
意识观察者在量子测量中的角色始终是量子力学基础的一个棘手问题。现象学为此提供了一个解决方案。
20世纪60年代初,量子物理学被视为有史以来最成功的理论之一。它以前所未有的精度解释了从原子结构、化学键形成到激光和超导体工作原理的广泛现象。对某些人而言,它不仅是理论,更是理解微观粒子世界的普适框架。然而,这一框架的基础竟建立在摇摇欲坠的根基之上——发现这一问题的并非物理学家,而是一位崭露头角的哲学家。
这场争论不仅为重新思考这些基础打开了大门,还悄然蕴含了一种被当时所有参与者忽视的全新哲学视角——可追溯至现象学哲学家埃德蒙·胡塞尔的视角。这一视角转变的影响直到现在才被充分认识,它提供了对量子力学全新的理解,促使人们重新审视哲学与科学整体的关联。
掀起这场争论的哲学家是希拉里·普特南,他后来在语言哲学、心灵哲学、计算机科学、逻辑学和数学领域取得了突破性进展。1961年,他回应了一篇解决所谓爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(EPR)悖论的论文,该悖论似乎表明量子力学对现实的描述并不完备。在论证过程中,普特南指出,在理论标准理解中存在一个更根本的问题,涉及最基础的科学程序之一:测量。
该问题可表述如下:量子力学形式体系中的核心数学工具是“波函数”,它通常被视为描述给定系统(如原子或电子)的状态——作为所有可能状态的叠加态。以电子自旋为例(这与棒球或板球中的旋转不同,但名称沿用至今),自旋分为“上”和“下”两种形式。当波函数描述电子向探测器运动时的自旋状态时,它呈现为非经典的“自旋上”和“自旋下”的叠加态。然而,实际测量自旋时,结果总是非此即彼——要么“上”,要么“下”,从未出现两者的叠加态。当我们进行测量时,如何解释从叠加态到确定结果的转变?
这一问题构成了后来被称为“测量问题”的基础。一位极具影响力的解答来自史上最伟大的数学家之一约翰·冯·诺依曼,他在纯数学、物理学、计算机设计和博弈论领域均有重要贡献。他指出,当自旋探测器与电子相互作用时,探测器-电子组合系统的状态也会被量子理论描述为可能状态的叠加态。同理,观察者眼睛和大脑-探测器-电子更大组合系统的状态也是如此。无论这条链延伸多远,任何与系统相互作用的物理实体都会被理论描述为所有可能状态的叠加态,因此上述核心问题仍悬而未决。因此,冯·诺依曼得出结论:必然存在某种非物理的东西,在从叠加态转变为仪器记录和观察者注意到的确定状态中发挥作用——即观察者的意识。(这正是许多所谓新时代量子力学评论的来源,声称现实在某种程度上依赖于观察者,等等。)
令普特南困扰的是,如果我们接受冯·诺依曼的结论,那么该理论就无法扩展到整个宇宙,因为这将要求存在一个超越物理宇宙的观察者,其意识能将宇宙所有可能状态的叠加态坍缩为一个确定状态。物理学家要么放弃量子理论普适性的想法,要么放弃标准的测量解释。
普特南发表在《科学哲学》期刊上的短篇论文恰巧被亨利·马根瑙读到,这位前物理学家转行的科学哲学家随后提醒了诺贝尔物理学奖得主尤金·维格纳。两人共同发表回应,为冯·诺依曼的论证辩护,并驳斥了普特南的担忧。此后几年,双方争论不休,但始终未能真正对话,直到阿布纳·西蒙尼果断介入。西蒙尼拥有哲学和物理双博士学位,曾是维格纳的学生,后来在贝尔定理的实验检验中发挥关键作用(该定理基于EPR结果,排除了对量子力学的某些补充尝试)。他支持普特南的观点。核心问题在于:意识如何实现从叠加态到确定状态的转变?由于没有令人满意的答案,普特南和西蒙尼似乎赢得了争论,为休·埃弗雷特的“多世界诠释”等替代理论扫清了哲学障碍——根据该理论,根本不存在这种转变,叠加态的每个分量都作为确定结果在现实的不同分支或平行世界中实现。
这场争论在量子力学基础发展史上具有重要地位,但也蕴含了多年被忽视的哲学维度——不仅为普特南和西蒙尼的担忧提供了全新回应,更开启了理解量子物理的根本不同路径。双方都未注意到现象学视角。
争论双方并非直接引用冯·诺依曼原著中的链条论证(该书技术性强且当时刚被译成英文),而是引用维格纳所说的两位物理学家弗里茨·伦敦和埃德蒙·鲍尔的“小册子”中的核心段落。这本1939年首版于法国的《量子力学中的观测理论》属于科普系列丛书,涵盖从人类学到动物学的科技前沿。这本仅51页的小册子旨在清晰易懂地阐述量子力学测量框架及意识在其中的作用。尽管双方视其为冯·诺依曼论点的简单总结,但事实远非如此。
