对海森堡科学理论思想的评价

　　第 4 章 海森堡科学哲学思想的评价

　　4.1 海森堡科学哲学思想的积极意义。

　　海森堡的科学哲学思想对于科学哲学有着深远的影响，对于科学的影响主要体现在物理学特别是量子力学领域，对于哲学的影响主要体现在对于科学的指导思想和科学美学思想上。许多科学家和哲学家了解和认可海森堡的科学哲学思想主要是通过两个途径。第一、阅读海森堡的科学和哲学方面的论文和著作；第二、将海森堡的科学哲学思想作为自身科学研究的指导思想，根据海森堡科学成就并结合自身的科研实践来深刻认识海森堡科学哲学思想的重要作用和价值。

　　4.1.1 促进现代物理学特别是量子力学的发展。

　　从古至今，科学和哲学的发展都深刻地表明，自然科学的发展与哲学理论是息息相关的。海森堡在研究量子力学和基本粒子的过程中，海森堡从心理上自觉地运用了唯物辩证法，并且在事实中也确实是如此做的。他坚持从实验的结果出发来建立他自己的理论，并最终又通过实验所得的结果去验证自己的理论。对于科学来讲，海森堡科学哲学思想的积极意义突出地表现在对于现代物理学出现的深刻影响。

　　物理学在二十世纪的前三十年是处于一种新旧交织的状态，它的发展充满着动荡，但更多的是成就。这一时期涌现出了许多的物理学巨匠，诚如居里、普朗克、玻尔、狄拉克等人都为物理学的发展做出了革命性的贡献。然而，有人总结说，这些物理大家总体上还是更趋近于古典的物理学传统。比如玻尔的对应原理与经典力学解释密不可分， 他倾向于将量子理论和传统的古典观点综合起来研究。在这个物理学转变的关键时期，作为站在前辈物理学家肩膀上的海森堡承担起了真正变革这一现实状况的责任。海森堡的科学哲学思想使其认为量子力学与古典力学之间没有必然的逻辑关系，这就使得他容易摆脱古典物理学的束缚，这与前辈的做法有着很大的不同。在研究磁场的原子光谱中的一些现象时，海森堡为了研究的顺利进行而引入了半整数的量子数概念，但其导师索末菲对此有着意见向左的看法。对此，海森堡解释说，由于对这方面的知识了解的不多，研究这些想象仅仅是出于兴趣，所以可以大胆地尝试一下半整数，并且我们的科学研究不能只是一直局限在现有的一些力学和物理学的范围内。海森堡在 1927 年提出的不确定性原理使科学家们认识到，科学上的不确定性问题是真实存在的，这不但解放了人们的思想，同时也解放了科学研究的指导思想，对于科学的发展具有积极地指导作用。

　　海森堡有着良好的希腊语功底，并且很早就阅读了柏拉图的《蒂迈欧篇》，自此就对物质的概念有了初步的了解。海森堡良好的数学功底使其认识到可以用数学模型将看起来杂乱无章的物质变得看起来井然有序。少年时期通过阅读韦尔的《空间-实践-物质》 一书，使得海森堡在掌握经典力学之前就已经对量子力学有了初步的了解。这样的哲学背景和科学思维能力使得海森堡容易脱离过去的桎梏，并在其科学哲学想的指导下，海森堡告别了严格因果律的经典力学观点。

　　1925 年对于海森堡和量子力学来说都是非常重要的一年。这一年海森堡建立了矩阵力学。首先，在理论上海森堡认同玻尔的我们应该根据实验的结果去修正我们的观念的思想，其次，海森堡认为可观察量原则是建立理论的基础，原子物理中的可观察量是原子发出的频率、强度等，海森堡也正是以此为出发点，一步步建立量子力学。

