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纪念戈革——兼论对应原理、互补原理及 EPR 等 (下)

- 卢昌海 -

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五. 关于互补原理

互补原理 (玻尔本人通常称其为 “互补性” 或 “互补关系”) 是玻尔在 1927 年召开的科摩 (Como) 会议上提出的。 它被认为是量子力学哥本哈根诠释的核心， 同时也是玻尔对哲学的重大贡献。 对于这一原理， 很多人给予了很高的评价， 也渲染了它的轰动性。 比如传记作家穆尔 (Ruth Moore) 在其流传广泛、 但本质上是外行手笔的玻尔传记中， 称互补原理在科摩会议上的提出 “像西北风有时搅动往常很平静的科摩湖面一样搅动了会场”。 戈革先生则表示： 玻尔的互补原理及由此产生的互补哲学 “在学术思想界引起了轩然大波， 发生了难以估计的影响”， “其影响之深远甚至远远不是相对论的影响所能比拟的”。

就连一向谦逊的玻尔本人， 对互补原理也作出过相当夸张的评价。 在其有生之年， 玻尔曾致力于将互补性观念推广到物理学的其它分支 (比如热力学)， 自然科学的其它领域 (比如化学、 生物)， 甚至社会科学 (比如人类学、 社会学、 政治学) 等。 他曾表示， 他的互补哲学能使人们的思想更加开朗， 使人类的关系更加和谐， 可以代替宗教， 将来甚至在中小学里都会被讲授。

互补原理果真有那么重要吗？ 在我看来答案是否定的。 起码， 物理学上几乎没有任何重大进展曾经显著地得益于这一原理。 这一点甚至连玻尔本人的工作也不例外。 互补原理提出后， 玻尔本人在物理学上最主要的工作有两项： 一项是对电磁场的可测量性进行研究， 它源于苏联物理学家朗道 (Lev Landau) 与德裔英国物理学家派尔斯 (Rudolf Peierls) 1931 年的一些想法。 另一项则是提出了原子核的液滴模型， 它为早期的核裂变研究提供了帮助。 这两项研究都不曾在实质意义上依赖过互补原理， 虽然玻尔曾用互补原理对其中第一项研究作了一些包装^[注一]。

不过， 考虑到互补原理已被泛用到了非常宽广的领域， 而且它作为哥本哈根诠释的核心， 被很多人认为是理解量子力学所必需的， 因此从正面论述互补原理的不重要性将是困难和容易引发争议的。 本节不拟作这样的 “强攻”， 而只打算从一个非常特殊的角度出发来进行一些探讨。 这个角度就是： 究竟有多少人真正懂得互补原理？ 之所以选择这样一个角度， 是因为无论我们将互补性视为哥本哈根诠释的核心， 还是适用面宽广的哲学， 要想确认它的重要性， 确认它对后世的影响， 首先应该确认它已被很多人所理解。 这 “很多人” 虽然无需多到像玻尔所期望的那样包括未来的中小学生， 起码应该包括相当比例的物理学家， 以及视互补原理为研究对象的专业人士。 反过来说， 如果连那些人都未能理解互补原理， 那么人们围绕这一原理所作的广泛探讨， 就很可能是人云亦云、 以讹传讹， 甚至有可能是 “挂着羊头卖狗肉”。 一个不能被他人真正理解的观念， 是很难称得上对后世有真正的影响力或重要性的。 而一个物理理论的诠释， 如果能理解它的人比能掌握该理论的人少得太多， 其意义也是值得商榷的。

我们先来看看互补原理在科摩会议上的反响。 依据当时的会议纪录及物理学家们的事后回忆， 我们可以确认， 穆尔所述的互补原理像西北风搅动科摩湖面一样搅动会场并不是事实。 玻尔的演讲结束后， 玻恩、 克喇摩斯 (Hendrik Anthony Kramers)、 海森堡、 费米 (Enrico Fermi) 及泡利等人参与了例行讨论， 但那些讨论并未涉及玻尔所强调的任何重点。 事实上， 就连互补原理后来最热心的传播者罗森菲尔德也表示自己当时看不出、 也感觉不到演讲中的任何微妙之处。 与会者之一的匈牙利裔美国物理学家维格纳 (Eugene Wigner) 很好地总结了互补原理对会场的真正影响： “这篇演讲不会使我们中的任何人改变自己关于量子力学的见解”。