当时鲍尔和伦敦均在巴黎工作,前者任职于权威的法兰西公学院,后者在亨利·庞加莱研究所。鲍尔是优秀教师,也是法国首位讲授量子理论的人。伦敦则更胜一筹,他通过量子力学解释化学键崭露头角,其合作者沃尔特·海特勒曾惊叹:“现在我们可以用勺子吃化学了!”‘Now we can eat chemistry with a spoon!’ 伦敦与兄弟海因茨成功将该理论应用于超导性,后又解释液氦的超流行为,出版了两卷本经典著作。
但伦敦不仅是卓越的物理学家。他自青年时期便对哲学兴趣浓厚。在慕尼黑大学就读时,他引起了现象学创始人胡塞尔的得力助手、哲学教授亚历山大·普凡德尔的注意。伦敦关于科学理论本质的论文发表于当时顶尖的现象学期刊《哲学与现象学研究年鉴》,该刊正由普凡德尔主编。这并非青年时期的短暂迷恋,伦敦终生保持对现象学的兴趣。在巴黎期间,他与同样兼具物理和哲学背景的阿隆·古尔维奇就物理与哲学展开长期讨论,后者后来帮助在美国确立了现象学地位。
不仅观察者的身体,其意识也与被研究系统相关联
何为现象学?可概括为对意识行为或经验、这些行为或经验所指向的对象,以及这些行为或经验的内容(或适当情况下的意义)之间关联的基础性探究。其主要工具是“悬置”(源自希腊语“暂停”),要求现象学研究者“搁置”周围世界,抑制将世界视为客观的“自然态度”。此举旨在打破这种态度对我们的束缚,从而揭示其下隐含的认识论和形而上学预设。
需注意,“搁置”并非“否定存在”。采取这一策略不等于支持怀疑论,也不应被理解为导致唯我论。相反,通过悬置,我们可对所谓的客观世界和自然态度进行审视,从而重新理解两者。我们会发现,意识与世界的关系应理解为“相互关联”,如马克西米利安·贝克在1928年所言,两者存在于“相互依赖的存在语境”中。这并非说意识与世界在关联前独立存在,也非前者创造后者。而是这些关联构成了意识和世界本身。
现象学内涵远不止于此,且并非所有人都认同关联主义解释。但正是这一观点支撑了伦敦和鲍尔关于量子测量的“小册子”,在意识作用的争论中发挥关键作用。回顾马根瑙和维格纳维护的标准观点:意识以某种方式从量子叠加态产生确定观测,他们视伦敦和鲍尔为简单总结冯·诺依曼论点。而普特南和西蒙尼则质疑整个路径,强调意识如何产生确定结果的不明确性。然而,争论双方均未抓住“小册子”的核心。伦敦和鲍尔实际超越了冯·诺依曼,采用了现象学视角,认为意识通过观察者与世界的关联发挥构成性作用。他们在引言中明确表达了与标准路径的偏离:
尽管受某种有问题的哲学引导,物理学家无意间发现,量子力学的形式体系已隐含一种关于客体与观察者关系的明确定义理论——这种关系与朴素实在论截然不同,而朴素实在论此前被视为所有自然科学不可或缺的基石。
伦敦和鲍尔在此指出,量子力学不仅是一门普通理论(即某种意义上的“关于世界的理论”),更是一门关于“客体与观察者关系”的认识论理论。这与通常理解的经典物理学形成关键差异。从量子力学视角看,观察者与被观察对象的关系必须摒弃经典力学所依据的“朴素实在论”——该立场认为客体完全独立于所有观察存在,并具有可测量属性(无论是否实际测量)。这种观点必须被抛弃。伦敦和鲍尔的文本核心正是试图阐明观察者与被测对象或系统之间的这种关系本质。
伦敦和鲍尔在关键节点彻底背离冯·诺依曼的论证。在阐述从探测器-系统到观察者身体-探测器-系统的关联链时,他们不仅止步于观察者意识,更将其纳入整体量子叠加态。这一步骤在物理层面体现了现象学“相互依赖的存在语境”理念——不仅观察者的身体,其意识也通过量子力学与被研究系统相关联。
如何从这种通过量子叠加态展现的关联,转变为观察者对特定测量结果的确定信念?伦敦和鲍尔坚持认为:
并非装置与对象之间的神秘相互作用在测量过程中为系统产生新的[波函数]。真正起作用的是“自我”的意识——它能够从先前的[波函数]中分离出来……并通过观察,在将新函数赋予对象的过程中确立(或按法文原意,“构成”)新的客观性。
换言之,从叠加态到确定状态的转变并非由观察者意识以某种神秘方式触发,因此普特南和西蒙尼关于意识如何产生确定状态的担忧被规避。实际发生的是意识从叠加态中分离,导致“新的客观性”——即观察者产生确定信念,系统被赋予确定状态。
观察者如何跳出自身视角进入他人视角?
