附录 英文本序言

    如所周知，当代物理学已经引起人类的宇宙观及其同宇宙的关系的重要的修正。有人设想，这种修正突破了人类的命运和自由的基础，甚至影响到人类对他掌握自己的命运的能力的看法。这种设想，在物理学的各个部门中，再没有比量子力学的测不准原理表现得更直截了当了。本书的作者是测不准原理的发现者。事实上，这个原理通常都冠以他的名字。因此，要判断这个原理意味着什么，没有人比他更合适的了。


    海森伯在他以前的一本书《量子论的物理原理》中，向专业物理学家们阐明了量子力学的理论解释、实验意义和教学工具。在本书中，他向外行人阐明了量子力学和其他物理理论，以及这些理论的哲学会意和它们的某些可能的社会后果。比较明确地说，他试图在本书中提出并回答下列三个问题：（1）已被实验所证实了的当代物理学理论肯定了什么，（2）它们容许或者要求人们怎样去没想他自己同他的宇宙的关系？（3）这种作为现代西方的创造的新思想方法将要怎样影响世界的其他地区，


    海森伯只是在本书的开头和结尾部分简要地探讨了第三个问题。读者不要因为他的评述的简短而忽视了它们的重要意义。正如他所指出，不管我们喜欢与否，现代思想方法将要改变并且部分地破坏传统习惯和社会准则。非西方社会的本国领袖和他们的西方顾问常常设想，将现代科学仪器和方法引入亚洲、中东和非洲的问题，仅仅是给予当地人民以政治独立然后向他们提供经费和实用的仪器的问题。这种轻易的设想忽略了几件事情。第一，现代科学仪器渊源于它的理论，为了正确地制造和有效地使用它们，需要理解那个理论。第二，而这个理论又以哲学假设和物理假设为依据。一旦被人们理解了，这些哲学假设就会产生一种个人的和社会的精神状态和行为，它们完全不同于并且在有些问题上不相容于亚洲、中东或非洲本地人的以家族、等级、种族为中心的精神状态和社会准则。总之，人们不能在引入现代物理学仪器的同时，而不求早或晚地引入它的哲学精神，而这种哲学精神，当它一旦掌握了受过科学训练的青年，就将推翻对家族和种族的陈腐的道德忠诚。如果要不致于因此引起不必要的感情冲突和社会的道德败坏，那么，让青年人理解到他们正在遭遇的事情，这是重要的。这意味着，他们必须把他们的经验看作是两种不同的哲学精神的结合，即他们的传统文化和新物理学的结合。由此可以看出人人都理解新物理学的哲学的重要性。


    但是，可能有人要问：物理学是不是完全同哲学无关？现代物理学是不是只有在抛弃了哲学之后才能成为有成效的，显然，海森伯对这两个问题的回答都是否定的。为什么会是这样的呢？


    牛顿给人留下了这么一个印象，以为在他的物理学中没有一个假设不是实验数据所必然要求的。当他提出他不作假说，并且他是从实验研究结果推出他的基本概念和定律时，就给人以这种印象。如果关于物理学家的实验观测同他的理论的关系的这种想法是正确的，牛顿的理论就永远不需要修正了，它也不可能包含实验未予证实的结论了。要是牛顿的理论是隐含在事实之中，它就该象那些事实一样确凿和肯定。


    然而，1885年迈克耳孙和莫雷所完成的实验揭示了这样一个事实，如果牛顿的理论假设全是真理的话，这个事实就不应当存在。这个事实表明，物理学家的实验事实和他的理论假设之间的关系完全不同于牛顿引导许多现代物理学家去设想的那样。在大约十年以后，关于黑体辐射的实验迫使人们对牛顿关于他的研究对象的思想方法作又一次的改造。所以，这个结论就成为不可避免的了。肯定地说来，这意味着物理学理论既不仅仅是实验事实的描述，也不是可以从这样一种描述推论出来的某种东西；而是如爱因斯坦所强调指出的，物理学家只有通过思辨的方法才能得到他的理论。在物理学家的方法中，不是从事实推演到理论的假设，而是从假设的理论推演到事实和实验数据。因此，人们必须思辩地提出理论，并且用演绎法推导出这些理论的许多结果，以便使这些理论能够接受间接的实验检验。总之，任何物理理论所作出的物理假设和哲学假设，都要比仅仅由事实所给出和隐含的假设更多。由于这个理由，任何理论，随着同这个理论的基本假设不相容的新证据的出现（类似迈克耳孙-莫雷实验结果那种方式），要受到进一步的修正和改造。


