物理學和哲學 · 附錄 英文本序言

如所周知，當代物理學已經引起人類的宇宙觀及其同宇宙的關係的重要的修正。有人設想，這種修正突破了人類的命運和自由的基礎，甚至影響到人類對他掌握自己的命運的能力的看法。這種設想，在物理學的各個部門中，再沒有比量子力學的測不準原理表現得更直截了當了。本書的作者是測不準原理的發現者。事實上，這個原理通常都冠以他的名字。因此，要判斷這個原理意味著什麼，沒有人比他更合適的了。 海森伯在他以前的一本書《量子論的物理原理》中，向專業物理學家們闡明了量子力學的理論解釋、實驗意義和教學工具。在本書中，他向外行人闡明了量子力學和其他物理理論，以及這些理論的哲學會意和它們的某些可能的社會後果。比較明確地說，他試圖在本書中提出並回答下列三個問題：（1）已被實驗所證實了的當代物理學理論肯定了什麼，（2）它們容許或者要求人們怎樣去沒想他自己同他的宇宙的關係？（3）這種作為現代西方的創造的新思想方法將要怎樣影響世界的其他地區， 海森伯只是在本書的開頭和結尾部分簡要地探討了第三個問題。讀者不要因為他的評述的簡短而忽視了它們的重要意義。正如他所指出，不管我們喜歡與否，現代思想方法將要改變並且部分地破壞傳統習慣和社會準則。非西方社會的本國領袖和他們的西方顧問常常設想，將現代科學儀器和方法引入亞洲、中東和非洲的問題，僅僅是給予當地人民以政治獨立然後向他們提供經費和實用的儀器的問題。這種輕易的設想忽略了幾件事情。第一，現代科學儀器淵源於它的理論，為了正確地製造和有效地使用它們，需要理解那個理論。第二，而這個理論又以哲學假設和物理假設為依據。一旦被人們理解了，這些哲學假設就會產生一種個人的和社會的精神狀態和行為，它們完全不同於並且在有些問題上不相容於亞洲、中東或非洲本地人的以家族、等級、種族為中心的精神狀態和社會準則。總之，人們不能在引入現代物理學儀器的同時，而不求早或晚地引入它的哲學精神，而這種哲學精神，當它一旦掌握了受過科學訓練的青年，就將推翻對家族和種族的陳腐的道德忠誠。如果要不致於因此引起不必要的感情衝突和社會的道德敗壞，那麼，讓青年人理解到他們正在遭遇的事情，這是重要的。這意味著，他們必須把他們的經驗看作是兩種不同的哲學精神的結合，即他們的傳統文化和新物理學的結合。由此可以看出人人都理解新物理學的哲學的重要性。 但是，可能有人要問：物理學是不是完全同哲學無關？現代物理學是不是只有在拋棄了哲學之後才能成為有成效的，顯然，海森伯對這兩個問題的回答都是否定的。為什麼會是這樣的呢？ 牛頓給人留下了這麼一個印象，以為在他的物理學中沒有一個假設不是實驗數據所必然要求的。當他提出他不作假說，並且他是從實驗研究結果推出他的基本概念和定律時，就給人以這種印象。如果關於物理學家的實驗觀測同他的理論的關係的這種想法是正確的，牛頓的理論就永遠不需要修正了，它也不可能包含實驗未予證實的結論了。要是牛頓的理論是隱含在事實之中，它就該象那些事實一樣確鑿和肯定。 然而，1885年邁克耳孫和莫雷所完成的實驗揭示了這樣一個事實，如果牛頓的理論假設全是真理的話，這個事實就不應當存在。這個事實表明，物理學家的實驗事實和他的理論假設之間的關係完全不同於牛頓引導許多現代物理學家去設想的那樣。在大約十年以後，關於黑體輻射的實驗迫使人們對牛頓關於他的研究對象的思想方法作又一次的改造。所以，這個結論就成為不可避免的了。肯定地說來，這意味著物理學理論既不僅僅是實驗事實的描述，也不是可以從這樣一種描述推論出來的某種東西；而是如愛因斯坦所強調指出的，物理學家只有通過思辨的方法才能得到他的理論。在物理學家的方法中，不是從事實推演到理論的假設，而是從假設的理論推演到事實和實驗數據。因此，人們必須思辯地提出理論，並且用演繹法推導出這些理論的許多結果，以便使這些理論能夠接受間接的實驗檢驗。總之，任何物理理論所作出的物理假設和哲學假設，都要比僅僅由事實所給出和隱含的假設更多。由於這個理由，任何理論，隨著同這個理論的基本假設不相容的新證據的出現（類似邁克耳孫-莫雷實驗結果那種方式），要受到進一步的修正和改造。 並且，這些假設都帶有哲學的特徵。它們可以是本體論的假設，那就是涉及科學知識的對象的假設，這種對象是同它和感知者的關係無關的；或者它們也可以是認識論的假設，那就是涉及作為實驗者和認識者的科學家同他所認識的對象之間的關係的假設。愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論由於根本改變了時間和空間以及時空同物質的關係的哲學理論，從而在本體論方面修正了現代物理學的哲學。量子力學，特別是它的海森伯測不準原理，給物理學家關於實驗者同他的科學知識的對象之間的關係的認識論所帶來的變化是很顯著的。這本書的最新奇也是最重要的命題也許就是本書作者的這樣一個論點：量子力學已經把潛能的概念帶回到物理科學中了。這使得量子論對於本體論也象對認識論一樣重要。在這一點上，海森伯的物理哲學同懷特海（Whitehead）的物理哲學有一個共同的因素。 正是由於在物理學的研究對象中引人了潛能（這不同於物理學家的認識論範疇），所以愛因斯坦反對量子力學。他說：「上帝是不擲骰子的」，以此來表示他的反對意見。這個陳述的要點是骰子遊戲以機遇律為依據，而愛因斯坦認為，後一概念只有在有限的認識主體的認識論的局限性中才能找到它的科學意義，這種局限性存在於認識主體同包羅一切的科學知識對象的關係之中，因此，當在本體論上講到那個對象本身時，那就是誤用了。這個對象自身是無所不包的，因而在這個意義上是全知的（類似上帝那種形式）；對於任何有關這種對象的科學描述，機遇或者幾年概念是不適當的。 本書之所以重要，是因為它包含了海森伯對愛因斯坦以及其他人對他的測不準原理和量子論的批評的回答。在理解這個回答時，必須記住兩件事：（1）前面提到過的關於實驗物理學的數據和它的理論概念之間的關係。（2）在（a）牛頓力學和愛因斯坦的相對論中和在（b）量子力學中，幾率概念所起的作用的區別。關於（1），愛因斯坦和海森伯，相對論力學和量子力學是一致的。只是關於（2），他們才有分歧。然而，關於（2），海森伯和量子物理學家同愛因斯坦發生分歧的理由，有相當成分取決於（1），這是愛因斯坦也承認的。 （1）斷言物理學的實驗數據不包含它的理論概念。由此可見，科學知識的對象決不是通過觀察和實驗去直接認識的，而只有通過思辨地提出的理論結構或公理假設才能認識的，這些理論結構或公理假設只有通過由它推演出來的結論間接地在實驗上加以檢驗。因此，為了深知科學知識的對象，我們必須走向它的理論假設。 當我們為（a）牛頓力學或愛因斯坦的力學和為（b）量子力學去這樣做時，我們發現，在量子力學中，幾率或者機遇的概念進入了物理系統的態的定義，在這個意義上，也就是概念進入了它的對象，但在牛頓力學或者愛因斯坦的相對論中卻不是這樣。無疑，這正是海森伯在本書中所寫的「量子論把潛能概念帶回到物理科學中來了」這句話的意思。毫無疑問，這也是愛因斯坦反對量子論時心中所想的東西。 更具體地說，量子力學同以往的物理理論的差別可以表述如下：在牛頓的理論和愛因斯坦的理論中，只要經驗地測定了在已定時刻表明系統中每個質點的位置和動量的數值，就可以準確地給出任何孤立力學系統在這一時刻的狀態；不出現任何關於幾率的數值。在量子力學中，關於觀測一個系統的解釋是一個頗為複雜的程序。觀測可以是單獨一個讀數（它的準確度還必須加以討論〕，或者觀測也可以包含一組複雜的數據，例如雲空中水滴的照相；不管是哪一種情況，只能用幾率分布（譬如說，關於系統的各粒子的位置和動量的幾率分布〕來陳述觀測的結果。這樣，理論就預言了未來時間的幾率分布。當未來的態達到時，如果只是在單獨一次觀測中，動量和位置的數值處在預期的範圍之內，那麼，理論並沒有在實驗上獲得證實。具有同樣初始條件的同樣實驗必須重複許多次，而在每次觀測中可以有所不同的位置或動量值，必須表現出與預期的幾率分布相似的分布。總之，量子力學同愛因斯坦力學或者牛頓力學的決定性區別集中在任何時刻一個力學系統的定義上，這種區別就在於量子力學在它對態的定義中引入了幾率概念，而牛頓和愛因斯坦的力學卻不是這樣。 這並不意味著在牛頓力學或愛因斯坦力學中，幾率就毫無地位。然而，它僅僅是在用以決定理論預測是否正確或不肯定的程度的誤差理論中才有地位。因此，幾率和機遇的概念僅限於科學家在證實他所認識的東西的認識論方面；它並不進人關於他所認識的東西的理論陳述。因此，在愛因斯坦的兩個相對論和牛頓力學中，都滿足愛因斯坦的格言「上帝是不擲骰子的」。 有沒有什麼辦法可以裁決愛因斯坦同海森伯及其他量子理論家的論戰呢，對於這個問題已有人作出了許多答案。有些物理學家和哲學家強調操作的定義，他們論證說：既然一切物理理論（甚至經典理論也是如此〕都給人類留下了誤差和不確定性，那就無法在愛因斯坦和量子理論家之間作出裁決。