关于量子力学的哲学背景问题同海森伯的谈话（报道）⁽¹⁾

〔上略〕

1926年春天，我［指海森伯。——编译者］应邀向这个著名的团体［指当时德国柏林大学物理系。——编译者］讲新的量子力学，而且因为这是我第一次有机会遇见这么多有名的人，我很用心地把当时这个最不合传统的理论的概念和数学基础说明清楚。我显然已经使爱因斯坦发生兴趣，因为他邀我同他一道走回家，以便我们可以更详细地讨论这些新的思想。

在路上，他问了我的学习和以前的研究情况。我们一到家，他就以一个同我最近工作的哲学背景有关的问题开始了这次谈话。“你向我们讲的，听起来极其离奇。你假定原子里面存在着电子，你这样做可能是完全正确的。但是你拒绝考虑它们的轨道，即使我们能够观察到电子在云室中的径迹。我非常想更多地听听你提出这种奇特假定的理由。”

我当时一定回答：“我们不能观察到原子里面的电子轨道，但是一个原子在放电时所发出的辐射，能使我们推断出它的电子的频率和相应的振幅。甚至在比较老的物理学中，波数和振幅毕竟也还是可以用来代替电子的轨道。既然一个好的理论必须以直接可观察的量为依据，于是就以这些量为限，把它们仿佛当作是电子轨道的代表，我想那该是比较合适的。”

爱因斯坦反驳说：“难道你是认真地相信只有可观察量才应当进入物理理论吗？”

“你处理相对论不正是这样吗？”我有点惊讶地问道。“你毕竟还曾强调过这一事实，说绝对时间是不许可的，仅仅因为绝对时间是不能被观察的；而只有在运动的参照系或静止的参照系中存在的时钟读数才同时间的确定有关。”

爱因斯坦承认，“可能，我是用过这种推理。但是这仍然是毫无意义的。一个人把实际观察到的东西记在心中，会有启发性帮助的，我这样说，也许能够更加灵活地解释它。但是在原则上，试图单靠可观察量来建立理论，那是完全错误的。实际上，恰恰相反，是理论决定我们能够观察到的东西。你一定体会到，观察是一个十分复杂的过程。观察下的现象在我们的量度装置中产生某些事件。结果，进一步的过程又在这套装置中发生，它们通过复杂的途径最后产生了感觉印象，并帮助我们把这些感受在我们的意识中固定下来。沿着这整个途径——从现象到它固定在我们的意识中——在我们能够宣称已经在最低程度上观察了任何东西之前，我们必定能够说出自然界是怎样起作用的，必定至少用实践的语言知道了自然规律。只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。当我们宣称我们能够观察某种新事物时，我们实际上应当是说：虽然我们就要提出同旧规律不一致的新的自然规律，可是我们仍然假定，这些现存的规律——包括从现象到我们的意识这整个途径——以这样的方式起作用，使我们可以依靠它们，从而才可以谈论‘观察到的结果’。

“比如，在相对论中，我们预先假设，即使在运动的参照系中，光线从时钟到观察者眼睛的行为或多或少总是像我们预期于它们的那样。在你的理论中，你十分明显地假定，光从振动的原子传播到分光镜或者眼睛的全部机制，正像人们经常所假设的那样在动作的，那就是说，实质上是按照麦克斯韦定律在动作的。如果不再是这样的情况，你大概就不能观察到任何你称之为可观察的量了。你宣称你引进的只是可观察的量，这就给你试图提出的理论假定了一种性质。你事实上是假定：你的理论在主要论点上同辐射现象的旧描述并不抵触。自然，你很可能是对的，但是你不能确信无疑。”

爱因斯坦的态度使我大吃一惊，虽然我觉得他的论据是令人信服的。因此我说：“一个好的理论最多不过是按照思维经济原则把观察结果凝聚起来，这种思想无疑是回到了马赫，而且实际上，据说你的相对论决定性地利用了马赫的概念。但是你刚才对我讲的，似乎表明恰恰相反。我该怎样解释这一切呢？或者不如说，你自己究竟是怎样想的呢？”［爱因斯坦回答如下：］

“这件事说来话长，不过，如果你高兴，我们可以讲讲它。马赫的思维经济概念可能包含有部分真理，但是我觉得它的确有点太浅薄。让我首先提出一些对它有利的论据。我们显然是通过我们的感觉来了解世界的。甚至小孩子学说话、学思考的时候，他们也是如此，通过一个单词，比如‘球’字，就认出了对高度复杂的但以某种方式相联系着的那些感觉印象进行描述的可能性。他们向大人学习这个词，并且为他们能使自己理解而感到满足。换句话说，我们可以论证，这个词的形成，因而‘球’这个概念的形成，就是一种思维经济，它能使孩子用简单的办法把那些很复杂的感觉印象结合起来。这里，马赫甚至也没有涉及这样的问题：在传达过程能够开始之前，一个人——或小孩子——必须具备哪样的心理素质或身体素质。谁都知道，对于动物，这种过程造成的影响是非常小的，不过，我们现在不必去谈它。当时马赫也认为，科学理论的形成，不管怎样复杂，是以类似的方式发生的。我们试图把现象加以整理，把它们化成一种简单的形式，一直到我们能借助少数简单的概念来描述可能是很大量的现象。

