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玻尔作为哥本哈根学派的领导人，不仅是量子力学的创始人之一，而且深刻地批判了传统的形而上学科学观念，提倡科学中的辩证思维，对于十九世纪末的科学思想革命也作出重要贡献，从而对现代科学思想产生重大影响。本文主要探讨玻尔的科学哲学思想。
一、主体与客体之辩证关系
物理学中，人们认识世界首先通过观察、测量手段，因而测量是一切研究的起点，也是定量地验证理论的有力根据。对于量子力学中的测量，玻尔说过：“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。在这儿，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，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。”①在这里玻尔阐述了量子力学和经典力学在测量这一问题上出现的矛盾。经典力学的观念是：人们可以对客观对象进行测量而了解客观实在，测量的结果是对于客观实在的真实反映而不带有任何主观成份，而且根据这些测量结果，人们可以预言客观事物的进程。但是在量子力学中就不同了。人们对于微观客体进行测量时，由于作用量子的存在，测量仪器对于被测量的客体之间存在着原则上不可消除的相互作用，而且这些相互作用也反映到测量结果之中。因此经典物理中“客观实在与测量无关”的信念便不适用了。经典物理中“现象”一词指物体本身在测量中所呈现的内容。而在量子力学中，玻尔明确指出：“作为一种更适当的表达方式，我曾提议用现象一词来代表在特定环境下得到的观察结果，这种特定环境包括整个装置的说明在内。②这与前者的区别仅仅在于有了仪器和客体之间的相互作用。应该看到仪器虽然是由人设计制造，按照人的目的来使用的，但它们与微观客体的相互作用过程和结果，是遵循客观规律而不依赖人的主观意志的客观过程。玻尔将包含整个实验装置在内的观察结果作为“现象”来加以分析研究，只是说明在微观领域中人必须依赖宏观仪器为中介来认识微观客体，而并不是微观客体的存在依赖于人的观测。玻尔强调了这种相互作用的客观实在性，并且指出形而上学思维的局限性。
由于微观客体是人们的知觉所无法感知的，因此，即使是认识微观客体中一个简单的事实，也要用间接手段来进行——利用仪器，把微观世界和宏观世界联系起来，把微观行为变为宏观表象。因此，间接地认识微观客体表现得特别突出。黑格尔曾指出：“不论在天上，在自然界，在精神中，不论在哪个地方，没有什么东西不是同时包含着直接性和间接性的。”③直接性指一事物的自身存在而言，间接性指一事物与他事物的关系而言，任何事物都是直接性与间接性的统一，两者相互依存不可分离，一事物的间接性即说此物的存在以他物为中介，即以他物为条件，受他物制约，互为中介，即相互制约互相联系，黑格尔认为任何具体的事物，都是具有多种性质特征的东西，而事物的本质正是在这些性质、特征、属性等等之中表现出来。黑格尔把自在之物同它的外部表现联系起来的看法是合理的。因为如果割裂开来、认识自在之物就不可能，并会使事物的外部表现失去其内在根据，因而外部表现就会变成纯粹主观的东西，列宁对此曾指出：“实质＝反对主观主义，反对把自在之物同现象割裂开来。”④列宁认为整个世界通过普遍相互联系，互为中介连成一体，这些思想对于如何认识微观客体，具有指导意义。对于如何认识微观世界，玻尔认为：“按照量子理论，它们属性只有通过它们和其它体系的相互作用才是可观察的”⑤，“由作用量子的存在规定了的客体和仪器之间的有限相互作用引起了最后放弃因果性这一概念”⑥，“人们认识到测量仪器和所研究的物理体系之间的相互作用，构成量子现象一个不可分裂的部分，这种认识，不但揭露了机械自然观的一种出人意料的局限性，而且迫使我们在整理经验时必须适当注意到观察条件”⑦。微观客体的性质具有两重性（波动性和量子性），宏观客体性质具有不矛盾性（粒子性与波动性）。因此从宏观的领域过渡到微观领域，必然引起物理思维模式从形而上学到辩证法的变革。辩证唯物主义的认识论认为：人们只能在变革中去认识世界。而在微观领域中，对微观客体的测量必然引起客体状态的变化。如果排除仪器的影响，现象本身也就消失了。因而玻尔坚持了从相互作用中认识客体，指出：“必须越来越广泛地脱离我们对于直接形象化的自然描述的要求。”⑧他强调了人在认识微观客体过程中的主观能动作用，坚持人们必须通过宏观仪器对微观客体的能动干预和变革才能认识微观客体，并且还坚持必须通过抽象的理论思维来认识客体、突破了机械唯物论“只是从客体的或直观的形式去理解，而不是把它们当作人的感性活动，当作实践去理解，不是从主观方面去理解”⑨的束缚，向物理学的机械决定论和直观反映论发起冲击，丰富了辩证法之认识论思想。
