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166 量子力学是表达粒子物象知识的转换
在哲学家、心理学家经常用到表象概念，认为在语言表达之前人们对于先前获得过的客观事物形象的回忆。我在前面已经讲过，表象与物象的相同之处，但有很大的区别。然而，只要读者注意一下，凡是哲学、心理学文献中用到“表象”一词的地方，均可用“物象”一词代替，并不失落损害文章的原意，且更能确切地表达世界事物与思维之间联系，物象是最合适的中介、接口概念。王天思先生说：（11） “符号是表象和概念等的形式化和外化，这是一个与将外部事物内化为心理的东西相反的过程。符号作为描述的重要手段，具有高抽象性和可运算性。” 我们如果把这里的“表象”替换成“物象”，则更能说明符号与事物之间的联系有一个中介和接口处，这就是记忆思维中的物象（表象），以及符号对物象（而不是对事物）的外化作用和意义。比如，万有引力定律的概念性表达和万有引力定律公式描述。数学形式体系在量子力学建立中的作用，就完全证明了符号描述是对物象的外化和形式化。量子力学的建立，具有一个与以往任何科学理论的建立都完全不同的特点。它不是先有概念体系，而是先有数学形式；不是先有对对象的理解，然后再根据这种理解对其进行概念描述，而是先对对象的数学描述，然后再试图对这种描述进行解释。事实上，量子力学本身只是一种数学形式，一种符号体系。也就是说，它是一种用符号对微观对象的描述。由于这种形式体系得到很好的现实回应，量子理论在实践中得以广泛应用。在量子力学中，描述的符号化和形式化表现出前所未见的重要性。如果说，在经典物理学中，没有形式化的符号体系只是没有明晰、简洁的科学理论；那么，在非经典物理学中，没有这种符号体系就没有量子力学本身。在微观领域，一方面，粒子没有宏观物体所具有的感性特征，在我们面前，整个微观世界成了一个无边际的黑箱；但另一方面，粒子又具有神奇的数量特征，那里，简直是一个由数的精确性构成的理想世界。我们发现微观粒子在量子数上似乎具有全同的性质。这种情况，也许只有从事物量的方面看才是可能的。比如，同一类粒子具有相同的自旋数、奇数、重子数、轻子数等。所有质子的重子数都是 1，自旋数都是1/2；所有电子的重子数都是 0，自旋数都是1/2；所有∑超子的自旋数都是7/2。总之，所有同质粒子的同一属性都具有确定的量子数，即对同一种基本粒子来说，有关的量子数的数值都是相同的。因此，运用数学形式描述微观世界是必然的，或许，在“反映论”者看起来是由“客观”决定的，与记忆思维中的物象信息无关，即符号描述不是从物象知识转换而来的，是由客观世界直接决定的。但是，只要我们分析量子现象的概念描述，人们就会承认专门符号的描述或语词概念解释，都不是直接来自事物本身，而是经过了记忆思维中形成的物象信息，这个中介、接口的转换形成。
我们生活在宏观领域的人类有自己独特的宏观特性，从而也就相应有适合我们自己的认识方式和行为方式。量子现象经典概念描述的必要性，正是与此密切相关。只有日常化的经典概念才更适合我们的感觉特性，只有这些概念才能使我们更好地领会和理解微观世界。但是，原子世界的图景本来就是超越直接感觉的，以致人们难以使用日常语言进行描述。然而微观现象之间量的关系，却可以通过宏观效应间接地反映出来。因此，就有了粒子、轨道、波、波长、之类的典型的宏观概念，还有质量、电荷也是从经典物理学国转化而来的，至于自旋、同位旋、宇称等等虽然是为了描述微观现象而创造出来的，但是它们的身上仍然带有宏观的烙印。正如王天思先生所说：（12） “微观现象是转化为宏观现象后，呈现在人们面前的。这样的转化把原子世界原来的图景完全改造了。” 如果强调必须坚持精确性，也就是强调必须坚持这些概念的宏观内涵，就会和微观现象之间产生尖锐的矛盾。用宏观概念描述微观现象的事实表明，以语词概念形式存在和流行的科学知识，不是直接对于事物的描述，而是通过记忆思维中形成的物象信息转换而来的。
实际上，用宏观概念描述微观世界是极其微妙的。人们谈论电子的自旋，但又不能将电子的自旋真的看做是电子自身的旋转；人们谈论原子核的壳层，但又不能将核壳层看做是地球壳层那样的硬壳；人们谈论核液滴，但又不能将原子核真的看做是液态物质。因此，用经典概念描述量子现象，还必须对其运用进行适当的限定和改造。在这里，我们既可以清楚地看到经典描述的人类学特征，也可以进一步看到描述本身不再能看做是一种对于事物（客体）的全真写照。这一点，突出地表现在量子现象的经典概念描述与其数学描述的对比中。
