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【Stapp】心智的宇宙(2)-- 作为科学基础的人类知识

已有 3913 次阅读 2012-7-4 14:30 |个人分类:意识科学|系统分类:科研笔记| 知识, 量子力学, 意识

2 作为科学基础的人类知识

 

出自:

Mindful UniverseQuantum Mechanics and the Partipating Observer.

《心智的宇宙——量子力学和参与的观察者》

Springer 2007.

 

作者简介:

Henry Stapp, 加州大学伯克利分校物理学教授,美国著名量子物理学家,长期在劳伦斯伯克利国家实验室从事研究工作。Henry Stapp早年在加州大学伯克利分校攻读物理学博士,在诺贝尔奖获得者Emilio Segrè和Owen Chamberlain的指导下获得粒子物理学博士学位。此后,Stapp到苏黎世联邦工学院(ETH Zurich)在沃夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)的指导下从事博士后研究工作。在这一期间,他完成了一篇题为“心智、物质和量子力学”的文章,这篇文章他从未发表,数年后他将其扩充为一本同名的专著,并于1993年出版。1958年泡利去世后,他转往慕尼黑与海森堡(Werner Heisenberg)合作从事研究。那时候,他在中子散射的分析、以及发展S-矩阵理论等方面开始做出重要贡献。同时,Stapp还是贝尔定理的专家,他解决了贝尔和爱因斯坦等人提出的关于非局域性的几个问题。Stapp最为著名的工作或许是关于量子力学基础的研究,尤其是他把研究的焦点放在揭示意识的本性和作用方面。近年来Stapp应邀为多部百科全书撰写意识的量子理论章节,并多次应邀在国际会议上介绍这一思想。

译者:

倪志勇

 

 

    科学哲学家Mario Bunge在对其著作《量子论和实在》的简介中说道(Mario Bunge 1967, p. 4):新一代的物理学家是操作主义者,但是通常他们并不知道、并且拒绝承认,他们认为他们所支持的哥本哈根诠释是明确的主观主义的,换言之是非物理的。

    这里,让我们不要怀疑这个观点。量子论的原始形式是主观的,它是直截了当地处理人类意识经验之间的关联,并且它给科学家们提出的建议是,拒绝这一诱惑,即理解这一理论正确描述我们经验之间联系背后的实在。下面的引述的量子论创立者的引言给出了哥本哈根哲学的概要:

    因此基本粒子的客观实在的概念,并没有蒸发为某种模糊的新实在的云团,而是转变为一种数学的显而易见的清晰性,这种数学不再表示粒子的行为,而是代表关于这些行为的我们的知识Heisenberg 1958a, p. 100)。

    将结果记录于观察者心智中的记录行为。几率函数的不连续变化...与记录行为同时发生,因为在记录的那一刻发生在我们知识中的不连续变化具有波函数不连续变化的图像Heisenberg 1958b, p. 55)。

    当古老的格言自然不会跳跃被用来作为对量子论批评的基础时,我们可以如此回应,显然我们的知识能够突然变化,并且这一事实佐证了量子跃迁这一术语的应用Heisenberg 1958b, p. 54)。

    如果不指涉意识,以一种完全自洽的方式来表述量子力学定律是不可能的Wigner 1961b, p. 169)。

    在描述自然中,目的不再是揭示现象的真正本质,而是尽可能的追寻我们经验的多个侧面之间的联系Bohr 1934, p. 18)。

    严格说来,量子力学的数学形式仅仅提供了一些运算法则,这些法则用来推演在经典概念下良好定义了的观察所能够产生的结果Bohr 1963, p. 60)。

    . . . 对量子力学形式体系的恰当的物理学阐释,仅仅意味着对确定性或者统计性质的预言,对在经典物理概念所定义的条件下展现出来的单个现象的预言Bohr 1958, p. 64)。

    玻尔如此解释经典(物理)概念

    . . .有必要认识到,在对每一个物理经验进行解释的过程中,我们必须用经典物理中的交流方式来描述实验条件和观察结果(Bohr 1958, p. 88)。

    . . .我们必须首先认识到的是,甚至当现象已经超出了经典物理学的范围时,对实验安排以及对观察记录的解释,都必须用技术物理的术语所提供的清晰语言来描述(Bohr 1958)。

    玻尔的意思是,在与同事交流一个实验是如何设置的、并且将会产生什么样类型的输出的时候,科学家确实在运用、也必须运用经典物理学的概念。他无法宣称或者承认,有一个符合经典物理学观念的实际客观实在的存在。

    在著作《量子力学的创立以及玻尔-泡利的对话》一书中,史学家John Hendry (1984)给出了量子力学思想家之间的激烈论辩的细节,这些思想家包括希尔伯特(Hilbert)、约当(Jordan)、纬尔(Weyl)、冯诺依曼(von Neumann)、玻恩(Born)、爱因斯坦(Einstein)、索末菲(Sommerfeld)、泡利(Pauli)、海森堡(Heisenberg)、薛定谔(Schroedinger)、狄拉克(Dirac)、玻尔(Bohr)和其他人,他们在对原子实验数据给出理性理解的问题上展开了长期的争论。每个人都有自己的倾向和直觉,但是尽管投入了巨大努力,但是并没有达成最终的清晰合理的理解。最终,在1927年的索尔维会议上,包括玻尔、海森堡、泡利、狄拉克和玻恩组成的群体在一个解决方案上达成了共识,这个解决方案被称为哥本哈根诠释,这个方案因玻尔的核心角色以及这些科学家在丹麦研究所与波尔一同工作而得名。