二、批判机械决定论
作为经典力学特征的决定论思想在人们头脑中占了绝对统治地位。正如拉普拉斯的名言：“设在某一时刻给定了一份情报，一份可以包括推动大自然的一切力，以及组成大自然的各事物相应状况的情况——这是一份可以把这些数据付诸分析的足够大的情报。那么，它就将用同一公式把宇宙中那些最大物体的运动和最小原子的运动全部概括起来，对它来说，没有任何东西是不确定的，而且未来也象过去一样展现在它的面前。”在经典力学中，情况确是如此，这种决定论的观念是完全正确的。但是，如果将这种观念应用于整个宇宙，那么它就会转化为谬误。在微观领域中，玻尔指出：“重复同一实验，一般会得出关于客体的不同记录；这一事实本身就直接暗示着：这一领域中的经验概括说明，必然是由于统计规律表示出来的。⑩在微观领域中，给定了确定的条件，我们无法预知客体在下一个时刻的确定位置。能确定的只是粒子在下一时刻出现在某一位置的几率。这和古典物理的决定论背道而驰。玻尔指出：“最重要的是：牛顿力学的原理意味着原因和结果问题的一种影响远大的澄清——从在某一时刻利用可测量的量来确定了的一个物理系统的态出发，牛顿力学的原理使我们能够预言该系统在以后任一时刻的态。大家知道，这样一种决定论的或因果性的说明导致了一种机械的自然观，并终于变成了一切知识领域中科学解释的一种典型。不论这种知识用什么方法取得。在这方面，很重要的是这样一件事实：更加广阔的物理经验领域的研究，曾经进一步揭示了观察问题的必要性。”(11)在发现了微观领域的统计事实以后，玻尔指出：“要返回到因果关系原理能够相容的描述方式吗？任何这样的问题都被多种多样的毫不含糊的经验所否决了。不但如此，人们很快地就证实，把想要说明原子理论中作用量子之存在的那样原始企图发展成适当的，本质上是统计性的量子力学是可能的，这样量子力学，在无矛盾性和完全性方面都可以和经典力学这一理论结构充分媲美，它是经典力学的一种合理的推广。(12)
人们会产生这样的疑问：难道量子力学中受几率所决定的偶然性是没有原因的吗？并非如此，偶然性是有原因的。探索现象的原因是科学的目的。在这里我们必须弄清楚普遍意义的因果性和经典力学中的机械决定论的区别。玻尔所否定的仅仅是机械的决定论，他自己指出：“在这种量子力学中，连续的因果性被换成了基本上是统计的描述方式。”“实验装置的古典描述以及关于原子客体的记录的不可逆性，保证着和因果关系的基本要求相容的一种因果顺序，但是决定论理想的无可挽回的放弃，却在支配着一些基本概念之无歧议应用的互补关系中得到了突出的表示，而古典的物理描述却以为这些基本概念的无限制结合为基础。”(13)玻尔的互补概念阐明了关于微观客体的知识的形式的相对性，他认为这是经典的“因果性概念本身的一种合理的推广。”因为玻尔提出的是一种非拉普拉斯的决定论的因果性，为统计的因果规律，而统计规律揭示了对于多层次的自然界系统事物的存在和发展是必然性与偶然性的共同作用，在偶然因素的表现中体现出内在的必然性，必然性又制约着偶然性，现代物理学也证明了：必然性和偶然性不是绝对的，它们都是有条件的，客观的。微观领域大量事实，以及在此基础上的量子力学理论，肯定了偶然性在客观规律中的地位。规律意味着决定论的陈旧的自然哲学观点被淘汰了。偶然性仅仅是一种外部的、个别的、非本质的不稳定的联系的看法，显然是没有根据的，偶然性现象背后往往隐藏着深刻的必然，客观规律是必然性与偶然性的统一。我们认识世界，不仅要认识必然性，也要认识偶然性。从事物的相互作用的整体效果去认识。必然性和偶然性的关系是辩证的，我们不能以其中的一个来取代另一个。机械决定论割裂了必然与偶然的联系，把两绝对地对立起来，而玻尔则看到了两者在现代物理中的辩证关系，指出机械决定论的局限性，肯定了微观领域中必然性与偶然性相互依存的性质，对物理学发展具有指导意义。
