怎样科学地认识玻尔的互补原理*，本文主要内容关键词为：原理论文,科学论文,玻尔论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
19世纪末20世纪初，物理学曾经历了一场翻天覆地的革命。在这场革命中，出现了四位科学巨人，这就是发明量子理论的马克斯·普朗克，创立相对论的阿尔伯特·爱因斯坦，发现原子核的欧内斯特·卢瑟福和被誉为“原子物理学之父”的尼尔斯·玻尔。有人称他们是“左右了本世纪和下一世纪命运的人”。而在这四个人当中，“玻尔比任何人，甚至爱因斯坦在内，都更多地改变了这个世纪”。玻尔之所以受到人们如此的高度评价，自然是得益于他提出的互补原理。狄拉克认为，互补原理急剧地改变了物理学家的世界观，其改变程度是空前的；奥本海默认为，这是人类思维进入新的进化阶段的开始；惠勒认为，这是本世纪中最革命的思想；奥米里扬诺夫斯基认为，这是辩证矛盾的一种形式。从这些评价中，我们可以看到人们对这一思想的推崇与重视。然而，对于玻尔的这一思想，却也存在着大量的分歧与争论，它首先受到爱因斯坦、薛定谔、劳埃、德布罗意、波姆、布洛欣采夫等物理学家和哲学家的批评。因此，怎样科学地认识玻尔的这一思想，就成为原子物理学和哲学研究的一项重要内容。
关于玻尔的互补原理，历来存在着不同的理解、争论与看法。究其原因，主要有二：一是“玻尔那种非公理化的、力求含蓄的隐晦的表达方式，给人们造成了很大的理解上的困难和不确定性”。〔1 〕因此连狄拉克（P.A.M.Dirac）也表示：“我非常佩服玻尔， 他似乎是我所遇到过的最深沉的思想家。他的思想，属于那种我愿意称之为哲学性思想的范畴。我没有弄懂那些思想，尽管我曾经尽了最大的努力来企图弄懂它们”。〔2〕二是“这样重要的一个原理或观点， 玻尔却从来不曾对它作过定义式的说明”。“他很少用‘黑体字’来给出定义或结论。于是就造成了一些有趣的情况。有时候人们掌握不住玻尔思想的‘重点’，不知道这种思想的精髓到底是什么。另外，既然互补原理没有什么权威性的表述，人们就按照自己的理解提出了各种不同的表述，但是谁也不敢说这些‘私家’表述到底在多大程度上符合玻尔的原意”。〔3 〕重要的不在于是否存在分歧，而是如何看待和解决这些分歧。我个人认为，研究玻尔的思想应该以其哲学为基础，这就是以玻尔的互补方法来认识其互补原理。
当然，掌握玻尔互补原理的精神实质，是正确理解互补原理的基础。我们应该给互补原理一个正确的科学的理解与认识，这是应该充分肯定的。因为任何科学性的认识，其含义都是明确的、确定的。但是反过来，我们也不必要强求必须有一个统一的解释与认识，因为任何科学性的认识，其含义又都存在着模糊的、不确定的一面。从特定事物或现象来看，任何真理性的认识，都只是对该对象一定方面、一定程度、一定层次的正确反映，其反映的深度与广度总是有限的，具有近似的性质。所以，承认我们的认识有待于深化，承认真理的相对性，就必然要承认科学认识的不确定的一面。这就是说，任何科学性的认识，都是绝对与相对、确定与不确定的辩证统一。正如列宁指出的，这种区分正是这样地“不确定”，以便防止把科学变为僵死的教条；但同时又是这样的“确定”，以便最坚决果断地同信仰主义和不可知论划清界限。〔4 〕我们可以看到这样一种倾向，人们在研究互补原理时，总是试图要给它作出一个确定的规定、定义或概念，以期望形成一个统一的认识和理解。实际上，这是很难做到的，也是不科学的，因为它恰恰从根本上违背了玻尔的互补原理。事实上，如果我们只是一味地恪守所谓的“‘正统’观点”和“权威性的表述”，追求一种“不太走样的了解”甚至必须“符合玻尔的原意”，〔5 〕而对科学探索中其他的一些不同意见和不同的理解与认识则看作是对玻尔思想的“严重的歪曲和误解”，甚而认为“这些探索的收获，看来却十分可怜”，有许多人是“望文生义、哗众取宠”。〔6〕这种态度是不科学的，因而也是不可取的。 科学的伟大发现，往往正是认识互补的结果。玻尔一生的治学态度和作风，是以他的互补哲学为基础的。有人问玻尔，“为什么总有大批优秀的青年科学家聚集在你的周围？”玻尔回答说：“因为我不怕在年轻人面前显露自己的愚蠢”。1921年，19岁的海森堡指出了玻尔的一个错误，玻尔相当高兴，立即邀请他到哥本哈根工作。