    并且，这些假设都带有哲学的特征。它们可以是本体论的假设，那就是涉及科学知识的对象的假设，这种对象是同它和感知者的关系无关的；或者它们也可以是认识论的假设，那就是涉及作为实验者和认识者的科学家同他所认识的对象之间的关系的假设。爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论由于根本改变了时间和空间以及时空同物质的关系的哲学理论，从而在本体论方面修正了现代物理学的哲学。量子力学，特别是它的海森伯测不准原理，给物理学家关于实验者同他的科学知识的对象之间的关系的认识论所带来的变化是很显著的。这本书的最新奇也是最重要的命题也许就是本书作者的这样一个论点：量子力学已经把潜能的概念带回到物理科学中了。这使得量子论对于本体论也象对认识论一样重要。在这一点上，海森伯的物理哲学同怀特海（Whitehead）的物理哲学有一个共同的因素。


    正是由于在物理学的研究对象中引人了潜能（这不同于物理学家的认识论范畴），所以爱因斯坦反对量子力学。他说：“上帝是不掷骰子的”，以此来表示他的反对意见。这个陈述的要点是骰子游戏以机遇律为依据，而爱因斯坦认为，后一概念只有在有限的认识主体的认识论的局限性中才能找到它的科学意义，这种局限性存在于认识主体同包罗一切的科学知识对象的关系之中，因此，当在本体论上讲到那个对象本身时，那就是误用了。这个对象自身是无所不包的，因而在这个意义上是全知的（类似上帝那种形式）；对于任何有关这种对象的科学描述，机遇或者几年概念是不适当的。


    本书之所以重要，是因为它包含了海森伯对爱因斯坦以及其他人对他的测不准原理和量子论的批评的回答。在理解这个回答时，必须记住两件事：（1）前面提到过的关于实验物理学的数据和它的理论概念之间的关系。（2）在（a）牛顿力学和爱因斯坦的相对论中和在（b）量子力学中，几率概念所起的作用的区别。关于（1），爱因斯坦和海森伯，相对论力学和量子力学是一致的。只是关于（2），他们才有分歧。然而，关于（2），海森伯和量子物理学家同爱因斯坦发生分歧的理由，有相当成分取决于（1），这是爱因斯坦也承认的。


    （1）断言物理学的实验数据不包含它的理论概念。由此可见，科学知识的对象决不是通过观察和实验去直接认识的，而只有通过思辨地提出的理论结构或公理假设才能认识的，这些理论结构或公理假设只有通过由它推演出来的结论间接地在实验上加以检验。因此，为了深知科学知识的对象，我们必须走向它的理论假设。


    当我们为（a）牛顿力学或爱因斯坦的力学和为（b）量子力学去这样做时，我们发现，在量子力学中，几率或者机遇的概念进入了物理系统的态的定义，在这个意义上，也就是概念进入了它的对象，但在牛顿力学或者爱因斯坦的相对论中却不是这样。无疑，这正是海森伯在本书中所写的“量子论把潜能概念带回到物理科学中来了”这句话的意思。毫无疑问，这也是爱因斯坦反对量子论时心中所想的东西。


    更具体地说，量子力学同以往的物理理论的差别可以表述如下：在牛顿的理论和爱因斯坦的理论中，只要经验地测定了在已定时刻表明系统中每个质点的位置和动量的数值，就可以准确地给出任何孤立力学系统在这一时刻的状态；不出现任何关于几率的数值。在量子力学中，关于观测一个系统的解释是一个颇为复杂的程序。观测可以是单独一个读数（它的准确度还必须加以讨论〕，或者观测也可以包含一组复杂的数据，例如云空中水滴的照相；不管是哪一种情况，只能用几率分布（譬如说，关于系统的各粒子的位置和动量的几率分布〕来陈述观测的结果。这样，理论就预言了未来时间的几率分布。当未来的态达到时，如果只是在单独一次观测中，动量和位置的数值处在预期的范围之内，那么，理论并没有在实验上获得证实。具有同样初始条件的同样实验必须重复许多次，而在每次观测中可以有所不同的位置或动量值，必须表现出与预期的几率分布相似的分布。总之，量子力学同爱因斯坦力学或者牛顿力学的决定性区别集中在任何时刻一个力学系统的定义上，这种区别就在于量子力学在它对态的定义中引入了几率概念，而牛顿和爱因斯坦的力学却不是这样。


    这并不意味着在牛顿力学或爱因斯坦力学中，几率就毫无地位。然而，它仅仅是在用以决定理论预测是否正确或不肯定的程度的误差理论中才有地位。因此，几率和机遇的概念仅限于科学家在证实他所认识的东西的认识论方面；它并不进人关于他所认识的东西的理论陈述。因此，在爱因斯坦的两个相对论和牛顿力学中，都满足爱因斯坦的格言“上帝是不掷骰子的”。


