试论可观察性问题，本文主要内容关键词为：试论论文,性问题论文，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。
内容提要 本文简要阐述了可观察性问题的基本涵义，并用星际分子的发现对这一问题进行了分析，提出了“可观察性”的新理解，论证了可观察性与理论的辩证关系。
可观察性问题是科学前沿的一个重大的哲学问题，许多重要的发现都与这一问题相关。本文以星际分子的发现为例，试图围绕这一问题作一点哲学分析。
一、什么是可观察性问题
在科学认识活动中经常发生这样的事：理论观念与观察的结果直接相抵触。那么是相信理论还是相信观察呢？按照伽利略的见解，一方面应该相信观察，因为是以观察为依据来赞成或反对理论的，其所谓“应当认为感觉经验的材料比人类智慧所作出的任何推断都要来得高明” ①即是此意。另一方面又不应该相信观察，因为“感觉能够轻易欺骗我们……因而最好是抛开我们都意见一致的可见性，力求通过推理，或者证实假定的实在性，或者揭穿假定的欺骗性”。②而牛顿则认为，不依靠可观察的事实，就不能获得深入事物本质的理论原则。所以牛顿提出“我不作假说”以表示其极端重视观察。但是牛顿的“绝对空间”、“绝对时间”不是假说又是什么呢？这样，实际上伽利略和牛顿都陷入到了一种两难困境，既不敢相信理论，因为只有观察方是真实的，又不敢相信观察，因为观察可能会欺骗我们，而且也并非总是行之有效。
于是就产生了一个可观察性问题，即可观察性与实在性的关系问题。由于实在性是观察和实验对理论验证之后的证明结果，所以可观察性问题的外在表现就是可观察性与理论的关系问题。事实上伽利略是想在可见性和实在性的区别中走出两难困境。在伽利略看来，可观察性是由感官所确定的个别的零散的观察结果，而实在性则是观察结果的体系，是从理论出发对直接观察结果的统一解释。若观察与理论一致，即可观察性与实在性一致，也就走出了困境。而牛顿则想通过对可观察性的客观要求的认识对实在性作一些具体的理解，其著名的水桶实验就是想依靠可观察性来证明其绝对空间的存在。这个时期由于自然科学还处在幼年时期，科学认识活动还依赖肉眼所及的观察，因而他们对于可观察性的理解仅停留在通过感性感知的水平。而可观察性问题也只是处于萌芽阶段，并没有明确提出来。
19世纪末期，随着自然科学的发展，电子、X射线、放射性粒子等被发现，可观察性问题就以明确的形式提出来了，具体表现就是电子、原子、以太等的实在性问题。以太验证实验就是探讨可观察性问题的重要实验。以太实验的否定结果表明，单纯依靠直接观察的结果证明实在性已不可能了。于是科学家们开始把“度量”和“测量”等具有可操作性的含义赋予“可观察性”。电子被发现就是因为电子具有质量、电荷等可度量的性质、因而其实在性也就被认可。然而20世纪初，由于相对论和量子力学的问世，可观察性问题成了科学家们争论不休的问题。相对论、量子力学理论表明，有的实在物及其运动现象并不具有直接可感知性，甚至也不具有可测量性，于是爱因斯坦提出了“原则上的可观察性”这一概念。他在宣布实在性之相对性的证据时指出：“一个相对参照系K运动的物体，当我们确定了参照系K中的在确定时刻t同运动物体的质点相重合的点时，就在参考系K中得到了这个物体的形状。既然这时所用的同时性概念是这样定义的，根据这个定义，原则上有可能用实验方法来证实同时性，那么洛仑兹收缩原则上也是可观察的。”③显然这里的“原则上的可观察”即“原则上的可测量”这一含义，即不一定在实际中，但至少在想象中必须有可观测的可能性。
