對(duì)量子力學(xué)互補(bǔ)性詮釋的理解哲學(xué)論文
量子力學(xué)在本世紀(jì)二十年代就形成了其形式系統(tǒng)，然而它的物理意義，亦即對(duì)它的解釋卻一直眾說(shuō)紛紜，時(shí)至今日仍是物理學(xué)家和哲學(xué)家關(guān)注的一個(gè)中心問(wèn)題。雖然在其體系形成后不久，玻爾就在玻恩的幾率詮釋和海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)一貫的互補(bǔ)性詮釋并成為被普遍接受的正統(tǒng)詮釋，但互補(bǔ)思想的確切內(nèi)容卻始終沒(méi)有人能說(shuō)得清，因?yàn)椴柨偸前阉願(yuàn)W的思想，深深藏在晦澀冗長(zhǎng)的深思熟慮的句子和事例性的說(shuō)明之中，而沒(méi)有任何現(xiàn)成的條條款款，這就使得無(wú)論接受它的還是反對(duì)它的人都給出了各式各樣不同的理解，所以互補(bǔ)含義亟需澄清。關(guān)于量子力學(xué)詮釋研究的主要問(wèn)題也都與互補(bǔ)性詮釋密切相關(guān)（如因果性問(wèn)題、幾率性問(wèn)題、關(guān)于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的理解問(wèn)題、測(cè)量問(wèn)題、完備性問(wèn)題等），這些問(wèn)題的澄清和解決也首先需要正確理解互補(bǔ)性詮釋。
�。保パa(bǔ)性詮釋的邏輯結(jié)構(gòu)
與互補(bǔ)性詮釋不同的其它詮釋的邏輯結(jié)構(gòu)是，先設(shè)計(jì)出某種本體實(shí)在的模式，再將這種本體實(shí)在與量子力學(xué)中的某種符號(hào)聯(lián)系起來(lái)，然后將這種符號(hào)按量子力學(xué)演繹的理論結(jié)果與觀察結(jié)果對(duì)照來(lái)解釋量子現(xiàn)象和量子理論。在這些解釋中，觀察結(jié)果不是作為解釋的根據(jù)，而是作為量子力學(xué)演繹的結(jié)果。如隱變量理論先假設(shè)有因果決定性的亞量子層的隱變量的本體實(shí)在，再將這種本體實(shí)在隱變量的統(tǒng)計(jì)平均與量子力學(xué)中的可觀察量聯(lián)系起來(lái)，量子力學(xué)的理論值就代表著隱變量的統(tǒng)計(jì)平均的演化結(jié)果，它與統(tǒng)計(jì)性的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，這樣隱變量理論就將觀察結(jié)果和量子力學(xué)的描述解釋為客體的隱變量的統(tǒng)計(jì)平均的表現(xiàn)和對(duì)這種統(tǒng)計(jì)平均的變化規(guī)律的描述。統(tǒng)計(jì)系綜詮釋則先假設(shè)統(tǒng)計(jì)分布具有實(shí)在的客觀性，它代表著微觀客體的狀態(tài)和特征，量子力學(xué)描述中的波函數(shù)ψ的模方就表示客體的這種統(tǒng)計(jì)分布，波動(dòng)方程的解的模方與觀察結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分布相一致，表示著客體的統(tǒng)計(jì)分布狀態(tài)�；パa(bǔ)性詮釋不從一個(gè)預(yù)先的本體實(shí)在模式的假設(shè)出發(fā)，而是直接對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，然后從這種對(duì)觀察結(jié)果的分析中推出客體的實(shí)在特點(diǎn)和對(duì)它進(jìn)行描述的符號(hào)的意義。當(dāng)然，從一般假設(shè)能演繹出一個(gè)唯一的結(jié)果，而從觀察結(jié)果只能推出客體實(shí)在的某些本質(zhì)特征，不會(huì)得出唯一確定的實(shí)在模式和對(duì)它描述的符號(hào)的完全確定的意義。因?yàn)橛^察結(jié)果可以由各種不同的符號(hào)系統(tǒng)描述，即使只有一套符號(hào)，其數(shù)學(xué)演算過(guò)程也無(wú)法與實(shí)際的物理過(guò)程一一對(duì)應(yīng)，而只能將演算結(jié)果與觀察結(jié)果對(duì)應(yīng)，所以，雖然觀察是唯一確定的，但關(guān)于它的描述和解釋卻可以有多種。這說(shuō)明解釋具有一定的靈活性，允許有各種不同的關(guān)于實(shí)在的假設(shè)，但這些假設(shè)的實(shí)在并不就是真實(shí)的實(shí)在，而只是在某些方面反映著由觀察結(jié)果所表征的實(shí)在。互補(bǔ)性詮釋通過(guò)對(duì)觀察結(jié)果的認(rèn)識(shí)特點(diǎn)和描述的語(yǔ)義方面的分析，找到對(duì)客體和諧一致的互補(bǔ)描述方式，再?gòu)倪@種描述中找出客體的實(shí)在特點(diǎn)，而不是先給出一種實(shí)在的模式或圖景。