然而，這是：（a）忽視了科學方法中存在著用公理法構成的、構造性的理論定義，也存在著誤差理論和操作定義；並且，（b）假設了幾率概念以及更加複雜的測不準關係只是在操作定義的意義上進入了量子力學。海森伯指出後一假設是錯誤的。 別的科學家和哲學家走到了另一個極端，他們主張，僅僅因為在預測某些現象時有不確定性，這決不能構成「這些現象都不是完全確定的」這個命題的論據。這一論據將兩個問題結合了起來，一個問題是定義力學系統在已定時間的態的靜力學問題，另一個問題是預測這個系統的態隨時間而變化的動力學問題，或因果性問題。但是，量子論中的幾率概念只進入它的靜力學，也就是只進入量子論關於態的理論定義。因此，讀者將發現，把關於態的定義的靜力學理論成分和態隨時間而變化的動力學的（或因果性的）理論成份截然劃分開來，那是明智的。對於前一種成分，幾率概念和隨之而來的不確定性在理論上和原則上都進入了；它們不僅僅涉及操作上的和認識論上的不確定性和誤差——這類不確定性和誤差是由人類行為的有限性和不準確性所引起的，並對任何科學理論和任何實驗總都是共同的。 但是，可以問，為什麼應當在原則上把幾率概念引進力學系統在任何靜態時刻t 1 的態的理論定義中去呢？在利用公理假設作出這樣一種理論構造時，海森伯和其他量子理論家在同愛因斯坦爭論時不是普遍地以本身尚待證明的假定作為自己的論據嗎，這本書把這些問題的答案闡明如下：量子力學的程序的理由是上述命題（1），這個命題是愛因斯坦本人也接受的。 命題（1）是我們只用公理的理論構造或假設的思辨方法來認識科學知識的對象；牛頓關於物理學家可以從實驗數據推演出我們的理論概念的設想是錯誤的。由此可以推論出，斷言科學知識的對象（或更具體地說，即力學系統在已定時刻t 1 的態）必須以一種特殊方式來定義，是沒有先驗的或經驗的意義的。唯一的準則是，當求得由理論推演出來的實驗後果時，究竟哪一組關於力學對象的理論假設為實驗數據所證實？ 現在的情況是：當我們如愛因斯坦要求我們去做的那樣，在理論上和原則上只用關於位置和動量的數值來定義亞原子現象的力學系統的態，並且推演出黑體輻射的結果的時候，關於力學系統的態和原子物理學的對象的這種理論假設已被實驗證據證明是錯誤的。實驗事實絕不是理論所要求的那樣。然而，當通過引入普朗克常數並在原理中加入關於將發現有關的位置-動量數值的幾率（由此導出測不準原理）的第二組數值，而把傳統理論加以修正時，實驗數據證實了新的理論概念和原理。總之，在量子力學中關於黑體輻射實驗的情況同愛因斯坦所遇到的關於邁克耳孫-莫雷實驗的情況是相同的。在這兩種情況中，都只有通過引入在原則上是新的理論假設，才能使物理理論同實驗事實相一致。因此，如果按照愛因斯坦和上述科學哲學家的要求就應該斷言：不管量子力學是怎樣的，亞原子物體的位置和動量都是「真正」明確地處於空間和時間之中（因為它們只要用一對數字來表示就行了），從而在因果關係上，它們也完全是決定論性的，但是，要作這樣的斷言，就是要求人們承認巴為黑體輻射實驗證明是錯誤的一種關於物理知識對象的理論，所謂錯誤的意思是說，這種理論可以推演出來的實驗結果沒有得到證實。 當然，由此得不出結論說，不可能發現某種符合於以往的實驗事實的新理論，在這理論中，幾率的概念原則上不進入它的態的定義。例如，諾貝特·維納（Norbert Wener）教授認為，他找到了一些線索，可以作為這樣一種理論遵循的方向。然而，這種理論必須拒絕以愛因斯坦理論的四維時空來表示態的定義，因此，它同愛因斯坦建立在其他基礎上的命題是不相容的。無疑地，人們不能排除這樣一種可能性。然而，除非提出了這樣一種代替的理論，否則，任何一個人，只要他對關於科學知識的對象必須是什麼的問題，不主張具有某種先驗的或秘密的信息來源，那麼，他除了接受量子論的態的定義，並贊同本書作者海森伯的觀點，把潛能的概念復歸於現代科學知識的對象，別無其他抉擇。黑體輻射實驗要求人們作出結論說：上帝是擲骰子的。 因果性和決定論在量子力學中的地位如何，也許外行人和人文科學家對本書的興趣主要取決於它對這個問題的答覆。 如果要理解這個答覆，讀者必須特別注意海森伯有關（a）上述求助於幾率概念的態的定義和（b）薛定諤時間方程這二者的描述。