    有没有什么办法可以裁决爱因斯坦同海森伯及其他量子理论家的论战呢，对于这个问题已有人作出了许多答案。有些物理学家和哲学家强调操作的定义，他们论证说：既然一切物理理论（甚至经典理论也是如此〕都给人类留下了误差和不确定性，那就无法在爱因斯坦和量子理论家之间作出裁决。然而，这是：（a）忽视了科学方法中存在着用公理法构成的、构造性的理论定义，也存在着误差理论和操作定义；并且，（b）假设了几率概念以及更加复杂的测不准关系只是在操作定义的意义上进入了量子力学。海森伯指出后一假设是错误的。


    别的科学家和哲学家走到了另一个极端，他们主张，仅仅因为在预测某些现象时有不确定性，这决不能构成“这些现象都不是完全确定的”这个命题的论据。这一论据将两个问题结合了起来，一个问题是定义力学系统在已定时间的态的静力学问题，另一个问题是预测这个系统的态随时间而变化的动力学问题，或因果性问题。但是，量子论中的几率概念只进入它的静力学，也就是只进入量子论关于态的理论定义。因此，读者将发现，把关于态的定义的静力学理论成分和态随时间而变化的动力学的（或因果性的）理论成份截然划分开来，那是明智的。对于前一种成分，几率概念和随之而来的不确定性在理论上和原则上都进入了；它们不仅仅涉及操作上的和认识论上的不确定性和误差——这类不确定性和误差是由人类行为的有限性和不准确性所引起的，并对任何科学理论和任何实验总都是共同的。


    但是，可以问，为什么应当在原则上把几率概念引进力学系统在任何静态时刻t 1 的态的理论定义中去呢？在利用公理假设作出这样一种理论构造时，海森伯和其他量子理论家在同爱因斯坦争论时不是普遍地以本身尚待证明的假定作为自己的论据吗，这本书把这些问题的答案阐明如下：量子力学的程序的理由是上述命题（1），这个命题是爱因斯坦本人也接受的。


    命题（1）是我们只用公理的理论构造或假设的思辨方法来认识科学知识的对象；牛顿关于物理学家可以从实验数据推演出我们的理论概念的设想是错误的。由此可以推论出，断言科学知识的对象（或更具体地说，即力学系统在已定时刻t 1 的态）必须以一种特殊方式来定义，是没有先验的或经验的意义的。唯一的准则是，当求得由理论推演出来的实验后果时，究竟哪一组关于力学对象的理论假设为实验数据所证实？


    现在的情况是：当我们如爱因斯坦要求我们去做的那样，在理论上和原则上只用关于位置和动量的数值来定义亚原子现象的力学系统的态，并且推演出黑体辐射的结果的时候，关于力学系统的态和原子物理学的对象的这种理论假设已被实验证据证明是错误的。实验事实绝不是理论所要求的那样。然而，当通过引入普朗克常数并在原理中加入关于将发现有关的位置-动量数值的几率（由此导出测不准原理）的第二组数值，而把传统理论加以修正时，实验数据证实了新的理论概念和原理。总之，在量子力学中关于黑体辐射实验的情况同爱因斯坦所遇到的关于迈克耳孙-莫雷实验的情况是相同的。在这两种情况中，都只有通过引入在原则上是新的理论假设，才能使物理理论同实验事实相一致。因此，如果按照爱因斯坦和上述科学哲学家的要求就应该断言：不管量子力学是怎样的，亚原子物体的位置和动量都是“真正”明确地处于空间和时间之中（因为它们只要用一对数字来表示就行了），从而在因果关系上，它们也完全是决定论性的，但是，要作这样的断言，就是要求人们承认巴为黑体辐射实验证明是错误的一种关于物理知识对象的理论，所谓错误的意思是说，这种理论可以推演出来的实验结果没有得到证实。


    当然，由此得不出结论说，不可能发现某种符合于以往的实验事实的新理论，在这理论中，几率的概念原则上不进入它的态的定义。例如，诺贝特·维纳（Norbert


    Wener）教授认为，他找到了一些线索，可以作为这样一种理论遵循的方向。然而，这种理论必须拒绝以爱因斯坦理论的四维时空来表示态的定义，因此，它同爱因斯坦建立在其他基础上的命题是不相容的。无疑地，人们不能排除这样一种可能性。然而，除非提出了这样一种代替的理论，否则，任何一个人，只要他对关于科学知识的对象必须是什么的问题，不主张具有某种先验的或秘密的信息来源，那么，他除了接受量子论的态的定义，并赞同本书作者海森伯的观点，把潜能的概念复归于现代科学知识的对象，别无其他抉择。黑体辐射实验要求人们作出结论说：上帝是掷骰子的。


