導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)和量子糾纏的區(qū)別，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞:量子力學(xué) 量子計算機(jī)

中圖分類號:TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1007-3973 (2010) 02-106-01

1量子力學(xué)對計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的影響

自1646年第一臺電子計算機(jī)問世以來,其芯片發(fā)展速度日益加快。按照芯片的摩爾定律 ,其集成度在不久的將來有望達(dá)到原子分子量級。在享受計算機(jī)飛速發(fā)展帶來的種種便利的同時,我們也不得不面臨一個瓶頸問題,即根據(jù)量子力學(xué)理論,在芯片發(fā)展到微觀集成的時候,量子效應(yīng)會影響甚至完全破壞芯片功能。因此,量子力學(xué)對計算機(jī)技術(shù)發(fā)展具有決定性作用。

1.1量子力學(xué)簡介

量子力學(xué)是近代自然科學(xué)的最重要的成就之一. 在量子力學(xué)的世界里,一個量子微觀體系的狀態(tài)是由一個波函數(shù)來描述的,而非由粒子的位置和動量描述,這就是它與經(jīng)典力學(xué)最根本的區(qū)別。

1.2量子力學(xué)與量子計算機(jī)

量子力學(xué)的海森堡測不準(zhǔn)原理決定了粒子的位置和動量是不能同時確定的()。當(dāng)計算機(jī)芯片的密度很大時(即很小)將導(dǎo)致很大,電子不再被束縛,產(chǎn)生量子干涉效應(yīng),而這種干涉效應(yīng)會完全破壞芯片的功能。為了克服量子力學(xué)對計算機(jī)發(fā)展的限制,計算機(jī)的發(fā)展方向必然和量子力學(xué)相結(jié)合,這樣不僅可以越過量子力學(xué)的障礙,而且可以開辟新的方向。

量子計算機(jī)就是以量子力學(xué)原理直接進(jìn)行計算的計算機(jī).保羅•貝尼奧夫在1981年第一次提出了制造量子計算機(jī)的理論。量子計算機(jī)的存儲和讀寫頭都以量子態(tài)存在的,這意味著存儲符號可以是0、1以及它們的疊加。

2量子計算機(jī)的優(yōu)點

近年來的種種試驗表明,量子計算機(jī)的計算和分析能力都超越了經(jīng)典計算機(jī)。它具有如此優(yōu)越的性質(zhì)正在于它的存儲讀取方式量子化。對量子計算機(jī)的原理分析可知,以下兩個個特性是令量子計算機(jī)優(yōu)越性的根源所在。

2.1存儲量大、速度高

經(jīng)典計算機(jī)由0或1的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位存儲數(shù)據(jù),而量子計算機(jī)可以用自旋或者二能級態(tài)構(gòu)造量子計算機(jī)中的數(shù)據(jù)位,即量子位。不同于經(jīng)典計算機(jī)的在0與1之間必取其一,量子位可以是0 或者1,也可以是0和l的迭加態(tài)。

因此,量子計算機(jī)的n個量子位可以同時存儲2n個數(shù)據(jù),遠(yuǎn)高于經(jīng)典計算機(jī)的單個存儲能力; 另一方面量子計算機(jī)可以同時進(jìn)行多個讀取和計算,遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)典計算機(jī)的單次計算能力。量子計算機(jī)的存儲讀取特性使其具有存儲量大、讀取計算速度高的優(yōu)點。

2.2可以實現(xiàn)量子平行態(tài)

由量子力學(xué)原理可知,如果體系的波函數(shù)不能是構(gòu)成該體系的粒子的波函數(shù)的乘積,則該體系的狀態(tài)就處在一個糾纏態(tài),即體系的粒子的狀態(tài)是相互糾纏在一起的。而量子糾纏態(tài)之間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)不受任何局域性假設(shè)限制,這使兩個處在糾纏態(tài)的粒子而言,不管它們離開有多么遙遠(yuǎn),對其中一個粒子進(jìn)行作用,必然會同時影響到另外一個粒子.正是由于量子糾纏態(tài)之間的神奇的關(guān)聯(lián)效應(yīng), 使得量子計算機(jī)可以利用糾纏機(jī)制,實現(xiàn)量子平行算法,從而可以大大減少操作次數(shù)。

3量子計算機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢

3.1量子計算機(jī)實現(xiàn)的技術(shù)障礙

到目前為止,世界上還沒有真正意義上的量子計算機(jī),它的實現(xiàn)還有許多技術(shù)上的問題。

量子計算機(jī)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在量子迭加態(tài)的關(guān)聯(lián)效應(yīng). 然而,環(huán)境對迭加態(tài)的影響以及迭加態(tài)之間的相互作用會使這種關(guān)聯(lián)效應(yīng)減弱甚至喪失,即量子力學(xué)去相干效應(yīng).因此應(yīng)盡量減少環(huán)境對量子態(tài)的作用。同時,萬一由于相干效應(yīng)引入了錯誤信息,必需能及時改正,這需要進(jìn)一步的研究和實驗。

另一方面,量子態(tài)不能復(fù)制,使得不能把經(jīng)典計算機(jī)中很完善的糾錯方法直接移植到量子計算機(jī)中來.由于量子計算機(jī)在計算過程中不能對量子態(tài)測量, 因為這種測量會改變量子態(tài), 而且這種改變是不可恢復(fù)的,因此在糾錯方面存在很多問題。

3.2量子計算機(jī)的現(xiàn)狀

由于上述兩種原因,現(xiàn)在還無法確定未來的量子計算機(jī)究竟是什么樣的, 目前科學(xué)家門提出了幾種方案.

第一種方案是核磁共振計算機(jī). 其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0 和1 兩種狀態(tài),重點在于實現(xiàn)自旋狀態(tài)的控制非操作,優(yōu)點在于盡可能保證了量子態(tài)和環(huán)境的較好隔離。

第二種方案是離子阱計算機(jī). 其原理是將一系列自旋為1/2 的冷離子被禁錮在線性量子勢阱里, 組成一個相對穩(wěn)定的絕熱系統(tǒng),重點在于由激光來實現(xiàn)自旋翻轉(zhuǎn)的控制非操作其優(yōu)點在于極度減弱了去相干效應(yīng), 而且很容易在任意離子之間實現(xiàn)n 位量子門。

第三種方案是硅基半導(dǎo)體量子計算機(jī). 其原理是在高純度硅中摻雜自旋為1/2的離子實現(xiàn)存儲信息的量子位,重點在于用絕緣物質(zhì)實現(xiàn)量子態(tài)的隔絕,其優(yōu)點在于可以利用現(xiàn)代高效的半導(dǎo)體技術(shù)。

此外還有線性光學(xué)方案, 腔量子動力學(xué)方案等.

3.3量子計算機(jī)的未來

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,量子計算機(jī)也會逐漸走向現(xiàn)實研制和現(xiàn)實運用。量子計算機(jī)不但于未來的計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān),更重要的是它與國家的保密、電子銀行、軍事和通訊等重要領(lǐng)域密切相關(guān)。實現(xiàn)量子計算機(jī)是21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的最重要的目標(biāo)之一。

參考文獻(xiàn):

[1]胡連榮. 速度驚人的量子計算機(jī)[J].知識就是力量

[2]付剛.“量子計算機(jī)”解密[N].中安在線-安徽日報

[3]譚華海.量子計算機(jī)研究的最新進(jìn)展[J].教育部科技發(fā)展中心內(nèi)刊.