围绕可观察性问题，唯物主义和物理学唯心主义在微观粒子的实在性问题上展开了尖锐的斗争。1926年W·海森堡宣称：“电子、原子不具有象日常经验对象所具有的那种程度的直接实在性”，“无论何时都不能象对周围世界的对象一样，赋予光量子以那种程度的实在性。”④海森堡认为，在原子物理学中，同每一次观察相联系，都有客体的原则上不可控制的扰动，“客观的”只是可能的、借助于数学方程式方能描述的东西。当没有观察者的时候，系统的数学表象连续地改变着，因此微观粒子是存在的，这是一种只存在于实验装置之中的“物理实在”，微观粒子本身只是可能的，而不是现实的，不具有客观属性，而只是数学上的量，只是符号。
难道微观粒子真的不具有客观性吗？显然不是。事实上海森堡在这里犯了一个严重的错误：他把可观察性同实在性完全等同起来了。他认为电子的位置及动量是测不准的，即不具有经典力学的可测量性，不具有可测量性便不具有实在性，因此微观粒子只是可能的，而是不现实的。然而可观察性并不等于实在性，它只是实在性的判断标准，只是证明实在性的手段。电子的实在性早就在可观察性原则的基础上得到证实，因为电子具有可测量的量如质量、电荷等，这正是发现电子的依据。如果否认微观粒子的实在性，那么对于由微观粒子组成的宏观物体来说，还具有实在性吗？M·玻恩对此有深刻的见解：“总之，在宏观物体的世界与微观世界之间并没有任何鲜明界限，一块食盐常常是属于寻常世界的，如果我们把它捣碎，捣成为我们看不见的微粒，那么必须使用放大镜才能看到，难道这些微末将变得更少实在性和实物性吗？……这样，在具有可触摸的实在性的感觉世界和实证主义者只承认是结构的微观世界之间，究竟有什么界限可言呢？”⑤
从辩证唯物主义观点来说，承认原则上的可观察性，就是承认科学研究对象在原则上是可观察的客体（这里可观察包括直接可观察和间接可观察），即承认研究客体的实在性，这正是自然科学的基石。
二、证认中的可观察性问题
在星际分子的证认中也存在着上述可观察性问题。因为星际分子是遥远天际的微观客体，我们既不能直接观察到它们，又不能象在地球上的实验室里可测量这些分子的大小、形状、动量、位置等，所以星际分子的发现是证认的结果，证认即根据观测与实验或理论预测的一致来确定星际分子的存在。
星际分子证认中的可观察性问题与证认中理论与观察的关系有关。星际分子的证认表明，星际分子并不是直接观察的结果，也不是单从理论解释得来的，星际分子的证认是间接观察与理论共同作用、互相验证的结果。星际分子的发现史告诉我们，30年代末到60年代初的20多年的时间里，星际分子的证认工作停滞了，原因就在于缺乏有效的观测仪器。由于绝大多数星际分子的光谱不在可见区范围内，因而传统的光学望远镜便无能为力了。于是许多科学家对星际分子的发现不再抱有希望。50年代初，由于汤斯(C.H.Townes)等人在研制激光器的工作中所取得的巨大的进展，使得30年代央斯基用于发现宇宙哨声的第一架最简陋的射电望远镜有了很大的进展，接收器的灵敏度和效率已大大提高，真正的射电望远镜问世了。正是由于高级射电望远镜的出现，才有可能观察到射电源，而射电源处的星际分子才有可能得到证认。
与此同时，关于星际分子的微波波谱理论也有了很大进展。1957年汤斯根据波谱理论预言了17种星际分子，这表明关于星际分子的理论已经具备了。
有了可进行观察的射电望远镜，又有汤斯等人基于波谱理论的预测，星际分子的证认便具有了现实条件即星际分子具有了可观察性。当观察结果与理论预测一致时，那么星际分子就被证认了。星际OH基分子（羟基分子）的证认充分说明了这一点。⑥星际分子被证认，也就表明了星际分子的可观察性与实在性的一致，并因此而证明了星际分子的客观性。这正是伽利略以来的自然科学的传统。