    因果性和决定论在量子力学中的地位如何，也许外行人和人文科学家对本书的兴趣主要取决于它对这个问题的答复。


    如果要理解这个答复，读者必须特别注意海森伯有关（a）上述求助于几率概念的态的定义和（b）薛定谔时间方程这二者的描述。读者也必须弄明白（而这也是一切任务中最困难的一项），当他向上述问题时，在他的心目中“因果性”和“决定论”二词的意义，和海森伯在说明他的答复时，这些词在海森伯的心目中所具有的意义是否相同。否则，海森伯所回答的不是读者所问的问题，在读者方面就会发生完全的误解。


    现代物理学允许因果性概念有两个不同的、科学上准确的意义，其中一个比另一个强，而在物理学家中间，对于应当使用“因果性”一词来表示这两个意义中的哪一个，并没有取得一致意见，因此，情况就更为复杂了。因此，某些物理学家和科学哲学家用这个词来表示两个意义中较强的一个。时常有这样的证据，至少海森伯教授在本书中的用法就是这样。其他的物理学家和哲学家，包括这篇序言的作者，则用“因果性”一词表示两个意义中较弱的一个，而用“决定论”一词来表示较强的意义。如果按照前一种用法，“因果性”一词同“决定论”就成为同义语了。如果按照第二种用法，则每一个决定论性的系统都是一个因果性的系统，而每一个因果性的系统却不一定是决定论性的系统。


    在这个题目的上述讨论中，已经产生了巨大的混乱，因为经常出现这样的情况：不论是提问题的人，或是回答问题的物理学家，都未曾仔细地说明在问题或回答中，他使用“因果性”这个词，究竟是用它较弱的现代科学意义，还是用它较强的意义。如果有人问：“因果性在量子力学中成立吗？”而没有指明他是在较强还是较弱的意义上提出有关因果性的这个问题的，那么，人们会从有同样才能的物理学家那里得到显然相互矛盾的回答。在较强意义上使用“因果性”一词的一位物理学家，会十分正确地回答：“不。”在较弱的意义上使用“因果性”的另一位物理学家会同样正确地回答：“是。”自然，这给人产生了这样一种印象，以为对于答案究竟是怎样的，量子力学并不明确。然而，这种印象是错误的。一旦人们具体说明了他所说的“因果性”的意义，使得问题和回答都毫无歧义，量子力学的回答就不再是含糊的了。


    由此可见，弄清楚“因果性”一词的可能的不同含义是重要的。让我们从外行人通常使用“原因”一词的用法开始，然后转到现代物理学中比较精确的意义，并且在中途考察一下亚里士多德的物理学中所说的意义。


    人们可以说：“石头打中窗于使得（Caused）玻璃破碎了。”在“因果性”（Causality）的这种用法中，它被认为是对象之间的关系，即石头和窗玻璃之间的关系。科学家以不同的方式表示同一件事。他用石头和窗玻璃在它们相碰以前的时刻t 1 的状态，和在它们相碰时以后的时刻t 2 这两个对象所组成的同一系统的状态来描述上述那组事件。因此，外行人倾向于把因果性设想为各个对象之间的关系，而科学家则把它设想为同一个对象或者同一组对象在不同时间的不同状态之间的关系。


    这就是为什么为了断定量子力学关于因果供所说过的话，人们必须注意两件事的原因。这两件事是：（1）规定任何物理系统在任何特定时刻t的状态的态函数；（2）将物理系统在较早的时刻t 1 的态同它在任何可确定的较晚时刻t 2 的不同的态联系起来的薛定谔时间方程。因此，海森伯关于（1）和（2）所说的一些活，必须小心翼翼地来阅读。


    如果我们考察一既定物理对象或物理对象系统在不同时刻的态之间的关系可能具有的可能性质，会对于理解量子力学关于这种关系的论述有所帮助。关系最弱的可能情况应该是单纯在时间上相继的情况，在这情况中没有任何必然的联系，甚至也没有出现下面这样的事情的几率（不管多么小）：特定始态随着时间的流逝，会被一个特定的未来态所追随。为了使我们相信直接感觉的自然现象的一些感觉状态之间具有这样的性质，休谟（Hume）进行了论证。正如他所指出的，人们肯定感觉不到任何必然联系的关系。人们也不能直接感觉到几率。对于任何现象的相继状态，感觉所给予我们的一切，仅仅是在时间上相继顺序的关系而已。


    这一点具有头等的重要性。它意味着，要在任何科学或常识中，得到关于任何对象或者系统的相继状态之间关系的因果性理论，或者甚至只要得到一个几率理论，人们只能运用思辨的方法和由公理法构造起来、由演绎法系统阐述的科学与哲学理论，而这种理论不是直接用感觉材料和实验数据来检验的，而只能通过从它推演出的结果未间接地检验的。