篇2

關(guān)鍵詞：物理本體；物理實體；量子現(xiàn)象；主觀；客觀

基金項目：國家社會科學(xué)基金項目“量子概率的哲學(xué)研究”（16BZX022）

中圖分類號：N03 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-854X（2017）06-0054-06

一、引言

時間和空間是人類所有經(jīng)驗的背景。除去存在的事物，時間、空間什么也不是，不存在只有一件事物的時間、空間，時空是事物之間相互關(guān)系的一個方面。

人類通過感性經(jīng)驗認(rèn)知的時空，稱作經(jīng)驗時空；以科學(xué)原理和科學(xué)方法指導(dǎo)認(rèn)知的時空是科學(xué)時空；牛頓時空、狹義相對論時空、廣義相對論時空、量子力學(xué)時空，是經(jīng)驗時空的科學(xué)提升和科學(xué)發(fā)展，稱作物理時空①。物理時空是科學(xué)時空。描述現(xiàn)象實體的時空是現(xiàn)象時空，經(jīng)驗時空、物理時空、科學(xué)時空均是現(xiàn)象時空。而未經(jīng)觀察的“自在實體（物理本體）”所在時空，稱為“本體時空”?！氨倔w時空”是復(fù)數(shù)的②，因此，人類實質(zhì)生活在復(fù)數(shù)時空中 。作為自然人，觀察者存在于“本體時空”，實時空是人類對時空認(rèn)識的簡化③。

主體、客體、觀察信號是人類認(rèn)知自然的三大基本要素④。一般“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”有其客觀原因，體現(xiàn)觀察信號的自然屬性對觀察者在認(rèn)知中的影響。當(dāng)把現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性轉(zhuǎn)化為時空的屬性后，就可以達(dá)到客觀描述物質(zhì)世界⑤。所謂客觀描述就是理論計算與經(jīng)驗及科學(xué)實驗結(jié)果相符。

考慮觀察信號的客觀作用并納入時空理論的科學(xué)建構(gòu)之中，客觀描述物理現(xiàn)象，是物理學(xué)家的重要工作。一般，哲學(xué)認(rèn)知中沒有明晰“觀察信號中介作用”的客觀地位，不管“機(jī)械反映論”，還是“能動反映論”，都自動將其融入“反映論”理論體系，尤其是前者，往往容易導(dǎo)致主觀唯心主義的滋生。

狹義相對論用光對時，考慮了光對建立時空的貢獻(xiàn)；牛頓時空是對時信號速度c趨于無窮大的極限情態(tài)；考慮引力場對建立時空的影響，引力時空是彎曲的，狹義相對論的平直時空是它的局域特例。從牛頓力學(xué)到狹義相對論再到廣義相對論，時空發(fā)生了變化，但主體與描述對象的關(guān)系沒有變，主體對客體的描述是客觀的。那么是否主體對認(rèn)知對象完全沒有主觀影響？如果有，它如何產(chǎn)生，又如何消解，實現(xiàn)客觀描述物質(zhì)世界？經(jīng)典力學(xué)中，人類的處理方法是通過揭示“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其產(chǎn)生機(jī)理，在不同認(rèn)知領(lǐng)域區(qū)分描述中可以忽略的和不可忽略的，能忽略的舍棄，不能忽略的轉(zhuǎn)化成時空的屬性，實現(xiàn)客觀描述；而從牛頓力學(xué)（或相對論力學(xué)）到量子力學(xué)，時空沒有變化，描述對象具有波粒二象性，“量子現(xiàn)象的主觀依賴性”更為突出。如何消解“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，實現(xiàn)量子現(xiàn)象的客觀描述，一直是量子力學(xué)基礎(chǔ)討論的熱點。量子力學(xué)必須有自己的客觀描述量子現(xiàn)象的時空⑥。

量子力學(xué)時空是閔氏時空的復(fù)數(shù)拓展和推廣⑦，由此可以實現(xiàn)客觀描述量子世界。它與相對論時空有交集，也有異域。有因必有果，反之亦然，時間與因果關(guān)系等價⑧。量子力學(xué)中的非定域性，與能量、動量量子化及量子態(tài)的突變性相關(guān)聯(lián)。突變無須時間，導(dǎo)致因果鏈斷裂，與因果關(guān)聯(lián)的相互作用也被刪除，由此引進(jìn)了類空間隔。平行并存量子態(tài)的出現(xiàn)，是不遵從因果律的量子力學(xué)新表現(xiàn)；當(dāng)能量、動量和相互作用變得連續(xù)，宏觀時序得到恢復(fù)時，回到相對論時空，量子測量中“量子態(tài)和時空的坍縮”⑨ 是不同物理時空的轉(zhuǎn)換，希爾伯特空間只是它們的共同數(shù)學(xué)應(yīng)用空間⑩。

時空不是絕對的，相對時空有更廣闊的含義，人類需要擴(kuò)大對時空概念的認(rèn)知，不同的認(rèn)知層次有不同的時空對應(yīng)，復(fù)數(shù)時空更為本質(zhì)。人們不應(yīng)該將所有領(lǐng)域的物理實體歸于某一時空描述，或者用一種時空的性質(zhì)去否定另一種時空的存在。還是愛因斯坦說得好：是理論告訴我們能夠觀察到什么。當(dāng)然，新的實驗事實又將告訴人們，理論及其對應(yīng)的時空應(yīng)該如何修改和發(fā)展。理論不同時空不同，時空具有建構(gòu)特征。

二、時空的哲學(xué)認(rèn)知與物理學(xué)描述

時空是哲學(xué)的基本概念，也是物理學(xué)的基本概念。哲學(xué)認(rèn)為，時間和空間是物質(zhì)的存在形式，既不存在沒有時空的物質(zhì)，也不存在沒有物質(zhì)的時空。笛卡爾指出，空間是事物的廣延性，時間是事物的持續(xù)性；康德認(rèn)為，時空是感性材料的先天直觀形式；牛頓提出時間和空間是彼此分離，絕對不變的，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的時間自我均勻流逝；萊布尼茨說，空間是現(xiàn)象的共存序列，時間與運動相聯(lián)系；黑格爾認(rèn)為，事物運動的本質(zhì)是空間和時間的直接統(tǒng)一。休謨認(rèn)為，時、空上的接近和先后關(guān)系與因果性直接相關(guān)。中國的“宇”和“宙”就是空間和時間概念，它是把三維空間和一維時間概念同宇宙密切聯(lián)系在一起的最早應(yīng)用{11}。

哲學(xué)具有啟示作用，但時空概念如果不與人的社會實踐、科學(xué)實驗、科學(xué)理論及其數(shù)學(xué)物理方法相聯(lián)系，就只能停留在形而上，無法上升為科學(xué)理論概念。

物理學(xué)中，空間從測量和描述物體及其運動的位置、形狀、方向中抽象出來；時間則從描述物體運動的持續(xù)性、周期性，以及事件發(fā)生的順序、因果性中抽象出來；空間和時間的性質(zhì)，主要從物體運動及其相互作用的各種關(guān)系和度量中表現(xiàn)出來。描述物體的運動，先選定參照物，并在參照物上建立一個坐標(biāo)系，一般參照物被抽象成點，它就是坐標(biāo)系的原點；假定被描述物體的形體結(jié)構(gòu)對討論的問題（或?qū)⒄瘴锏臅r空）沒有影響，將物體抽象成質(zhì)點，討論質(zhì)點在坐標(biāo)系中的運動及其相關(guān)規(guī)律，這就是物理學(xué)。由此，“時空是物質(zhì)的存在形式”的哲學(xué)認(rèn)知也就轉(zhuǎn)化為人類可操作的具體物理理論描述。

可見，時空的認(rèn)知與人類的社會實踐、科學(xué)實驗、科學(xué)進(jìn)步直接相關(guān)，離不開物理和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用。笛卡爾平直空間、閔可夫斯基空間、黎曼空間都已作為物理學(xué)所依托的幾何學(xué)，在牛頓力學(xué)、狹義相對論、廣義相對論中得到了充分應(yīng)用。由此，幾何學(xué)被賦予了物理意義。從牛頓力學(xué)到狹義相對論再到廣義相對論，時空發(fā)生了變化，但描述對象與觀察者之間的關(guān)系沒有變，描述是客觀的，并且描述對象都可抽象成經(jīng)典的粒子，采用質(zhì)點模型。量子力學(xué)不同，從牛頓力學(xué)（相對論力學(xué)）到量子力學(xué)，描述量子現(xiàn)象的時空沒有變化{12}，物理模型沒有變，但量子現(xiàn)象對觀察者有明顯的主觀依賴性，難以客觀描述微觀量子現(xiàn)象。深入分析，解決的辦法有兩種，一是更換物理模型的同時也改變物理時空，消除“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，實現(xiàn)客觀描述微觀量子客體；二是改變時空的同時，保留“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，將本體、認(rèn)識、時空融為一體，主觀納入客觀，模糊主客關(guān)系。雙4維時空量子力學(xué)基礎(chǔ)采用了第一種方法。通過場物質(zhì)球模型，把點模型隱藏的空間自由度釋放出來；在改變物理模型的同時，也改變了描述時空；將不是點的微觀客體自身的空間分布特性，轉(zhuǎn)化為描述空間的屬性，客觀描述量子客體。我們認(rèn)為，第二種方法將主觀認(rèn)識不加區(qū)分地“融入時空”，有損客觀性、科W性，量子力學(xué)時空必須是描述客觀世界的時空。物理時空需要建構(gòu)。