三、“互补原理”
经典力学的关于物质存在的模式是：世界上的物质只能以两种形式存在，要么是波，要么是粒子。其特征则分析是空间的广延性和局限性，粒子是在有限空间内质量或电量，而波则是指连续分布的空间中的物质的振动。这种连续性和间断性的区别是绝对的，无条件的，不可转化的。
微观领域中却是完全另一番景象，自然界的一切物质，不论是以实物粒子的形式存在，或是以场的形式存在，本质上都具有相互对立的两种形式——波动性和粒子性。例如：当在干涉衍对实验中表现出波动性，而在光电效应中表现出粒子性。最重要的是戴维逊、革末用电子晶体衍射实验证明了物质波的存在。
玻尔客观地分析了波粒二象性的事实，认为应该在认识上改变传统观念，突破经典概念的局限，提出新的理论，指出：“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，该理论的矛盾性只能通过权衡定义和观察的可能性来加以判断”。(14)事实上，我们这儿所处理的又不是现象的一些矛盾的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。”(15)他在意大利科摩召开的科学大会上，提出了著名的互原理，把辩证法运用到物理学的理论思维中。玻尔指出：“互补一词的意义是：一些经典概念任何确定应用，将排斥另一些经典概念的同时应用、而这另一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样不可缺少的。”(16)玻尔依据物理学中多方面的实验事实说明了他的互补思想，他指出自由个体的概念是互补的，光的波粒二象性是互补的，他分析了量子公设，说明了微观粒子的描述需要互补性理论，量子理论处理的不是现象的矛盾的图景而是一些互补图景，只有互补图景的全部才能提供经典描述方式的一种自然推广。他分析了波动力学与矩阵力学，指出微观客体相互作用的两种不同的陈述具有互补意义，他分析了定态概念和跃迁过程，说明时空描述与因果性要求的互补性，认为“在人们所共知的粒子穿透势垒的佯谬中，最显著地表现能量——动量守恒和时空坐标之间的互补关系”(17)。深刻地揭示了量子力学最独特的特点之一是经典物理概念虽有其局限性仍可作为对立的概念保留下来，辩证地认识到放弃形象化和因果性描述本身就是我们理解力的重大突破。玻尔一直宣传互补原理，虽然一生中做了大量努力，但他从没有给出互补原理的简单明确的具体表述。根据玻尔多次叙述的“互补”的含义，可以看出互补原理的基本思想是：要客观地描述微观客体，必须首先考虑客体的波粒二象性，必然使用两组互相排斥又互相补充的经典物理学概念，这些概念的互相制约提供了微观现象的全部信息。“特别说来，不可能分别控制原子客体和确定实验条件所必不可少的各种仪器之间的相互作用，这种不可能性就阻止了时空标号和动力学守恒定律之间的不受限制的结合，而经典物理学中的决定论的描述则是以这种结合为基础的。事实上，时间概念和空间概念的任何歧义应用都要引用实验装置，这种实验装置将涉及到一种原则上不可控制的，对固定标尺和核准时钟的动量传递和能量传递，该标尺和该时钟是定义参照系统所必须的。相反地，对以动量守恒及能量守恒定律来表示的现象加以说明，在原则上就会引起对细致时空标定的一种放弃。这些情况在海森堡的测不准关系式中得到了定量的表达，该关系式规定着在一物理体系的态的定义中确定运动学变量及动力学变量时的互相排斥性。然而适用着量子力学形式体系的特点，这种关系式并不能按照和经典绘景有关的客体属性来加以解释，我们这儿所涉及的，是无歧意应用两种概念的互补条件——一方面是时间空间的概念，一方面是动力学守恒定律的概念。(18)