    关于任何物理系统在不同时刻的各个态之间的关系的特征的第二种可能性是一种必然的联系，但是人们只有认识了未来的态，才能知道这种必然联系是什么。要获得后一种关于未来态的知识，可以等它到来，或者可以观察过去类似系统的未来态或终态。如果情况是这样的话，因果性就是目的论的了。系统随时间的变化是由这个系统的终态或目的所决定的。物理系统在早期t 1 时的状态是一颗椽子而在后期t 2 时是一株橡树，这就是一个例子。这样两个状态之间的联系看来是一种必然的联系。橡子决不能变成枫树或大象。它们只能变成橡树。然而，给出在早期t 1 时处于橡子状态的这种物理系统的性质，还没有科学家能够推演出系统在后期t 2 时将具有的橡树的种种性质。亚里士多德的物理学就曾断言，一切因果关系都是目的论的。


    另一种可能性是，在不同时间的任何对象或任何对象系统的态之间的关系是这样一种具有必然联系的关系，即知道了系统（假设是孤立的）始态，就能推演出这系统的未来态。用比较专门的数学语言来说，这意味着，存在一种间接证实了的、由公理法构造起来的理论，它的公设是：（1）指定一个态函数，它的独立变量完全规定了系统在任何指定时刻的态，（2）规定一个时间方程，把在任何早些时候t1时这个函数的独立变量的经验数值和在任何特定的晚些时候t 2 时它们的经验数值以这样一种方式联系起来，那就是把操作上决定的t 1 时的数值巢引人时间方程，未来t 2 时的数值只要用解方程的办法就可以推算出来。如果情况是这样的话，那么，各个态之间的这种时间关系就可说是给力学因果关系作出了例征。


    应当注意，这个力学因果性的定义对于需要用怎么样的独立变量来规定系统在任何已定时间的态的问题，仍然悬而未决。因此，至少出现两种可能性：（a）几率概念可以用来规定系统的态，或者（b）不可以这样使用几率概念。如果（b）成立，态函数中就不出现同几率有关的独立变量，这时就存在着较强类型的力学因果性。如果（a）成立，同几率有关、也同位置、动量这类其他性质有关的独立变量就会在态函数中出现，这时就只存在较弱类型的力学因果性。如果读者心中牢记力学因果性的这两种意义，并且弄明白海森伯在本书的任何特殊句子中引用的是哪一种意义，那就应当能够得到有关现代物理学中因果性状况问题的答案。


    决定论又是怎样的呢，也是这样，在物理学家和科学哲学家中间，关干这个词该如何使用，也没有一致的协议。按照常识的用法，它和可能最强的因果性相等同。因此，我们将把“决定论”一词只用来表示力学因果性的较强类型。这样，我相信，本书的细心的读者会对他的问题得到下列答案：在牛顿力学、爱因斯坦力学和量子力学中，与其说是目的论的因果性成立，不如说是力学因果性成立。这就是为什么把量子物理学称为量子力学，而不称为量子目的论的缘故。但是，既然牛顿物理学和爱因斯坦物理学中的因果性是属于较强的类型的，因而这种因果性既是力学的，又是决定论的；而量子力学中的因果性，是较弱的因果类型，因而是力学的，但不是决定论的。从后一事实可以看出，如果海森伯在本书中处处是在较强的、决定论的意义上使用“力学因果性”一词，并且提出这样的问题；“在量子力学中，这种较强意义的力学因果性成立吗？”那么，答案必定是“否”。


    读者会发现，情况甚至比不同类型的因果性之间的这些初步区分所显示的还要复杂。然而，可以期望，对这些不同的意义予以集中的注意，会使读者能够找到比用别的办法更方便的办法来读懂这本异常重要的书。


    这些区分还足以使人们抓住在现代物理学中引人较弱类型的力学因果性（这已出现在量子力学中〕的巨大哲学意义。它的意义就在于将亚里士多德物理学中的客观的、并且在这个意义上是本体论的潜能概念和现代物理学中的力学因果性概念调和起来。


    由此可见，如果读者由于海森伯强调了在量子力学中有某种类似于亚里士多德的潜能概念的东西，就下结论说当代物理学已把我们带回到亚里士多德的物理学和本体论，那该是一种错误。如果反过来作这样的结论：因为在量子力学中，力学因果性在它的较弱的意义上仍然成立，所以，现在在现代物理学中，在它的因果性和本体论方面，同量子论产生以前的情况完全一样。这个结论同样也是错误的。已经发生的事情是：在量子论中，当代的人已经超过古典的、中世纪的和近代的世界前进到一个新的物理学和哲学，它把两者的某些基本的因果性的假设和本体论的假设前后一致地结合起来了。这里，让我们回想起这样一点，就是我们使用“本体论的”一词去表示任何实验上证实了的科学理论的概念，这些概念涉及了科学知识的对象，而不仅仅涉及那种作为认识主体的科学家和他所认识的对象之间的认识论关系。当物理学家们发现，除非他们把几率的概念，从它在规定什么时候他们的理论在实验上被证实或不被证实时所扮演的牛顿式的和爱因斯坦式的、仅仅是认识论的、误差论的角色，扩大成为在理论公设中原则上被指定的、表征着科学知识对象本身的本体论角色，否则，就不可能从理论上说明康普顿效应和黑体辐射实验的结果；在这个时候，这样一种实验上证实了的关于本体论的潜能和本体论的力学因果性的哲学综合（在后一概念的较弱的意义上）也就出现了。