互補(bǔ)性詮釋從觀察到的原子的穩(wěn)定性和輻射光譜的不連續(xù)性所表征的量子性出發(fā)，以量子公設(shè)作為其理論的出發(fā)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建對(duì)具有量子性的原子客體的合理描述。量子公設(shè)本身意味著過(guò)程的非連續(xù)性、個(gè)體性，也就意味著觀察過(guò)程中儀器與客體的相互作用過(guò)程是不可細(xì)分的，觀察結(jié)果中必然包含了儀器及其對(duì)客體的作用。在經(jīng)典物理中，儀器對(duì)客體的作用比客體本身的物理量小得可以忽略，即使不能忽略也能通過(guò)對(duì)過(guò)程的分析將它剔除，但在對(duì)原子客體的觀察中，儀器對(duì)客體的作用與客體的物理量相比擬，其作用過(guò)程又是非連續(xù)的，所以不可能將儀器的作用剔除，這樣，觀察結(jié)果中就必然包含了觀察儀器的作用，而不是代表客體本身的現(xiàn)象，對(duì)客體的描述也必然只能是觀察下的客體的描述，而不可能是對(duì)沒(méi)有觀察的孤立客體本身的描述，所以對(duì)客體的任何描述都依賴一定的觀察，沒(méi)有觀察，就沒(méi)有可描述的確定的現(xiàn)象，即使沒(méi)有對(duì)應(yīng)于客體本身的觀察，也必然存在與之相關(guān)的其它客體的觀察。這不是說(shuō)，沒(méi)有觀察，現(xiàn)象世界就不存在，而是說(shuō)，沒(méi)有觀察，確定的客體就不存在，沒(méi)有觀察，世界上可以發(fā)生許多事件，但我們卻不能確定對(duì)它們的描述。
觀察對(duì)描述的重要性和觀察中儀器對(duì)原子客體的作用的不可分性是原子現(xiàn)象及其描述的特殊性之所在。正是觀察的特殊性帶來(lái)了概念的定義和描述上的新特點(diǎn)，從而帶來(lái)描述方式的根本改變和實(shí)在的新特點(diǎn)。
在對(duì)原子客體的觀察中，儀器與客體間的不可剔除的相互作用，使得對(duì)客體的時(shí)空確定和態(tài)的確定間成為互斥的。當(dāng)我們通過(guò)一種儀器如剛性標(biāo)尺和時(shí)鐘對(duì)客體進(jìn)行時(shí)空的觀察和確定時(shí)，觀察中儀器的作用和對(duì)時(shí)空的確定條件，排斥對(duì)客體的態(tài)進(jìn)行定義，因?yàn)檫@種確定時(shí)空的儀器對(duì)客體的作用所帶來(lái)的客體的態(tài)的改變是無(wú)法確定的，從而客體在另一種確定它的態(tài)的儀器下所確定的對(duì)態(tài)的定義的條件被破壞，而不再可能對(duì)時(shí)空觀察下的客體進(jìn)行態(tài)的定義。當(dāng)我們利用另一種儀器對(duì)客體的能量和動(dòng)量進(jìn)行觀察和定義時(shí)，由于儀器與客體相互作用的時(shí)間的不確定性，使得對(duì)客體的時(shí)空確定成為不可能。客體的時(shí)空標(biāo)示和態(tài)的描述間的互斥，不僅在于時(shí)空觀察帶來(lái)的態(tài)的不可控制的改變，而且也是定義客體兩種屬性的條件的互斥的表現(xiàn)。態(tài)的定義要求消除除態(tài)的觀察外的任何觀察的外來(lái)干擾，而時(shí)空的觀察必包含有對(duì)客體的干擾，兩種描述所代表的定義的理想化和觀察的理想化的互斥，使得它們不能再統(tǒng)一在一種描述圖景中對(duì)客體進(jìn)行時(shí)空中的因果描述，只能對(duì)客體進(jìn)行這兩種互斥的描述。因?yàn)樗鼈兌际菍?duì)客體的描述，并且只有兩種描述一起才能構(gòu)成對(duì)客體的全面描述，所以二者是互補(bǔ)的。這就是對(duì)原子客體的互補(bǔ)性描述方式。
量子公設(shè)所蘊(yùn)涵的儀器與客體的不可避免的相互作用是互補(bǔ)性詮釋的一個(gè)邏輯起點(diǎn)，作用量子的公式所包含的波粒二象性是互補(bǔ)性詮釋的另一邏輯起點(diǎn)。