讀者也必須弄明白（而這也是一切任務中最困難的一項），當他向上述問題時，在他的心目中「因果性」和「決定論」二詞的意義，和海森伯在說明他的答覆時，這些詞在海森伯的心目中所具有的意義是否相同。否則，海森伯所回答的不是讀者所問的問題，在讀者方面就會發生完全的誤解。 現代物理學允許因果性概念有兩個不同的、科學上準確的意義，其中一個比另一個強，而在物理學家中間，對於應當使用「因果性」一詞來表示這兩個意義中的哪一個，並沒有取得一致意見，因此，情況就更為複雜了。因此，某些物理學家和科學哲學家用這個詞來表示兩個意義中較強的一個。時常有這樣的證據，至少海森伯教授在本書中的用法就是這樣。其他的物理學家和哲學家，包括這篇序言的作者，則用「因果性」一詞表示兩個意義中較弱的一個，而用「決定論」一詞來表示較強的意義。如果按照前一種用法，「因果性」一詞同「決定論」就成為同義語了。如果按照第二種用法，則每一個決定論性的系統都是一個因果性的系統，而每一個因果性的系統卻不一定是決定論性的系統。 在這個題目的上述討論中，已經產生了巨大的混亂，因為經常出現這樣的情況：不論是提問題的人，或是回答問題的物理學家，都未曾仔細地說明在問題或回答中，他使用「因果性」這個詞，究竟是用它較弱的現代科學意義，還是用它較強的意義。如果有人問：「因果性在量子力學中成立嗎？」而沒有指明他是在較強還是較弱的意義上提出有關因果性的這個問題的，那麼，人們會從有同樣才能的物理學家那裡得到顯然相互矛盾的回答。在較強意義上使用「因果性」一詞的一位物理學家，會十分正確地回答：「不。」在較弱的意義上使用「因果性」的另一位物理學家會同樣正確地回答：「是。」自然，這給人產生了這樣一種印象，以為對於答案究竟是怎樣的，量子力學並不明確。然而，這種印象是錯誤的。一旦人們具體說明了他所說的「因果性」的意義，使得問題和回答都毫無歧義，量子力學的回答就不再是含糊的了。 由此可見，弄清楚「因果性」一詞的可能的不同含義是重要的。讓我們從外行人通常使用「原因」一詞的用法開始，然後轉到現代物理學中比較精確的意義，並且在中途考察一下亞里士多德的物理學中所說的意義。 人們可以說：「石頭打中窗於使得（Caused）玻璃破碎了。」在「因果性」（Causality）的這種用法中，它被認為是對象之間的關係，即石頭和窗玻璃之間的關係。科學家以不同的方式表示同一件事。他用石頭和窗玻璃在它們相碰以前的時刻t 1 的狀態，和在它們相碰時以後的時刻t 2 這兩個對象所組成的同一系統的狀態來描述上述那組事件。因此，外行人傾向於把因果性設想為各個對象之間的關係，而科學家則把它設想為同一個對象或者同一組對象在不同時間的不同狀態之間的關係。 這就是為什麼為了斷定量子力學關於因果供所說過的話，人們必須注意兩件事的原因。這兩件事是：（1）規定任何物理系統在任何特定時刻t的狀態的態函數；（2）將物理系統在較早的時刻t 1 的態同它在任何可確定的較晚時刻t 2 的不同的態聯繫起來的薛定諤時間方程。因此，海森伯關於（1）和（2）所說的一些活，必須小心翼翼地來閱讀。 如果我們考察一既定物理對象或物理對象系統在不同時刻的態之間的關係可能具有的可能性質，會對於理解量子力學關於這種關係的論述有所幫助。關係最弱的可能情況應該是單純在時間上相繼的情況，在這情況中沒有任何必然的聯繫，甚至也沒有出現下面這樣的事情的幾率（不管多麼小）：特定始態隨著時間的流逝，會被一個特定的未來態所追隨。為了使我們相信直接感覺的自然現象的一些感覺狀態之間具有這樣的性質，休謨（Hume）進行了論證。正如他所指出的，人們肯定感覺不到任何必然聯繫的關係。人們也不能直接感覺到幾率。對於任何現象的相繼狀態，感覺所給予我們的一切，僅僅是在時間上相繼順序的關係而已。 這一點具有頭等的重要性。它意味著，要在任何科學或常識中，得到關於任何對象或者系統的相繼狀態之間關係的因果性理論，或者甚至只要得到一個幾率理論，人們只能運用思辨的方法和由公理法構造起來、由演繹法系統闡述的科學與哲學理論，而這種理論不是直接用感覺材料和實驗數據來檢驗的，而只能通過從它推演出的結果未間接地檢驗的。 關於任何物理系統在不同時刻的各個態之間的關係的特徵的第二種可能性是一種必然的聯繫，但是人們只有認識了未來的態，才能知道這種必然聯繫是什麼。要獲得後一種關於未來態的知識，可以等它到來，或者可以觀察過去類似系統的未來態或終態。如果情況是這樣的話，因果性就是目的論的了。