　　海森堡受玻尔旧量子理论中的对应原理影响，认为应该把一个轨道运动看作一种振动，然后分解振动，将其表示为富氏级数的展开。电子状态也用一种振动方程进行表述，用此方程求解出与电子状态有关联的量。海森堡将这些量列成矩阵的形式。这些量代表的是实际的物理量，比如电子的能量等。就这样，海森堡逐渐建立起用矩阵表示微观力学的矩阵力学。

　　矩阵力学的建立具有深远的意义。它建立之前的量子力学是牛顿力学与量子条件结合的就量子理论。矩阵力学的建立不但促使物理学的发展到达一个崭新的成熟期，而且新的理论的建立不但促进思想的解放，也为当时发展受到阻碍的磁学、光谱学、核物理、物理化学等开辟了一条不可或缺而又新颖、有效的研究方向与发展道路。

　　量子学说作为现代物理学的两大支柱之一，对于物理学的意义不言而喻。海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动力学是量子力学描述微观世界的两种形式。海森堡的矩阵力学形式是最先提出来的，并且波动力学的建立也是受了矩阵力学的一些启示，可以说，量子力学的两种描述形式都打上了海森堡的烙印。海森堡在量子领域做出了杰出贡献，他为建立现代原子学说和描述其主要的突变性奉献了自己的力量。

　　4.1.2 统计定律"的决定论与具有方法论意义的科学美学。

　　众所周知，在 19 世纪时，在物理学领域占有统治地位的理论就是经典力学理论。

　　从实践过程中显示出来的效果来看，经典理论是相当成功的。哲学上的机械决定理论的形成与发展又深刻得益于经典理论的成功。由机械决定论传统观点来看，一旦我们知晓了一个质点在随意某个时刻的运动状态，并且可以得出质点运动的具体表达式，那么根据经典理论，不管何时何地，我们都能够精确、严格地描述出质点的运动状态。

　　定性分析力学也由此发展到了定量精确分析的阶段。所有的运动规律已经被严格的规定了，任何的调整与改变都是多余的。所以，拉普拉斯放弃了讨论"上帝"的想法。

　　在宏观的物质运动领域，上述哲学中的决定论确实有很大程度的合理性，但是，当物理学发展到微观领域时，上述的决定论就基本失效了。这个时候，海森堡思想的作用就开始凸显了，有力地促进了微观物理哲学的发展，他对与量子力学的哲学思考对与机械决定论的因果律形成了有力地冲击。在海森堡看来，通过统计定律来诠释量子力学是合适的，也是非常必要的。我们如果想对微观物理客体的状态变化做出精确地描述，就一定要了解微观客体的全部初始条件并且要测出其全部状态下的参考量。

　　然而，在实际的操作过程中，我们要想确切地掌握量子级别的微观客体在初始条件下的准确知识是非常困难的。为了解决这个难题，海森堡就用了他有名的"不确定性原理"来进行说明。在"不确定性原理"中，经典的机械决定论的因果律是不适用于描述微观客体运动的， 而统计定律的因果律是非常合适的。由此，在微观运动领域，统计定律的因果律代替了机械因果律，统计决定论代替了拉普拉斯决定论。

　　统计定律在哲学上的重要意义在于它为微观领域的观测及其结果提供了坚实的理论依据。在微观世界的观测过程中，作为主体的人、测量仪器和被观测对象之间有着不可分割、不可控制的作用。因为现时各种限制性的条件的存在，我们不可能直接在量子的水平上观测为微观客体。借助观测仪器的干扰，我们可以看到微观客体表现出的一些宏观效应，比如底片上的闪光现象。虽然有直观的宏观效应，但是我们想要区分哪些是客体本身的运动状态，哪些又是在仪器的干扰下显示的状态是非常困难的。

