量子力学论文.doc

量子力学对经典科学世界的变革
摘要:20世纪三次物理学革命之一的量子力学在诸多方面对经典科学世界图景进行了变革。量子力学突破了经典科学的机械决定论,使之转化为非机械决定论;使得科学认识方法由还原论转化为整体论;使得科学思维方式由追求简单性到探索复杂性;确立了科学活动中主客体互动关系。
经典科学基本上是指由培根、牛顿、笛卡儿等开创的,近三百年内发展起来的一整套观点、方法、学说。经典科学世界图景的最大特征是机械论和还原论,片面强调分解而忽视综合。以玻尔、海森伯、玻恩、泡利、诺伊曼等为代表的哥本哈根学派的量子力学理论三部曲:统计解释—测不准原理—互补原理所反映的主要观点是:微观粒子的各种力学量(位置、动量、能量等)的出现都是几率性的;量子力学对微观粒子运动的几率性描述是完备的,对几率性的原因不需要也不可能有更深的解释;决定论不适用于量子力学领域;仪器的作用同观察对象具有不可分割性,确立了科学活动中主客体互动关系。【1】量子力学的发展从根本上改变了经典科学世界图景。
一、量子力学突破了经典科学的机械决定论,遵循因果加统计的非机械决定论

经典力学是关于机械运动的科学,机械运动是自然界最简单也是最普遍的运动。说它最简单,因为机械运动比较容易认识,牛顿等人又采取高度简化的方法研究力学,获得了空前成功;说它最普遍,因为机械力学有广泛的用途,容易把它绝对化。[2]机械决定论是建立在经典力学的因果观之上,解释原因和结果的存在方式和联系方式的理论。机械决定论认为因和果之间的联系具有确定性,无论从因到果的轨迹多么复杂,沿着轨迹寻找总能确定出原因或结果;机械决定论的核心在于只要初始状态一定,则未来状态可以由因果法则进行准确预测。[3]其实,机械决定论仅仅适用于宏观物体,而对于微观领域以及客观世界中大量存在的偶然现象的研究就产生了统计决定论。[4]
量子力学是对经典物理学在微观领域的一次革命。量子力学所揭示的微观世界的运动规律以及以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子力学的理解,同物理学机械决定论是根本相悖的。[5]按照量子理论,微观粒子运动遵守统计规律,我们不能说某个电子一定在什么地方出现,而只能说它在某处出现的几率有多大。
玻恩的统计解释指出,因果性是表示事件关系之中一种必然性观念,而机遇则恰恰相反地意味着完全不确定性,自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配。在量子力学中,几率性是基本概念,统计规律是基本规律。物理学原理的方向发生了质的改变:统计描述代替了严格的因果描述,非机械决定论代替了机械决定论的统治。
经典统计力学虽然也提出了几率的概念,但未能从根本上动摇严格决定论,量子力学的冲击则使机械决定论的大厦坍塌了。量子力学揭示并论证了人们对微观世界的认识具有不可避免的随机性,它不遵循严格的因果律。任何微观事件的测定都要受到测不准关系的限定,不可能确切地知道它们的位置和动量、时间和能量,只能描述和预言微观对象的可能的行为。因此,量子力学必须是几率的、统计的。而且,随着认识的发展,人们发现量子统计的随机性,不是由于我们知识和手段的不完备性造成的,而是由微观世界本身的必然性(主客体相互作用)所注定。
二、量子力学使得科学认识方法由还原论转化为整体论

还原论作为一种认识方法,是指把高级运动形式归结为低级运动形式,用研究低级运动形式所得