那么， 互补原理是如何从一个几乎无人在意的灰姑娘， 转变成一个让人耀眼生花的小公主呢？ 我个人认为， 这与爱因斯坦对量子力学的诘难有很大关系。 爱因斯坦的诘难在无形中给了玻尔一个像 “焦点访谈” 一样的重要舞台， 使他能够在众人的关注之下反复重述那些此前曾被忽视的观点。 由玻尔出面对爱因斯坦进行回击这一事实， 以及回击过程所具有的令人回味的戏剧性， 使玻尔的观点逐渐成为正统， 并得到越来越多的物理学家起码是名义上的认同^[注二]。

但这种数量上的繁荣， 却并不意味着有越来越多的人开始懂得了互补原理。 相反， 我们发现即便在互补原理的核心支持者中， 对这一原理的表述也存在很大的出入。 甚至连玻尔本人的论述也存在显著的易变性。 这一点对于熟悉玻尔的人来说是并不陌生的。 几乎所有当过玻尔助手， 帮他记录过文稿的物理学家都有一个共同体会， 那就是玻尔的文章大都会一改再改， 而且修改的过程不一定收敛。 很多文章的最后定稿并非是由于玻尔觉得满意了， 而是因为交稿的时间已到， 才不得不 “悬崖勒马”。 玻尔的科摩演讲稿就是一个典型的例子， 据帮他纪录文稿的克莱因回忆， 文稿的准备从 4 月初就开始了 (科摩会议是 9 月份召开的)， 每天都由玻尔口授， 克莱因记录， 但 “到了第二天， 他所口授的又全部作废”， 于是一切又从头开始， “就这样度过了整个的夏天”。 这样的过程有点像张三丰给张无忌演示太极剑法——两次演示的是全然不同的剑招。 可惜玻尔不是张三丰， 他的读者也不是张无忌。 玻尔对互补原理文稿的修改甚至在科摩会议之后仍进行了相当长的时间。 由这样反复修改所得的文稿尽管精细得近乎晦涩， 却仍无法完整地表达玻尔的意思。 爱因斯坦就曾抱怨说： “尽管花了很大的精力， 我还是不能得出玻尔互补原理的确切表述”。

爱因斯坦不懂倒也罢了， 他老人家本就不是量子力学阵营的。 不幸的是， “革命队伍” 的内部也出现了不和谐的声音。 量子力学阵营少壮主力之一的狄拉克沉痛交待了自己的问题 (那口气像是跟 “敌人” 学的)： “我没有弄懂那些思想， 尽管我曾经尽了最大的努力企图弄懂它们”。 爱因斯坦和玻尔的共同好友， 在两人的争论中毫无保留地支持玻尔的荷兰物理学家艾伦菲斯特 (Paul Ehrenfest) 也在给学生的信中诉苦说： “又是玻尔那种可怕的咒语连篇， 别人谁也没法总结”。 爱因斯坦、 狄拉克和艾伦菲斯特算是 “主动自首” 的。 美国物理学家派斯可就没那样的觉悟了， 他在自己撰写的玻尔传记中表示， 对自己来说阅读玻尔的作品是并不困难的， 因为自己拥有一个 “不寻常的优势”， 那就是曾经与玻尔本人谈论过互补性， 并且 “所用的小时不计其数”。 派斯随后就对玻尔的互补性概念及其渊源进行了介绍和分析。 限于篇幅， 我就不重复他的文字了， 但我要提一下戈革对派斯这番宏论的评价。 简单地讲， 戈革的评价中客气的部分是说派斯的分析 “似是而非”， 不客气的部分则斥之为 “完全是胡扯”， 戈革并且在 “完全是胡扯” 上加了着重号 (相当于再踏上一只脚)。