“这一切听起来是非常合理的，但是我们仍然应该问我们自己：这里是在什么意义上使用心理经济原则的。我们所考虑的究竟是心理上的经济还是逻辑上的经济呢？也就是说，我们所指的究竟是现象的主观方面还是现象的客观方面呢？这个孩子形成概念‘球’的时候，他用这个概念把复杂的感觉印象结合起来，他是采用纯粹心理上的简化呢？还是这个球实际上是存在的呢？马赫也许会回答，这两句话表示完全相同的事实。但是他这样说可就完全错了。首先，‘这个球实际上是存在的’这一断言也包含一些在将来会出现的种种可能的感觉印象的陈述。那么将来的可能性和期望就构成了我们的实在的一个很重要部分，完全不可被忽略掉。此外，我们应当记住，由感觉印象推断概念和事物，是我们一切思想的基本先决条件之一。因此，如果我们所要想说的只是感觉印象，我们就一定要摆脱我们的语言和思想。换句话说，马赫多少有点忽略了这样的事实：这个世界实际上是存在的，我们的感觉印象是以客观事物为基础的。

“我并不希望以一个实在论的一种朴素形式的拥护者的身份出现；我知道这些是很困难的问题，不过另一方面，我认为马赫关于观察的概念也太朴素了。他假装我们完全正确地理解‘观察’这个词的意思，并且以为这就使他不必去辨别‘客观的’现象和‘主观的’现象。难怪他的原则有这样一个可疑的商业上的名称：‘思维经济’。他的简单性这一观念在我看来也太主观。实际上，自然规律的简单性也是一种客观事实，而且正确的概念体系（scheme）必须使这种简单性的主观方面和客观方面保持平衡。但这是一个很困难的任务。我们不如回到你的演讲罢。

“恰好是因为我们正在讨论的问题，我非常怀疑，你的理论会有一天使你陷于困境。我想要详细地说明这一点。在进行观察的时候，你所作所为，好像一切都能照旧，也就是说，好像你还能使用旧的描述语言。可是在那种情况下，你也得说：在云室中，我们能够观察到电子的路径。同时，你又宣称，在原子里面没有电子的路径。这显然是胡扯，因为你大概不可能单单靠限制电子在其中运动的空间的办法来取消这路径。”

我竭力为新的量子力学辩护。“我们一时还想不出该用怎样的语言来讲原子里面的过程。固然我们有了一种数学的语言，那就是一种确定原子的定态或者从一个状态到另一状态的跃迁可能性的数学体系，但是我们还不知道——至少一般说来不知道——怎样把这种语言同古典物理学的语言联系起来。当然，如果我们首先要把这种理论用于实验，我们就需要这种联系。因为到要做实验的时候，我们总是用传统的语言来谈论。所以我确实不能宣称我们已经‘理解了’量子力学。我假定这个数学体系是行的，但是到目前为止还没有建立起同传统语言的联系。在这件事没有做到之前，我们不能希望不带内在矛盾地去谈论云室内的电子路径。因此，要解决你所提出的困难，大概还为时过早。”

爱因斯坦说：“很好，我接受这个意见。在几年之内我们会再谈论它。但是，也许我可以向你提另一个问题。像你在演讲中所阐述的，量子力学有两个不同的方面。一方面，如玻尔本人所正确强调过的，它解释了原子的稳定性；它使得同样的形式屡次重现。另一方面，它解释了自然界的奇特的不连续性和不守恒性，这是当我们注视闪烁屏上的闪光时十分清楚地观察到的。这两个方面显然是联结在一起的。在你的量子力学中，你对这两方面都应当加以考虑，比如，当你讲到原子发射光时，就该这样考虑。你能够算出定态的分立能量值。这样你的理论就能够说明某些形式的稳定性，这些形式彼此不能连续地合并，而必须有一定量值的差别，并且似乎是能够始终不断改进的。但是发射光时出现了什么呢？你知道，我曾提出，当一个原子从一个稳定的能值突然降到下一个稳定能值，它发射出能量差像一个能包一样，这就是所谓光量子。在那种情况下，我们有了一个特别清楚的关于不连续性的典型。你认为我的想法正确吗？或者，你能够以更精确的方式来描述从一个定态到另一个定态的跃迁吗？”