我们运用语词做出的任何一个描述表达，都是由记忆思维中的物象转换而来的，都是一种物象知识的表述。这种由物象知识向意象知识转换理论的确实性，可以由如下几个事实来证明。一是对于同一事物的认识，英美地区的人们用英语言做出描述，而中国人用汉语言做出描述。但是，这并不意味着人们在运用不同语词来认识事物，虽然人们可以用不同的语言词汇进行思维。人们都是在运用相同感官观察感知事物，采用相同的仪器观测事物，而用不同语言文字描述观察和观测到的相同结果。这就足以表明，从观察结果到语词描述必有一种转换，这种转换是在记忆思维过程中，是人的心灵有目的有意识地发生和进行的。这种转换大致可以做出这样的表述：人们通过感官直接感知获得的事物信息或通过仪器间接感知获得的事物信息首先要在记忆思维中形成相关事物的物象，这个阶段是物象思维认识的活动，比如反复进行观察或观测，其结果是形成物象知识，然后进入语言文字描述表达阶段，形成常见的知识形态。当然在大多数情形下，这两个阶段并不是绝对分开的，而是在交错发生进行中的。对于这种理论，我们可以用微观认识中的所谓“不确定性原理”予以证明。
仪器和被观测物体相互作用的不同性质，构成了微观领域和宏观领域测量的基本差别。在宏观条件下，宏观仪器和宏观物体的相互作用相对而言小得可以忽视，即使加以考虑，一般也可以在理论上连续描述，以通过修正计算剔除或通过外推消去。但在微观条件下，由于宏观仪器和微观物体的相互作用是一个不可再分的整体量子过程，它既不可避免，又不可忽视；既不能控制，又不能约化。量子物理学的发展过程的确使我们看到，凭借有限阈值感官来观察宇宙的人类与可能存在的宇宙中的任何物质实体之间，存在一重障碍。这重障碍几乎是无法跨越的。因为当人类想深入探求这个“真实的”世界的同时，他那个观察动作立即又改变了微观物质世界的活动。人类在这里的处境，的确有点像盲人想通过触觉弄明白雪花的形状和构造一样尴尬：当雪花一碰着他的手指或舌头，立即就化为液态之水了。由此，我们可以清楚地意识到爱因斯坦在与海森堡进行争论时为什么要指出：（13）“正是观察概念本身，就已经是成问题的”。海森堡在1927年提出了著名的“principle of uncertain –ty”,按其字面含义是“不确定性原理”，但人们似乎更愿意将其理解为“测不准原理”。
为了测定一个微观粒子的位置和速度，我们必须将光照到这个粒子上。这样，一部分光波被该粒子反射回来，从而告诉我们它所处的位置。根据普朗克的量子假设，这种测量不能用任意小的光进行，我们至少用一个光量子。这量子会扰动被测量的微观粒子，并以一种不能预见的方式改变该粒子的速度。由于测量微观粒子位置的精确度与光的波长成反比，我们必须用短波长的光；由于光的波长与其能量成反比，所用的光波波长越短，量子本身的能量就越大，从而被测量的微观粒子的速度就被扰动得越厉害。也就是说，对微观粒子的位置测量得越准确，对速度的测量就越不准确，反过来也是如此。“测不准原理”的发现者和解释者们认为，任何一种试图测定微观粒子速度的努力，都会使受测粒子受到无法预测的撞击，从而不可能同时测定其位置。由于对一个可观测量的精确测量会带来测量另一个量时相当大的不确定性，粒子的位置和速度甚至在理论上也不能同时精确确定。这一现象既与测量仪器和测量技术无关，也与观测者无关，而是由亚原子尺度范围内波、粒之间的内在联系造成的。每一个粒子都与一个波缔合在一起，因而都具有波的特性。
海森堡的“测不准原理”一发表，就成为物理学和哲学讨论的重要问题。人们对“测不准原理”有各种不同的理解。有的认为它是一个不可能同时测量共轭变量的原理；有的认为它是测量精确度的限制原理；也有的把它看做是表示微观粒子二象性的数学原理，或者两个测量序列的散布之间的联系的统计学原理。的确，对于“测不准原理”问题的根源，连海森堡本人也没有说清楚。在大多数情况下，海森堡把“测不准原理”归因于观测仪器的干扰，但有时也用“潜能”或“潜在可能性（potentialities）”概念来说明。玻恩认为：通过不确定性关系，（14）“新概念的革命性特征第一次被弄清了。它表明我们不仅要放弃经典物理学，而且必须放弃那种关于实在的朴素概念。在这种概念中，原子物理学中的粒子被认为就像极为细小的沙粒。一粒沙子在任何瞬间都有确定的位置和速度，而对电子工来说情况就不是如此。确定位置时的准确度越高，确定速度的可能性就变得越小，反之亦然。”霍金则指出，（15）海森堡的不确定性原理意味着，粒子在某些方面表现得像波：它们没有一个确定的位置，而是呈现一定的几率分布被“抹开”。量子力学理论建立在一个全新类型的数学基础之上，这种数学不再依据粒子和波动来描述真实的世界；可以用这些概念来描述的，只是对世界的观测结果。
