验装置,因而具体的波动性、粒子性又有区别,这些差别构成了波动图景和粒子图景更全面的内容,这就等同于通过现象学中更多的自由变更,以获得现象的本质、现象的结构或现象的多重稳定性的复杂结构。 在1948年,玻尔用互补性证据(complementary evidence)来指称从不同实验中获得的不同观测事实。 在玻尔后来的论文中,最通常是指互补现象 。玻尔认为,在客观描述中,的确更适当的是,仅使用现象一词去指称在特定环境下获得的测量结果,该环境还包括整个实验安排的说明。 玻尔有关量子现象包括环境的观点,得到了当代量子测量理论的支持。 与冯诺依曼的测量仪器假设相比较,冯诺依曼把仪器看作是一个量子系统,而当代的量子测量理论把仪器看作是宏观态,表达为集体态(仪器态)与仪器(无穷分量)内部态的量子纠缠态。在宏观极限下,不管仪器内部状态如何,我们就有可能得到具有经典关联的混合态。目前讨论的关键是把环境理解为仪器内部的自由度,即是奥尼斯(R. Omnes)的内部环境概念。 朱雷克(W. Zurek)在仪器与量子系统之外,还引入了环境。环境与测量仪器通过相互作用,产生理想纠缠,使量子系统出现退相干(decoherence) 。简单说来,所谓退相干现象,是指一个量子物理系统,由于与其环境不可避免的相互作用,使得系统所处的、由某个观察量的多个本征态相干叠加而成的状态,不可逆地消去了各个干涉项,使系统的行为表现得就像经典物理系统一样。 量子测量是一个典型的量子现象,有生成和转化过程,包括从微观可逆到宏观不可逆经典现象,即量子系统、测量仪器与环境的相互作用的演化构成了量子现象的完整意义。目前有关量子测量的退相干研究取得了很大进展,相互作用产生量子纠缠、导致退相干是一个具有普适性的基本物理过程。 上述分析表明,胡塞尔、海德格尔关于现象的概念与量子力学的量子现象概念有许多相通之处。对量子现象的认识经历了把量子现象当成个体性,即存在者的存在或显现出来的东西,将测量仪器纳入量子现象等。这与现象学的观点是一致的,即:把活动中的显现者与显现活动都包括于现象中。在海德格尔看来,现象还应当包括存在者的存在的演化。实际上,量子现象当然包括这一涵义。在惠勒的延迟选择实验中,非常明确地表明,量子现象必须包括量子现象的生成与演化的完整过程,否则就会出现惠勒的不正确认识:延迟选择实验中计数器处的半反镜的移进移出,将不可避免地影响我们具有怎样的权力去说光子的已经过去的历史,因而,在某种意义上,正常的时间次序竟被奇怪地颠倒了。 量子现象实质上是由微观粒子在宏观外部环境(包括测量仪器等)作用下的显现,其中包含了由微观现象转变为宏观现象的不可逆过程,因此,量子现象是一个由微观现象转变为经典的宏观现象的过程,即量子现象是一个即包括微观又包括宏观的过程。 事实上,概率幅或波函数就是一个反映事件或过程的存在。事件的连续运动形成了事物的过程,过程成为量子力学最为重要的概念。或者说,概率幅从微观与宏观相结合的角度阐明了量子现象的开放性和演化性。 当然,我们也看到,胡塞尔与海德格尔的现象学主要从意向性或此在出发来研究现象,现象总是意向行为作用下的意向对象,意向行为与意向对象共同处于意向体验之中。而量子力学从理论和实验相结合的角度来研究量子现象,尽管在量子力学的早期甚至现在也有一些学者认为,量子力学的测量中有主观介入,甚至认为现在的测量会影响到宇宙创生之初(惠勒语),显然,20世纪90年代以来的有关退相干(decoherence)的研究大大推进了量子测量问题:正是环境而不是人的意识的最后介入才使波包发生扁缩。 4、对现象的描述的简要比较 现象学视野中的现象与量子现象,不仅在其涵义与意义上有许多相近的地方,而且其描述与认识现象的方法其实质是一致的。 (1)可能性与概率 Possibility(可能性)与Probability(概率) 在汉语中都称之为可能性,后者在统计科学中又称之为概率或几率,两者分别来自其形容词Possible和Probable。Possible是指,在没有与事实、规律或与境相矛盾的条件下,可能发生、存在或是真的;它强调客观上有可能性,但常常带有实际可能性很小 的暗示。Probable是指,将可能发生或将是真的,是合乎情理的(plausible)。probable用来指有根据,合情理,值得相信的事物,语气比possible要重,有相当可能的意思。 在后现象学中用可能性(possibility)来描述变更。如伊德经常用到的舞台/金字塔/机器人(stage/pyramid/robot)图形的三重变更中 ,有三重体现性,三种变更,就有三种可能性。对于这些可能性,不一定是现实的。舞台/金字塔/机器人都是一些画出的线,是现象学上的变更,这三种有意义的图象都是可能的。