对互补原理的另一类 “理解” 来自熟悉东方文化或对东方文化感兴趣的人， 这方面的代表人物是日本物理学家汤川秀树及美国物理学家惠勒 (John Archibald Wheeler)。 这两人都表示互补原理在东方是一种很自然的思想方法， 不难接受。 但同样熟悉东方文化并对东方文化感兴趣的戈革并不认同这种观点， 认为他们既误解了互补原理， 也误解了东方文化， 至多只在很有限的意义下有道理。 看来戈革在这方面的眼光是相当挑剔的。 那么， 在被奥格 • 玻尔视为也许能当互补原理 “亚圣” 的戈革先生眼里， 除玻尔本人外， 还有没有真正懂得互补原理的人呢？ 有， 但似乎只有一位， 那就是 “教皇的唱诗童子” 罗森菲尔德。 在戈革看来， 罗森菲尔德才是互补原理的 “亚圣”。 但罗森菲尔德的 “亚圣” 位置却也并非众望所归， 比如奥格 • 玻尔就反复表示过反对， 他认为罗森菲尔德太教条， 而且太自以为是。

说来说去， 我们还漏掉了两个重要人物， 那就是海森堡和泡利。 这两人都是哥本哈根学派的核心成员， 他们很早就接触到玻尔的观点， 并且很早就成为互补原理的支持者^[注三]。 在这两人中， 我暂未能找到泡利有关互补原理的表述 (泡利是一位哲学味较淡的物理学家)， 因此无法评论。 但海森堡曾在《物理学和哲学》(Physics and Philosophy) 等著作中对互补原理作出过自己的表述。 从他的表述来看， 他对互补原理的理解与玻尔存在不小的差异。 在玻尔眼里， 互补原理是对量子力学作自洽理解的基础， 海森堡却反其道而行之， 把由互补原理所描述的局面的自洽性归因于量子力学数学体系的自洽性， 从而极大地弱化了互补原理的地位。 另一方面， 罗森菲尔德曾表示互补原理与唯物主义的辩证法颇有互通之处 (戈革对此不无微辞)， 但他却把海森堡归为唯心论者。 因此， 海森堡究竟在多大程度上皈依互补原理， 是一个值得存疑的问题。 说到海森堡， 顺便也提一下他的学生魏茨泽克 (Carl Friedrich von Weizsäcker)。 这位有 “量子神学家” 之称的德国物理学家在玻尔 70 周年寿辰前仔细研读了玻尔有关互补原理的论述， 并自信已理解了它的真义， 但当他征求玻尔的看法时， 玻尔却毫不含糊地给了他一个否定的答复。

以上我们讨论了几位主要的、 与玻尔有过直接接触的物理学家对互补原理的理解 (确切地说是不理解)。 信奉互补原理的物理学家当然远不止我们提到的那几位， 可惜多数人从未对互补原理作出过自己的表述， 因此我们无法评论。 不过， 假如那些与玻尔有过直接接触甚至反复讨论的物理学家都不能真正理解互补原理， 后世那些只能从有可能词不达意的文字叙述中学习互补原理的人无疑只会更不容易理解它。 此外， 还有一点也许是很多人的共同观感， 那就是绝大多数后世物理学家对量子力学的态度接近于美国物理学家费曼 (Richard Feynman) 的一个观点， 那就是量子力学的核心之谜是无法通过任何 “诠释” 而得到真正澄清的， 我们所能表述的只是量子力学是如何工作的。 换句话说， 经过了这么多年的思考和运用， 越来越多的物理学家已经意识到： 这世界是一个量子世界， 量子力学本身就是对这一世界最清晰的表述。 今天学物理的学生如果回过头去阅读玻尔等人有关互补原理的原始论文， 很可能非但不会觉得豁然开朗， 反而会感到更大的困惑。 而今天仍在研究量子力学诠释的人， 他们走的也早已不是玻尔当年那种思辨性的老路， 而是诸如退相干之类与量子力学数学体系的关系密切得多的途径^[注四]。