    Hendry说,在讨论中,狄拉克坚持将这一理论约束在仅仅运用于关于一个系统我们的知识上,虽然它缺乏本体论内容Hendry对这一共识的总结中写道:关于这一共识的阐释,狄拉克解释说,波函数代表着我们对系统的知识,波包塌缩表示在测量后我们获得的更为精确的知识

    这些引述清晰的表明,对比与经典物理学理论观念,正统的哥本哈根量子论是关于我们的知识的。我们,特别是我们的精神层面,已经进入了基础物理理论的结构。

    物理学家的这一基础自然观的深刻变革——蕴含在他们的努力以及他们的表述中,并不是无足轻重的:它是一种别无选择的办法。为了理解原子现象,人们必须放弃物理本体论,将数学公式直接解释为是关于观察者知识的、而不是关于外在实在本身,这一观念看起来是如此的荒谬、以至不曾有知名的或者令人尊重的科学家团体会接受它,除了到了无可选择的地步。

    其结果是,如果我们简单地忽视这样一个经过艰苦努力所胜出的结论及其深刻内涵,以及忽略它如此显然的要诉诸于我们的努力去理解我们的意识思维同躯体行为之间的关联,那将是轻率的。

    爱因斯坦从来没有接受过哥本哈根诠释。他说:从原理上看,让我不满意的是,它放弃了整个物理学的目标,即完整的描述任何(单个的)真实情形(无论在任何的观察行为的影响下都应该存在的)(Einstein 1951, p. 667)。

    我不喜欢的是,这种意见的实证主义态度,从我的观点来看是站不住脚的,而且对我来说它与伯克莱的原理如出一辙(存在就是被感知)Einstein 1951, p. 669)。

    直到生命的最后日子,爱因斯坦仍力图将观察者的知识排除在物理学之外。他没有成功!相反,他承认(同上. p. 87):

    我的观点是,当前的量子论构成了对(统计)关联的最为恰当的表述。

    他还说(同上. p. 81):

    ... 我们时代最成功的物理学理论,就是统计量子力学,在大约25年前它就具有了一个逻辑自洽的形式。这是我们现有的、能够提供对微观力学事件量子特征的经验进行完整把握的唯一理论。

    人们可以采取绅士般的态度认为,经典自然观所遭遇到的这些深刻的困难仅仅是科学前进道路上的暂时的退却。人们可以想象,确实有人这样做了,这种困扰我们最深刻的心智已经长达70多年的奇特困惑,以及物理学家们所得出的离奇的结论都是可以忽略的,因为它们不符合已经成功运行了200多年的传统理论观念。或者人们可以试图去宣称,这些问题仅仅涉及原子和分子,而与它们组成的更大的事物无关。关于这一点,爱因斯坦说(同上, p. 674):但是,宏观的和微观的是如此相关,看起来单单在微观领域放弃这种程序(将物理学基于真实之上)是不切实际的

    这些引文陈述了一个事实,哥本哈根量子论以一种根本的方式将人类意识带入了物理学理论中。但是,发生在基础物理中的这一变革是如何影响关于人的科学观的呢?

    为了回答这个问题,我首先对量子论的发展进行一点评论。

    量子论的原始版本,被称作哥本哈根量子论,或者哥本哈根诠释,是明确的实用主义的。它的目标在于,展现理论的数学结构能够用来作出有用的、可检验的预言,用来从我们已有的经验以及我们选择的行动来预言将来可能出现的经验。在这一理论的原始版本中,实验人员的大脑和躯体,以及他们的测量仪器,都用经验的术语所描述:用我们对这些仪器的经验和知觉以及我们的生理躯体对这些仪器的操控的语言。这些仪器被认为是我们躯体的延伸。然而,我们经验上描述的自我和我们正在研究的用物理术语描述的系统之间的分界,在某种程度上是任意的。经验上描述的测量仪器可以非常微小,而物理上描述的系统可以非常巨大。冯诺依曼考察了这种含糊性并表明,我们可以自洽的描述整个物理世界,包括作为物理世界中的实验者的大脑,而实验者的意识流行动所引发的行为直接作用于实验者的大脑。因此,量子论中心理描述和物理描述侧面之间的相互作用,就成为了神经科学和神经心理学中的心脑相互作用。

    正是冯诺依曼对哥本哈根量子论的这一扩展,为量子论的合理自洽的本体论诠释奠定了基础。所谓本体论是指,对真正发生了什么进行的猜想性的描述。1958年在《物理和哲学》这部著作中,海森堡提出了一套本体论描述,我将追随这一本体论,它在冯诺依曼的构架中进行了表述,认为大脑作为物理世界的一部分可以用量子论的数学来描述。这就为心-物关系问题进行了定位,它发生在用量子力学描述的大脑和经验描述的人类主体/观察者的意识流的交界面上。我在这本书中的目标就是向非物理学家解释,在心-脑动力学中心理和物理描述的要素之间的相互作用,这种相互作用在正统(冯诺依曼-海森堡)量子论的框架中得到了理解。



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