但这三种图象不能结合在一起。 而在量子力学中用概率(probability)来描述微观粒子出现在空间中某点的可能性。概率幅(probability amplitude)是一个复值函数。表示为位置的概率称之为波函数。*,即概率幅的绝对值称之为概率密度。一个微观粒子处于特定区域V中的概率就是对该区域的概率密度的积分(要求归一化)。量子力学的概率幅表示了微观世界的存在方式,而宏观世界才是用概率即经典概率来描述可能性,量子现象反映了概率幅与经典概率的统一性。但量子力学中的互补原理说明,波动图景与粒子图景是互补的。我认为,在量子力学中,波动图景与粒子图景都是可以从概率幅加上实验环境而推演出来,即概率幅是更基本的东西。 (2)变更方法与互补原理 从对现象的研究方法来看,现象学强调通过自由变更的方法来获得现象的本质、结构特点或多重稳定性的复杂结构,这里的自由变更可能是实在的变化,也可以是想像的或虚拟的变化。从对现象的自由变更中认识哪些是变量,哪些是不变量,并获得现象的本质或结构。玻尔提出用互补原理来认识量子现象及其量子现象的描述,量子现象的变化是实在的变化。互补原理关注的是量子现象的描述方式的互补性和量子现象本身的互补性。互补原理与自由变更方法的相通性,在于它们都是从不同的可能的侧面、视角等来揭示或直观现象。 变更方法与互补原理也存在差别。在胡塞尔看来,变化是指实在东西的变化;其次它是指状态变化,个体保持同一。而变更不是指状态变化而个体保持同一,而是指变成别的个体。现象学与后现象学中的自由变更方法的实质,就是讲直观事物应当从尽可能多的角度(实在的或想像的)来展开,以获得事物的全部意义。在伊德的后现象学看来,对现象的自由变更所得到的各种有意义的图景不能够整合在一起。如在伊德所用的舞台/金字塔/机器人的变更中,舞台、金字塔与机器人是纯粹不同的东西,当然是无法整合的。互补原理是讲相互排斥的事物具有互相补充的性质,它们都是认识整体性质所必须的,即相互排斥的图景将被整合。如在量子力学的波动描述与粒子描述中,经典物理的波与粒子是相互矛盾的概念,但在量子力学中得到了统一。从实验角度来看,就是在物理允许的多种条件下,尽可能获得不同性质的物理结果。这里的每一种实验方法或测量方法都包括了一种经典模式,互补与互斥的各种模式的整合才生成事物的完整意义。 在现象学看来,通过自由变更获得事物的完整意义,即在意向性或此在的视野中,整合了各个自由变更的图景而获得现象的意义。而在量子力学中,具有实在意义的概率幅整合了量子现象的波动图景和粒子图景、时空描述与因果描述,揭示了微观事物生成和演化的各种可能性。 总之,撇开现象学本身存在的差异,经过上述比较分析,我们不难得到以下结论:现象学与量子力学对现象的研究有不少相似之处点,比如,两者关注环境与演化,可能性与概率,自由变更方法与互补原理等。两者也有不同点,比如,现象学从意向性角度把现象纳入意向行为之中,现象是意向作用下的现象;而量子力学的现象则是科学现象,它纳入量子理论与相关实验之中,量子现象不是主体意向作用下的现象。如果我们除去现象纳入意向性之中这一概念,并加以改造,在我看来,现象学的现象概念对于我们认识量子现象具有积极意义,这是未来亟待研究的课题。 参考文献: 基金项目:广东省哲学社会科学十五规划项目量子信息的哲学研究(编号 03104B07)。 M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.51. M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.51. 胡塞尔,现象学的观念,倪梁康译,上海:上海译文出版社,1986,18。 张祥龙,从现象学到孔夫子,北京:商务印书馆,2001,379。 M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.52. M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.53. M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.54 M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.60 M. Heidegger, Being and Time, translated by J. Macquarrie E. Robinson, London: SCM Press Ltd. 1962, p.60. Niels Bohr, Atomic Theory and the