系統隨時間的變化是由這個系統的終態或目的所決定的。物理系統在早期t 1 時的狀態是一顆椽子而在後期t 2 時是一株橡樹，這就是一個例子。這樣兩個狀態之間的聯繫看來是一種必然的聯繫。橡子決不能變成楓樹或大象。它們只能變成橡樹。然而，給出在早期t 1 時處於橡子狀態的這種物理系統的性質，還沒有科學家能夠推演出系統在後期t 2 時將具有的橡樹的種種性質。亞里士多德的物理學就曾斷言，一切因果關係都是目的論的。 另一種可能性是，在不同時間的任何對象或任何對象系統的態之間的關係是這樣一種具有必然聯繫的關係，即知道了系統（假設是孤立的）始態，就能推演出這系統的未來態。用比較專門的數學語言來說，這意味著，存在一種間接證實了的、由公理法構造起來的理論，它的公設是：（1）指定一個態函數，它的獨立變量完全規定了系統在任何指定時刻的態，（2）規定一個時間方程，把在任何早些時候t1時這個函數的獨立變量的經驗數值和在任何特定的晚些時候t 2 時它們的經驗數值以這樣一種方式聯繫起來，那就是把操作上決定的t 1 時的數值巢引人時間方程，未來t 2 時的數值只要用解方程的辦法就可以推算出來。如果情況是這樣的話，那麼，各個態之間的這種時間關係就可說是給力學因果關係作出了例征。 應當注意，這個力學因果性的定義對於需要用怎麼樣的獨立變量來規定系統在任何已定時間的態的問題，仍然懸而未決。因此，至少出現兩種可能性：（a）幾率概念可以用來規定系統的態，或者（b）不可以這樣使用幾率概念。如果（b）成立，態函數中就不出現同幾率有關的獨立變量，這時就存在著較強類型的力學因果性。如果（a）成立，同幾率有關、也同位置、動量這類其他性質有關的獨立變量就會在態函數中出現，這時就只存在較弱類型的力學因果性。如果讀者心中牢記力學因果性的這兩種意義，並且弄明白海森伯在本書的任何特殊句子中引用的是哪一種意義，那就應當能夠得到有關現代物理學中因果性狀況問題的答案。 決定論又是怎樣的呢，也是這樣，在物理學家和科學哲學家中間，關幹這個詞該如何使用，也沒有一致的協議。按照常識的用法，它和可能最強的因果性相等同。因此，我們將把「決定論」一詞只用來表示力學因果性的較強類型。這樣，我相信，本書的細心的讀者會對他的問題得到下列答案：在牛頓力學、愛因斯坦力學和量子力學中，與其說是目的論的因果性成立，不如說是力學因果性成立。這就是為什麼把量子物理學稱為量子力學，而不稱為量子目的論的緣故。但是，既然牛頓物理學和愛因斯坦物理學中的因果性是屬於較強的類型的，因而這種因果性既是力學的，又是決定論的；而量子力學中的因果性，是較弱的因果類型，因而是力學的，但不是決定論的。從後一事實可以看出，如果海森伯在本書中處處是在較強的、決定論的意義上使用「力學因果性」一詞，並且提出這樣的問題；「在量子力學中，這種較強意義的力學因果性成立嗎？」那麼，答案必定是「否」。 讀者會發現，情況甚至比不同類型的因果性之間的這些初步區分所顯示的還要複雜。然而，可以期望，對這些不同的意義予以集中的注意，會使讀者能夠找到比用別的辦法更方便的辦法來讀懂這本異常重要的書。 這些區分還足以使人們抓住在現代物理學中引人較弱類型的力學因果性（這已出現在量子力學中〕的巨大哲學意義。它的意義就在於將亞里士多德物理學中的客觀的、並且在這個意義上是本體論的潛能概念和現代物理學中的力學因果性概念調和起來。 由此可見，如果讀者由於海森伯強調了在量子力學中有某種類似於亞里士多德的潛能概念的東西，就下結論說當代物理學已把我們帶回到亞里士多德的物理學和本體論，那該是一種錯誤。如果反過來作這樣的結論：因為在量子力學中，力學因果性在它的較弱的意義上仍然成立，所以，現在在現代物理學中，在它的因果性和本體論方面，同量子論產生以前的情況完全一樣。這個結論同樣也是錯誤的。已經發生的事情是：在量子論中，當代的人已經超過古典的、中世紀的和近代的世界前進到一個新的物理學和哲學，它把兩者的某些基本的因果性的假設和本體論的假設前後一致地結合起來了。這裡，讓我們回想起這樣一點，就是我們使用「本體論的」一詞去表示任何實驗上證實了的科學理論的概念，這些概念涉及了科學知識的對象，而不僅僅涉及那種作為認識主體的科學家和他所認識的對象之間的認識論關係。