三、牛頓絕對時空中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

眾所周知，物理學(xué)對物體運動狀態(tài)的描述，理應(yīng)包含參照物和被描述物體自身的時空特征，而參照物和物體自身的時空特征，必須通過觀察發(fā)現(xiàn)。觀察需要觀測信號，物體運動狀態(tài)及其時空特征必然帶有觀測信號的烙印{13}。

“物理本體”不可直接觀察，我們觀察到的是“物理實體”{14}。參照物與研究對象都有自己對應(yīng)的物理時空，牛頓力學(xué)時空應(yīng)該是兩者的綜合，而不應(yīng)該只是參照物的時空。但是，牛頓力學(xué)中光速無窮大，在討論物體運動時，又假設(shè)研究對象的時空結(jié)構(gòu)對討論的問題沒有影響，忽略不計，于是，研究對象抽象成了質(zhì)點，整個理論體系就只有與參照物聯(lián)系的時空了。

任何具體物體都不會是質(zhì)點。當(dāng)用信號去觀察它時，物體自身的時空特征與物體的運動狀態(tài)與觀察信號的性質(zhì)、強(qiáng)弱和傳播速度相關(guān)。質(zhì)點模型忽略物體自身的幾何形象及其變化，忽略運動及觀察信號對物體自身時空特征的影響，參照物也不例外。在從參照物到坐標(biāo)系的抽象中，抽掉運動及觀察信號對參照物時空特性的影響，就是抽掉物體運動及觀察信號對坐標(biāo)系時空特性的影響，就是抽掉人的參與對時空認(rèn)知的影響{15}。牛頓力學(xué)時空與物體運動及觀察者無關(guān)，絕對不變，基于絕對不動的以太之上。所以，牛頓可以把時間和空間從物質(zhì)運動中分離出來，時間和空間也彼此分割，空間絕對不變，數(shù)學(xué)的、永遠(yuǎn)流逝的時間絕對不變{16}。哲學(xué)的時空演變成了可操作的物理時空。這是宏觀低速運動對時空的簡化與抽象，理論與宏觀經(jīng)驗及計算相符。

相互作用實在論認(rèn)為，現(xiàn)實世界是人參與的世界，對一個研究對象的觀察，離不開主體、客體、觀察信號三個基本要素。參照物和觀察對象的運動和變化及其時空屬性，與觀察信號的性質(zhì)相關(guān)。牛頓力學(xué)中，不是沒有現(xiàn)象對觀察主體的依賴性，而是在理論的建立中認(rèn)為影響很小，可以忽略不計。牛頓力學(xué)是“物理本體=物理實體”的力學(xué){17}。這與宏觀經(jīng)驗和科學(xué)實驗相符，在宏觀低速運動層次實現(xiàn)了主客二分，理論被看作是對客觀實在的描述。牛頓力學(xué)中，物質(zhì)告訴時空如何搭建描述背景，時空告訴物質(zhì)如何在背景中運動。二者構(gòu)成背景相關(guān)。

牛頓時空是均勻平直時空，相對勻速運動坐標(biāo)系間的變換是伽利略變換。物理定律在伽利略換下具有協(xié)變性，相對性原理成立。

四、狹義相對論中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

狹義相對論建立之前，洛倫茲就認(rèn)為高速運動中物體長度在運動方向發(fā)生收縮{18}。這是他站在牛頓時空立場，承認(rèn)以太及絕對坐標(biāo)系的存在對洛倫茲變換所作的解釋。描述時空沒有變，“現(xiàn)象對觀察者出現(xiàn)了主觀依賴性”。自然現(xiàn)象失去了客觀性，這是一次認(rèn)識危機(jī)，屬19世紀(jì)末20世紀(jì)初兩朵烏云之一。

狹義相對論不同，它考慮宏觀高速運動中觀察信號對物體時空特征的影響。愛因斯坦在“火車對時”實驗中，他用“光”作為觀察、記錄、認(rèn)知物體時空特征的信號{19}；通過參照物到坐標(biāo)系的抽象，論證靜、動坐標(biāo)系K與K′“同時性”不同，靜、動坐標(biāo)系運動方向時空測量單位發(fā)生了變化；將洛倫茲所稱“運動物體自身運動方向上的長度收縮”演變成坐標(biāo)系時空框架的屬性，還原質(zhì)點模型，建立相對論力學(xué)。實現(xiàn)了觀察者對觀察對象的客觀描述。

狹義相對論中質(zhì)點的動量、能量、位置和時間都有確定值，質(zhì)點的運動具有確定的軌跡，這一點與牛頓力學(xué)相同。

狹義相對論時空的另一重要物理意義是揭示了“物理本體”的客觀實在性。

牛頓力學(xué)缺少相對論不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對應(yīng)物，物理本體=物理實體，哲學(xué)上的抽象時空直接過渡到牛頓物理時空。

狹義相對論不一樣，每一個物體都有一個不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對應(yīng)物，它在任何靜止參考系中都是不變量，是物理實體背后的物理本體，物理本體不變，變的是mc2、mc對應(yīng)的物理實體?！拔锢肀倔w”既不是形而上的（物自體），也不是形而下的（物體），是形而中的（靜能對應(yīng)物）。它可以認(rèn)知、可以理論建構(gòu)，但又不可直接觀察。相對于牛頓，愛因斯坦相對論揭示了“物理本體”的真實存在性?！翱陀^物質(zhì)世界”不是思維的產(chǎn)物。

狹義相對論中，物質(zhì)告訴時空在運動方向如何修正測量單位，時空告訴物質(zhì)如何長度收縮、時間減緩。時空具有相對性。

狹義相對論時空雖然也是均勻平直時空，但由于有上述“相對時空”的出現(xiàn)，時空度規(guī)與歐氏時空度規(guī)有明顯區(qū)別，所以稱為贗歐氏時空。

但狹義相對論仍然是只考慮光及光速的有限性對建立時空的影響，沒有考慮引力作用對建立時空的影響。如果考慮引力對時空的影響又如何呢？

五、廣義相對論中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

廣義相對論中有水星近日點進(jìn)動問題和光走曲線的討論。站在牛頓平直時空的立場，觀察結(jié)果與理論計算不符。這不是儀器的精度不夠，也不是操作失誤，而是理論本身的問題。因為，牛頓力學(xué)也好，狹義相對論也好，討論引力問題，引力場對參照物和研究對象時空屬性的影響都沒有計入其中，而留在觀察者對“現(xiàn)象”的觀察、判斷之中，出現(xiàn)宇觀大尺度“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”。如果考慮引力場使時空發(fā)生彎曲，利用彎曲時空計算水星近日點進(jìn)動和光走曲線現(xiàn)象，“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”就變成時空的屬性?！艾F(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”就得到了“消解”，觀察現(xiàn)象與理論結(jié)果就取得了一致。這里，物質(zhì)使時空彎曲，時空告訴物質(zhì)如何在彎曲時空中運動。廣義相對論實現(xiàn)了觀察者對觀察對象的客觀描述。

廣義相對論時空是彎曲的，時空度規(guī)是變化的。

六、量子力學(xué)中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

微觀客體具有波粒二象性，同一個電子，通過雙縫表現(xiàn)為波，而打在屏幕上又表現(xiàn)為粒子，電子集波和粒子于一身，“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”更為突出。經(jīng)典力學(xué)中波動性和粒子性不能集物體于一身，量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)表現(xiàn)出深刻的矛盾。矛盾的產(chǎn)生，可能是描述微觀現(xiàn)象的時空出了問題。量子力學(xué)的研究領(lǐng)域是微觀世界，研究對象是微觀客體，不是經(jīng)典的粒子，用以觀察的信號也不是連續(xù)的光，而是量子化了的光，通過光信號建立的時空應(yīng)該與牛頓、相對論時空有所區(qū)別。而量子力學(xué)使用的還是牛頓時空、狹義相對論時空，時空沒有變，物理模型沒有變，而研究領(lǐng)域、觀察信號和研究“對象”變了。量子力學(xué)必須有自己對應(yīng)的時空，將“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，轉(zhuǎn)化為描述時空的屬性，實現(xiàn)客觀描述量子現(xiàn)象！ 雙4維時空量子力學(xué)就是為實現(xiàn)這一目標(biāo)應(yīng)運而生的。