　　主体与客体之间没有泾渭分明的界限，主客体之间的相互作用必然会给测量带来干扰，造成过程和结果的不确定性。既然在具体实验中不可能掌握全部的初始条件，那么用统计定律来解释观测所得结果就是必然的选择。海森堡还认为，在测量微观的过程中，观测行为具有不可逆性。这种不可逆性表现在，观测仪器在测量的过程中对于客体的的干扰是绝对的，而且我们也不能衡量这种干扰，甚至于量子力学也概莫能外。观测的不可逆性和实验过程中的客观忠实记录是量子理论的合理依据。海森堡关于统计定律的观点是一种倾向性很明显的观点。所以，海森堡说："从量子论的观点来看，关于'

　　实在的'知识就其本质来说，永远十个不完备的知识。同理，微观物理学的统计本性是不能避免的。"量子力学具有的统计特征和海森堡不确定性原理的结合，构成了反对拉普拉斯决定论的理论依据。在理论的角度上，不确定性原理表明知识的不完备是可能的，这一方面是由于现时的实验条件的限制，另一方面是由于原子客体本身所固有的性质与宏观客体是不同的。不确定性原理的出现和运用使得人们开始放弃了微观领域的绝对决定论的因果律。海森堡认为，人们经常用描述宏观的经典语言来描述微观，然而这些经典语言却不适用于描述微观。对于微观领域统计特征的产生，海森堡认为主要原因是主观和客观之间的作用造成的，其中客观的作用占了主导地位。海森堡这样的阐释使得概率的"偶然性"和"决定性"通过一定的方式联系了起来。

　　海森堡在哲学上对于拉普拉斯决定论的批判，对于统计定律的宣扬和发展都几大的推动了哲学的发展，其不确定性原理对于玻尔互补原理的产生也具有非常大的促进意义。

　　海森堡科学哲学思想的另一大积极意义体现在对于科学美学思想的影响。在具体的科学实践过程中，海森堡领悟出关于科学美学的真谛。海森堡的科学美学思想具有鲜明的个人特色，这是他在研究矩阵力学的过程中逐渐形成的。海森堡有两个评价美学理论的标准：第一个是简单性，第二个是数学形式的完整性。海森堡认为凭借着一种尽可能简单的理论可以尽可能得出更多的理论，这是从美学的角度来展现科学理论所具有的深度。在海森堡的矩阵力学中，他认为矩阵是一种对称性十分明显的数学形式，这种数学形式是量子力学理论的最佳表现形式。海森堡的科学美学理论具有非常重要的方法论意义。这种方法论意义在于科学家之所以时常可以求得真理，是因为他们遵循了科学美感的直觉。科学家建立行之有效的科学理论的方法之一就是他们所具有的美感直觉。海森堡的的这个方法论在何时何地都是适用的。由于美的形式中包含着更为普遍、更为根本的存在，所以就算科学理论是非常复杂的，但只要人们一旦具有了科学美感和美学思想，人们依然可以从复杂中理出头绪。正是依据对称美的形式，海森堡提出了不确定性原理，作为量子力学的基本原则。他认为，准确的实验结果是现代科学理论所具有的审美价值的基础，也就是说数学形式的没要和实验的结果相吻合、相统一。艺术风格和科学一样，虽然都有历史性，但是也都同样具有一种传承性。

　　艺术不是随意的，科学也不完全就是严肃的。艺术和科学一样都可以反映时代的精神。

　　科学和艺术本质上是想通的，是人类共通的语言。海森堡对于科学美学的独到见解对于现代科学美学的发展有着深刻的启发意义，对于促进科学和美学在新的历史科学条件下进行新一次的融合有着深远意义。

　　海森堡科学美学思想来自于自己的科学实践，所以其基本的观点是唯物的。科学理论不是假的，是真实的，所以它才是美的。评判科学理论的美学价值的一个重要标准就是可以接受实践的检验。一种科学理论，不管科学家发现它的时候有没有遵循美感的引导，有没有遵循客观的规律去做，只要它没有通过实践的检验，那么它就没有审美价值。科学的生命力来自于对真实的探求，不符合客观的实际情况，没有接受实践的检验，就算形式再美，也不过是气泡，一碰就碎。将实践的观点引入科学美学是海森堡的一个创举，促使科学美学思想进一步地脱离唯美主义的枷锁，将新鲜血液注入科学美学之中，促进科学美学的发展到达一个新的高度。