當物理學家們發現，除非他們把幾率的概念，從它在規定什麼時候他們的理論在實驗上被證實或不被證實時所扮演的牛頓式的和愛因斯坦式的、僅僅是認識論的、誤差論的角色，擴大成為在理論公設中原則上被指定的、表征著科學知識對象本身的本體論角色，否則，就不可能從理論上說明康普頓效應和黑體輻射實驗的結果；在這個時候，這樣一種實驗上證實了的關於本體論的潛能和本體論的力學因果性的哲學綜合（在後一概念的較弱的意義上）也就出現了。 海森伯在他聽從於那種由實驗和教學的考慮二者所強加給他的，使他以如此深刻的方式來修正中世紀和現代人的哲學和科學信仰的必要性之前，經歷了本書所描述的那樣一種主觀感情經驗，對此，我們用不著感到驚訝。對最富有創造力的時刻的人類精神的第一手描述感興趣的那些人，會僅僅因為這個因素就會想讀這書本。如果人們回想一下，甚至象愛因斯坦這樣勇敢和富有創造精神的人物，也曾在邁出背離近代經典物理學的徹底決定論這一步時躊躇不前，人們就會讚賞邁出這一步的勇氣了。愛因斯坦不允許上帝擲骰子；他認為，在科學知識的對象中不可能有如量子力學中較弱形式的力學因果供所允許的那種潛能。 然而，在人們作出「上帝已成為一個十足的賭棍，並且潛能存在於一切對象之中」這樣的結論之前，必須注意到量子力學給它的力學因果性的較弱形式的應用所加的某些限制。為了體會這些限制，讀者必須注意本書關於下述三方面的論述：（1）康普頓效應，（2）普朗克常數h和（3）用普朗克常數h來規定界限的測不準原理。 這個常數h是一個有關任何物體和物體系統的作用量子的一個數值。這個把原子性從物質和電擴展到光以至能量的量子是很小的。當被觀測系統的各個量子數都很小，就像亞原子現象中的情形那樣時，由海森伯的測不準原理所規定的系統質點的位置和動量的不確定性就變得可觀了。從而，與態函數中位置-動量數值相聯繫的幾率數值也變得可觀了。然而，當系統的各量子數都很大時，海森伯原理所規定的不確定性就變得無關緊要，而態函數中的幾率數值也可以忽略不計。這就是關於普通的大物體的情形。在這個時候，具有根本上較弱類型的因果性的量子力學，就作為它本身的一個特例，導致了具有較強類型的因果性和決定論的牛頓和愛因斯坦力學。因此，當人類僅僅考慮普通的大物體時，較強類型的因果性就成立，從而決定論仍居統治地位。 然而，亞原子現象對於人類也是具有科學意義的。至少，對於這個領域，控制人類的因果性是屬於較弱的類型，而人類把力學的宿命和潛能二者都體現了出來。有一些科學根據可使人相信這種情況甚至在遺傳中也會發生。想在本書篇幅之外探索這個題目的任何讀者可以看看愛爾文·薛定諤（Erwin Schrodinger）教授的《生命是什麼？》一書，薛定諤是一位物理學家，量子力學的時間方程就是用他的名字命名的。無疑，潛能和較弱的因果性形式對於人類的無數其他特性也是成立的，特別是人的大腦皮層神經中樞的那些生理現象，那些現象在認識上是同人類的直接的內省觀念和目的相關聯的。 如果上述可能性成立的話，一個科學、哲學以至道德的難題就可以迎刃而解了。這個問題就是：力學因果性，甚至是它的較弱的形式即量子力學的因果性，如何同專門存在於人的道德、政治和法律目的中和他的身體行為（其中至少有一部分是由於上述目的）的有目的的因果決定中的目的論因果性調和起來，簡單地說，海森伯在本書中詳細闡述的物理哲學怎樣同道德、政治、法律科學和哲學調和起來，如果在這裡對某些把物理學因果性理論同人文科學和社會科學中的機械論和目的論之間的廣泛關係關聯起來的某些論文作一簡要的介紹，可能有助於讀者體會到為什麼在這些較大問題能被正確理解和有效解答之前，必須精讀這本書。這方面有關的論文是：（a）羅森勃呂特（Rosenblueth）、維納（Wiener）、畢格羅（Bigelow）等教授在1943年 1月《科學的哲學》（The Philosophy of Science）期刊上的論文；（b）麥克柯勒（McCulloch）和皮茨（Pitts）兩博士在《數學生物物理學通報》（The Bulletin of Mathematical Biophysics）第 5卷（1943年）和第 9卷（1949年）上的文章；（c）本序作者（即F·S C．諾斯勞普）編的、耶魯大學出版社1949年出版的《意識形態分歧和世界秩序》（Ideological Differencesand World Order）一書的第十九章。如果在讀了本書之後再讀上述文章入阿將表明目的論因果性是怎樣作為海森伯在這裡描述的力學因果性的一個特例而出現的。