現(xiàn)有量子力學(xué)“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”之所以難以消解，與量子力學(xué)中的點模型相關(guān)。許多量子現(xiàn)象與點模型隱藏的空間自由度有直接聯(lián)系，但點模型忽略了這些自由度對產(chǎn)生微觀量子現(xiàn)象的作用和影響。我們必須將隱藏的空g自由度還原于時空，才可能正確地認(rèn)識、客觀描述量子現(xiàn)象。

可以公認(rèn)，微觀客體不是點{20}，是一個有形客體，有一定的空間分布，不存在確定于某點的空間位置，這是客觀事實。理論上，牛頓時空幾何點位置是確定的，量子力學(xué)使用的是質(zhì)點模型，0 維，位置也是確定的，牛頓時空可以精確描述質(zhì)點的運動。那么微觀客體空間分布的不確定性如何處理？人們只好轉(zhuǎn)而認(rèn)為點粒子在其“空間分布”區(qū)域位置具有概率屬性。微觀客體自身空間分布的客觀實在性在量子世界轉(zhuǎn)化成了一種主觀認(rèn)知，賦予了微觀客體“內(nèi)稟”的概率屬性，其運動產(chǎn)生概率分布，或稱其為概率波。

這是一個認(rèn)識上的困惑，似乎量子力學(xué)描述失去了客觀實在性。這也是量子力學(xué)當(dāng)今的困境。解決困難的方法是：（一）更換點模型，釋放點模型隱藏的自由度，展示“這些自由度對產(chǎn)生微觀現(xiàn)象的貢獻(xiàn)”；（二）建立適合量子力學(xué)自身的時空，將釋放的自由度植入其中，讓“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”變成量子力學(xué)時空自身的屬性。

雙4維時空量子力學(xué)的辦法是：（一）用“轉(zhuǎn)動場物質(zhì)球”模型取代“質(zhì)點”模型，釋放點模型隱藏的空間自由度；（二）將4維實時空M4（x）拓展到雙4維復(fù)時空W（x，k），且將“釋放的空間自由度――曲率k”作為雙4維復(fù)時空的虛部坐標(biāo)；（三）4維曲率坐標(biāo)將量子力學(xué)賦予微觀客體自身的概率屬性變成量子力學(xué)復(fù)時空的幾何屬性，場物質(zhì)球自身的旋轉(zhuǎn)與運動產(chǎn)生物質(zhì)波――物理波。

“場物質(zhì)球”與“物質(zhì)波”（類似對偶性假設(shè)）既是同一物理實在的兩種不同描述方式，更是微觀客體粒子性和波動性的統(tǒng)一，曲率的大小表示粒子性，曲率的變化表示波動性。場物質(zhì)球的物質(zhì)密度是曲率k的函數(shù)，因此，物質(zhì)波既是場物質(zhì)球的結(jié)構(gòu)波又是場物質(zhì)密度波。物質(zhì)波不是傳播能量，而是傳播場物質(zhì)球的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)密度變化，可映射成實時空M4（x）的概率分布{21}，與實驗結(jié)果相一致。

這樣，點模型中“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”通過“釋放的自由度”轉(zhuǎn)變?yōu)闀r空W（x，k）的屬性，物質(zhì)波傳播其中，量子現(xiàn)象是物質(zhì)波所為。

研究表明，是量子測量引入的連續(xù)作用，使雙4維時空W（x，k）全域轉(zhuǎn)換到實時空M4（x），波動形態(tài)轉(zhuǎn)變成粒子形態(tài)（“相變”），球模型轉(zhuǎn)換成點模型，概率屬性內(nèi)在其中，物質(zhì)波自動映射成概率波，數(shù)學(xué)處理類似表象變換{22}。

簡言之，傳統(tǒng)量子力學(xué)，微觀客體簡化成質(zhì)點，描述時空不變，人的主觀意識介入其中，將其空間分布特性――位置不確定性，變成點粒子的概率屬性，實現(xiàn)描述對象從客觀到主觀認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，具有位置不確定性的點粒子，其運動產(chǎn)生概率波；雙4維時空量子力學(xué)，微觀客體簡化成場物質(zhì)球，“空間分布具體化為幾何曲率”，空間分布特性變成曲率坐標(biāo)，仍然是從客觀到客觀，描述時空變成了復(fù)時空，曲率坐標(biāo)在其虛部，場物質(zhì)球的運動產(chǎn)生物質(zhì)波――物理波。通過量子測量，物質(zhì)波映射成概率波，球模型演變成點模型，顯示概率屬性，時空內(nèi)在自動轉(zhuǎn)換，量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性消解在建構(gòu)的時空理論中。具體論證方法是：

將靜態(tài)場物質(zhì)球?qū)懗勺孕▌有问剑害?=е■，描述在復(fù)空間。ω0是常數(shù)，它的變化只與自身坐標(biāo)系時間t0相關(guān)，全空間分布（物理本體所在空間）。設(shè)建在“靜態(tài)”場物質(zhì)球上的坐標(biāo)系為K0，觀察微觀客體從靜止開始作蛩僭碩，由洛倫茲變換：

微觀客體的運動速度不同，平面波相位不同。復(fù)相空間kμxμ即為物質(zhì)波所在時空。物質(zhì)波是物理波。

自由微觀客體的速度就是建在其上慣性坐標(biāo)系的速度，慣性系間的坐標(biāo)變換，隱藏速度突變――“超光速”概念，因為，連續(xù)變化會引進(jìn)引力場破壞線性空間。不同慣性系中平面波之間，相位不同，類似量子力學(xué)中的不同本征態(tài)。這是相對論中的情形{24}。

但是，量子力學(xué)建立其理論體系時，把上述不同慣性系中的平面波（不同本征態(tài)，每一本征態(tài)則對應(yīng)一慣性系），通過本征態(tài)突變躍遷假設(shè)（量子分割），切斷因果聯(lián)系，形成同一時空中“同時”并存的本征態(tài)的疊加。態(tài)的躍遷不需要時間，“超光速”（非定域），將類空間隔引入量子力學(xué)時空，破壞了原有的因果關(guān)系。疊加量子態(tài)的存在，是“違背”因果律在量子力學(xué)中的新表現(xiàn)。

量子力學(xué)時空顯然不是牛頓、狹義相對論時空，但量子力學(xué)卻誤認(rèn)為量子躍遷引起的時空性質(zhì)的變化是牛頓、狹義相對論時空中的特征，這當(dāng)然會帶來不可調(diào)和的認(rèn)知矛盾。

同一微觀客體，不同本征態(tài)“同時”并存的物理狀態(tài)，從整體看，是洛倫茲協(xié)變性在量子力學(xué)中的新表現(xiàn)。突變區(qū)“超光速”，是類空空間，“不遵從”因果律；釋放光子的運動在類光空間；而本征態(tài)自身在類時空間，微觀客體運動速度不能超過光速，需保持因果律，物質(zhì)波討論的就是這一部分，就像相對論討論類時空間物理一樣。量子糾纏態(tài)將涉及到上述三種不同性質(zhì)物理空間量子態(tài)的轉(zhuǎn)換，有完全合理的物理機(jī)制，不需要思維的特殊作用。不過，相對論長度收縮效應(yīng)，將以物質(zhì)波波長在運動方向上的收縮來體現(xiàn)。有了雙4維時空量子力學(xué)，量子力學(xué)與相對論就是相容的，光錐圖分析一樣適用。

相對論與量子力學(xué)的不同，關(guān)鍵在于認(rèn)知層次發(fā)生了變化，光由連續(xù)場演變成了量子場。而我們用來觀察世界的光信號直接與時空相關(guān)，光的物理性質(zhì)的變化，必然帶來物理空間性質(zhì)的變化，帶來物理模型的變化，帶來量子力學(xué)時空W（x，k）與相對論時空M4（x）之間的區(qū)別，帶來對物質(zhì)波――物理波的全新認(rèn)知。我們預(yù)言，物質(zhì)波有通訊應(yīng)用價值{25}，但與量子力學(xué)非定域性無關(guān)。