時(shí)空和能量動(dòng)量描述的互補(bǔ)性意味著經(jīng)典的粒子圖象和波動(dòng)圖象都不完全適于原子客體，它們只是詮釋兩種原子現(xiàn)象的不同嘗試。在這種詮釋中，經(jīng)典概念的局限性以互補(bǔ)的方式表現(xiàn)出來(lái)。在粒子圖象中，因果要求的滿足必伴隨對(duì)時(shí)空描述的放棄；在波動(dòng)圖象中，時(shí)空傳播規(guī)律的描述必伴隨因果描述的放棄而只能代之以統(tǒng)計(jì)的考慮。如果我們不把時(shí)空描述和因果描述看作互補(bǔ)的而堅(jiān)持經(jīng)典的時(shí)空概念，我們就必會(huì)面對(duì)光和物質(zhì)有時(shí)表現(xiàn)象波有時(shí)又象粒子的矛盾，所以，光和物質(zhì)粒子的本性不是經(jīng)典描述的粒子或波，而是時(shí)空和因果的互補(bǔ)描述的波粒二象性，即其時(shí)空描述遵循波動(dòng)的疊加規(guī)律、其因果描述遵循粒子的守恒定律的兩種圖象的互補(bǔ)。任何將客體看作經(jīng)典波或經(jīng)典粒子的解釋都是行不通的。如薛定諤將原子客體看作經(jīng)典電磁波的電磁波解釋，就遇到波包的擴(kuò)散、波是位形空間而不是真實(shí)空間的波以及波函數(shù)與測(cè)量與所選擇的非對(duì)易的可觀察量有關(guān)等問(wèn)題，這些問(wèn)題恰恰反映了經(jīng)典波概念對(duì)原子客體描述的局限性。統(tǒng)計(jì)系綜詮釋雖把原子客體看作粒子，但卻不是經(jīng)典的能夠?qū)λ鲿r(shí)空描述的粒子，而是只能對(duì)粒子系綜的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行描述的粒子，因果描述和時(shí)空描述的互補(bǔ)性被包含在系綜的能量、動(dòng)量和時(shí)間空間的統(tǒng)計(jì)散差具有反比性的特殊統(tǒng)計(jì)性中。隱變量理論雖然為量子力學(xué)描述建立了一個(gè)亞量子層的因果描述，但它對(duì)可觀察的量子層的描述與量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)描述完全一樣，而且在其亞量子層的因果描述中也加入了與經(jīng)典描述不同的隱變量與測(cè)量的相關(guān)性。所以，因果描述和時(shí)空描述的互補(bǔ)性是不可避免的，用經(jīng)典的粒子圖象或波動(dòng)圖象來(lái)解釋所有原子現(xiàn)象都會(huì)遇到邏輯困難，因而必須將它們加以修正并使它們互補(bǔ)起來(lái)。
２．對(duì)量子力學(xué)描述的統(tǒng)計(jì)性的理解
統(tǒng)計(jì)性是量子力學(xué)描述的一個(gè)基本特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)或幾率概念是量子理論的基本概念，理解它是理解量子力學(xué)的關(guān)鍵所在，各種詮釋的主要分歧也在于此。按照互補(bǔ)性詮釋，統(tǒng)計(jì)性是量子性的必然結(jié)果，或者說(shuō)統(tǒng)計(jì)性是邏輯地包含在量子概念之中的。因?yàn)樽饔昧孔拥拇嬖诒旧砭鸵馕吨舆^(guò)程不再是因果連續(xù)的，而是非連續(xù)的個(gè)體性過(guò)程，對(duì)于這種過(guò)程不可能進(jìn)行因果描述，而只能對(duì)個(gè)體事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述，而且量子公設(shè)還意味著觀察對(duì)原子客體狀態(tài)的不可控制的改變，從而使我們無(wú)法通過(guò)觀察建立起客體運(yùn)動(dòng)變化的因果規(guī)律。量子概念中所蘊(yùn)涵的時(shí)空的確定和能量動(dòng)量的確定間的互斥關(guān)系，也使我們不可能給出客體的一個(gè)初始狀態(tài)而對(duì)客體進(jìn)行因果性的描述和預(yù)言，所以，量子性必意味著描述的統(tǒng)計(jì)性，對(duì)非連續(xù)的原子過(guò)程只能進(jìn)行幾率描述。描述恰當(dāng)?shù)胤从沉嗽舆^(guò)程的非連續(xù)的變化的可能性而不是因果連續(xù)變化的必然性，它對(duì)原子客體的物理量的描述不再是具有唯一確定值，而是按一定的統(tǒng)計(jì)分布具有一系列的值，這些值及其統(tǒng)計(jì)分布就是對(duì)原子客體的這一物理屬性的描述，而量子力學(xué)對(duì)原子客體的物理量的值譜和統(tǒng)計(jì)分布的變化規(guī)律的描述就是對(duì)原子客體的統(tǒng)計(jì)變化規(guī)律的描述。這種由量子公設(shè)帶來(lái)的統(tǒng)計(jì)描述也必然包含描述的互補(bǔ)性，只有通過(guò)時(shí)空描述和能量動(dòng)量描述的互補(bǔ)性才能理解對(duì)原子客體的統(tǒng)計(jì)描述的這些特點(diǎn)。量子力學(xué)描述中波函數(shù)按薛定諤方程隨時(shí)間的演化，往往給人一種感覺(jué)，它就是對(duì)客體的態(tài)或客體的統(tǒng)計(jì)性（或趨向性）的因果變化的描述。