Description of Nature, Cambridge: At The University Press, 1934, p.54. Niels Bohr, Atomic Theory and the Description of Nature, Cambridge: At The University Press, 1934, p.18. Bohr, Biology and Atomic Physics, in Atomic Physics and Human Knowledge, p16. N. Bohr, Atomic Physics and Human Knowledge, p19. Henry J. Folse, The Philosophy of Niels Bohr: The framework of complementarity. Amsterdam: North-Holland Physics Publishing. 1985, p157. Bohr, The Causality Problem in Atomic Physics, a lecture given in Warsaw, May 1939, published in New Theories in Physics (Paris: International Institute for Intellectual Cooperation, 1939),p24. Bohr, The Causality Problem in Atomic Physics, a lecture given in Warsaw, May 1939, published in New Theories in Physics (Paris: International Institute for Intellectual Cooperation, 1939), p24. Bohr, The Causality Problem in Atomic Physics, a lecture given in Warsaw, May 1939, published in New Theories in Physics (Paris: International Institute for Intellectual Cooperation, 1939), p22. Henry J. Folse, The Philosophy of Niels Bohr: The framework of complementarity. Amsterdam: North-Holland Physics Publishing. 1985, p160. Bohr, On the notion of causality and complemantarity, Dialectica, 2(1948), 314. N. Bohr, Atomic physics and human knowledge, New York,Wiley,1958,p90, 99. N. Bohr, Science and Unity of Knowledge, reprinted in Niels Bohr: Collected Works, vol. 10 (Amsterdam: Elsevier, 1999 ), 79-98, 89. Omnes R. The interpretation of Quantum Mechanics . New Jersey: Princeton University Press, 1994. Zurek W. H. , Decoherence and Transition From Quantum to Classical . Phys. Today . 1991(10): 36. 方励之编,《物理学与质朴性》,合肥:安徽科技出版社,1982,5。 吴国林,试论微观物质开放性及其对物质可分性的影响,《科学技术与辩证法》,1996;(1)。量子非定域性及其哲学意义,《哲学研究》,2006,(9)。 Don Ihde, Experimental Phenomenology: An Introduction. New York: G. P. Putnams Sons. 1977.
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对量子现象与现象学现象的描述的简要比较
ssglwu 2010-6-8 23:30