玻尔把互补原理看成是对经典力学观念的变革。他说：“互补这一概念绝对不会使我们离开自然的独立观察者的地位，这一概念应该被认为是在逻辑上表现了我们这一经验领域中进行客观描述时所占的位置。人们认识到一测量仪器和所研究的物体之间的相互作用，构成了量子现象中一个不可分割的部分；这种认识，不但揭露了机械自然观的一种出人意料的局限性，而且迫使我们在整理经验时必须适当注意观察条件——所谓机械自然观，是以赋予物理系统以独立特性为其特征的。”(19)“在量子物理学的互补描述中，我们遇到一种更进步的自相谐调的推广，这种推广可以把说明物质基本属性方面有决定论意义的一些规律性包括在内，但是，这种推广超出了决定描述的范围。”(20)无论从自然界客观物质的辩证图景来看，还是从逻辑概念的扩充发展来看，正象爱因斯坦的相对性原理是牛顿统绝时空观的发展一样，玻尔把互补原理反映作为经典物理学决定论的合理推广与发展。
玻尔互补原理出微观物理理论内部的相互制约相互排斥而又相互补充的对立统一关系。全面地客观地描述微观客体的规律必须包括互斥的两个方面。这是由物质波粒二象性的本质属性所决定的，两者缺一不可，完全抛弃任何一方面都是片面的，由这样互斥又互补的描述就构成了对客体完备的理论，对于互斥与互补的理解，玻尔指出：“于是在这种互斥条件下得到的经验，显示着量子现象的不同方面；这些方面绝不是不相容的，必须认为它们是以一种新颖的方式而“互补”的。(21)应当看到微观客体的本质——波粒二象不是两者机械的结合，也不是二者在观察过程中轮番出现，而是在不同过程中，某一方面的表现占据了矛盾的主要方面。例如，可见光在光电效应中表现为粒子性占主要方面，而在衍射实验中表现为波动性占主要方面，在一定条件下可以转化表现了两者的统一性，所以玻尔互补原理揭示了波粒二象性既对立又统一，既互相排斥又相互依存的物质内部矛盾，正是互补方面的描述使量子理论成为完备的理论。
玻尔互补原理不仅是辩证思维应用于物理学中所提炼出来的解释量子力学的核心，而且加深了人们对认识论的理解，形成一种新的思维方式，玻尔本人也没有把这一原理局限于量子力学范围，而是力图把互补原理作为一个普遍的认识论原则和思维方式推广到人类认识的一切领域。他指出：“包括在原子物理学发展中认识论教益，使我们想到在远远超出物理学范围内的那些经验描述及概括中也有一些类似的情况，而且，这种教益也使我们可以找出一些共同特点来推动有关知识统一性的要求。”(22)玻尔从追求逻辑一致性、追求和谐统一出发，从分析物理学的概念框架入手，寻求新的认识论原则，发展辩证的理论思维方式。
玻尔在相对论与量子力学之间作了逻辑比较，看到了两个理论体系在抛弃旧的概念的绝对意义方面的类似性，指出在科学分析与科学综合中的新特点，要求人们去探讨人类思想范畴的固有界限和合理推广问题，为人类探求认识方法指出有益的途径。
随着人类实践的发展，人类对于自然界的认识越来越深刻，思维模式也在不断地演变。远古时代，人类对于大自然的认识是粗浅的和整体上的，这就决定了古代科学方法具有朴素的辩证法性质。十五至十八世纪是近代自然科学的产生和发展时期，由于力学成为带头科学，人们习惯于用孤立、静止、绝对的观念去分析一切，形成了形而上学的自然观和科学观。随着人类科学实践的发展，人们的思维方式也必将改变，正如恩格斯所言：“形而上学的思维方式在相当广泛的，各依对象的性质而在大小不同的领域中是正当的，甚至是必要的。可是它迟早要达到一个界限，—超过这个界限，它就陷于不可解决的矛盾之中。”(23)现代自然科学的兴起，使人们对物质世界有了更深刻的认识，物质内部的矛盾性也就暴露出来，自然界辩证发展的图象越来越清晰地展现在人们面前。这种客观存在的辩证法反映到人的思维中来，就形成了人们的辩证思维方式。由形而上学的思维方式到辩证思维方式是历史的必然。玻尔的互补原理体现了这种历史发展的趋势，是物理学思想发展史上的一次革命。
注释：
①②(14)(15)(16) N·玻尔著、郁韬译《原子论和自然的描述》，商务印书馆 1964年版，第15、82、41、42、9页。
②⑥⑦(11)(17)(18)(19)(20)(21)(22) N·玻尔著、郁韬译《原子物理和人类知识》，商务印书馆1978年版第71、66、82、23、81、81、82、83、22、83页。
⑤⑩(12)(13) N·玻尔著、郁韬译《原子物理和人类知识论文续编》，商务印书馆1978年版第13、6、7、7页。
(23)《马克思恩格斯选集》第三卷，第61页。
③④转引自列宁《哲学笔记》第103、157页。
⑨《马克思恩格斯选集》第一卷，第16页。?
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