其實(shí)，薛氏方程并不能滿足人們對(duì)因果描述的追尋，雖然我們可以從波函數(shù)中找到關(guān)于客體的所有屬性的描述，但是波函數(shù)的隨時(shí)間的演化并不代表客體的狀態(tài)的因果變化，因?yàn)椴ê瘮?shù)與客體的行為并無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，只有波函數(shù)的模方才代表客體的幾率，波動(dòng)方程只是以恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式包含了對(duì)客體滿足疊加原理的波動(dòng)屬性的描述，而這種描述的合理性是以客體作為粒子出現(xiàn)的幾率對(duì)波函數(shù)的詮釋來(lái)達(dá)到的，波動(dòng)方程的解不是描述代表客體的波，而是描述代表客體的粒子的幾率，波動(dòng)方程描述中對(duì)量子描述的互補(bǔ)性就表現(xiàn)在這里。所以波動(dòng)方程并不表示對(duì)客體的因果描述，而是以波動(dòng)描述形式對(duì)粒子幾率進(jìn)行描述的波－�；パa(bǔ)性的表現(xiàn)。
�。常畬�(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的理解
測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是量子力學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，它是量子力學(xué)形式體系的一個(gè)直接數(shù)學(xué)結(jié)論，所以接受量子力學(xué)的人都能接受它，但對(duì)于這個(gè)數(shù)學(xué)公式的理解卻千差萬(wàn)別。由于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表現(xiàn)為對(duì)物理量的測(cè)量的限制關(guān)系，所以，不少早期的量子力學(xué)教科書把它作為量子力學(xué)的一個(gè)核心內(nèi)容和邏輯基礎(chǔ)或操作基礎(chǔ)，但是，正如Karl R.Popper所指出的，從薛定諤方程可導(dǎo)出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系而從測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系導(dǎo)不出薛氏方程，這說(shuō)明測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系應(yīng)是某種基礎(chǔ)的推論。在互補(bǔ)性詮釋看來(lái)，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是量子公設(shè)所蘊(yùn)涵的波粒二象性的結(jié)果，它表現(xiàn)的是經(jīng)典概念的可定義的精確度間的互補(bǔ)關(guān)系。玻爾從關(guān)于作用量子的基本公式ＥＴ＝Ｉλ＝ｈ出發(fā)，從其中所蘊(yùn)涵的經(jīng)典概念的矛盾推出關(guān)于這些經(jīng)典概念的可定義的最大精確度間的普遍反比關(guān)系即測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，從而使這個(gè)關(guān)系代表了時(shí)空和因果描述間的互補(bǔ)性的一種簡(jiǎn)單的符號(hào)化表示，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系中共軛物理量的測(cè)量精確度間的反比關(guān)系恰當(dāng)?shù)胤从沉藘晌锢砹康幕コ饣パa(bǔ)關(guān)系。
海森堡把他所發(fā)現(xiàn)的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系看作是對(duì)經(jīng)典概念的適用性的限制和對(duì)經(jīng)典物理量的可確定程度的限制，并且正是由于這種不確定性導(dǎo)致因果律的失效和量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)描述，這種解釋帶有明顯的操作論和實(shí)證論傾向，是一種只講其然而不講其所以然的解釋�；パa(bǔ)性詮釋則給出了其所以然的說(shuō)明，是對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的更深層的理解，避免了上述操作解釋的弊端。如海森堡把物理量的測(cè)量的不確定度解釋為測(cè)量的操作結(jié)果，而不是不同概念的可定義和可觀察的互補(bǔ)性的結(jié)果，就會(huì)導(dǎo)致由于我們測(cè)量和認(rèn)識(shí)能力的限制，使我們對(duì)本來(lái)可能存在精確值和因果性的客體只能作有限精確度和統(tǒng)計(jì)描述的實(shí)證論的和不可知論的問(wèn)題。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系所表征的一種物理量的測(cè)量中儀器的作用導(dǎo)致另一種物理量的不確定，證明了互補(bǔ)性詮釋的儀器對(duì)客體的不可控制作用的說(shuō)法，但是這種儀器的干擾作用是對(duì)原子客體進(jìn)行描述所必需的，也是量子力學(xué)描述中所包含的，而不是對(duì)客體進(jìn)行描述所要排除的。