《雙4維復(fù)時空量子力學(xué)基礎(chǔ)――量子概率的時空起源》的理論實踐表明，我們的工作是可取的{26}。結(jié)論是，量子力學(xué)中，物質(zhì)告訴時空如何具有概率屬性，時空告訴物質(zhì)如何作概率運動。量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性消解在對應(yīng)的時空理論之中，實現(xiàn)了觀察者對量子現(xiàn)象的客觀描述。

雙4維時空是描述量子現(xiàn)象的物理時空，時空度規(guī)，無論實數(shù)部分，還是虛數(shù)部分，都是平直的{27}。

近年來，由于量子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，量子糾纏的物理基礎(chǔ)引起了人們的特別關(guān)注，波函數(shù)的物理本質(zhì)，量子力學(xué)的非定域性討論十分熱烈?！傲孔蝇F(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”更是討論的核心。人們甚至被量子現(xiàn)象的奇異性迷惑了，特別是，有科學(xué)家甚至認(rèn)為：“客觀世界很有可能并不存在”。世界是人臆造出來的？科學(xué)實在論者當(dāng)然不能贊成！更加深入的探討，我們將另文討論。

按照曹天予的評論，《雙4維復(fù)時空量子力學(xué)基礎(chǔ)――量子概率的時空起源》值得關(guān)注{28}。雙4維復(fù)時空與弦論、圈論比較，最大優(yōu)點是將時空拓展、推廣到了復(fù)數(shù)空間，數(shù)學(xué)沒有那么復(fù)雜，而物理學(xué)基礎(chǔ)卻更加堅實、清晰。

七、結(jié)論與討論

1.“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”普遍存在于人與自然的關(guān)系之中，融入時空的只能是物理實體對時空有影響的部分，時空具有建構(gòu)特征。

2. 物質(zhì)運動與時空的關(guān)系：牛頓力學(xué)中，物質(zhì)告訴時空如何搭建運動背景，時空告訴物質(zhì)如何在背景上運動；狹義相對論中，物質(zhì)告訴時空如何修正測量單位，時空告訴物質(zhì)如何在運動方向長度收縮、時間減緩；廣義相對論中，物質(zhì)告訴時空如何彎曲，時空告訴物質(zhì)如何在彎曲時空中運動；量子力學(xué)中，物質(zhì)告訴時空如何具有概率屬性，時空告訴物質(zhì)如何作概率運動。

3. 量子力學(xué)時空是平直的，其方程是線性的，而廣義相對論時空是彎曲的，其方程是非線性的{29}。量子力學(xué)與廣義相對論的統(tǒng)一，不能機(jī)械地湊合，它們的統(tǒng)一，必須從改變時空的性質(zhì)做起，建立相應(yīng)的運動方程，并搭起非線性空間與線性空間的相互聯(lián)絡(luò)通道。

注釋：

① 趙國求：《雙4維時空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第5頁；Cao Tian Yu， From Current Algebra to Quantum Chromodynamics： A Case for Structural Realism， Cambridge： Cambridge University Press， 2010， pp.202-241.

② Rocher Edouard， Noumenon： Elementaryentity of a Newmechanics， J. Math. Phys.， 1972， 13（12）， pp.1919-1925.

③④⑥⑦⑩{13}{15}{17}{21}{22}{24}{25}{27} w國求：《雙4維時空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第5、105、9、147、179、94、133―136、106、151、151、159、152、149頁。

⑤ 主觀與客觀：“客觀”，觀察者外在于被觀察事物；“主觀”，觀察者參與到被觀察事物當(dāng)中。 辯證唯物主義認(rèn)為主觀和客觀是對立的統(tǒng)一，客觀不依賴于主觀而獨立存在，主觀能動地反映客觀。

⑧ L?斯莫林：《通向量子引力的三條途徑》，李新洲等譯，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2003年版，第29―33頁。

⑨ 張永德：《量子菜根譚》，清華大學(xué)出版社2012年版，第29頁；趙國求：《雙4維時空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第178頁。

{11} 馮契：《哲學(xué)大辭典》，上海辭書出版社2001年版，第1579―1582頁。

{12} 參見L?斯莫林：《物理學(xué)的困惑》，李泳譯，湖南科學(xué)技術(shù)出版社2008年版。

{14} 相互作用實在論中的基本概念：（1）物質(zhì)：外在世界的本原。（2）基本相互作用：遍指自然力，有引力，電磁、強(qiáng)、弱等力。（3）自在實體：指未經(jīng)觀察的“自然客體”（相互作用實在論中，自在實體作為物理研究對象時稱物理本體）。（4）現(xiàn)象實體：經(jīng)過觀察，系統(tǒng)的、穩(wěn)定的、深刻反映事物本質(zhì)的理性認(rèn)知物?，F(xiàn)象則表現(xiàn)自在實體非本質(zhì)的一面。（相互作用實在論中，現(xiàn)象實體作為物理研究對象時稱物理實體）。（5）觀測信號：人類認(rèn)知世界使用的探測信號。

{16} 參見伊?牛頓：《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理宇宙體系》，武漢出版社1996年版。

{18} 參見倪光炯等：《近代物理學(xué)》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1980年版。

{19} 參見A?愛因斯坦：《相對論的意義》，科學(xué)出版社1979年版；愛因斯坦等：《物理學(xué)的進(jìn)化》，周肇威譯，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1964年版。

{20} 坂田昌一：《坂田昌一科學(xué)哲學(xué)論文集》，安度譯，知識出版社2001年版，第140頁。

{23} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國求：《雙4維時空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第149頁。

{26} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國求：《雙4維時空量子力學(xué)描述》，

《現(xiàn)代物理》2013年第5期；趙國求、李康、吳國林：《量子力學(xué)曲率詮釋論綱》，《武漢理工大學(xué)學(xué)報》（社會科學(xué)版）2013年第1期。

{28} 曹天予：《當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)中的庫恩挑戰(zhàn)》，《中國社會科學(xué)報》2016年5月31日。

篇3

【關(guān)鍵詞】自主論/還原論/生命現(xiàn)象/解釋/遺傳信息

【正文】

1．目的性解釋或功能解釋的方式是概念自主性的邏輯延伸

如果承認(rèn)生物學(xué)理論具有自主性，那么理論自主性的根本在于概念的自主性，即存在所謂不能用物理——化學(xué)術(shù)語進(jìn)行描述和定義的概念。生物學(xué)理論自主性的另一表現(xiàn)——理論體系的目的性解釋或功能解釋方式，是概念自主性的邏輯延伸。另一方面，生物學(xué)理論中僅存在自主性概念并不必然導(dǎo)致目的性解釋或功能解釋，例如，孟德爾遺傳學(xué)、公里化處理后的群體遺傳學(xué)和進(jìn)化論的演繹體系(1)，其中所有的概念都沒有與物理——化學(xué)發(fā)生關(guān)聯(lián)，都是自主的，只有在一個體系中，例如，以分子生物學(xué)為主體的現(xiàn)代生物學(xué)，存在自主性概念的同時，又存在物理——化學(xué)的術(shù)語和概念，并且，二者都處于解釋起點的位置，才必然導(dǎo)致目的性解釋或功能解釋的理論結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)成為融合自主性概念與物理——化學(xué)概念為一體的方案。就現(xiàn)代分子生物學(xué)來說，其中的物理——化學(xué)概念所描述的是生命現(xiàn)象中的分子及其行為，而自主性概念所描述和推演的是我們宏觀經(jīng)驗的生命現(xiàn)象本身，這二者之間，從概念的構(gòu)造和體系的建立的過程來說，分屬兩套邏輯體系，因而它們之間沒有邏輯演繹的導(dǎo)出關(guān)系(2)，同時，由于生命現(xiàn)象的復(fù)雜性（即使假定把它描述成所謂的因果反饋網(wǎng)絡(luò)是可行的方案），難于形成一個由前者到后者的歷史演化的因果決定性的理論描述，剩下來將二者結(jié)合在一個理論中的唯一方案就是目的性解釋或功能性解釋的方式。由此形成的體系中，自主性概念（如遺傳信息）處于核心地位，物理——化學(xué)的術(shù)語和概念（如DNA，蛋白質(zhì)）是附屬的?，F(xiàn)代還原論（或稱分支論，企圖將生物學(xué)作為物理科學(xué)的一個分支）對生物學(xué)理論的目的性解釋或功能解釋方式的一切責(zé)難，以及將其變換為演繹解釋方式的企圖，如果不首先化解概念的自主性問題，將是徒勞的。