在本节的最后， 我也评述一下那种认为玻尔的互补原理是对哲学的重大贡献的观点。 按照与上文同样的思路， 我认为互补原理对哲学的发展也无重大贡献。 理由很简单： 物理学家尚且很难理解玻尔互补原理的确切含义， 哲学家就更没希望了。 尽管哲学文献中已出现了大量讨论或引申互补原理的文章， 但那些文章大都只是人云亦云或以讹传讹。 玻尔曾明确表示： “我可以很合理地说， 没有任何一个被称为哲学家的人真正懂得互补描述是什么意思”。 玻尔被很多人视为是极富哲学气质的物理学家， 但他晚年对哲学却殊少敬意。 他曾在旁听完一个哲学讲座后作出了相当罕见的尖锐批评： “哲学家们所说的一切都是纯粹的胡扯”。

当然， 我们无意仅凭玻尔的一两句话就否定哲学家的研究， 为了看看他们到底研究了什么， 我们来举一些例子。 我们知道， 给哲学思想贴标签是哲学家们热衷的事情之一。 在有关互补原理的哲学研究中， 有一大类是在讨论玻尔互补性思想的起源。 较新的考察表明， 几乎所有此类 “研究” 都是捕风捉影和牵强附会的。 以最主流的研究者为例， 著名的以色列科学哲学兼科学史学家雅默 (Max Jammer) 曾凭借丹麦神学家克尔凯郭尔 (Søren Kierkegaard) 在其神学著作中谈到人生态度时用过的 “飞跃” 一词， 就极富想象力地将之与玻尔所研究的定态间的 “跃迁” 联系起来， 认为玻尔的思想曾受其影响。 他的这种看法遭到了罗森菲尔德的批评。 雅默在后来的著作中放弃了这一观点， 但互补原理的 “克尔凯郭尔” 标签却不胫而走， 被其他研究者所 “吸收”， 并得到了广泛的流传， 这其中包括著名的美国科学哲学家霍尔顿 (Gerald Holton)。 同样还是雅默， 又提出玻尔的互补性思想曾受到美国哲学兼心理学家詹姆士 (William James) 的《心理学原理》(The Principles of Psychology) 的显著影响。 可惜后来的研究给出了很强的证据， 表明玻尔直到 1935-1936 年间才读到过詹姆士的那部著作， 此时互补原理早已问世多年。 类似地， 玻尔在大学时的哲学教授霍夫丁 (Harald Høffding) 也被想当然地视为对玻尔互补性思想的提出有过实质影响。 支持这一观点的研究者不仅夸大了玻尔与霍夫丁学术交往的程度及频度， 将霍夫丁夸张成玻尔的 “唯一哲学导师”， 有人甚至还将信奉严格因果律的霍夫丁贴上反因果律的标签， 以便与玻尔对因果律的放弃建立联系。 至于有关互补原理的其它形形色色的哲学研究， 以及将宗教与科学视为 “互补” 之类更等而下之的东西， 我们就不再评述了。

综上所述， 我认为玻尔互补原理的重要性被早期的物理学家及后来的哲学或史学家们显著夸大了——当然， 上面的论述算不上是决定性的。 但我想它们能说明， 互补原理无论对于物理学还是哲学， 其重要性起码都是有理由存疑的^[注五]。