但是应该指出，在星际分子的证认中的可观察性已不同于爱因斯坦意义上的可观察性了。因为射电望远镜既不能看见星际分子，又不能对星际分子进行大小、质量等的测量，它所看见的只是星际分子的结构，这种结构被仪器翻译成波谱图——一种能为科学家读懂的语言，实际上是实在物的信息，这种信息是实在物存在的客观类似物，我们能够用这种客观类似物代替实在物本身从事科学研究，正如我们用OH这一符号代表羟基分子一样。因此，星际分子的发现无疑使我们对“原则上的可观察性”有更进一步的认识。原则上的可观察性已不是直接的可观察性，也不是原则上的可测量性，而应该是信息的可接受性和可理解性。OH分子被证明是客观存在的，就是因为星际分子之中OH这一天文客体的光达到了我们的视觉分析器，在视觉分析器中其分子内部结构的信息发生了各种复杂的过程，成为我们能读懂的语言即线状光谱，从而我们感知了其存在。在天文学领域，认识主体不能通过物质手段去影响和变革天文对象而认识客体，只能通过观测接取来自天体的信息而认识它。这些天文信息一方面是天体自身运动和变化产生的，反映着天体运动和变化的规律性，因而是和客体相通的。另一方面，这些天文信息可以直接或间接地作用于人们的感官，通过信息转换，被人所理解，成为主体的知识。在星际分子的证认中，星云谱线这一信息成为星际分子存在的现实依据。这些信息在观测仪器捕捉到以前，星际分子的实在性不能为主体所感知，在这些信息被理解之前，星际分子的实在性还未为主体所认识。只有当星际分子存在的信息转化为主体的信息（即知识）的条件下，星际分子这种“自在之物”才转化为“为我之物”。
对于自然科学家来说，由于所涉及的客观性问题都是很具体的，即自然科学家关心的是某一领域某物是否客观存在的问题，因而“客观实在性”这一哲学概念总是被自然科学家翻译成自己的语言。这种语言实际上就是一种信息，它能够进一步变成可通过仪器转录和翻译的语言，被自然科学家所理解。
从信息论的角度来看，同一客体应该提供相同的信息。某物存在着，该物的各种信息就是一定的，经过某些过程，其信息不会改变。星际分子的证认依赖于模拟实验，这是因为同一分子在地球上或外层空间都将给出相同的信息。
在证认中我们应当谨防海森堡式的实证主义论点：不能赋予星际分子以周围世界对象的那种实在性，星际分子是可能的，但并非是现实的，因为只有关于星际分子的光谱图即一种物理描述。要反驳上述论点是很容易的，因为星际分子能给出与已知分子相同的信息，这种信息在实验与理论一致的基础上能为科学家所理解，即具有原则上的可观察性，因而是实在的。在自然科学中，信息总是以数据、图表的形式工作着，因而数据、图表成了信息的物理表述。但人们所关心的并不是作为数据、图表的符号，而是它们所代表的信息。在星际分子证认中，科学家所关心的并非是星际分子的数学——物理表述（光谱数据、光谱图），而是其信息所暗示的真内容即星际分子的客观存在。
三、可观察性与理论的辩证关系
从可观察性的意义来说，可观察性就是对实在性的证明。只要是实在物，就必然具有可被观察的量，即具有某种能为主体所理解的信息。而可观察性对实在性的证明又与理论密切相关。只有观察的结果与理论解释相一致才能证明客体的实在性。因此可观察性与实在性的关系问题即可观察性问题的最终解决依赖于可观察性与理论的辩证关系的揭示。
我们曾谈到，可观察性是个别的零散的观察结果，而实在性则是理论对观察结果的统一解释。从观察来说，观察总是以看到实在物本身为最高目标。科学家拼命提高仪器的分辨率目的就是为了更清楚地看清实在物本身。原子—分子的客观性问题的最终解决也正是基于观察到了原子——分子在显微镜下的运动。而理论则似乎相反，理论表面看来总是越来越使我们远离实在物，以致在我们的头脑里，实在物成为被忘了的东西，甚至被数学、物理、化学的式子或符号所代替。由此看来，至少在表面上，可观察性与理论是对立的。事实上我们并不能排除这种对立，二十世纪初物理学唯心主义泛滥就说明了这一点。由于当时科学家们把可观察性同理论绝对对立起来，把原子、电子等物质形态看作只是符号之类的东西，即抛弃了这些微观客体的可观察性，从而陷入了唯心主义而不能自拔。而抛弃了可观察性也就抛弃了实在性，因而把电子、原子等实在物认为“只是一些方程式”也就不可避免了。奥斯特瓦尔德在一个时期曾把能量看成是世界的最终的实在，用“能”取代了原子——分子，实质上就是抛开了原子——分子的可观察性这一基本点，从而陷入唯心主义的。