同樣（b）將提供一個用（a）的目的論力學因果性來表示的內省觀念的神經關聯的物理理論，從而對觀念為什麼能夠對人的行為產生一種有因果性意義的效果作出解釋。並且，（c）將表明人的道德、政治、法律觀念和目的如何以（b）和（a）的方式，與海森伯在本書中如此透徹地描述過的物理潛能和力學因果供理論相聯繫。 還需要提醒讀者注意的是海森伯教授關於玻爾的互補原理所作的論述。這個原理在波爾、海森伯都包括在內的「哥本哈根學派」所作的量子論解釋中起著重大的作用。某些量子力學的學者，例如馬報腦（Margenau）在他的《物理實在的本性》一書中，都傾向於下述結論：量子力學僅僅需要它的態的定義、它的薛定諤時間方程和其他一些數學公設，就足以保證（如前所述）把愛因斯坦力學和牛頓力學作為量子力學的特例而從量子力學推導出來。按照後一個命題，互補原理是起因於人們不能在內心連續地保持較強或較弱的力學因果性，而把較強的形式最終歸因於量子力學中只包含較弱形式的那些部分。當這種情況發生時，必須引入互補原理以避免矛盾。然而，如果人們迴避了上述實際，互補原理即使不成為無用的，至少也不過是一種形式，這樣，人們要避免如馬報腦所指出並為玻爾所重視的那種危險；那就是以互補原理的名義，反覆無常地玩弄矛盾律，給物理學和哲學問題以虛假的解決。 通過互補原理的使用，對於原子物理學的粒子圖象的日常語言和其波動圖象的日常語言所必須加上的限制都融合在一起了。但是一旦用那種由公理法構造起來的數學嚴密性來表述這個結果，互補原理的任何進一步使用都僅僅是當人們拋開量子力學的嚴格而又基本的數學假設，而沉灑於日常語言和波動與粒子的映象時的一種表面的方便。 為了使讀者能夠對海森伯在本書中關於物質實體和精神實體的日常概念和笛卡兒概念的論述作出有見識的判斷，有必要深入到互補原理的不同解釋中去。這是因為他所作的關於笛卡兒的結論來源於他把互補原理推廣到物理學之外，首先推廣到通常的生物學概念和數學物理學概念之間的關係上去，其次推廣到肉體-精神問題上去。這種推廣的結果是，笛卡兒的精神實體理論，正如一般實體概念一樣，在本書中比本序作者所知的任何其他論述當代物理學的哲學的著作要運用得好得多。 例如，懷特海曾下結論說，當代秤學和哲學沒有實體概念的地位，也不需要實體概念。中立一元論者（Neutral monist）如羅素勳爵和邏輯實證論者如卡爾納普（Carnap）教授也都同意這種看法。 一般地講來，海森伯主張：在人們知道了那些使原子物理學問題完全闡明的精煉的概念之後，就沒有強制性的理由要拋掉通常的生物學概念，或者數學物理學概念。因為原子物理學問題的闡明是完全的，它只同科學中一個範圍很有限的問題有關，而不能使我們在其他地方避免使用許多經不起量子力學中所作的那種批判分析的概念。既然完全闡明的理想是不能達到的——重要的是，在這一點上我們不應當受騙——人們可以沉湎於日常概念的使用，如果使用日常概念是足夠小心謹慎的話。在這方面，當然，互補性是很有用的科學概念。 在任何事件中，有兩件事看來是明白的，它們使得海森伯關於這些問題所作的論述顯得特別重要。第一件事是互補原理同肉體與精神的笛卡兒概念及日常概念在目前的有效性是共存亡的。第二件事是可能所有這些概念不過是方便的梯子，它們在現在或者將來總得被拋掉。即使如此，至少在關於精神的理論方面，這梯子必須一直留到這樣的時候，在那時我們由於使用它而找到了語言學上更嚴格和經驗上更令人滿意的理論，使得我們可以搬掉笛卡兒的語言。誠然，關於精神的片段的理論並不求助於現有的實體概念，但是，這些理論的作者當中，除了懷特海，還沒有人說明過，這種片段的理論的語言怎樣才能同人類知識的其他事實的科學語言建立起相稱的和相容的關係。因此，任何人，不管他是一個專業物理學家，還是一個哲學家，或者是一個外行的讀者，如果他認為在這些重要問題上要比海森伯懂得更多，他就會留巨大的風險去設想他有一個關於精神及其與肉體的關係的科學理論，可是事實上大概不會有這麼一回事。 到此為止，我們集中注意了當代物理學的哲學關於科學知識的對象（作為不依賴於它和認識主體即科學家的關係的客體）所作的論述。簡言之，我們已經講到了它的本體論。這種哲學還有它的認識論成份。這種成份分為三個部分：（1）下述兩方面的關係：（a）給予物理學家（作為對他的觀測和實驗進行歸納的認識主體）的直接觀測資料；（b）思辨地提出的、間接證明了的、用公理法構造起來的他的理論公設。