從生物學(xué)理論的客觀構(gòu)建過程來說，這些“自主性概念”是直接從生命現(xiàn)象中認(rèn)定的，因而也是無機(jī)世界所沒有的。在自主論看來，無論站在什么角度或立場上，“自主性概念”是理論中不可再分解的最基本，最原始的元素，是解說其它現(xiàn)象的起點；而在還原論看來，從物理——化學(xué)的立場或從無機(jī)界與生命界的關(guān)系的角度來看，“自主性概念”是復(fù)合的，應(yīng)由物理——化學(xué)的術(shù)語和概念復(fù)合而成，因而它們就不應(yīng)是理論中最基本的元素。我們順著還原論的思路思考下去，還原，就是最終由物理學(xué)中的概念邏輯地演繹“自主性概念”的內(nèi)涵。物理學(xué)中所有概念都終究歸結(jié)為可感知、可操作的三個量綱：質(zhì)量、空間、時間。物理科學(xué)內(nèi)部的還原都是這種歸結(jié)：對熱質(zhì)的否定并把熱現(xiàn)象歸結(jié)為能、溫度歸結(jié)為分子的平均動能，從化學(xué)到量子力學(xué)等等，著名的“熵”，則以熱量與溫度的關(guān)系來表示，在申農(nóng)創(chuàng)立了信息論之后，人們便千方百計地尋找“信息”與物理學(xué)的關(guān)系，勉強(qiáng)將其與“熵”聯(lián)系起來。從有限的意義上說，分子生物學(xué)還原了經(jīng)典遺傳學(xué)，將基因還原為DNA和“遺傳信息”，而“遺傳信息”如何進(jìn)一步歸結(jié)為物理學(xué)的量綱呢？“遺傳信息”是一系列生命過程的整體賦予DNA等生物大分子行為以生物學(xué)意義的概念，也就是說在解釋的邏輯次序上整體在先，元素在后，這是“遺傳信息”這一概念的自主性的來源。因此，分子生物學(xué)的還原僅是有限意義上的還原，甚至不能說是還原，因為它僅僅是以一個自主性概念（遺傳信息）解說了另一個自主性概念（基因），而“遺傳信息”已成為現(xiàn)代生物學(xué)的研究范式或綱領(lǐng)的核心。因此，現(xiàn)代分子生物學(xué)并沒有給還原論以支持，而且具有反作用，因為，如果說經(jīng)典遺傳學(xué)是一個演繹體系因而在這一點符合還原論的要求，那么分子生物學(xué)由于“自主性概念”與物理——化學(xué)概念的混合而具有了目的性解釋和功能解釋框架的特征，這成為生物學(xué)理論自主性的表現(xiàn)特征之一。

現(xiàn)代自主論正是從分子生物學(xué)的這些自主性特征出發(fā)，聲明了自己的原則和立場。

2．現(xiàn)代自主論的原則及其本體論基礎(chǔ)

從活生生的生命現(xiàn)象中直接認(rèn)定一些概念，從而它們獨立于無機(jī)界，有別于物理——化學(xué)語言，使建立在這樣的概念之上的理論具有自主性，最極端的例子是本世紀(jì)初的生理學(xué)家杜里舒（H·Driesch）將“活力”概念科學(xué)化和理論化，使它成為邏輯解釋的起點；孟德爾到摩爾根所構(gòu)造的經(jīng)典遺傳學(xué)中的“基因”，也是直接以生命現(xiàn)象以及從中所獲得的數(shù)據(jù)為根據(jù)認(rèn)定的有別于物理——化學(xué)的概念。本世紀(jì)六十年代，分子遺傳學(xué)將“基因”用DNA分子片段代替，使人們一度認(rèn)為生物學(xué)的自主性是一種虛幻的認(rèn)識，遲早會消失的。但是，并非DNA分子片段唯一地代替了基因，而是DNA分子與“遺傳信息”二者一起來解釋基因?！斑z傳信息”又是直接來源于生命現(xiàn)象的概念，僅就這一點來說，分子生物學(xué)仍然具有自主性。這是現(xiàn)代生物學(xué)自主論的根據(jù)。

現(xiàn)代自主論的主要論點是生物學(xué)完全有根據(jù)形成自主的概念，“自主”意味著不能由物理——化學(xué)術(shù)語來分解或描述或定義。為了區(qū)別于分子生物學(xué)誕生之前的生機(jī)論或活力論，現(xiàn)代自主論提出以下原則：將生物學(xué)能否還原為物理科學(xué)與能否用物質(zhì)原因闡釋生命現(xiàn)象嚴(yán)格區(qū)分為兩個問題。(3)這個原則所要強(qiáng)調(diào)的是，物理——化學(xué)并不是對物質(zhì)世界的唯一表述方式，關(guān)于生命有機(jī)體自身的物質(zhì)原因的表述（生物學(xué)理論）則是另一種關(guān)于物質(zhì)世界的理論表述方式，二者之間不存在邏輯蘊涵或邏輯導(dǎo)出關(guān)系。生物學(xué)還原為物理科學(xué)，其嚴(yán)格意義是以物理——化學(xué)的概念和定律來解釋生命現(xiàn)象，從而推演生物學(xué)理論。僅從概念的層次來說，完全用物理——化學(xué)的術(shù)語描述或定義生物學(xué)概念，已經(jīng)非?？量潭两襁h(yuǎn)未做到?，F(xiàn)代自主論“用物質(zhì)的原因闡釋生命現(xiàn)象”則寬松得多，實際上，分子生物學(xué)就是這樣，以生命大分子組成，再加上遺傳信息、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯以及選擇、穩(wěn)定等諸多生物學(xué)獨有的自主性概念，成功地闡釋了從功能到進(jìn)化的許多生命現(xiàn)象和活動。這是一個非常實際的原則，既可以擺脫科學(xué)史上令人厭惡的“活力”糾纏，又沒有象還原論那樣自套枷鎖。

雖然如此，如果深究這一原則，則存在以下問題：

第一，現(xiàn)代自主論所稱的具有自主性的生物學(xué)概念的認(rèn)知來源無疑仍是對生命現(xiàn)象的直接認(rèn)定，因此，在還原論或分支論那里應(yīng)該是純粹的解釋對象的生命現(xiàn)象，在此成為認(rèn)知和解釋的起點。至少在這一點上與“活力”概念是相同的；

第二，現(xiàn)代自主論的本意是，生命現(xiàn)象中的物質(zhì)運動方式為無機(jī)界所沒有，因而對這些運動方式、關(guān)系等可形成獨立于或自主于描述無機(jī)界物質(zhì)運動方式的物理——化學(xué)的術(shù)語、概念乃至規(guī)律、理論，作為解說生命現(xiàn)象的前提。這種主張或可與當(dāng)下的生命現(xiàn)象或“功能生物學(xué)”(4)相諧調(diào)，但與科學(xué)界的一個基本承諾（也是一個從未被證實過的預(yù)設(shè)）相抵觸：生命來自于無機(jī)界。這意味著生命現(xiàn)象中的運動方式與無機(jī)界的運動方式有—個邏輯與歷史相統(tǒng)一的關(guān)系，描述它們的理論也應(yīng)有一個統(tǒng)一的邏輯關(guān)系，因而自主性不應(yīng)該是必然的。