    海森伯在他听从于那种由实验和教学的考虑二者所强加给他的，使他以如此深刻的方式来修正中世纪和现代人的哲学和科学信仰的必要性之前，经历了本书所描述的那样一种主观感情经验，对此，我们用不着感到惊讶。对最富有创造力的时刻的人类精神的第一手描述感兴趣的那些人，会仅仅因为这个因素就会想读这书本。如果人们回想一下，甚至象爱因斯坦这样勇敢和富有创造精神的人物，也曾在迈出背离近代经典物理学的彻底决定论这一步时踌躇不前，人们就会赞赏迈出这一步的勇气了。爱因斯坦不允许上帝掷骰子；他认为，在科学知识的对象中不可能有如量子力学中较弱形式的力学因果供所允许的那种潜能。


    然而，在人们作出“上帝已成为一个十足的赌棍，并且潜能存在于一切对象之中”这样的结论之前，必须注意到量子力学给它的力学因果性的较弱形式的应用所加的某些限制。为了体会这些限制，读者必须注意本书关于下述三方面的论述：（1）康普顿效应，（2）普朗克常数h和（3）用普朗克常数h来规定界限的测不准原理。


    这个常数h是一个有关任何物体和物体系统的作用量子的一个数值。这个把原子性从物质和电扩展到光以至能量的量子是很小的。当被观测系统的各个量子数都很小，就像亚原子现象中的情形那样时，由海森伯的测不准原理所规定的系统质点的位置和动量的不确定性就变得可观了。从而，与态函数中位置-动量数值相联系的几率数值也变得可观了。然而，当系统的各量子数都很大时，海森伯原理所规定的不确定性就变得无关紧要，而态函数中的几率数值也可以忽略不计。这就是关于普通的大物体的情形。在这个时候，具有根本上较弱类型的因果性的量子力学，就作为它本身的一个特例，导致了具有较强类型的因果性和决定论的牛顿和爱因斯坦力学。因此，当人类仅仅考虑普通的大物体时，较强类型的因果性就成立，从而决定论仍居统治地位。


    然而，亚原子现象对于人类也是具有科学意义的。至少，对于这个领域，控制人类的因果性是属于较弱的类型，而人类把力学的宿命和潜能二者都体现了出来。有一些科学根据可使人相信这种情况甚至在遗传中也会发生。想在本书篇幅之外探索这个题目的任何读者可以看看爱尔文·薛定谔（Erwin


    Schrodinger）教授的《生命是什么？》一书，薛定谔是一位物理学家，量子力学的时间方程就是用他的名字命名的。无疑，潜能和较弱的因果性形式对于人类的无数其他特性也是成立的，特别是人的大脑皮层神经中枢的那些生理现象，那些现象在认识上是同人类的直接的内省观念和目的相关联的。


    如果上述可能性成立的话，一个科学、哲学以至道德的难题就可以迎刃而解了。这个问题就是：力学因果性，甚至是它的较弱的形式即量子力学的因果性，如何同专门存在于人的道德、政治和法律目的中和他的身体行为（其中至少有一部分是由于上述目的）的有目的的因果决定中的目的论因果性调和起来，简单地说，海森伯在本书中详细阐述的物理哲学怎样同道德、政治、法律科学和哲学调和起来，如果在这里对某些把物理学因果性理论同人文科学和社会科学中的机械论和目的论之间的广泛关系关联起来的某些论文作一简要的介绍，可能有助于读者体会到为什么在这些较大问题能被正确理解和有效解答之前，必须精读这本书。这方面有关的论文是：（a）罗森勃吕特（Rosenblueth）、维纳（Wiener）、毕格罗（Bigelow）等教授在1943年 1月《科学的哲学》（The Philosophy of Science）期刊上的论文；（b）麦克柯勒（McCulloch）和皮茨（Pitts）两博士在《数学生物物理学通报》（The Bulletin of Mathematical Biophysics）第 5卷（1943年）和第 9卷（1949年）上的文章；（c）本序作者（即F·S


    C．诺斯劳普）编的、耶鲁大学出版社1949年出版的《意识形态分歧和世界秩序》（Ideological Differencesand World Order）一书的第十九章。如果在读了本书之后再读上述文章入阿将表明目的论因果性是怎样作为海森伯在这里描述的力学因果性的一个特例而出现的。同样（b）将提供一个用（a）的目的论力学因果性来表示的内省观念的神经关联的物理理论，从而对观念为什么能够对人的行为产生一种有因果性意义的效果作出解释。并且，（c）将表明人的道德、政治、法律观念和目的如何以（b）和（a）的方式，与海森伯在本书中如此透彻地描述过的物理潜能和力学因果供理论相联系。