吴国林 引言:本文在前文的基础上,就现象学的现象与量子现象展开认真的研究,供批评。 对量子现象与现象学现象的描述的简要比较 现象学视野中的现象与量子现象,不仅在其涵义与意义上有许多相近的地方,而且其描述与认识现象的方法其实质是一致的。 (1)可能性与概率 Possibility(可能性)与Probability(概率) 在汉语中都称之为可能性,后者在统计科学中又称之为概率或几率,两者分别来自其形容词Possible和Probable。Possible是指,在没有与事实、规律或与境相矛盾的条件下,可能发生、存在或是真的;它强调客观上有可能性,但常常带有实际可能性很小的暗示。Probable是指,将可能发生或将是真的,是合乎情理的(plausible)。probable用来指有根据,合情理,值得相信的事物,语气比possible要重,有相当可能的意思。 在后现象学中用可能性(possibility)来描述变更。如伊德经常用到的舞台/金字塔/机器人(stage/pyramid/robot)图形的三重变更中 ,有三重体现性,三种变更,就有三种可能性。对于这些可能性,不一定是现实的。舞台/金字塔/机器人都是一些画出的线,是现象学上的变更,这三种有意义的图象都是可能的。但这三种图象不能结合在一起。 而在量子力学中用概率(probability)来描述微观粒子出现在空间中某点的可能性。概率幅(probability amplitude)是一个复值函数。表示为位置的概率称之为波函数。*,即概率幅的绝对值称之为概率密度。一个微观粒子处于特定区域V中的概率就是对该区域的概率密度的积分(要求归一化)。量子力学的概率幅表示了微观世界的存在方式,而宏观世界才是用概率即经典概率来描述可能性,量子现象反映了概率幅与经典概率的统一性。但量子力学中的互补原理说明,波动图景与粒子图景是互补的。我认为,在量子力学中,波动图景与粒子图景都是可以从概率幅加上实验环境而推演出来,即概率幅是更基本的东西。 (2)变更方法与互补原理 从对现象的研究方法来看,现象学强调通过自由变更的方法来获得现象的本质、结构特点或多重稳定性的复杂结构,这里的自由变更可能是实在的变化,也可以是想像的或虚拟的变化。从对现象的自由变更中认识哪些是变量,哪些是不变量,并获得现象的本质或结构。玻尔提出用互补原理来认识量子现象及其量子现象的描述,量子现象的变化是实在的变化。互补原理关注的是量子现象的 描述方式的互补性和量子现象本身的互补性 。互补原理与自由变更方法的相通性,在于它们都是从不同的可能的侧面、视角等来揭示或直观现象。 变更方法与互补原理也存在差别。在胡塞尔看来,变化是指实在东西的变化;其次它是指状态变化,个体保持同一。而变更不是指状态变化而个体保持同一,而是指变成别的个体。现象学与后现象学中的自由变更方法的实质,就是讲直观事物应当从尽可能多的角度(实在的或想像的)来展开,以获得事物的全部意义。在伊德的后现象学看来,对现象的自由变更所得到的各种有意义的图景不能够整合在一起。如在伊德所用的舞台/金字塔/机器人的变更中,舞台、金字塔与机器人是纯粹不同的东西,当然是无法整合的。互补原理是讲相互排斥的事物具有互相补充的性质,它们都是认识整体性质所必须的,即相互排斥的图景将被整合。如在量子力学的波动描述与粒子描述中,经典物理的波与粒子是相互矛盾的概念,但在量子力学中得到了统一。从实验角度来看,就是在物理允许的多种条件下,尽可能获得不同性质的物理结果。这里的每一种实验方法或测量方法都包括了一种经典模式,互补与互斥的各种模式的整合才生成事物的完整意义。 在现象学看来,通过自由变更获得事物的完整意义,即在意向性或此在的视野中,整合了各个自由变更的图景而获得现象的意义。而在量子力学中,具有实在意义的概率幅整合了量子现象的波动图景和粒子图景、时空描述与因果描述,揭示了微观事物生成和演化的各种可能性。 总之,撇开现象学本身存在的差异,经过上述比较分析,我们不难得到以下结论:现象学与量子力学对现象的研究有不少相似之处点,比如,两者关注环境与演化,可能性与概率,自由变更方法与互补原理等。两者也有不同点,比如,现象学从意向性角度把现象纳入意向行为之中,现象是意向作用下的现象;而量子力学的现象则是科学现象,它纳入量子理论与相关实验之中,量子现象不是主体意向作用下的现象。如果我们除去现象纳入意向性之中这一概念,并加以改造,在我看来,现象学的现象概念对于我们认识量子现象具有积极意义,这是未来亟待研究的课题。 Don Ihde, Experimental Phenomenology: An Introduction. New York: G. P. Putnams Sons. 1977.
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量子现象 考察之二