虽然表面看来可观察性与理论是对立的，但实际上，理论与可观察性在实在性的问题上是一致的，理论远离实在物就是为了更深刻地把握实在物的属性及其存在。“欲进先退”，这正是在星际分子发现中表现出来的可观察性与理论的辩证关系。即是说，我们想要观察到星际分子，就应该从理论上进行研究预测，把握其运动规律，而后指导观察。按可观察原则的要求，我们应努力看到实在物本身。但在许多情况下，我们的观察手段达不到对每一实在物进行直接观察的水平，例如对星际分子就是如此。而对这种情况，实际的做法是先降低可观察性的较高标准（即直接可观察性），然后通过理论使实在物变成抽象的数学或化学符号、式子，从而使实在物的属性在某一降低了要求的可观察性的范围内具有可理解性，即使实在物的部分信息能够在这一可观察性的范围内引起观测仪器的视觉分析器发生变化。很多星际分子就是先在理论上把握而后才在观察中发现的。因此，表面看来理论抛弃或弱化了实在物的可观察性，而实际上理论更加接近了实在物本身，并使实在物本身具有了更高标准的可观察性。
这里我们已看到可观察性与理论的辩证关系了：二者既相互对立，又相互依赖，它们统一于每一个科学发现中（这里的统一即趋于一致），缺少其中任何一个方面都是不可能的。在星际分子的发现中，人们既要依赖于观察，它提供了实在物存在的信息，又要依赖于理论，它使得观察所得的信息具有了可理解性，正是观察与理论解释相一致才证明了星际分子的客观实在性。
可观察性与理论的相互对立、相互依赖并最终趋于一致的辩证关系是由它们各自的本性决定的。可观察性要求人们有目的、有计划地通过自己的感官去反映自然界各种事件及现象。正是由于自然界各种事物和现象是客观的，因而主体的观察活动才是可能的。而这种观察产生的效果就是自然界的各种事物具有可观察性这一信念。但就观察本身来说，只是一种感性的认识活动，是通过人的感官而达到的对事物外部联系的反映。在这一过程中，人们所获得的只是关于事物外部联系的经验知识。对科学研究的主体来说，外部联系并不能给我们关于实在物的本质的知识。
由于仅仅依靠现实世界的可观察性来认识事物不能得到事物的本质的知识，不能满足人的“神奇的好奇心”（阿西摩夫语），于是科学家们就借助于共性和抽象来把握实在物的本质。这种把握不是远离实在物体本身，而是把实在物引入到一定的物理化学环境，以数学、物理、化学的形式将实在物分解为符号形式，由此来接近实在物本身，这一过程就是理论的建构过程。而达到了理论，也就达到了对实在物本质的认识，并从中衍生出了实在物的可观察性，即理论预测了实在物的某些可观测的量，这些量对科学家来说，就是实在物可被理解的信息。
根据认识论原理，可观察性能为我们提供实在物的感性认识，而理论提供了关于实在物的内在本质的认识。感性认识与理性认识是辩证统一的，它们统一于一个完整的认识过程。因此，可观察性与理论的辩证统一正是这一哲学原理的客观要求。可观察性与理论的辩证统一正是对可观察性问题，即可观察性与实在性关系问题的解决。
注释：
①②③凯德洛夫主编，柳树滋等译，《物理学的方法论原理》，知识出版社，1990年，第447、448、452页。
④⑤费·季·阿尔希普采夫著，卢翼宁译，《作为哲学范畴的物质》，中国社会科学出版社，1984年，第264、281页。
⑥G·温雷布等著，“星际介质中羟基的射电观测”，载宣焕灿编《天文学名著选译》，知识出版社，1989年，第586页。