伦敦和鲍尔解释称:这种分离通过一种典型且熟悉的能力实现,我们可称之为“内省能力”。[观察者]能实时追踪自身状态。凭借这种“内在知识”,他赋予自己创造客观性的权利——即切断统计关联链。
在伦敦手稿的打字附注中,他写道:
因此,我们将这种创造性行为称为“客观化”。通过它,观察者建立自身的客观性框架,并获取关于对象的新信息。
正是这种典型且熟悉的反思行为,切断了量子理论所表述的由嵌套叠加态构成的统计关联链,同时保持了这些关联的双重现象学极点——意识与世界——相互分离。于是,一方面系统被客观化或“客观化”,即被赋予确定状态;另一方面,观察者通过这种客观化的反思行为获得确定的信念状态。
伦敦和鲍尔深知其主张的激进性。在著作末尾,他们承认这可能威胁科学客观性本身。确实,所有否认系统状态独立于观察者的观点都面临一个普遍问题——观察者如何跳出自身视角进入他人视角,从而建立伦敦和鲍尔所谓的“科学感知共同体”以界定研究对象?他们的回应是坚持“人总有权利忽略观察者的‘审视’对仪器的影响”。
要理解其意,需注意“scrutiny”在此译自法文原稿的“regard”,原文中该词加引号已显其重要性。在现象学中,这种“指向性关注”是根本性的反思行为,当意识指向某物时,可理解为意识把握或捕捉该物。对于心理过程,其存在由这种“关注”所保证。然而,尽管物理对象同样被纳入意识的“关注”范围,其存在并不由此保证(注意现象学不等于唯我论)。
因此,对于物理学家在“自然态度”下操作的测量仪器,我们可以忽略这种“指向性关注”的影响。通过量子退相干理论可进一步证明这种“权利”的合理性。尽管退相干核心思想早现于1929年,其框架在1970年代初才明确建立。基本观点是:当系统与测量仪器相互作用时,叠加态相关的相干性在仪器大量自由度中“消失”。因此,尽管叠加态仍存在且退相干本身不产生确定态,测量仪器的行为在所有实际意图上可视为经典的。观察者的“审视”或“关注”可被忽略(不同于考虑向确定态转变的情况),从而实现集体科学感知。
1925年,在首篇新量子力学论文发表前,胡塞尔在演讲中明确表示现象学需从哲学抽象降格到具体表达:
现在面临的任务是,如何使构成主体性与被构成客观性之间的关联变得可理解——不是空泛地空谈,而是根据世界本身的普遍结构,以世间性的所有范畴形式来阐明它。
十余年后的1936年,在其未完成的巨著《欧洲科学危机与超验哲学》中,胡塞尔批判了“物质自然”的数学化导致其与意识的割裂。他认为要弥合这种分裂,必须通过采纳现象学立场回归“主观宇宙”。唯有如此,科学尤其是物理学的成果才能被恰当把握和理解。
梅洛-庞蒂主张观察者不应被置于波函数作用范围之外
遗憾的是,胡塞尔在伦敦和鲍尔的“小书”出版前一年去世。但若他读到此书,或许会赞赏其回应了他两方面的关切。通过在现象学框架内阐释观察者与系统的关系,他们以量子力学这一具体“世间性范畴形式”澄清了构成主体性与被构成客观性之间的关联。此外,伦敦和鲍尔表明,通过体现我们与世界的关联关系,现象学视角下的量子力学弥合了心物鸿沟,在物理学乃至整个科学中恢复了“主观宇宙”。
这种对伦敦和鲍尔文本现象学性质的复归——在普特南与希蒙尼一方,以及马根瑙与维格纳另一方的争论中被完全忽视——之所以重要,首先在于它展现了该哲学运动与量子物理学发展的交织;其次在于它将这部“小书”置于量子理论哲学路径演化的早期阶段,而该路径在物理学哲学中长期被忽视,直到近年才受关注。
这并非说现象学传统中的其他学者未将量子力学纳入其哲学视野。古尔维奇和帕特里克·希伦也强调了人类意识在测量过程中的现象学角色,并引用伦敦和鲍尔。巴黎时期最具影响力的现象学家之一莫里斯·梅洛-庞蒂同样探讨量子理论,主张观察者不应被置于波函数作用范围之外,而应被纳入物理学的现实描述中。他对后续学者包括米歇尔·比特博产生重大影响,后者与合作者发展出一种生态现象学,将现象学立场与量子力学中的QBism(量子贝叶斯主义)相结合。QBism由物理学家克里斯托弗·福克斯首倡,采用第一人称视角,以“主体”和“经验”为基本概念,将波函数理解为对主体未来可能经验的表述。
近年这些发展汇聚成系列会议,进而形成两部里程碑著作,均由哈拉尔德·维尔切和菲利普·伯格霍费尔编辑并撰写导言:《现象学物理学路径》(2026年,涵盖相对论的现象学方法)和《现象学与QBism》(2024年)。
因此,在现象学框架下,量子力学的核心问题之一得以解决——或更准确地说,得以消解——通过微妙而关键地转向将其理解为知识理论,因其体现了我们与世界的关联性参与。无论是否完全认同这种哲学立场,它不仅为现代物理学最基础的构成之一增添了极具启发性且潜在丰硕的维度,更重新照亮了哲学反思在这些发展中常被忽视的重大意义。
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(私密埋珍珠起到什么作用))
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