Popper的統(tǒng)計(jì)系綜詮釋認(rèn)為，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的含義是兩個(gè)正則共軛變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差之積有一下限ｎ／４π，它不象互補(bǔ)性詮釋的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是從對(duì)理想實(shí)驗(yàn)的分析得到的，而是量子力學(xué)形式體系的邏輯數(shù)學(xué)推論，而且由于現(xiàn)在實(shí)際的對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)還不能達(dá)到個(gè)體粒子測(cè)量所要求的精確度，而往往是對(duì)許多粒子的統(tǒng)計(jì)平均的偏差的測(cè)量，所以統(tǒng)計(jì)系綜詮釋顯得比互補(bǔ)性詮釋有更堅(jiān)實(shí)的經(jīng)驗(yàn)支持。我認(rèn)為，也許統(tǒng)計(jì)系綜詮釋較互補(bǔ)性詮釋在數(shù)學(xué)上更嚴(yán)密，但互補(bǔ)性詮釋對(duì)量子性的描述特點(diǎn)的分析顯得更深刻。
�。矗畬�(duì)描述的完備性問(wèn)題的回答和理解
完備性問(wèn)題和測(cè)量問(wèn)題是量子力學(xué)詮釋之爭(zhēng)的兩個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題，近幾十年量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究主要圍繞這兩個(gè)問(wèn)題展開且使問(wèn)題不斷演化，并挖掘出不少新的內(nèi)容，互補(bǔ)性詮釋無(wú)論對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題的提出還是發(fā)展都有著直接的影響，而它對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題的解釋也成為互補(bǔ)性詮釋本身的重要內(nèi)容。
完備性問(wèn)題是愛(ài)因斯坦與玻爾論戰(zhàn)的第三次交鋒中在著名的Ｅ－Ｐ－Ｒ論文中提出的。文中通過(guò)一個(gè)Ｅ－Ｐ－Ｒ實(shí)驗(yàn)論證了量子力學(xué)的描述不是對(duì)實(shí)在的完備描述。此文引起的首先是關(guān)于何為實(shí)在的討論，后來(lái)討論的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到關(guān)于Ｅ－Ｐ－Ｒ關(guān)聯(lián)究竟意味著非局域性、非因果性還是不可分離性的問(wèn)題。
�。牛校业恼撐膹臎](méi)有干擾而能預(yù)言的客體的物理屬性為物理實(shí)在這一實(shí)在概念出發(fā)，通過(guò)大家所熟知的Ｅ－Ｐ－Ｒ實(shí)驗(yàn)，論證了量子力學(xué)描述不是對(duì)實(shí)在的完備描述。簡(jiǎn)述如下：相互作用后的兩粒子，按量子力學(xué)描述，可以通過(guò)對(duì)第一個(gè)粒子的兩非對(duì)易物理量的測(cè)量而不加干擾地得到對(duì)第二個(gè)粒子的同樣的兩非對(duì)易物理量的預(yù)言，既然是不加干擾且兩粒子相距無(wú)限遠(yuǎn)，第二個(gè)粒子的兩非對(duì)易量雖對(duì)應(yīng)于第一個(gè)粒子的不同時(shí)的兩次測(cè)量，但卻是同時(shí)屬于第二個(gè)粒子的物理實(shí)在，否則就得假設(shè)兩粒子間具有超距作用；Ｅ－Ｐ－Ｒ又認(rèn)為，完備描述應(yīng)同時(shí)對(duì)同時(shí)存在的物理實(shí)在進(jìn)行描述，但量子力學(xué)的描述卻將對(duì)非對(duì)易的兩個(gè)物理實(shí)在的描述看作互補(bǔ)的，即對(duì)一個(gè)進(jìn)行精確描述時(shí)對(duì)另一個(gè)則不能進(jìn)行同時(shí)的精確描述，所以Ｅ－Ｐ－Ｒ得出結(jié)論說(shuō)，量子力學(xué)蘊(yùn)涵著Ｅ－Ｐ－Ｒ悖論，其原因是量子力學(xué)描述不完備。