在我的回答中，一定说过这样的一些话：“玻尔曾经教导我，我们不能用传统的概念来描述这种过程，那就是说不能作为时间和空间中的过程来描述。关于这一点，当然我们讲得很少，事实上我们一点也不知道。在现阶段我不能说，我是否应当相信光量子。辐射十分明显包含着不连续的因素，这就是你所说的光量子。另一方面，也有一种连续的因素，比如在干涉现象中所出现的那样，用光的波动理论来描述要简单得多。但是，你问量子力学对这些极其困难的问题有什么新的说法，那当然是完全正当的。我相信，我们至少可以希望，量子力学总有一天会说点什么的。

“比如，我可以设想，如果我们考查一个原子同别的原子或辐射场发生作用时的能量起伏，我们就会得到有趣的答案。如果能量的变化必须是不连续的，像我们由你的光量子论所预期的那样，那么这种起伏，或者用更精确的数学术语来说，这种均方起伏（mean square fluctuation）就会比能量连续变化的更大。我倾向于相信量子力学会导致较大的值，并且由此确立了不连续性。另一方面，干涉实验中出现的连续因素也应当加以考虑。也许我们应当把从一个定态到另一个定态的跃迁设想作电影中的许多渐隐（fade-out）镜头。这种变化不是突然的——一幅画面当第二幅画面进入焦点时就逐渐消失，这样使得两幅画面有一段时间混在一起，分不清这个那个。同样，很可能有个中间状态，在这种状态中，我们无法说出原子究竟是在上面一个状态还是在下面一个状态。”

“你是在薄冰上行走，”爱因斯坦警告我。“因为你突然讲起关于自然界我们知道些什么，而不再讲自然界实际上在干什么。在科学中，我们应当关心的只是自然界在干什么。非常可能，你我对自然界的了解大不相同。但是谁会对那样的问题感兴趣呢？也许只有你和我。对所有别的人来说，那完全是无关紧要的事。换句话说，如果你的理论是正确的，你迟早总会告诉我，原子从一个定态转到另一个定态的时候，它在干什么。”

“也许如此，”我会这样回答。“但是在我看来，你使用语言似乎有点太严格了。可是我仍然要承认，我现在所能说的每一件事，听起来都会像是廉价的辩解。因此还不如让我们等着瞧原子理论会怎样发展罢。”

爱因斯坦怀疑地看了我一下。“在这么多关键问题还完全没有解决的时候，你怎么能够对你的理论真的有这么大的信心呢？”

在我作出回答之前，我一定想了好长时间。“正像你一样，我相信自然规律的简单性具有一种客观的特征，它并非只是思维经济的结果。如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式——我所说的形式是指假设、公理等等的贯彻一致的体系——引向前人所未见过的形式，我们就不得不认为这些形式是‘真’的，它们是显示出自然界的真正特征。也许这些形式还包括了我们对自然界的主观关系，它们反映了我们自己的思维经济的因素。但是，我们永远不能由我们自己来达到这些形式，它们是自然界显示给我们的，仅仅这一事实就有力地提示我们，我们一定是实体本身的一部分，并非只是我们关于实在的思维的一部分。

“你会反对我由谈论简单性和美而引进了真理的美学标准，我坦白承认，我被自然界向我们显示的数学体系的简单性和美强烈地吸引住了。你一定也有这样的感觉：自然界突然在我们面前展开这些关系的几乎令人震惊的简单性和完整性，而对此，我们中谁也没有一点准备。这种感觉完全不同于我们在特别出色地完成了一项指定工作时所感到的那种喜悦。这是一个理由，说明了为什么我希望我们所讨论的问题会以这样或那样的方式来解决。在目前情况下，数学体系的这种简单性有进一步的后果，那就是它应当有可能想出许多实验，而这些实验的结果是能够事先由理论加以预测的。如果事实上有实验证实这些预测，那么，认为这个理论在这一特殊领域内准确地反映了自然界，该是没有什么可怀疑的了。”

爱因斯坦同意，“实验的检验当然是任何理论的有效性的一个必不可少的先决条件。但是一个人不可能什么事都去试一试。这就是为什么我对你关于简单性的意见如此感兴趣的原因。可是，我却永远不会说我真正懂得了自然规律的简单性所包含的意思。”

经过一段相当长的时间谈论物理学中真理标准的作用之后，我告辞了。我下一次见到爱因斯坦，是一年半以后在布鲁塞尔的索耳未会议（Solvay Congress）上，在那次会上，量子理论的认识论基础和哲学基础再一次成为最热烈讨论的主题。

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(1) 这是爱因斯坦于1926年春天同W．海森伯一次谈话的报道。这个报道，以海森伯本人回忆的形式发表在他晚年写的《物理学及其他——遭遇和谈话》（W．Heisenberg: Physics and Beyond——Encounters and Conversations, A．J．Pomerans英译，伦敦George Allen和Unwin公司出版，1971年）一书中的第五章“量子力学以及同爱因斯坦的一次谈话（1925—1926年）”，62—69页。标题是我们加的。——编译者