泡利也是在同玻尔发生学术上的分歧后，才经过研究，提出了不相容原理的，这一点也很得玻尔的赏识。这些人后来都成为哥本哈根学派的顶梁柱。对于反对自己学派的人，玻尔也能正确对待，决不采取排斥异己的做法。众所周知，薛定谔对于被哥本哈根学派推崇备至的互补原理，就曾经颇不以为然。玻尔并不因为他对自己提出的原理持否定态度就大动肝火，相反，他热情邀请薛定谔来哥本哈根讲学，切磋交流。这种良好的学风，使哥本哈根学派的矩阵力学理论和薛定谔、德布罗意的波动力学理论都得到了充分发展，最后殊途同归，由狄拉克合而为一，成为统一的量子力学。因此，研究玻尔的互补原理，我们不必要强求一个统一的解释与认识，而应该以玻尔的互补方法来认识玻尔的互补原理。
对于这样一个“改变了这个世纪”的重要原理，玻尔却从来不曾对它作出定义式的说明，这是值得我们深思的，是这位科学巨人的疏忽吗？绝不是。玻尔这样做，自然是与他的互补哲学分不开的。从他对互补一词的解释来看，玻尔指出：“互补一词的意义是：一些经典概念的任何确定应用，将排除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”。〔7 〕对于微观粒子的波粒二象性，玻尔认为波动和粒子作为两个理想的经典概念，它们在应用上是互相排斥的，其中每一个概念都只是部分地正确并都有一个有限的适用范围，但却不能被同一实验同时表现出来。任何一个单独的概念或图景，都不能对同一原子客体所引起的各种量子现象作出全面的解释。要想得到微观粒子的完整图象，只有把两类仪器的实验结果即波动性和粒子性相互补充，才能得到对粒子的完全认识，它们之间是一种互斥而又互补的关系。玻尔的解释，使我们明确了微观粒子现象的任何观察，都将涉及一种不可忽略的和观察仪器之间的相互作用。它至少给了我们这样一个哲学启示：不同的观测仪器，对同一对象可以得出不同的观测结果；不同的感觉器官与对象所构成的特殊关系，决定了感官功能的差别，因此向主体提供的表象也呈现为一种互补结构；同理，不同的主体对于同一客体的感觉会因主观背景的不同获得不同的结果，从而呈现为一种多元互补结构。反过来，任何一个经典概念的确定与应用，都是对观察对象即客体的某一个层次、某一个侧面的部分正确的反映与概括，因而都存在一个有限的适用范围。这就是说，任何经典概念的抽象与规定都是不完备的，有缺陷的，它们只有通过互补才能达到完美无缺。对于互补原理的认识与表述来说，也同样存在着这一问题。作为这一思想的提出者和创始人，玻尔对此当然是十分明确的，我想这正是玻尔为什么没有对互补原理作出定义式的说明的根本原因。按照互补原理所揭示的哲学思想来看，玻尔则更喜欢让人们自己得出互补性的结论，而不是由自己做出定义式的说明去强加给人们。这正是玻尔那种论辩式的、非公理化的风格的体现，他一般常常是提出一个问题就一路说下去，向你展示各种局势，进行正面和反面的分析，指出最值得注意的地方，从而力图引导人们自己得出结论。如果作出一种定义式的说明与规定，无异于限定了一定的框框，从而限定了人们的思维方式，影响了人们从不同的角度、层次、侧面对互补原理形成一种互补性质的全面理解与认识。同时从科学的发展来看，任何科学认识只是对绝对真理的无限逼近，因而任何理论都必然具有某种程度的相对性。这种相对性的存在已为哥德尔的“不完备性定理”所证明；一个无矛盾（一致性）的理论体系不可能是完备的。如果系统内部是完备的，其一致性在本系统内不可证，即包含着不可判定的命题。哥德尔理论虽然讲的是数学，但这一发现有着重要的方法论意义。它告诉我们，作为对统一的、运动的物质世界某一层次、侧面或阶段反映的科学认识，无一不存在这种“不完备性”。互补原理作为一种科学认识，同样存在着“不完备性”，它有待于在科学的发展中不断地加以丰富与补充，这正是玻尔为什么对互补原理没有作出定义式说明的高明之处。