ssglwu 2010-6-7 08:20
吴国林 接前面, 量子现象考察之二。 玻尔的互补性用在许多方面。1939年之前,玻尔在互补性方面主要关注 两种描述方式的互补性 ,即时空坐标描述与因果性要求的描述。从1946年开始,玻尔重点关注 现象的互补性 。他说:尽管量子物理的现象不再以通常的方式结合起来,但是它们可以在下述意义是互补的,即:只有它们完全详尽阐述了客体的证据,且这些证据是无歧义可定义的。 我们认为, 现象的互补性,就是指相互排斥的现象实质上相互补充的,它们都是阐明量子客体的结构、本质或意义所必须的。现象的波动性与粒子性是互补的。由于不同的实验装置,因而具体的波动性、粒子性又有区别,这些差别构成了波动图景和粒子图景更全面的内容,这就等同于通过现象学中更多的自由变更,以获得 现象的本质、现象的结构或现象的多重稳定性的复杂结构 。 在1948年,玻尔用互补性证据(complementary evidence)来指称从不同实验中获得的不同观测事实。 在玻尔后来的论文中,最通常是指互补现象 。玻尔认为,在客观描述中,的确更适当的是,仅使用现象一词去指称在特定环境下获得的测量结果,该环境还包括整个实验安排的说明。 玻尔有关量子现象包括环境的观点,得到了当代量子测量理论的支持。 与冯诺依曼的测量仪器假设相比较,冯诺依曼把仪器看作是一个量子系统,而当代的量子测量理论把仪器看作是宏观态,表达为集体态(仪器态)与仪器(无穷分量)内部态的量子纠缠态。在宏观极限下,不管仪器内部状态如何,我们就有可能得到具有经典关联的混合态。目前讨论的关键是把环境理解为仪器内部的自由度,即是奥尼斯(R. Omnes)的内部环境概念。 朱雷克(W. Zurek)在仪器与量子系统之外,还引入了环境。环境与测量仪器通过相互作用,产生理想纠缠,使量子系统出现退相干(decoherence) 。简单说来,所谓退相干现象,是指一个量子物理系统,由于与其环境不可避免的相互作用,使得系统所处的、由某个观察量的多个本征态相干叠加而成的状态,不可逆地消去了各个干涉项,使系统的行为表现得就像经典物理系统一样。 团量子测量是一个典型的量子现象,有生成和转化过程,包括从微观可逆到宏观不可逆经典现象,即量子系统、测量仪器与环境的相互作用的演化构成了量子现象的完整意义。目前有关量子测量的退相干研究取得了很大进展,相互作用产生量子纠缠、导致退相干是一个具有普适性的基本物理过程。 上述分析表明,胡塞尔、海德格尔关于现象的概念与量子力学的量子现象概念有许多相通之处。对量子现象的认识经历了把量子现象当成个体性,即存在者的存在或显现出来的东西,将测量仪器纳入量子现象等。这与现象学的观点是一致的,即:把活动中的显现者与显现活动都包括于现象中。在海德格尔看来,现象还应当包括存在者的存在的演化。实际上,量子现象当然包括这一涵义。在惠勒的延迟选择实验中,非常明确地表明,量子现象必须包括量子现象的生成与演化的完整过程,否则就会出现惠勒的不正确认识:延迟选择实验中计数器处的半反镜的移进移出,将不可避免地影响我们具有怎样的权力去说光子的已经过去的历史,因而,在某种意义上, 正常的时间次序竟被奇怪地颠倒了 。 量子现象实质上是由微观粒子在宏观外部环境(包括测量仪器等)作用下的显现,其中包含了由微观现象转变为宏观现象的不可逆过程,因此,量子现象是一个由微观现象转变为经典的宏观现象的过程,即量子现象是一个即包括微观又包括宏观的过程。 事实上,概率幅或波函数就是一个反映事件或过程的存在。事件的连续运动形成了事物的过程,过程成为量子力学最为重要的概念。或者说,概率幅从微观与宏观相结合的角度阐明了量子现象的开放性和演化性。 当然,我们也看到,胡塞尔与海德格尔的现象学主要从意向性或此在出发来研究现象,现象总是意向行为作用下的意向对象,意向行为与意向对象共同处于意向体验之中。而量子力学从理论和实验相结合的角度来研究量子现象,尽管在量子力学的早期甚至现在也有一些学者认为,量子力学的测量中有主观介入,甚至认为现在的测量会影响到宇宙创生之初(惠勒语),显然,20世纪90年代以来的有关退相干(decoherence)的研究大大推进了量子测量问题:正是环境而不是人的意识的最后介入才使波包发生扁缩。 Henry J. Folse, The Philosophy of Niels Bohr: The framework of complementarity. Amsterdam: North-Holland Physics Publishing. 