物理学与科学哲学相互促进 李继堂 科学哲学作为哲学这棵大树的一门分支学科，其“长势”如何就取决于具体科学研究中的哲学问题，对这些问题的探索成为了科学哲学发展的动力。物理学研究中的哲学问题始终为科学哲学及整个哲学研究提供动力和素材。
有关相对论和量子力学中的哲学问题的讨论对现代西方科学哲学维也纳学派的诞生具有重要影响。而时至今日，对量子理论的阐释仍然是科学哲学发展的强劲动力之一。这主要是因为科学哲学作为哲学这棵大树的一门分支学科，其“长势”如何就取决于具体科学研究中的哲学问题，对这些问题的探索成为了科学哲学发展的动力。科学哲学把科学理论视为一种知识，主流的科学哲学通过科学方法论为科学知识辩护，实际上就是认识论为知识辩护的体现。同样，科学实在论认为，目前最好的科学理论中的理论实体是客观存在的，实际上是形而上学中本体论论证的体现。而科学哲学中的科学理论主要是成熟的科学理论，这样的理论多见于物理学。就像一棵树的能量和新的有机物是通过树叶中的光合作用得到的一样，物理学研究中的哲学问题始终为科学哲学及整个哲学研究提供动力和素材。 近代认识论 与牛顿力学的关系 近代认识论兴起于近代科学诞生后，哲学家惊异于像牛顿力学那样的科学研究成就的出现，试图为其寻求更加坚实的哲学基础，即所谓哲学为科学奠基。从牛顿力学出发，近代认识论的集大成者康德认为，不仅在像牛顿力学那样的自然科学理论中存在先天综合判断，而且未来的形而上学也追求先天综合判断。因为在康德看来，欧几里得几何便可谓是从一些自明的公理出发（比如两点间存在一条直线），得到一些看来是正确的定理（比如三角形的内角和等于180度），这既是先天的又是综合的。康德还认为“本义上的自然科学恰好和其中可使用的数学一样多”，所以像牛顿力学这样的本义上的自然科学也包括先天综合判断。 现代物理学革命后，相对论不仅改变了牛顿力学的空间和时间观念，转变为空间和时间结合在一起的四维时空，而且人们发现相对论比牛顿力学更好地表征了这个世界，牛顿力学中的知识并不是先天必然的，从而也粉碎了康德哲学关于自然科学中存在先天综合判断的说法。但是广义相对论背后的黎曼几何比牛顿力学背后的欧几里得几何更符合这个世界，并不意味着相对论就完全符合这个世界，更加符合并非完全符合，它们都是对这个世界的近似表征。实际上，黎曼几何和欧几里得几何都是很好的公理化系统，作为纯粹数学可以是先天的，但是在相对论和牛顿力学中将数学运用到物理世界时就是经验的而非先天的，从而导致人们对时间、空间、物质及其相互关系的认识发生了很大的改变。事实上，时间、空间、物质这些物理概念，不仅在康德那里属于哲学范畴，在亚里士多德那里也属于哲学范畴，在这个意义上也说明物理学和哲学之间长期互相影响。 量子力学及当代哲学观念变革 相比之下，量子力学带来的观念革命更是空前的，它首先在因果关系的观念上完全不同于经典物理学，使人们对微观世界的认识一反经典物理学的传统，将整个世界置于概率性的关系之中。量子力学对可观察量的倚重无疑加强了逻辑实证主义的逻辑分析和可检验性标准。其结果是，不仅像玻尔这样的物理学家具有强烈的逻辑实证主义倾向，而且在哲学这棵大树上以科学哲学为代表的分析哲学也得到蓬勃发展。甚至，在分析哲学背景下，近代认识论也发展成以知识辩护为中心的当代知识论，这跟科学哲学中强调科学理论的解释是相对应的。时至今日，量子力学中的非定域性问题和测量问题还一直困扰着人们，似乎整个世界本质上就是概率性的。 虽然逻辑经验主义式微之后，随着历史主义的兴起，以及科学知识社会学的繁荣，对科学方法论以及科学实在论的研究获得了很多有益的补充，但是在主流的西方科学哲学中，科学方法论仍然是科学哲学的中心，物理学哲学仍然是主要问题。这不仅反映在西方主流学术期刊刊发的论文上，在科学哲学最高奖项拉卡托斯奖的获奖作品中也可见一斑。自1986年以来获得该奖的作品，基本上都是以科学方法论为核心的，其中超过三分之一是物理学哲学方面的，即便是研究一般科学哲学理论，也多以物理学哲学和生物学哲学为案例，比如第一本获奖作品——范·弗拉森的《科学的形象》，虽然主要从建构经验论立场讨论科学实在论和反实在论，但是大多以量子力学及其概率问题为例。同样，直接以物理学哲学问题为主题的也试图回应一般科学哲学理论问题，比如斩获2014年度拉卡托斯奖的两本书——戈登·贝洛的《几何的可能性》和大卫·马拉门特的《广义相对论的基础和牛顿引力理论的专题》，都是有关空间的本质和广义相对论基础问题的。令人遗憾的是物理学哲学在相对论和量子力学的解释问题上遇到瓶颈，相应地科学哲学的方法论和科学实在论也始终没有决定性的进展。 量子场论解释成为难点 问题出在哪里呢？难道是物理学基础理论没有革命性的突破？继相对论和量子力学后，物理学基础理论最大的进展应该是20世纪六七十年代建立起来的粒子物理标准模型及其背后的量子规范场论。因为量子力学无法直接描述无穷自由度的场，而量子纠缠又明显有悖于狭义相对论的定域性要求，所以不能将量子场论视为相对论与量子力学的简单结合。遗憾的是对量子场论的解释更加困难，量子场论与量子力学和相对论最大的不同在于，量子力学有一个希尔伯特空间理论为基础，狭义相对论有闵可夫斯基四维空间、广义相对论有黎曼几何作为基础，而量子场论是按照非常复杂的方式发展起来的，背后并没有一个现成的统一数学公理化体系，只有著名的重整化方法，即一种近似处理方法，也正因如此形成了两种不同的量子场论解释纲领，一种是以算子理论为基础的代数量子场论解释，另一种是以重整化为核心的传统量子场论解释。加上量子场论与量子力学、狭义相对论、固体物理甚至统计物理结合在一起，使得量子场论的解释变得模糊不清。所以，关于量子场论的哲学问题最重要的还是对量子场论的解释，而且这也是相当困难的一个问题。而最新发现的引力波，不仅加深人们对引力场的认识，也呼唤人们进一步关注量子力学和广义相对论的不统一问题，毕竟量子场论中的量子规范场论相当成功，而量子引力始终没有成功，量子引力理论希望从量子场论得到启发，反而显得量子场论的解释问题更加突出。 可见，物理学基础理论还是有进展的，只是量子场论的解释与量子力学的解释一样具有相当难度。只要量子力学和量子场论的解释问题没有真正突破，加上相对论和宇宙学基本概念还有许多新问题，科学哲学中的科学方法论以及科学实在论问题也很难有大的进展。即便如此，人们还是清醒地认识到，虽然没有真正理解量子力学，但是目前还没有发现量子力学有什么错误，学者们要做的事情是解释清楚量子力学和量子场论等现代物理学理论，并进一步揭示出它们对科学哲学和当代哲学的重要意义。 （作者单位：苏州大学政治与公共管理学院哲学系） |