　　4.2 海森堡科学哲学的消极意义。

　　4.2.1 科学指导思想上的唯心主义倾向。

　　从根本的哲学观点上来看，海森堡是唯心主义的，描述量子力学的科学成果时也是依靠这种唯心主义，这样来看，海森堡可以说是一个处在唯心主义层面的现代物理科学家。从古至今，科学和哲学的发展都深刻地表明，自然科学的发展与哲学理论是息息相关的。海森堡在实际的哲学观上是唯心的，这种唯心哲学思想对于其科学研究的进一步发展是有一定的限制作用的，这一点并不能被他在具体科研中的辩证法做法所掩盖。

　　当研究的领域由宏观层面进入微观层面时，海森堡由于缺乏辩证唯物主义的指导，所以就较为盲目地提出了对物理实在进行修正的要求。所以，海森堡说："在量子理论中，关于实在的概念发生了最基本的变化。"海森堡所谓的"修正",是为了说明其"原子事件的现代解释和真正的唯物主义哲学已很少类似之处", 更是为了阐释他一直强调的观点---随着科学的发展，到了十九世纪，它本来已经不断地向唯物主义靠近，然而原子物理学的的进展却使得科学与唯物主义渐行渐远。由此可见，海森堡竭尽所能地宣传自己唯心主义倾向的哲学以及这种哲学指导下的科学。

　　海森堡极力宣扬"万物皆数"的哲学概念，他认为不管是微观客体还是宏观物理实在最终来说都只是一种数学形式，甚至于量子力学的最后归宿也概莫能外。实证主义的本质就是主观唯心主义，而海森堡哲学体系的指导思想及支撑就是实证主义。根据实证主义，海森堡提出了"可观测性原则"的科学原则。以这条科学原则为出发点，海森堡认为原子客体不能直接被人的感官所观测，它也是不真实的。海森堡觉得唯物主义是一种虚无缥缈的东西，所以谈论原子本身是一种不现实的做法。

　　海森堡赞成并宣扬合二为一的互补原理也对科学的发展有着消极的影响。为了解决波粒二象性存在的争论，玻尔提出了互补原理的说法。对于互补原理，海森堡做了如下的阐释：微观客体的波图像和粒子图像是相互排斥又相互补充的的，一种图像可以转化成另一种图像最后再回到原来的图像。这种转化使人们自以为认识到了原子实验的正确印象。海森堡觉得波粒二象性是人们随意拨弄波图像和粒图像并且由两种图像拼接而来的所谓互补图像，并不是微观客体本身所具有的特性。根据所谓的互补图像想法，海森堡还赞成将观测仪器也分为互补的两种类型。显而易见，海森堡宣扬的互补原理主观地把波动性和粒子性分割开来，二者只能在不同的情况下分别出现，没有什么必然的联系。将二者杂糅在一起，组合起来，就可以描述微观客体的完整状态。

　　这是一种非常典型的折衷主义理论，会明显地将量子力学的进展引入歧途，阻碍其发展。

　　4.2.2 宣扬主客观不可分，人为地给科学划定界限。

　　在《物理学和哲学中》，海森堡为我们深刻而生动地展现了微观世界的内部矛盾。

　　虽然海森堡在具体的科学研究过程中积极主动地运用唯物辩证法，但他在根本上的这观点是唯心的。海森堡的哲学思想有着明显的实证主义痕迹，提出主客观不可分、微观现象不存在因果性的等实证论观点，他还故意曲解量子力学的成就。这些唯心主义观点对于哲学的发展有着明显的消极影响。