1985, p160. Bohr, On the notion of causality and complemantarity, Dialectica, 2(1948), 314. N. Bohr, Atomic physics and human knowledge, New York,Wiley,1958,p90, 99. N. Bohr, Science and Unity of Knowledge, reprinted in Niels Bohr: Collected Works, vol. 10 (Amsterdam: Elsevier, 1999 ), 79-98, 89. Omnes R. The interpretation of Quantum Mechanics . New Jersey: Princeton University Press, 1994. Zurek W. H. , Decoherence and Transition From Quantum to Classical . Phys. Today . 1991(10): 36. 方励之编,《物理学与质朴性》,合肥:安徽科技出版社,1982,5。 吴国林,试论微观物质开放性及其对物质可分性的影响,《科学技术与辩证法》,1996;(1)。吴国林,量子非定域性及其哲学意义,《哲学研究》,2006,(9)。
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量子现象探讨之一
ssglwu 2010-6-4 23:51
吴国林 本部分探讨对量子现象学的历史认识. 3、量子现象的概念及其比较 在物理学中,物理现象是指客观事物(如物质、能量或时空)所表现出来的外部形象,是观察得到的初步形象。在同样的物理外界条件下,物理现象具体可重复性。物理现象可以分为宏观物理现象和微观物理现象。量子现象是一类基本的微观物理现象。 1900年普朗克发现能量子概念和1905年爱因斯坦提出的光量子假说,意味着能量可能具有不连续性,对认识量子现象具有重要意义。量子现象的早期研究特别关注原子的结构。 J. J. 汤姆孙在剑桥卡文迪什实验室研究了所称的阴极射线在磁场和电场中的偏转,并于 1897 年得出结论:这些 射线是物质粒子,存在着比原子更小的粒子,原子是由许多部分组成的。开尔芬勋爵早就提出过涡漩原子概念。 在1901年,为适应新的观察事实,他又提出了一种新的原子模型:物质原子是由带正电的均匀球体组成的,整个物质原子里面负电是按分立电子的形式分布的。 在开尔芬的原子模型的基础上,汤姆孙1904年假定,原子是一个带正电的球,电子在这球内到处运动着。 卢瑟福发现,开尔芬和汤姆孙的原子模型不适用于解释粒子通过不同种类的物质(例如通过金箔)时的散射量。到1911年卢瑟福提出了新的原子模型:正电荷集中在原子核的中心,这个原子核被电子围绕,电子的分布是使原子电中性的,原子的大部分质量是在正电荷上。这就是原子的行星模型。显然这是一个经典力学式的原子模型。 卢瑟福的有核原子模型,虽然圆满地解释了散射实验,但是却遇到了不稳定性的困难。但是,玻尔认为,所谓卢瑟福模型的不稳定性问题是由经典理论的解释造成的,而不是模型本身的问题。 1912年,玻尔已认识到普朗克常数具有非常重要的意义,它是产生非经典物理原理的关键。在卢瑟福的原子模型的启发下,玻尔开始尝试构建原子的量子理论,他提出了一个动态的原子结构轮廓,指出经典物理规律不能完全适用于原子内部,必须遵循原子系统特有的量子规律。1912年的6月,玻尔提出了定态概念,处于定态的原子系统不辐射能量。 1913年,玻尔接受了卢瑟福的原子有核模型,并在普朗克、爱因斯坦理论的基础上提出了量子态的崭新概念,把光谱、光量子说和原子有核模型有机结合在一起解释了原来不能解释的氢原子光谱规律。从玻尔1913年发表它的原子理论到1925年(这一年海森堡提出了量子力学的基本方程),他持续地用他的原子概念来说明所有实验上的化学原子的观察性质。玻尔不仅从科学上思考和解决原子理论,而且从认识论和方法论进行解决。 在量子力学的早期,量子现象以原子结构为核心的,认识到了微观事物具有分立性或量子性,微观世界具有分立性或不连续性,进而开始认识到现象与观察之间是相互结合的。玻尔所理解的量子现象,就是指微观个体(如光子、氢原子等),该个体可以由受到量子规则的限制的经典力学来描述。把测量理解为现象与测量仪器的相互作用过程,显然这样一种认识是经典物理测量的简单对应。 1927年,玻尔在科莫论文中,已开始认识到量子现象不同于经典物理的现象:量子公设意味着原子现象的任何观察将包括与不可忽略的观察方式的相互作用。因此,在通常意义上,独立的实在既不能归结于现象,也不能归结为观察方式。 