在关于互补原理的研究与理解上，还存在着一种倾向，这就是为了追求一种“正统”的、毫不走样的理解，从而要求一切的解释都必须完全符合“玻尔的原意”和“严格意义下的互补性”，从而把它限定在一个狭小的范围内。这些同志认为，“玻尔所理解的严格意义下的互补性，包含着不能结合成一体这样一个条件。例如两个互补的图象（例如微观客体的波动图象和粒子图象）根本不可能结合成为一种统一的图象：它们之间除了严格意义下的‘互补’（即不可偏废）这一很松散的关系以外再也不存在任何稍微紧密一些的关系”。〔8 〕“两种互补的事物也和辩证法中两个矛盾着的方面并不相同，因为互补的事物是不能同时出现的（‘尹邢避面’），而矛盾着的方面则是不断‘斗争’着或相互作用着的”。〔9〕还有的同志甚至认为， “具有互补关系的两部分之间互相排斥，既不是互相矛盾也不会统一起来，否则就不是互补关系”。〔10〕这种解释，对于微观粒子的波粒二象性来说，无疑是正确的。然而客观世界是纷繁复杂、多种多样的，由此决定了事物的互补方式和方法也是多种多样的。实际上，互补原理的哲学意义已经远远超过了波粒二象性的解释，它所揭示的方法论原则也绝不止一种形式，它所涉及的范围是极其广大的，具有广泛的普遍性，因而适用于不同领域，也必然存在着多种多样的互补形式和方法。如果把特指量子现象的相互排斥不能统一的互补现象和方式作为唯一的方式当作教条来到处套用，或者机械地搬来用以裁剪客观世界中多种多样的互补形式和方法，稍不符合就加以否认，这决不是一种科学的态度。现代科学的发展，涌现了一大批的科学方法，如系统方法、控制方法、信息方法等，对于这些科学方法，我们必须给以哲学的论证与升华，使之上升到唯物辩证法的高度，而不是简单地移植和机械地照搬，互补原理及其方法也不例外。事实上，玻尔本人对互补原理既没有作任何标准化的规定和定义式的说明，也没有给它划定一定的范围。相反，在互补原理提出后的几十年里，他并没有把它仅仅限制在物理学领域或者仅仅满足于物理学上的解释，而是试图把它运用于人类知识的所有领域。玻尔说：“包括在原子物理学发展中的认识论教益，使我们想到在远远超出物理科学的那些经验的描述及概括方面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寻求”。〔11〕正是基于这一思想，玻尔运用互补原理去解决生物学、心理学、数学、化学、人类学、语言学、民族文化等科学问题，并试图揭示其他形式的互补关系以及与量子物理学有点类似的形式。他并没有划出一定的范围与界限，规定在其他学科的运用中必须符合量子现象中互补关系的两个部分互相排斥不能统一。在他自己设计的族徽中，采用了中国阴阳学说中的“太极图”案，而“太极图”本身就是一个互相补充和统一的图案，如果按照“严格意义下的互补性”去理解，恐怕这也是不能容许的。
在物理学上，常常有许多学派，它们有时完全是互不相容的，但它们都在一定范围内真实地反映了自然。光的波动说和微粒说争论了几百年，难以判定谁正确谁错误，结果只要把它们互补起来，则我们对光的认识就更加正确了。近年来，爱因斯坦的广义相对论也受到挑战，加拿大多伦多大学的John.W.Moffot 提出一种新的引力理论与爱因斯坦的广义相对论相对抗。他的理论能解释一些爱因斯坦理论所不能解释的现象，我们同样不能简单地下结论两种理论到底谁对。对于互补原理的理解与认识也是这样，我们既不要强求一个统一的解释与认识，也不要企图给它作出任何标准化的规定与说明，从而把它限定在一定的范围内。以玻尔的互补方法来认识玻尔的互补原理，这才是我们应该采取的科学态度和遵循的方法论原则。
* 本文系作者《怎样科学地认识玻尔的互补原理》、 《互补原理及其认识论的新形势》、《互补方式的复杂多样性》、《互补原理的方法论意义》等系列论文之一。
注释：
〔1〕〔3〕戈革：《尼耳斯·玻尔和他的互补原理》，《自然辩证法通讯》1987年第5期，第1页，第4—5页。
〔2〕C.Weiner编，History of Twentieth Century Physics,Academic Press,1977,P·134.
〔4〕参见《列宁选集》第2卷，第135页。
〔5〕〔6〕戈革：《尼耳斯·玻尔和他的互补原理》，《自然辩证法通讯》1987年第5期，第1、4、5、6页。
〔7〕N.玻尔：《原子论和自然的描述》，商务印务馆1964年版， 第9页。
〔8〕〔9〕戈革：《尼耳斯·玻尔和他的互补原理》，《自然辩证法通讯》1987年第5期，第7—8页。
〔10〕李莉、王为高：《测不准原理、互补原理及其认识论意义》，《争鸣》1989年第2期，第68页。
〔11〕N.玻尔：《原子物理学和人类知识》，商务印书馆1964年版，第83页。