　　玻尔提出的互补原理认为，微观粒子的波图像和粒子图像只能在人的主观印象中被加工，可以将两者拼接起来。两者不是处于对立面的，而是相互转化的，且两者的转化也只能在主观印象中实现。以此来看，互补原理并不是对物理学现象的科学解释，而是一种和辩证唯物主义向对立的形而上学的唯心论哲学观。海森堡不但赞成这种互补原理，更是在此基础上提出主客观在原则上不可分的观点。这也正是他哲学思想的中心内容。

　　海森堡提出主客观原则上不可分的主要根据是"观测问题".观测的过程是事物由可能性到现实性的转变过程。要想实现这种转变过程，那么观测对象、观测仪器和世界的其它方面之间都必须相互作用。在海森堡看来，观察对象与其它部分是随意的，没有被严格的区分开来，观测的干扰会带来观察对象状态的变化。很显然，这种说法是唯心的，是错误的，因为不管是微观客体还是观测仪器都是客观的存在，不会随着主观的变化而变化。观测对象与测量仪器之间的分割线并不是微观客体和观测装置之间的相互客观作用，而是在于宏观的物理体系和微观物理体系之间，一言以蔽之，就是与观测者的主观介入无关。在海森堡眼中，观测仪器是由主观的观测者制造出来的，那么主观因素在客观过程中的作用就不能被忽视。很显然，这种观点也是站不住脚的。

　　测量仪器的制造过程虽然凝结了人的主观劳动，但是它是根据客观的自然规律、知识、技术制造的，一旦被制造，它仍然是不依赖于人的主观意志的客观存在。人制造和利用工具，只是为了更加深入、方便地认识客观世界。

　　主客观原则上不可分是符合不确定性原理和量子力学的哲学结论，海森堡对此深信不疑。这是典型的实证论的主观唯心主义观点，它的源头可以追溯到贝克莱的"存在即被感知".海森堡认为，原子和微观粒子不是真实的存在，它们构成的世界只是一种可能性的世界。虽然海森堡说："量子论的哥本哈根解释决不是实证论的",但是只要海森堡不放弃所谓的主客观原则不可分，那么他就一直摆脱不了实证主义的帽子。

　　在海森堡那里，实在观念不能被应用到原子领域，说到底，这还是彻彻底底的实证论观点。海森堡竭力将实证主义和柏拉图的哲学结合起来，提出了"观念在人类精神之外存在更为方便"的观点，这种说法的唯心主义本质不言自明。

　　以主客观原则不可分为出发点，海森堡更进一步的拒绝承认微观客体的客观存在性，海森堡曾经说："基本粒子这种客观实在性已经力气地消失了，它不是消失在某种新的、朦胧的、或者至今尚未得到解释的实在观念的迷雾之中，而是消失在不再描述基本粒子的行为而只是描述我们对这种行为的知识的数学的透彻的明晰性之中。"海森堡在《物理学和哲学》中极力宣扬"唯能论",他认为所有的类型的粒子、原子都是由能量构成的，运动的能量是构成万物的实体。海森堡进一步认为"万物皆数",他说"代表基本粒子的一些数学形式将是某种永恒的物质运动律的一些解",努力地撇清与唯物论的关系。还是站在主客观原则不可分的角度，海森堡还认为，科学研究的对象不再是自然界本身，而是人对于自身的研究。这样看来，海森堡心中的自然科学是人的主观意志的产物，而不是自然界客观存在的规律在人们头脑中的客观反映。由上可见，海森堡是一个彻彻底底的唯心论者。

　　海森堡根据自己的唯心论和形而上学哲学，人为地给科学划了一个界限，他认为科学处理地对象不再是直接的经验世界。客观世界是我们现有干预和观测条件下的产物，这样带来的后果就是始终存在着一个我们无法达到的科学极限。既然存在科学无法达到的极限，那么很显然，宗教这时候就登堂入室，占领科学的空白地带。海森堡在《物理学和哲学》的最后一个章节，就公然地谈起了宗教。19 世纪，由于理性思维和科学方法的滥觞，人们的思想得到解放，而科学思想的概念与宗教的观念是互相背离的，由此，人们对于宗教观念普遍表示质疑，但海森堡却认为宗教的观念可以很好地被现代物理学的发展所诠释。海森堡想以此给科学加以束缚，同时让宗教自由可以得到广泛伸张，借此达到科学与宗教在某种意义上的互补，进而使两者统一起来。由此看来，在海森堡那里，科学和宗教不是矛盾的，以此来为宗教辩护。