1929年,对于量子力学中的测量,玻尔说:事实上,作为量子的不可分性就要求着,当利用经典观念来注释一个别的测量结果时,在我们关于客体和观察工具之间的相互作用的说明中,必须允许有一个大小的活动范围。这就意味着,随后的一次测量,将在一定程度上使得前一次测量所提供的信息失去其预言现象之将来进程的意义。显然,这些事实上不但会对可由测量获得的信息的范围有所限制、而且也会对我们所能赋予这些信息的意义上有所限制。在这里,我们遇到一条新形式下的老真理:在我们关于自然的描述中,目的不在于揭露现象的实在要素(real essence),而在于尽可能地在我们经验的种种方面之间追寻出一些关系。 这意味着我们应当将关注量子现象的关系而不是其实在的要素或本质。 1935年,玻尔受到爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的EPR论文的挑战,更加注意量子现象及其互补原理。玻尔早在1927年科莫论文中就提出了波动概念与粒子概念的互补性、时空描述和因果要求之间的互补性。福尔斯(J. Folse)把玻尔1927年在科莫论文提出的现象称之为 现象性客体(phenomenal object), 该客体的性质由观察来决定。显然,这里的现象是与观察仪器相互作用所产生的东西,也明确表现在玻尔1929年出版的《原子论与自然的描述》一书的序言中。 在1935年回答EPR论证的论文中,玻尔提出了位置与动量的互补性物理性质。1937年,他认为,一个现象有两个互补的方面,它们被粒子图景和波动图景所描述。 由实验所揭示的量子现象的互补特征,获得了相互的排斥性条件,这意味着,在不同的观察相互作用下,相同现象可能呈现出不同特征。 不难发现,到1937年,玻尔所认识的量子现象还是指这显现之中显现着的东西或 海德格尔的存在者的存在, 还没有认识到显现活动及其存在者的存在之演化。 自1939年之后,玻尔改变了现象一词的用法 ,现象是指整体的观察的相互作用 。 玻尔认为:保留现象这一单词,作为在给定实验条件下的观察效应的综合,这一定义更适合量子力学符号表征的结构和解释,以及更符合认识论原则。 玻尔说:这些条件,包括说明所有必要的相关测量仪器的性质和规定,事实上构成了定义概念的唯一基础,现象通过这一概念被描述。 这表明,量子现象的描述必须说明其相关测量仪器的性质,否则,无法描述量子实验这一活动本身所呈现出来的量子现象。玻尔说:不同量子现象之间的明显的差异,其描述包括了不同的经典概念,如时空坐标或动量和能量守恒,事实上,它的直截了当的解释是,在于呈现那种现象的不同实验安排的相互排他性特征。
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量子现象学之二:直观与量子现象 吴国林
ssglwu 2010-5-23 22:59
二、直观与量子现象 从现象学看来,所谓直观( intuition )就是一种直接的把握,不经过任何中介。直观在于能够直接把握到实事本身的明见性。直观意味着无前提性、无间隔性与无成见性等。按照胡塞尔的看法,直观包括经验直观(或个体直观)和本质直观两种涵义。传统哲学意义上的直观是一种经验直观,它是对具体对象进行无中介的看,这种看仅具有个别性而不具有普遍性;而本质直观是一种直接的看,不只是感性的、经验的看,而是作为任何一种原初给予的意识的一般看,是一切合理论断的最终合法根源。 25 经验直观依据的是个别经验对象,而本质直观并不指向个别对象的具体存在,而是指向其本质。胡塞尔的本质直观是一种原初给予的直观,他说:本质直观绝不是在感知、回忆或相似行为意义上的经验,此外,它也绝不是一种经验的普遍化,即在其意义中实在地共设了经验个别性之个体存在的经验的普遍化。这种直观将本质把握为本质存在,并且不以任何方式设定具体存在。 胡塞尔把原本给予的直观看作是认识的源泉,他说:每一种原初给予的直观都是认识的合法源泉,在直观中原初地(可说是在其机体的现实中)给予我们的东西,只应按如其被给予的那样,而且也只在它在此被给予的限度之内被理解。 本质直观必须以一个或几个经验直观或个体直观为基础。我们能够以个体直观为出发点,通过目光转向,使其朝向观念对象,由此形成本质直观。胡塞尔常用的一个例子是,一张红纸。这一张红纸是一个经验的对象,它包括了纸的形状、红色的深浅等。当人直观这张红纸时,意识可以超越具体的红纸的红色的深浅、而直接把握到红本身,这就完成了从具体的、个别的经验, 超 越到一般的红。他说:关于红,我有一个或几个个别直观,我抓住纯粹的内在,我关注现象学的还原。