大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Ｅ－Ｐ－Ｒ關(guān)聯(lián)的存在，也證明了量子力學(xué)描述的成功，但如何解決Ｅ－Ｐ－Ｒ悖論卻仍有兩條道路可以選擇，這便是修正Ｅ－Ｐ－Ｒ的兩個(gè)前提，或者修正實(shí)在概念，或者修正分離原理（包括局域性原理和可分離性原理），前者是玻爾對(duì)Ｅ－Ｐ－Ｒ的回答，后者是隱變量實(shí)在論者對(duì)Ｅ－Ｐ－Ｒ關(guān)聯(lián)的解釋，雖然實(shí)在概念不同（一個(gè)是必包含有觀察的實(shí)在；一個(gè)是不包含觀察干擾的實(shí)在），但卻都包含了儀器與客體的狀態(tài)、客體與其有相互作用的其它客體的狀態(tài)的相關(guān)。
互補(bǔ)性詮釋通過(guò)修正實(shí)在概念，即認(rèn)為實(shí)在必包含有觀察的干擾來(lái)解決Ｅ－Ｐ－Ｒ悖論。正如互補(bǔ)性詮釋的邏輯前提中所認(rèn)為的，任何描述必是對(duì)觀察的描述，任何預(yù)言也必是對(duì)觀察的預(yù)言，任何實(shí)在也必是觀察的實(shí)在而不是獨(dú)立自在的實(shí)在，觀察的作用必包含在實(shí)在之中，觀察的作用不僅意味著儀器對(duì)客體的直接的物理作用，而且意味著一種儀器所特有的對(duì)儀器和所觀察客體的整體的反映方式和描述方式，所以客體的描述和實(shí)在必與進(jìn)行觀察的儀器的類型相關(guān)，無(wú)論是直接的觀察還是象Ｅ－Ｐ－Ｒ實(shí)驗(yàn)中的間接觀察。這就是量子力學(xué)中的相對(duì)性，即客體狀態(tài)與儀器的相對(duì)性。所以Ｅ－Ｐ－Ｒ實(shí)驗(yàn)中對(duì)第二個(gè)粒子的非對(duì)易物理量的預(yù)言所對(duì)應(yīng)的是不同的測(cè)量，因而仍是不同時(shí)的實(shí)在，對(duì)它們的描述也是互補(bǔ)的描述而不能是同時(shí)的描述，所以這與量子力學(xué)描述并無(wú)矛盾。Ｅ－Ｐ－Ｒ關(guān)聯(lián)所反映的是儀器類型和描述預(yù)言類型及實(shí)在類型的必然聯(lián)系和儀器作用的不可細(xì)分所帶來(lái)的儀器與客體實(shí)在的不可分，對(duì)第二個(gè)粒子的描述與對(duì)第一個(gè)粒子測(cè)量的關(guān)聯(lián)，恰恰表明了觀察和描述類型一致的要求和儀器與所描述客體實(shí)在的不可分性，不是儀器或第一個(gè)粒子對(duì)第二個(gè)粒子的超距作用使第二個(gè)粒子的實(shí)在發(fā)生了改變，而是它們的實(shí)在本身就是一個(gè)不可分的整體，它們的狀態(tài)必然相關(guān)而不是獨(dú)立的，所以互補(bǔ)性詮釋在新的實(shí)在概念中包含了對(duì)可分離性原理的否定，解決了Ｅ－Ｐ－Ｒ悖論。其實(shí)，互補(bǔ)性詮釋雖然是在對(duì)Ｅ－Ｐ－Ｒ悖論的回答中明確了它的新的實(shí)在概念，但它的儀器與客體的實(shí)在的不可分性，儀器與客體狀態(tài)、描述的'不可分性早在como演講中作為互補(bǔ)性詮釋、互補(bǔ)描述的邏輯前提就已經(jīng)提出來(lái)了，難怪戈革先生說(shuō)玻爾提前八年預(yù)先回答了Ｅ－Ｐ－Ｒ佯謬。
�。担畬�(duì)測(cè)量問(wèn)題的回答和理解
測(cè)量問(wèn)題顧名思義就是關(guān)于測(cè)量過(guò)程的解釋和描述問(wèn)題，由于在微觀測(cè)量中儀器對(duì)客體的作用使客體發(fā)生了不可忽略的改變，從而使微觀測(cè)量不再象經(jīng)典宏觀的測(cè)量那樣可以忽略儀器對(duì)客體的作用，直接將客體對(duì)儀器作用產(chǎn)生的儀器上的讀數(shù)當(dāng)作客體本身的狀態(tài)，微觀測(cè)量的結(jié)果是測(cè)量后客體的狀態(tài)，它與測(cè)量前客體的狀態(tài)不同。由測(cè)量引起的客體狀態(tài)的突變叫波包收縮，如何解釋和描述波包收縮亦即測(cè)量過(guò)程中客體狀態(tài)的變化就是量子力學(xué)的測(cè)量問(wèn)題。在量子力學(xué)描述中，描述客體狀態(tài)的ψ（ｘ）的變化有兩種方式，一種是按薛定諤方程隨時(shí)間的因果演變，另一種是測(cè)量時(shí)突變?yōu)樗鶞y(cè)力學(xué)量的一個(gè)本征態(tài)ψ［，ｎ］（ｘ），也就是客體由各種可能值的幾率分布變?yōu)榘匆欢◣茁蕦?shí)現(xiàn)的確定值，如果測(cè)量前的統(tǒng)計(jì)分布 ，測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)分布 ，其中各本征態(tài)的相干項(xiàng)消失了。