    还需要提醒读者注意的是海森伯教授关于玻尔的互补原理所作的论述。这个原理在波尔、海森伯都包括在内的“哥本哈根学派”所作的量子论解释中起着重大的作用。某些量子力学的学者，例如马报脑（Margenau）在他的《物理实在的本性》一书中，都倾向于下述结论：量子力学仅仅需要它的态的定义、它的薛定谔时间方程和其他一些数学公设，就足以保证（如前所述）把爱因斯坦力学和牛顿力学作为量子力学的特例而从量子力学推导出来。按照后一个命题，互补原理是起因于人们不能在内心连续地保持较强或较弱的力学因果性，而把较强的形式最终归因于量子力学中只包含较弱形式的那些部分。当这种情况发生时，必须引入互补原理以避免矛盾。然而，如果人们回避了上述实际，互补原理即使不成为无用的，至少也不过是一种形式，这样，人们要避免如马报脑所指出并为玻尔所重视的那种危险；那就是以互补原理的名义，反复无常地玩弄矛盾律，给物理学和哲学问题以虚假的解决。


    通过互补原理的使用，对于原子物理学的粒子图象的日常语言和其波动图象的日常语言所必须加上的限制都融合在一起了。但是一旦用那种由公理法构造起来的数学严密性来表述这个结果，互补原理的任何进一步使用都仅仅是当人们抛开量子力学的严格而又基本的数学假设，而沉洒于日常语言和波动与粒子的映象时的一种表面的方便。


    为了使读者能够对海森伯在本书中关于物质实体和精神实体的日常概念和笛卡儿概念的论述作出有见识的判断，有必要深入到互补原理的不同解释中去。这是因为他所作的关于笛卡儿的结论来源于他把互补原理推广到物理学之外，首先推广到通常的生物学概念和数学物理学概念之间的关系上去，其次推广到肉体-精神问题上去。这种推广的结果是，笛卡儿的精神实体理论，正如一般实体概念一样，在本书中比本序作者所知的任何其他论述当代物理学的哲学的著作要运用得好得多。


    例如，怀特海曾下结论说，当代秤学和哲学没有实体概念的地位，也不需要实体概念。中立一元论者（Neutral monist）如罗素勋爵和逻辑实证论者如卡尔纳普（Carnap）教授也都同意这种看法。


    一般地讲来，海森伯主张：在人们知道了那些使原子物理学问题完全阐明的精炼的概念之后，就没有强制性的理由要抛掉通常的生物学概念，或者数学物理学概念。因为原子物理学问题的阐明是完全的，它只同科学中一个范围很有限的问题有关，而不能使我们在其他地方避免使用许多经不起量子力学中所作的那种批判分析的概念。既然完全阐明的理想是不能达到的——重要的是，在这一点上我们不应当受骗——人们可以沉湎于日常概念的使用，如果使用日常概念是足够小心谨慎的话。在这方面，当然，互补性是很有用的科学概念。


    在任何事件中，有两件事看来是明白的，它们使得海森伯关于这些问题所作的论述显得特别重要。第一件事是互补原理同肉体与精神的笛卡儿概念及日常概念在目前的有效性是共存亡的。第二件事是可能所有这些概念不过是方便的梯子，它们在现在或者将来总得被抛掉。即使如此，至少在关于精神的理论方面，这梯子必须一直留到这样的时候，在那时我们由于使用它而找到了语言学上更严格和经验上更令人满意的理论，使得我们可以搬掉笛卡儿的语言。诚然，关于精神的片段的理论并不求助于现有的实体概念，但是，这些理论的作者当中，除了怀特海，还没有人说明过，这种片段的理论的语言怎样才能同人类知识的其他事实的科学语言建立起相称的和相容的关系。因此，任何人，不管他是一个专业物理学家，还是一个哲学家，或者是一个外行的读者，如果他认为在这些重要问题上要比海森伯懂得更多，他就会留巨大的风险去设想他有一个关于精神及其与肉体的关系的科学理论，可是事实上大概不会有这么一回事。