这说明，人们对于同一个事物的同一个观测结果的物象，可能有不同的物象思维方法，产生不同的物象知识，用几个不同的语词概念做出表述，形成知识形式的争论。杨世昌先生对于用不适当语词概念描述“测不准原理”指出：（16）“争论了半个多世纪，现在比较清楚了，并非由于基本粒子本身是潜能，而是由于人类强行使用位置、速度这些经典概念来描述它的运动，也就是强为之名的缘故。”这类“强为之名”的现象，不仅仅发生微观认识领域，在宏观的社会政治、经济领域同样不乏其例。因为人们运用语词概念描述事物的过程，并不是对现实世界事物的直接描述，而是要通过一系列的中介环节（感官知觉观察、仪器观测的方式，范围大小、深度、记忆差别等）。即使人们在观测取得同样的结果形成的物象是一致的情形中，由于人们的心灵意识观念上存在差异，就可能运用不同语词概念对记忆思维中的物象知识做出表达。就上述微观认识领域的“测不准原理”而言，正如王天思先生所说：(17) “具有精确位置和精确速度的概念在自然界——至少是在微观领域实际上是没有意义的，只是在经典物理学中，在宏观领域，同时描述一个物体的相对精确的位置和速度（就人们认识要求来说）是可能的，但要运用于微观领域，就会导致佯谬。”
由此可见，人们运用语言文字做出描述之前有一个由物象知识向语词即意象形式知识的转换。关于波粒佯谬的描述根源，海森堡强调，（18）由于我们的词语和句子只能描述在思维中能形成具体图景的东西，而微观领域的过程远不像日常经验中的过程那么直观，我们没有对于原子过程的任何直观。因而，试图通过修改我们的日常语言来描述原子过程也是很难做到的。所幸数学语言完全不需要像日常经验中那样的直觉，因此通过数学手段人们建立起量子理论的形式体系，用以处理所有原子物理实验，然而，虽然数学不需要直观，但同时也不能为人们提供任何直观图像。为了能想象微观物体，我们就只好满足于用波动图像和粒子图景进行的不完备的类比。
据说薛定谔有一次在作非常正式和严格的演讲时教导学生们：你们不要支描绘微观世界的图像，那样做是毫无意义的；你们只需掌握形式化的语言及其推导过程；不要有图像，不要有想像。演讲结束后，一个年轻的学生走上去问道：“教授，我很懊丧。我是想要理解您的演说的，我也学会了推导形式语言，可我没理解。我们在谈论的究竟是些什么呢？”于是，薛定谔十分和蔼平易地对他说：“你看，这是一个原子。这儿是核，这儿是环境，这儿是外层轨道……”如此等等。此时，薛定谔自己把自己反对形象描述的话忘到九霄云外去了。这个故事，足以说明物象思维是理性认识活动的基本方式，语言的描述是知识存在的基本形式，但是在做出语音描述之前，物象知识已经发生了，语词不过是对物象知识的外化和形式化罢了。王天思先生指出：（19） “在微观认识领域，事情往往是：在私下的理解中，科学家们总是本能地使用他们在正式场合视为非法的图像。实际上，没有形象的帮助，人们很难对理论的物理意义有一个确切的把握。薛定谔的理论虽然是用比海森堡的矩阵力学要形象一些的微分方程来表达的，并获得了与海森堡的理论同样的成功，但包括薛定谔本人在内，人们仍然不明白其中所包含的波函数的物理含义。” 应当指出的是“没有形象的帮助”这里的“形象”一词是不贴切不准确的一个类比或描绘，比如，薛定谔对那位发问学生说：“你看，这是一个原子。这儿是核，这儿是环境，这儿是外层轨道”等中的“环境”就不是说明原子形象的因素，而是在描述原子的物象更加合适。因为任何一个事物的物象要素包括着该事物所处的环境即“场”，以及该事物与周围事物的联系、关系和相互作用等因素，而这些因素是“形象”一词难以胜任的。为什么量子物理科学家们总是“在正式场合视为非法的图像”呢？因为他们没有一个人用感官直接感知到微观粒子，谁也不知道它们究竟是个什么样子。他们对于粒子的描述，不论是数学形式的还是概念形式的，都是理（性）智认识获得的关于粒子的物象信息的结果。
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