為什么測(cè)量時(shí)客體狀態(tài)要變?yōu)楸菊鲬B(tài)？為什么相干項(xiàng)消失？這些問(wèn)題成為量子力學(xué)測(cè)量問(wèn)題的中心問(wèn)題。各種測(cè)量理論大都力圖通過(guò)分析儀器與客體的相互作用過(guò)程，并以薛定諤方程來(lái)描述這一過(guò)程以求找到問(wèn)題的解答。互補(bǔ)性詮釋認(rèn)為，波包收縮和干涉項(xiàng)的消失是由一種描述方式向互補(bǔ)的另一種描述轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這種結(jié)果的出現(xiàn)是由互補(bǔ)的兩種描述的定義的條件不同和觀測(cè)中儀器和客體的相互作用關(guān)系不同造成的。
首先，ψ（ｘ）所表示的是如果測(cè)量客體的位置，其位置分布將是怎樣的，而不是說(shuō)測(cè)量前客體的狀態(tài)是怎樣的，｜ψ（ｘ）｜［２］表示的是在ｘ處找到粒子的幾率。算符ｘ在坐標(biāo)表象中對(duì)應(yīng)于確定值ｘУ謀菊骱數(shù)是δ（ｘ－ｘВ，將ψ（ｘ）按ｘ的本征函數(shù)展開即 ，雖然包含有干涉項(xiàng)，但對(duì)于ｘ［，ｉ］處的幾率｜ψ（ｘ［，ｉ］）｜［２］與 是一樣的，因?yàn)槌｀Pｎ］＝ｘ［，ｉ］時(shí)δ函數(shù)不為零外其余都為零，所以干涉項(xiàng)根本就不存在，｜ψ（ｘ）｜［２］本身就是指測(cè)量位置時(shí)測(cè)得各種位置數(shù)值的幾率。
其次，雙縫實(shí)驗(yàn)中雙縫后的波函數(shù)ψ（ｘ）是兩縫的波函數(shù)之和即ψ（ｘ）＝ψ［，Ａ］（ｘ）＋ψ［，Ｂ］（ｘ）但當(dāng)測(cè)定究竟粒子穿過(guò)哪一個(gè)縫時(shí)就會(huì)使干涉項(xiàng)消失，這是因?yàn)棣祝ǎ溅祝�，Ａ］（ｘ）＋ψ［，Ｂ］（ｘ）所蘊(yùn)涵的測(cè)量條件和描述方式與｜ψ（ｘ）｜［２］＝｜ψ［，Ａ］（ｘ）｜［２］＋｜ψ［，Ｂ］（ｘ）｜［２］所蘊(yùn)涵的不同，前者是在雙縫后的屏幕上測(cè)得的干涉情況，后者是在各單個(gè)縫后測(cè)得衍射的相加，由于在測(cè)粒子是否穿過(guò)一個(gè)縫時(shí)，測(cè)量?jī)x器對(duì)客體的作用使客體的互補(bǔ)物理量發(fā)生了改變，如測(cè)粒子動(dòng)量時(shí)就會(huì)使它的位置發(fā)生不可控制的改變而引起位置的一個(gè)不準(zhǔn)量，這種不準(zhǔn)量將引起相等的條紋位置的不準(zhǔn)量，從而不再出現(xiàn)任何干涉效應(yīng)。所以這里的干涉項(xiàng)的消失不是客體測(cè)量前的自身狀態(tài)向測(cè)量后狀態(tài)的突變，而是觀察干涉效應(yīng)向?qū)で罅Ｗ榆壍赖拿枋龅霓D(zhuǎn)變，是一種觀測(cè)條件下的態(tài)向另一種觀測(cè)條件下的態(tài)的轉(zhuǎn)變，它所表現(xiàn)的是互補(bǔ)性現(xiàn)象在互斥的實(shí)驗(yàn)裝置下的不同表現(xiàn)。
對(duì)于一般力學(xué)量Ｑ，ψ（ｘ，ｔ）可按Ｑ的本征值所對(duì)應(yīng)的本征函數(shù)展開， 其中ｕ［，ｎ］（ｘ）為Ｑ的本征值Ｑ［，１］、Ｑ［，２］…Ｑ［，ｎ］的本征函數(shù)，按量子力學(xué)，當(dāng)測(cè)量到本征值Ｑ［，１］時(shí)，系統(tǒng)就處于本征態(tài)ｕ［，１］（ｘ），其幾率是｜ａ［，１］（ｔ）｜［２］，但在觀測(cè)到確定數(shù)值前，量子力學(xué)給出的是ψ（ｘ，ｔ）而不是Ｑ［，１］和ｕ［，１］（ｘ），但實(shí)際上，所給出的預(yù)言和實(shí)際測(cè)得Ｑ［，１］的幾率｜ａ［，１］（ｔ）｜［２］是一致的， ，由于ｕ［，ｎ］（ｘ）是正交歸一函數(shù)系，ｕ［＊，ｍ］（ｘ）ｕ［，ｎ］（ｘ）＝０，當(dāng)ｍ≠ｎ時(shí)，所以干涉項(xiàng)不出現(xiàn)， ，這就是說(shuō)，ψ（ｘ，ｔ）給出的就是測(cè)量時(shí)各本征值出現(xiàn)幾率的分布，對(duì)客體狀態(tài)的由ψ（ｘ，ｔ）到ｕ［，ｎ］（ｘ）的轉(zhuǎn)變只是對(duì)客體測(cè)量后所有可能狀態(tài)的幾率分布的集合預(yù)定到其中一個(gè)狀態(tài)元素按相同幾率實(shí)現(xiàn)的描述變化，而并不對(duì)應(yīng)客體本身的在有無(wú)測(cè)量的不同條件下的狀態(tài)的變化。