後一項（b）規定了作為客體的科學知識的對象，因此給出了本體論。（a）和（b）之間的關係規定了認識論中的一個因素。（2）幾率概念在誤差論中的作用，利用誤差論，物理學家可以規定一個準則，用以判斷他的實驗數據（由於人的實驗誤差）可以偏離理論公設所推演出來的結果到什麼程度，而仍然可認為是證實了這個理論。（3）所進行的實驗對於被認識的對象的影響。海森伯關於當代物理學的這三個認識論因素中的頭兩個因素所作的論述已在本序中著重說明了。還有待讀者予以注意的是他關於第三項的論述。 在量子力學以前的現代物理理論中，（3）不起任何作用。因此，那時現代物理學的認識論只需（1）、（2）就完全被說明了。然而，在量子力學中，（3）[以及（1）和（2）]變得很重要了。當被觀測的對象的量子數是很小時，觀測動作本身就會改變被觀測的對象。 從這個事實出發，海森伯對有關觀測對象、進行觀測的物理學家、以及宇宙的其餘部分三者之間的關係作出了很重要的結論。如對下列關鍵性論點予以注意，就能夠體會這個結論。讀者可能還記得，在本序前面所作的若干關於力學因果性的定義中，加了限制詞「對於一個孤立系統」；在其他地方它是隱含的。這種限制條件在牛頓和愛因斯坦力學中原則上可以得到滿足，而且在實際上，通過精益求精的觀測和人們的實驗儀器的改善，也可以得到滿足。然而，在量子力學中關於科學知識對象的態的定義中，幾率概念的引入，在原則上而不僅是在實際上（由於人的觀測和儀器的不完善〕不允許滿足「物理學家知識的對象是一個孤立系統」這一條件。海森伯還說明，把實驗儀器、甚至把進行觀測的物理學家的眼睛也包括在作為認識主體的知識對象的物理系統之內，也幫不了什麼忙，因為，如果量子力學是正確的，那麼，一切對象的態在原則上都必須用幾率概念來定義。因此，只有當整個宇宙包括在科學知識的對象之內，限制條件「對於一個孤立系統」才能夠得到滿足，並且即使對干力學因果性的較弱形式也能滿足。很清楚，本書證明當代物理學的哲學在它的認識論方面和它的本體論方面一樣新奇。確實，正是由於它的本體論的新穎——潛能和較弱形式的力學因果性的前清一致的統———才產生了它的認識論的新奇性。 毫無疑問，另一件事也是清楚的。現代物理學的一些由實驗證實了的特殊理論，對它們關於人類知識對象及其身認識主體的關係的論述所作的分析，展示了一種非常豐富多采的本體論和認識論哲學，它是科學理論和科學方法本身的一個主要部分。因此，物理學既不在認識論上也不在本體論上中立。否認物理學家理論的任何一個認識論假設，就沒有科學方法可以檢驗理論關於物理對象所作論述究竟是真是假（指在經驗上是否被證實的意義上）。否認任何一個本體論假設，在用公理法構造起來的物理學家理論的數學公設中，就沒有足夠的內容可以允許椎演出實驗事實，而提出這些實驗事實是為了進行預測、作出始終一致的對應並且作出解釋。因此，實驗物理學家在多大程度上向我們保證他們的當代物理理論間接地在實驗上被證實了，那麼在事實上（ipso facto），他們也就在同樣程度上向我們保證這個理論的豐富多采的本體論和認識論哲學已被證實了。 當這種從經驗上證實了的自然科學中的關於「真」的哲學同人文學和社會科學中關於「善」和「正義」的準則打成一片時，人們就有了倫理學和法學的自然律了。換句話說，人們有了一個具有科學意義的認識標準和方法，它可用來判斷成文法律中那種字面上的關於個人和社會的規範，也可以用來判斷那種體現在實際的人的風俗、習慣和傳統文化制度以及世界文化中的活生生的社會精神。這種新的物理哲學同一些有關的人類文化哲學相結合，是今天和明天的世界的主要事件。正是在這一點上，本書中的物理哲學同它與物理學的社會後果的重要關係結合在一起了。 本書的一些章節曾於1955至1956年間冬季學期在聖安德魯茲（St．Andrews）大學的基福特（Gifford）講座上宣講過。按照基福特講座創立者的意志，這個講座應當「自由地討論所有下面這類問題：人類關於上帝或者無限、它們的起源、自然和真理的概念，人類是不是能夠有任何這類概念，上帝是不是要受到任何限制，那是些什麼限制，如此等等」。海森伯的這些講演並不試圖涉及這些最普遍和最困難的問題。但是，他的這些講演力圖遠遠超越一門專門科學的有限範圍，而深入到那些由於自然科學新近的巨大發展和影響深遠的實際應用所引起的關於人的一般問題的廣闊領域中去。 諾斯勞普（ F·S·C·Northrop) 耶魯大學法學院斯特林講座哲學和法學教授