第三，在解釋上，“物質(zhì)的原因”中的“物質(zhì)”是指生命體組成，主要是生物大分子，因此在現(xiàn)代自主論看來，分子生物學(xué)在具有了自主性的同時，又具有了物質(zhì)性。而具體體現(xiàn)這種主張的分子生物學(xué)必然是自主性概念與物理——化學(xué)的術(shù)語和概念相“混合”的理論，其中，直接以生命現(xiàn)象作為實在性基礎(chǔ)的自主性概念占有主導(dǎo)地位，是理論的核心?！斑z傳信息”規(guī)定了未來的藍(lán)圖，成為生物大分子所有行為的目的性基礎(chǔ)與源泉，(5)它以生物大分子自身的邏輯內(nèi)涵所沒有包容的、因而是外在的東西，來賦予生物大分子行為以生物學(xué)意義。這就使得DNA等生物大分子成為遺傳信息等概念的附庸，導(dǎo)致了目的性解釋或功能解釋方式(2)。這實際上僅僅一半是物質(zhì)的，而另一半?yún)s仍舊是“生機(jī)”的。這樣，與其說是解釋生命現(xiàn)象，不如說是在闡釋生命形式下的分子及行為。這樣的理論之所以被人們接受，其原因之一是人們接受了“生命來自于無機(jī)界”這個科學(xué)界中最基本的承諾之一，它已成為一種指導(dǎo)思想，給人們帶來了希望：遲早有一天我們可以使理論上的從無機(jī)到生命的邏輯與歷史上的從無機(jī)到生命的演化過程統(tǒng)一起來。因此，現(xiàn)代自主論的原則盡管與現(xiàn)代生物學(xué)相一致，但是，它卻與這樣一個重大的承諾不諧調(diào)。

第四，由此，我們可以做這樣的一個回顧：生機(jī)論以從生命現(xiàn)象中認(rèn)定的概念作為解釋的起點，可簡略稱為“以‘生命’解釋生命”；還原論則基于近現(xiàn)代科學(xué)精神的要求，以描述無機(jī)界的概念為起點來解釋生命現(xiàn)象（即“以‘物質(zhì)’解釋生命”）；而現(xiàn)代自主論的原則和主張，在分子生物學(xué)的具體體現(xiàn)中，卻付出了這樣的代價：以自主性概念為核心規(guī)范了物理——化學(xué)的術(shù)語和概念，以此為解釋起點，但所解釋的并非是生命現(xiàn)象本身，而是分子的行為（盡管是生命形式之下的）——自主性的那部分所解釋的是生物大分子的（物質(zhì)的）行為（即“以‘生命’解釋物質(zhì)”），“物質(zhì)原因”那部分所解釋的也仍是物質(zhì)，而非生命。

以上幾點，既是現(xiàn)代分子生物學(xué)理論體系中存在的哲學(xué)疑難，又是現(xiàn)代自主論的主張所存在的問題?，F(xiàn)代自主論的原則是以現(xiàn)代生物學(xué)為其合理性依據(jù)的，它之所以堅持這一原則，一方面是由于現(xiàn)代分子生物學(xué)的內(nèi)容的確如此，另一方面又企圖把這一原則固定為今后理論生物學(xué)構(gòu)建的指導(dǎo)性原則。這不由得使人想起了二千多年前亞里士多德的技巧，他不滿意柏拉圖在靈魂（生命）與肉體（物質(zhì)）之間設(shè)置的鴻溝，企圖找出生命過程與物理過程的密切聯(lián)系，同時又要界說生命過程以表明與物理過程的區(qū)別，他構(gòu)造了“形式因”和“目的因”的概念來解決這一問題：一件東西賴以構(gòu)成的原料或物質(zhì)并沒有告訴我們它是什么，但賦予它以形式或目的，我們就可以根據(jù)它能做什么來說明它。

進(jìn)一步的問題是本體論問題?，F(xiàn)代自主論的優(yōu)勢在于現(xiàn)代生物學(xué)理論的形態(tài)和內(nèi)容確以一些自主的概念作為理論根基的，但它的本體論基礎(chǔ)卻不令人信服：“生物學(xué)自主性的本體論根據(jù)在于生命有機(jī)體這種體系中的因果關(guān)系是復(fù)雜的，其中，生命整體行為對部分的制約是無機(jī)界所沒有的?！?3)在此，存在著這樣的悖論：因果關(guān)系是對現(xiàn)代生物學(xué)自主性的否定，而這里卻以因果關(guān)系（盡管是復(fù)雜的，但仍是因果關(guān)系）作為自主性的本體論基礎(chǔ)——前文分析了“一個理論體系中自主性概念與物理——化學(xué)概念同存并列作為解釋的最基本元素，必然導(dǎo)致目的性解釋或功能解釋的方式”，它的逆否命題便是“非目的性解釋（演繹的或因果關(guān)系的）體系不允許兩種概念混合并列為解釋的起點”，只能由一方還原另一方。那么，理論出現(xiàn)了“自主性”，到底是由于生命現(xiàn)象太復(fù)雜、純粹以無機(jī)界為起點因果地或演繹地解釋生命現(xiàn)象太困難而采取的權(quán)宜之計；還是由于存在著無機(jī)界所沒有的“制約”，因而生命現(xiàn)象在本體上具有“自主性”（自主于無機(jī)界、確切地說自主于物理——化學(xué)的運動機(jī)制），使生物學(xué)也具有了“自主性”？接下來就發(fā)生這樣的重大問題：本體上的自主性是什么？它與“活力”“生命力”的本質(zhì)區(qū)別是什么？現(xiàn)代自主論可以爭辯：生物學(xué)理論的自主性并不等同于生命現(xiàn)象具有自主性。但是，“整體對部分的制約”等諸如此類的現(xiàn)象如果在本體上不是自主的，而是與無機(jī)界有演化機(jī)制的因果關(guān)聯(lián)，又為何不能為物理——化學(xué)（包括未來的物理科學(xué)）所描述？除非承認(rèn)“科學(xué)的認(rèn)識方法是有限的和不完備的”以及進(jìn)一步承認(rèn)“人的認(rèn)知能力是極為有限的”這樣令人氣餒的命題，這又回到了“太困難而采取的權(quán)宜之計”上來。

因此，現(xiàn)代還原論固執(zhí)地堅持以下兩點與現(xiàn)代自主論的原則以及生物學(xué)理論現(xiàn)實作對：第一，生命必須純粹地作為解釋對象，而不能在解釋之先從生命現(xiàn)象中預(yù)設(shè)某些概念作為解釋的起點，如果生物學(xué)理論中有這樣的概念，則它應(yīng)被分解為物理——化學(xué)的語言；由此，第二，用演繹的解釋方式轉(zhuǎn)換由于存在自主性概念而采用的目的性解釋或功能解釋方式。堅持以上兩點，也即將生命現(xiàn)象作為純粹的解釋對象而從無機(jī)界來演繹，就意味著用“物質(zhì)的原因解釋生命”與“生物學(xué)還原”是同一個問題。由于這種理想主義的固執(zhí)，還原論所遭遇的困境甚于現(xiàn)代自主論。

3．現(xiàn)代還原論的困境

還原論的致命之處，主要不在于它反對現(xiàn)代自主論的原則，而在于反對現(xiàn)實的生物學(xué)理論的形式和內(nèi)容去追求一種不太切合實際的理想。對生物學(xué)理論中的目的性解釋和功能解釋的諸多責(zé)難及演繹還原的要求所依賴的合理性依據(jù)——解釋預(yù)言的檢驗是經(jīng)驗上可操作的，已隨著現(xiàn)代生物學(xué)的成功而煙消云散，因為目的性解釋或功能解釋方式同樣在試驗上可檢驗。面對現(xiàn)代生物學(xué)的成功，以及還原所難以克服的諸多困難，再加上現(xiàn)代自主論強(qiáng)有力的批判和否定，現(xiàn)代還原論發(fā)現(xiàn)，剩下來可依賴的唯一合理性是哲學(xué)意義上的依據(jù)，即“生命來自于無機(jī)界”這一預(yù)設(shè)性和承諾性命題，我們不應(yīng)“以‘生命’解釋生命”，也不應(yīng)“以‘生命’解釋物質(zhì)”，合理的“解釋矢量”的方向應(yīng)是“以‘物質(zhì)’解釋生命現(xiàn)象”。在這里，“生命現(xiàn)象”是一個很不具體的抽象概念，實際上可具體為被“約束”或“規(guī)范”的物質(zhì)行為表現(xiàn)和“約束”或“規(guī)范”機(jī)制本身，這是真正的解釋對象，也是理論自主性的實在性基礎(chǔ)。因而，對于還原論來說，追究“基因”或“遺傳信息”的起源和分子進(jìn)化機(jī)制已成為其最后的堅守陣地，并且，當(dāng)代自組織理論和超循環(huán)理論的盛行，似乎為還原論帶來了令人振奮的希望。