    到此为止，我们集中注意了当代物理学的哲学关于科学知识的对象（作为不依赖于它和认识主体即科学家的关系的客体）所作的论述。简言之，我们已经讲到了它的本体论。这种哲学还有它的认识论成份。这种成份分为三个部分：（1）下述两方面的关系：（a）给予物理学家（作为对他的观测和实验进行归纳的认识主体）的直接观测资料；（b）思辨地提出的、间接证明了的、用公理法构造起来的他的理论公设。后一项（b）规定了作为客体的科学知识的对象，因此给出了本体论。（a）和（b）之间的关系规定了认识论中的一个因素。（2）几率概念在误差论中的作用，利用误差论，物理学家可以规定一个准则，用以判断他的实验数据（由于人的实验误差）可以偏离理论公设所推演出来的结果到什么程度，而仍然可认为是证实了这个理论。（3）所进行的实验对于被认识的对象的影响。海森伯关于当代物理学的这三个认识论因素中的头两个因素所作的论述已在本序中着重说明了。还有待读者予以注意的是他关于第三项的论述。


    在量子力学以前的现代物理理论中，（3）不起任何作用。因此，那时现代物理学的认识论只需（1）、（2）就完全被说明了。然而，在量子力学中，（3）[以及（1）和（2）]变得很重要了。当被观测的对象的量子数是很小时，观测动作本身就会改变被观测的对象。


    从这个事实出发，海森伯对有关观测对象、进行观测的物理学家、以及宇宙的其余部分三者之间的关系作出了很重要的结论。如对下列关键性论点予以注意，就能够体会这个结论。读者可能还记得，在本序前面所作的若干关于力学因果性的定义中，加了限制词“对于一个孤立系统”；在其他地方它是隐含的。这种限制条件在牛顿和爱因斯坦力学中原则上可以得到满足，而且在实际上，通过精益求精的观测和人们的实验仪器的改善，也可以得到满足。然而，在量子力学中关于科学知识对象的态的定义中，几率概念的引入，在原则上而不仅是在实际上（由于人的观测和仪器的不完善〕不允许满足“物理学家知识的对象是一个孤立系统”这一条件。海森伯还说明，把实验仪器、甚至把进行观测的物理学家的眼睛也包括在作为认识主体的知识对象的物理系统之内，也帮不了什么忙，因为，如果量子力学是正确的，那么，一切对象的态在原则上都必须用几率概念来定义。因此，只有当整个宇宙包括在科学知识的对象之内，限制条件“对于一个孤立系统”才能够得到满足，并且即使对干力学因果性的较弱形式也能满足。很清楚，本书证明当代物理学的哲学在它的认识论方面和它的本体论方面一样新奇。确实，正是由于它的本体论的新颖——潜能和较弱形式的力学因果性的前清一致的统———才产生了它的认识论的新奇性。


    毫无疑问，另一件事也是清楚的。现代物理学的一些由实验证实了的特殊理论，对它们关于人类知识对象及其身认识主体的关系的论述所作的分析，展示了一种非常丰富多采的本体论和认识论哲学，它是科学理论和科学方法本身的一个主要部分。因此，物理学既不在认识论上也不在本体论上中立。否认物理学家理论的任何一个认识论假设，就没有科学方法可以检验理论关于物理对象所作论述究竟是真是假（指在经验上是否被证实的意义上）。否认任何一个本体论假设，在用公理法构造起来的物理学家理论的数学公设中，就没有足够的内容可以允许椎演出实验事实，而提出这些实验事实是为了进行预测、作出始终一致的对应并且作出解释。因此，实验物理学家在多大程度上向我们保证他们的当代物理理论间接地在实验上被证实了，那么在事实上（ipso facto），他们也就在同样程度上向我们保证这个理论的丰富多采的本体论和认识论哲学已被证实了。


    当这种从经验上证实了的自然科学中的关于“真”的哲学同人文学和社会科学中关于“善”和“正义”的准则打成一片时，人们就有了伦理学和法学的自然律了。换句话说，人们有了一个具有科学意义的认识标准和方法，它可用来判断成文法律中那种字面上的关于个人和社会的规范，也可以用来判断那种体现在实际的人的风俗、习惯和传统文化制度以及世界文化中的活生生的社会精神。这种新的物理哲学同一些有关的人类文化哲学相结合，是今天和明天的世界的主要事件。正是在这一点上，本书中的物理哲学同它与物理学的社会后果的重要关系结合在一起了。


    本书的一些章节曾于1955至1956年间冬季学期在圣安德鲁兹（St．Andrews）大学的基福特（Gifford）讲座上宣讲过。按照基福特讲座创立者的意志，这个讲座应当“自由地讨论所有下面这类问题：人类关于上帝或者无限、它们的起源、自然和真理的概念，人类是不是能够有任何这类概念，上帝是不是要受到任何限制，那是些什么限制，如此等等”。海森伯的这些讲演并不试图涉及这些最普遍和最困难的问题。但是，他的这些讲演力图远远超越一门专门科学的有限范围，而深入到那些由于自然科学新近的巨大发展和影响深远的实际应用所引起的关于人的一般问题的广阔领域中去。


    诺斯劳普（ F·S·C·Northrop)


    耶鲁大学法学院斯特林讲座哲学和法学教授