所以按照互補(bǔ)性詮釋，由ψ（ｘ，ｔ）到ｕ［，ｎ］（ｘ）的波包收縮不是測(cè)量引起的測(cè)量前后客體狀態(tài)的變化。測(cè)量肯定會(huì)引起客體的變化，但這種變化已經(jīng)包含在ψ（ｘ，ｔ）中，而且不同類型的測(cè)量會(huì)引起不同的變化，這由所測(cè)得的不同類型的本征值和本征函數(shù)表現(xiàn)出來(lái)，如果 中有干涉項(xiàng)，那么新的測(cè)量所引起的變化還會(huì)表現(xiàn)在干涉項(xiàng)的消失上。因此，波包收縮中干涉項(xiàng)的消失是由互斥的測(cè)量導(dǎo)致的由一種描述向互補(bǔ)的另一種描述的轉(zhuǎn)換造成的，而波包收縮中由對(duì)許多可能值的預(yù)言到其中一個(gè)值的實(shí)現(xiàn)的波函數(shù)的變化，只是預(yù)言條件的變化引起的統(tǒng)計(jì)預(yù)言的變化，而不對(duì)應(yīng)客體本身的狀態(tài)變化。
由此可見，在測(cè)量的波包收縮過(guò)程中，引起客體狀態(tài)變化的是不同的測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條件和它們對(duì)客體的不同類型的作用，關(guān)于客體知識(shí)的變化引起的是對(duì)客體的統(tǒng)計(jì)預(yù)言條件的變化，而不是客體本身的狀態(tài)變化，所以，這里沒(méi)有任何主體的作用，也不需要引入主體意識(shí)的最后一瞥。馮．諾意曼之所以需要引入人的最后一瞥，是因?yàn)樗褍x器在測(cè)量中的作用當(dāng)作一個(gè)純粹的量子客體，而沒(méi)有看到在儀器身上所必須兼有的使確定的觀察結(jié)果和經(jīng)典概念的適當(dāng)運(yùn)用成為可能的特性，這樣一來(lái)，就象馮氏所分析的那樣，我們的觀察和描述就必然要無(wú)限后退，直至求助于意識(shí)的最后一瞥。
當(dāng)然，從量子現(xiàn)象的普遍性上講，儀器也與微觀客體一樣具有量子性，但量子性又必須通過(guò)我們的宏觀觀察和經(jīng)典概念來(lái)觀察和描寫，所以，儀器又是認(rèn)識(shí)的一個(gè)邏輯起點(diǎn)，它必須能夠直接被觀察且能用經(jīng)典概念進(jìn)行描述。只有這樣我們才能通過(guò)儀器來(lái)觀察和描述微觀客體。儀器的這種既是量子客體又是宏觀客體的二重性是互補(bǔ)描述的基礎(chǔ)。我們的認(rèn)識(shí)必須從直接觀察和由這種觀察而定義的概念開始，但又必須對(duì)超出這種直接觀察和日常概念框架的新現(xiàn)象進(jìn)行邏輯一致的描述，這就必然導(dǎo)致概念框架和描述方式的改變。如果沒(méi)有儀器的直接可觀察性，就不能得到任何微觀客體的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)象和可描述的東西，而如果沒(méi)有儀器與客體的一致性，儀器也就不可能對(duì)客體的信息進(jìn)行反映記錄，所以，儀器的二重性是認(rèn)識(shí)微觀客體的必然要求。這并不會(huì)引起宏微分界問(wèn)題（即把世界分為宏觀和微觀兩個(gè)截然分裂的世界的問(wèn)題），而只意味著一個(gè)可直接認(rèn)識(shí)，而另一個(gè)則需借助于宏觀儀器的觀察，因?yàn)榱孔有允强陀^物體具有的普遍特性，只是由于這種特性超出了日常概念的理解范圍而必須借助于對(duì)日常概念的修正來(lái)達(dá)到對(duì)它的理解。量子性的認(rèn)識(shí)特殊性并不在于它的微觀尺度，而在于它的非連續(xù)的、個(gè)體的觀察條件與我們建立日常概念時(shí)的連續(xù)的、無(wú)限可分的觀察條件不同，這種不同就需要我們對(duì)各概念的適用條件和相互關(guān)系進(jìn)行修正。實(shí)際上，宏觀客體的觀察也一樣需要借助于我們建立概念時(shí)的觀察，這里不是宏觀微觀的不同，也沒(méi)有二者的截然分界，只有所描述現(xiàn)象在多大程度上與我們建立概念的觀察條件的符合程度的不同，所以，微觀描述一方面是對(duì)經(jīng)典描述的修正，一方面又以經(jīng)典概念為基礎(chǔ)，這不是一個(gè)邏輯矛盾，而是意味著微觀描述必須以可直接理解的經(jīng)典概念為起點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些概念在新的觀察條件下適用程度和相互關(guān)系的修正來(lái)達(dá)到對(duì)微觀現(xiàn)象的合理描述，這不是互補(bǔ)性詮釋的矛盾，而是理解量子概念與經(jīng)典描述的矛盾所必需的。
對(duì)于企圖用量子理論來(lái)描述測(cè)量過(guò)程以求得到一個(gè)統(tǒng)一的描述的做法，互補(bǔ)性詮釋認(rèn)為是不會(huì)有結(jié)果的。因?yàn)槲覀儗?duì)微觀現(xiàn)象的觀察和描述必須借助于我們的日常的觀察和概念，而這種觀察和概念建立的條件是無(wú)法形式化的。
主要參考文獻(xiàn)
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