六. 关于 EPR 争论

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注释

1. 玻尔有关电磁场量可测量性的研究发表于 1933 年， 是与罗森菲尔德合作的。 玻尔的这项研究是他中后期罕见的一项涉及大量数学计算的研究， 但其中的数学计算大都是由罗森菲尔德完成的。
2. 需要指出的是， 除了后文会提到的 EPR 争论外， 玻尔对爱因斯坦其它几次诘难的回复对互补原理并无实质依赖。 另外值得一提的是， 爱因斯坦对量子力学的诘难， 以及玻尔挺身而出所作的回复， 不仅有助于确立玻尔观点的正统性， 而且在很多人心中树立了他与爱因斯坦双雄并立的印象， 对于奠定玻尔在量子力学史上的领袖地位也有一定助益。
3. 海森堡与玻尔曾存在过重大的观点分歧， 经过长时间筋疲力尽的讨论后， 海森堡终于表示接受玻尔的观点。 泡利对互补原理的接受在总体上从未反复， 只在细节上有过轻微的波折。 1928 年 1 月， 当泡利得知玻尔在互补原理的表述上换了一份文稿后， 曾表示 “您换了一份底稿也使我实在高兴。 事实上， 在过了一段时间以后， 我对旧稿并不特别喜欢了。”
4. 值得一提的是， 罗森菲尔德对互补原理的支持似乎是比较极端的， 甚至曾反对将互补原理仅仅视为量子力学的诠释， 而认为互补原理是量子力学不可分割的一部分。 按照他的这个看法， 互补原理提出之后量子力学的诠释问题已不复存在， 后世在这方面的研究全都是在研究伪问题。 看来奥格 • 玻尔批评罗森菲尔德太教条、 太自以为是是很有道理的。
5. 最后补充一点： 有关互补原理的诸多误解之一， 就是把量子力学对传统观念的几乎所有冲击都归结于这一原理。 其实， 如果玻尔没有提出互补原理， 量子力学对传统观念的冲击并不会减弱。 一个很好的例子就是爱因斯坦， 他从未搞懂过互补原理， 但却依然感到量子力学深深冲击了他的观念 (他的这种感觉早在互补原理提出之前就有了)， 从而一再提出诘难 (他的诘难没有一个是直接针对互补原理的)。
6. 在玻尔引进这种 “对一些条件的影响” 之后， EPR 的实在性判据倒的确可以被认为——从玻尔的新立场看——是 “直接否定了玻尔的观点”， 只不过这时的冲突乃是玻尔修改立场所导致的， 从而谈不上是违反 “竞赛规则”。
7. 海森堡的文稿后来被收录于他与泡利的通信集中， 可惜他们的通信集似乎没有英译本。
8. 需要指出的是， 美国物理学家玻姆对 EPR 论述的简化对这些后续发展也有非常重要的贡献。
9. 这是套用玻尔的一个有名的句式： “我们赞同的比你想象的还要多得多” (We agree much more than you think)。

参考文献

1. 戈革, 《史情室文帚》(上、 下)， (中国工人出版社, 1999).
2. 戈革， 红莩论猫 (2001 年).
3. 戈革， 关于书房 (收录于董宁文编《我的书房》， 岳麓书院， 2005 年).
4. 戈革，《尼耳斯 • 玻尔集》译后记 (《科学文化评论》2007 年第 5 期).
5. 戈革口述， 邹波、 李翔整理， 正直者的困境 (2006 年 4 月 4 日).
6. 玻尔 (N. Bohr) 著， 戈革译, 《尼耳斯 • 玻尔哲学文选》， (商务印书馆, 1999).
7. 玻尔 (N. Bohr) 著， 戈革译, 《尼耳斯 • 玻尔集》(第三卷)， (科学出版社, 1990).
8. 玻尔 (N. Bohr) 著， 戈革译, 《尼耳斯 • 玻尔集》(第六卷)， (科学出版社, 1991).
9. 玻尔 (N. Bohr) 著， 戈革译, 《尼耳斯 • 玻尔集》(第七卷)， (科学出版社, 1998).
10. 派斯 (A. Pais) 著， 戈革译, 《尼耳斯 • 玻尔传》， (商务印书馆, 2000).
11. 否尔霍耳特 (D. Favrholdt) 著， 戈革译, 《尼耳斯 • 玻尔的哲学背景》， (科学出版社, 1993).
12. 玻姆 (D. Bohm) 著， 侯德彭译，《量子理论》， (商务印书馆, 1982).
13. 雅默 (M. Jammer) 著， 秦克诚译，《量子力学的哲学》， (商务印书馆, 1989).
14. 卡西第 (D. C. Cassidy) 著， 戈革译，《海森伯传》， (商务印书馆, 2002).
15. A Hero of History of Science: Niels Bohr's Chinese Translator, AIP History Newsletter Vol. XXXIII, No. 2, Fall 2001.
16. N. Bohr, Phys. Rev. 48 696 (1935).
17. B. d'Espagnat, Conceptual Foundations of Quantum Mechanics (Perseus Books Publishing, LLC. 1999).
18. A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys. Rev. 47 777 (1935).
19. R. Feynman, The Feynman Lectures on Physics vol. III (Addison-Wesley Publishing Company, 1965).
20. W. Heisenberg, Physics and Philosophy (Harper Perennial Modern Classics, 2007).
21. B. L. van der Waerden, Sources of Quantum Mechanics (Dover Publications, Inc. 1968).
22. A. Whitaker, Einstein, Bohr and the Quantum Dilemma (Cambridge University Press, 2006).