我除去红此外还含有的、作为能超越地被统摄的东西,如我桌子上的一般吸墨纸的红等;并且我纯粹直观地完成一般的红和特殊的红的思想的意义,即从这个红或那个红中直观出的同一的一般之物;现在个别性本身不再被意指,被意指的不再是这个红或那个红,而是一般的红。 如果说,宏观的一张红纸,我们可以通过自己的感官来直接把握一般的红,那么,如果没有进行相应的科学实验,谁又能够通过自己的感官直接把握到原子或原子核等微观粒子,并进一步感性直观到原子或原子核等微观粒子的本质吗?显然,没有原子物理理论和原子物理等高能物理的实验,没有借助相应的科学仪器或科学工具,人们是无法直接感性地经验到微观粒子,更不用说感性直观到微观粒子的本质。 为此我们需要把直观的概念扩展到借助概念、科学理论和科学仪器,即是说,包括有概念分析、理论解释和科学仪器的直观,实际上这正是一种 范畴直观 ,它以感性直观为基础。直观的要害之处在于获得原初的给予性,而不在于通过什么方式。正如扎哈维说:就形式来说,直观就是一个将对象自身亲自带给我们的活动,而且这个活动通常要求复杂的知性运作。即使是 理论论证或者概念分析 ,只要它能够带给我们达到了 本原的给予性的事态 ,本质特征或者抽象说明,也能被看作直观。直观不必然地是感性的、素朴的、或者非推理的,而 仅只是非意指的 。 必须借助仪器,才可能有微观的科学,当代的科学已经是技术化的科学 (technoscience) 。一般来说,当用原有的经典仪器来观察新的微观物理现象时,原有的经典物理理论无法解释时,一种情况时是重新改变原有理论的辅助假设。当遇到不同种类的微观物理现象时,通过修改辅助假设已经无法解释新的微观现象,那么,就必须提出新的科学假说,以解释新的微观物理现象。于是,人们就会在新的科学假说引导下研究新的测量仪器,如果测量仪器观测到的实验结果与新的科学假说的预见是一致的,那么,新的科学假说就得到确证( corroboration )。现代仪器的研制,必须在科学假说的指导下才能进行,否则不知道用什么方法研制仪器,以及研究出的仪器能干什么。 可见,量子现象是可能被直观的,但它必须借助于科学仪器,而科学仪器又是在科学假说的引导下才能制造出来。只有当科学假说、科学仪器、科学实验与科学事实(实验现象的解释)一起构成一个相互自洽、相互检验的系统时,它们各自才能成立。因此,任何量子力学都可能全部达到现象学所要求的直观方法,即要求无成见、无前设、 无间隔。
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量子现象学之一:量子现象与现象学的现象的比较
ssglwu 2010-5-22 10:31
吴国林 导引:本文在于简要讨论量子现象与现象学的现象之间有没有共通性,有什么差别。发现它们之间有共性。 从现象学来看,现象包括了显现出来的东西。胡塞尔认为:现象是指显现活动本身,又指在这显现之中显现着的东西。  这显现活动与其中显现出来的东西(比如意向对象)内在相关,且有一个显现活动和显现着的东西的不断维持过程,具有生成性。由于胡塞尔的现象学最终归结为意识活动,因此,胡塞尔的现象有一个意向性的构成的生发机制。在 现象学看来:一个现象总是某物对某人的显现。 海德格尔对现象给出了一个非常重要的界定:现象学的现象概念,意指显示自身:存在者的存在( being of entities ),它的意义、变异( modifications )和衍生物 (derivatives) 。 在现象学的现象之后根本不存在别的事物;另一方面,将要成为现象的事物可能被隐藏。并且仅仅由于现象在最接近和极大程度上没有被给与,因此,不需要现象学。遮蔽是现象的对应概念。 这就是说,存在者的存在与显现是统一的,存在者的存在不是在显现之外或之后。 在物理学中,物理现象是指客观事物所表现出来的外部形象,是观察得到的初步形象。在同样的物理外界条件下,物理现象具有可重复性。物理现象可以分为宏观物理现象和微观物理现象。量子现象是一类基本的微观物理现象。 量子现象的早期研究特别关注原子的结构。 根据量子力学的有关实验与理论(如量子力学的路径积分等),并与现象学的现象概念相比较,我们发现,现象学与量子力学对现象的研究有不少相似之处,比如,两者关注环境与演化,可能性与概率,自由变更方法与互补原理等。两者也有不同点,比如,现象学从 意向性角度把现象纳入意向行为之中,现象是意向作用下的现象;而量子力学的现象则是科学现象,它纳入量子理论与相关实验之中,量子现象不是主体意向作用 下的现象。如果我们除去 现象 纳入意向性之中这一概念,并加以改造,在我看来,现象学的现象概念对于我们认识量子现象具有积极意义。
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