邁爾曾將生物學(xué)理論劃分為功能生物學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)，(4)在功能生物學(xué)中，基因所攜帶的遺傳信息是生物學(xué)一切功能和目的的基礎(chǔ)和源泉，只要突破這一點，即能夠用物理——化學(xué)的語言演繹地描述形成遺傳信息的分子進(jìn)化機(jī)制，那么，還原論至少在原則上取得了勝利。但是，通過以下分析，這種希望似乎又是水中之月。

前面說過，“自主性概念”之所以“自主”，是由于它直接對應(yīng)于生命現(xiàn)象或認(rèn)定“生命的實在”，它反映了生命特有的本質(zhì)，因此，它作為理論的起點，不必給予也不可能進(jìn)行物理——化學(xué)的描述。還原論否認(rèn)存在生命的特質(zhì)，把所謂“自主性概念”或直接來自生命現(xiàn)象的概念看成是“復(fù)合性”的，可分解為諸多物理——化學(xué)的術(shù)語和概念，與此相應(yīng)的試驗上可操作性依據(jù)是生物化學(xué)對生命有機(jī)體的組成還原。但是，組成上的還原雖然可作為生命與無機(jī)界密切聯(lián)系的依據(jù)，但也沒有否定現(xiàn)代自主論的“用物質(zhì)的原因解釋生命不等于還原”的命題及所堅持的原則。否定“自主性概念”的充分條件不僅僅是把它看成“復(fù)合性”的，而且要以物理——化學(xué)的術(shù)語和概念邏輯地導(dǎo)出它的內(nèi)涵。如果只滿足于組成上的還原，結(jié)果只能是以“自主性概念”為核心來賦予生物大分子及其行為以生命意義(2)。與邏輯導(dǎo)出相對應(yīng)的試驗依據(jù)不是組成上的分解還原，而是與邏輯導(dǎo)出同向的試驗可操作性，說白了，就是由無機(jī)要素合成生命，哪怕是最簡單的生命現(xiàn)象。例如，對于超循環(huán)論來說，就是生物大分子超循環(huán)耦合能否在試驗條件下發(fā)生，這涉及到“生命來自無機(jī)界”這一命題由哲學(xué)化向具體的科學(xué)化的過渡，關(guān)系到還原論在科學(xué)上能否真正站穩(wěn)。但是：

第一，由無機(jī)到生命，經(jīng)歷了漫長時間，并且，生命的產(chǎn)生和演化是在十分優(yōu)越的條件下選擇了唯一快捷的途徑而發(fā)生的。以人類的有限生命和歷史是否有能力進(jìn)行這種操作呢？這就象大海里的沙子，原則上是有限的，如果想數(shù)清楚有多少粒，則在實踐上是一個無限的問題。退一步說，僅理論上的操作，即以物理——化學(xué)諸要素，通過在無機(jī)背景下取得的參數(shù)，進(jìn)行自組織理論的非線性過程計算，來描述無機(jī)與生命之間的邏輯關(guān)系，這種非線性理論的計算操作也同樣是事實上的無限復(fù)雜。這種原則上的有限而實踐上的無限，直接沖擊還原論的哲學(xué)基礎(chǔ)：決定論。只有決定論成立，由無機(jī)到生命的邏輯演繹方式才是理論上可操作的，才具有進(jìn)行預(yù)測和試驗上可操作的價值和意義；決定論的前提又是自然有限論，而無限性就意味著不確定性，也就意味著邏輯演繹的理論之路是不通暢的、實踐之路是不可操作的。

第二，自組織理論本身的結(jié)論——非線性過程的不可逆性，使這種操作不可能。從無機(jī)到生命的歷史過程，其中有許多偶然性或隨機(jī)因素起了決定作用并已作為“信息”儲存于生物大分子的結(jié)構(gòu)中。由于偶然性或隨機(jī)因素的不可重復(fù)，使時間不可反演，因而整個過程無法進(jìn)行重復(fù)操作。

第三，自組織理論和超循環(huán)論的非線性動力學(xué)過程的不確定性，使從無機(jī)到生命的演繹過程不可能。在此，應(yīng)對“因果決定論”與“演繹解釋方式”作出區(qū)分，一般來說，這二者被合二為一地用來與目的性解釋或功能解釋方式相對立，但它們之間是有區(qū)別的。因果決定論是用來表述定律或原理的方式，而演繹解釋的方式是解釋體系乃至理論體系的構(gòu)成框架，即因果決定論形式的定律或原理是作為演繹框架的解釋前提而出現(xiàn)的。這就可以提出這樣的問題：否定了因果決定論的自組織理論的非線性過程的定律、原理是否可以作為從無機(jī)到生命演繹解釋框架的解釋前提呢？按照還原論解釋的要求，如果中間環(huán)節(jié)有不確定因素，將阻礙這種演繹解釋的邏輯通道的暢通。只有解釋前提的因果決定論形式才與整體的演繹解釋框架相諧調(diào)。盡管自組織理論及超循環(huán)論這一新物理科學(xué)曾經(jīng)被討論的熱火朝天，由于它在分子自組織領(lǐng)域內(nèi)就已經(jīng)在邏輯上不確定了，因而，至今為止它對生物學(xué)的影響只限于描述性地說說而已，至多提供一個框架式的思想啟示。

4．結(jié)語

還原論所遭遇的困境，是由于堅守著理想主義的科學(xué)信仰而不顧生物學(xué)現(xiàn)實。但是，無論是同情還原論而提出的帶有折衷性的整體還原，還是反對還原論的自主論，在其構(gòu)建生物學(xué)理論的建議中，只要還主張保存直接來自于生命現(xiàn)象的術(shù)語和概念，并且不可被物理——化學(xué)的術(shù)語和概念、也即描述無機(jī)世界的術(shù)語和概念所代替，都是在認(rèn)識論上允許預(yù)先設(shè)定生命現(xiàn)象作為解釋的起點，從而在本體論上承諾了存在著一種生命特質(zhì)，也就有違于“從無機(jī)到生命的歷史走向和邏輯走向相一致”這一基本的科學(xué)承諾。

在現(xiàn)代生物學(xué)面前，還原論成為固執(zhí)地堅守理想和信仰的犧牲者而在所不惜，自主論由于切合生物學(xué)理論的現(xiàn)實而取得了優(yōu)勢，并以能夠指導(dǎo)未來生物學(xué)理論的構(gòu)建為最大的價值所在。但是，筆者認(rèn)為，一門學(xué)科，特別是具有哲學(xué)色彩的學(xué)科，其意義和價值不應(yīng)僅僅依賴于其他學(xué)科，更不能以其可否“指導(dǎo)”自然科學(xué)的發(fā)展為其價值標(biāo)準(zhǔn)。邏輯實證主義起始的現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)的歷史已證明這種“指導(dǎo)”是虛妄和徒勞的，科學(xué)往往自我發(fā)展而不聽命于哲學(xué)家的“指導(dǎo)”。在這方面，還原論也并不是無可厚非。無論是還原論還是自主論，它們的目的都是企圖指導(dǎo)生物學(xué)理論按照它們指定的框架來運行，結(jié)果使我們處于這樣一個悖論之中：如果信守“生命來自無機(jī)界”這一命題，則應(yīng)否定“不能用描述無機(jī)界物質(zhì)運動的概念、規(guī)律即物理科學(xué)進(jìn)行還原”；而堅持還原論，則遇到操作上包括不確定性對演繹過程的否定的阻礙。這是否值得我們反思一下過于功利主義傾向的行為，以修正我們對科學(xué)的哲學(xué)探討的目的？科學(xué)哲學(xué)的真正意義和價值在于自身，在于對科學(xué)及其與自然的關(guān)系的理解，在于它自身體系的建立，這個體系體現(xiàn)了人類的心智對完美的追求和向往。這一點，特別是在一個人欲橫流的社會里，是極為可貴和重要的。

【參考文獻(xiàn)】

(1)Rosenberg.A.(1985).The Structure of Biological Science．(Cambridge：cambridge University Press）．

(2)郭壘：“生物學(xué)自主性與物理科學(xué)的理論構(gòu)建”，《自然辯證法研究》，1995年第3期。

(3)董國安、呂國輝：“生物學(xué)自主性與廣義還原”，《自然辯證法研究》，1996年第3期。