二零零八年五月四日写于纽约
二零零八年五月五日发表于本站
二零一三年十月二十六日最新修订
https://www.changhai.org/

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网友讨论选录

• 网友： shanqin   (发表于 2008-05-05)

  hehe， 读完。 互补原理从我学物理开始就没有相信过。 不知为什么， 从大一开始就极度抵制哥本哈根学派的一些解释， 尤其是互补原理。

• 网友： 韦小宝   (发表于 2008-05-05)

  真是畅快淋漓！ 越来越不喜欢哥本哈根学派那些含混不清的说法， 更反感一些人做学问的态度， 特别是那些牵强附会、 以讹传讹的追随者。 不过我喜欢玻尔的这句话 “哲学家们所说的一切都是纯粹的胡扯”。

• 网友： 快刀浪子   (发表于 2008-05-05)

  “尽管哲学文献中已出现了大量讨论或引申互补原理的文章， 但那些文章大都只是人云亦云、 以讹传讹”——在网上看到过几篇关于互补原理的哲学文章， 有的跟辨证法扯在一起， 有的跟易经扯在一起， 一片混沌， 不知要说什么。

• 网友： 大漠孤狼   (发表于 2008-05-05)

  我总觉得 “互补原理” 和 “互补哲学” 在玻尔心中也像一团迷雾似的， 自己都无法清晰表达， 别人就更无从下手了。 这有点象抓海蜇， 用力轻了拿不起来， 重了捏碎了， 轻重之间恍恍惚惚随心情和考虑范围而定， 没有客观标准。

• 网友： 海森堡   (发表于 2008-05-06)

  卢老师纪念戈革的文章写的很好， 然而从文笔趋向来看， 多少有点轻视或者没有认真对待 Bohr 深邃的思想。 从经典观念到哥本哈根解释的转变和从经典世界观到狭义相对论世界观一样无比剧烈， Bohr 对于认识论的冲击又岂会不重要？

• 卢昌海   (发表于 2008-05-06)

  To 海森伯网友： 谢谢参与。 我 第五节 所评论的只是互补原理， 而不是整个量子力学对认识论的冲击 (整个量子力学带来的观念变革， 如我在 第三节 中所说， 比相对论的更大)。 但量子力学的很多微妙之处并不是互补原理的内容。 有关互补原理的诸多误解之一， 就是把几乎所有量子力学对观念的贡献或冲击都归结于这一原理 (并进而归功于玻尔)。 事实上， 如果玻尔没有提出互补原理， 量子力学对观念的冲击并不会减弱。 一个很好的例子就是爱因斯坦， 他从未搞懂过互补原理， 但却依然感觉到量子力学深深冲击了他的观念， 从而一再提出诘难 (他的诘难没有一个是针对互补原理的)。

  此外顺便提一下， 在这篇文章中， 我有意避免直接评述互补原理的内容， 因为它的确有点象孤狼兄所说的海蜇一样， 不容易抓 (历史上凡抓过的人如我文中所述， 似乎都没抓准)。 直接论述的话 (无论论述其重要性还是不重要性)， 这抓海蜇的第一关就不容易有共识。 因此， 我特意采用迂回的方式， 通过考察它几乎没能被任何人所真正理解这一特点来评述它。 戈革本人曾给出过互补原理的一个直接表述， 那表述给我的感觉是晒干了的海蜇。

• 来自 218.247 的游客   (发表于 2013-11-06)

  “但我想， 即使最终也没有人去读它， 它存在那里， 就已经改变了中国。”——有力且悲凉。

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