　　唯心主义对于美学的影响是海森堡科学哲学思想消极层面的另一个突出表现。抛开科学的关系，站在纯粹哲学的哲学角度，海森堡是典型的唯心主义者，在这种哲学学的影响下，其科学美学思想难免受影响。海森堡的科学美学思想继承了开普勒的思想，在当时科学飞速发展的时代是难以想象的。在海森堡看来，数学形式的普遍存在是神的意志的体现。用简单的数学形式来表达相对复杂的自然科学理论本是科学进步的体现，然而海森堡在苦心钻研自己的矩阵理论的过程中，过于沉迷矩阵推算，并且矩阵作为纯粹的智慧创造物又非常神秘秘，这使得他逐渐怀疑起微观客体的客观性。

　　科学美学虽然神奇，但这也是在实践的过程中经过抽象的思维总结而来，海森堡没有看到这一点，更没有运用研究科学美学的方法论和原则，他叹服科学美学的神奇却又认为它是神造物，就这样，海森堡一步步地步入彻底地唯心主义深渊。

　　在科学美学的数学形式表述上，海森堡具有非常明显的唯心主义倾向，这促使他探求可以将科学理性和宗教真理统一起来的方法。由此，海森堡将自己的不确定性原理用来协调科学和宗教的对立。科学的理性注重于物质的客观性，而宗教却更多地着眼于主观性，这是二者对立的根本所在。海森堡为了将科学和哲学的在主观性上统一起来就故意曲解量子力学的成就，认为它动摇了物质的客观性。而宗教这时也利用海森堡的观点作为反驳的科学理性的思想武器，以此来促进自己的发展，这容易使得科学陷入一种的局面。在海森堡看来，与科学相比，宗教才可以囊括不同时期的各种精神内容，宗教作为一种完备的精神形态是科学真善美的统一的良好载体。科学美学的发展本是客观的过程，是由真善美的对立统一运用形成的，根本没有所谓的神的参与。

　　海森堡从自己的唯心主义思想出发，一厢情愿地用宗教去统一科学的真善美，这无疑对科学美学的更大发展有着极大妨碍作用。

　　海森堡的科学思想中确实存在着许多的不合理因素，比如鼓吹主客观不可分和唯心主义、不承认微观客体的客观性、故意曲解量子力学等。海森堡不但积极宣扬他的唯心论与形而上学的观点，还在一定程度上公开反对唯物主义观点，这在他的著作《物理学和哲学》中有明显地体现。海森堡认为，量子力学出现之前的辩证唯物思想家并没有准确地预见的它的构建与发展，所以这些思想家的实在和物质等方面的观念与现代的精细实验不相适应。他的唯心思想由此可见一斑。

　　通过科学实验的事实，海森堡善于运用自己深刻的抽象理性思维，总结出新的理论与假说，并且从抽象到具体，作出可以用科学实验检验的预言，以此为改进、完善理论服务。海森堡非常赞成在科学实验的基础上进行理论总结和在理论的指导下进行科学实验，注重两者的结合。晚年的海森堡越来越注重理性主义在科学发展中的作用，他曾经说："文艺复兴时期近代科学的产生，一般是由于重视经验的检验，另一半却是否定亚里士多德的经验论和接受柏拉图的'理念'哲学相联系。"对于理性和经验的阐释，是海森堡结合自身科研实践的宝贵总结，给后人留下了关于科学方法论与科学认识论研究方法的珍贵精神财富，纵然有些许不合理之处，但仍值得后来人的分析和研究。