物理学和哲学：一般性讨论

杨振宁论物理学和哲学

杨振宁1986年在中国科技大学研究生院的谈话中曾谈到物理学和哲学的关系。

他说物理学家会谈到两种哲学，一种是“哲学家的哲学”，另一种是对物理问题长距离（或者中距离、甚至短距离）的看法。

他认为前者（哲学家的哲学）对物理学没有任何影响，

它（哲学家的哲学）和物理学的关系是单向的。物理学影响哲学，但哲学从来没有影响过物理学。

杨振宁认为对物理学有影响的是第二种哲学，即物理学家对物理问题长、中距离的看法。

举个例子，我们说：

大统一理论是不可能成功的。

你同意或不同意就是对这一物理问题的长距离看法不同。

它决定了你喜欢提什么问题，不喜欢提什么问题；喜欢了解什么问题，不喜欢了解什么问题；一个问题来了，你喜欢用什么办法去解决它。

杨振宁认为它决定了一个人研究的风格，对物理学家研究工作的长期性成就有决定性影响。但杨振宁也认为要控制它对自己研究的影响。

每个人根据他过去的经验都会形成他自己的（第二种）哲学。每个人都应当注意到它对自己的工作有关键性作用，（并）因此应当适当地去控制它。

朗道错失发现宇称不守恒

我们可以举出这样的例子，

朗道曾有学生提出宇称可能不守恒（可理解为左、右不对称），但朗道认为这是不可能的，并粗暴地否决了这篇论文。

很快李、杨提出弱相互作用下宇称是不守恒的，并得到了吴健雄等实验科学家的验证。消息传来朗道也非常懊丧。

这就是一个因为对物理问题抱有坚定的远期看法而造成的对手头正在工作问题的误判。

认为自然界是对称的，或物理学规律是对称性制约下的产物，这本身是一个很好的对物理学的远期看法（或一种物理学家的哲学）。

但具体到个案，也许我们在较低“维度”下看到的是残破的对称性，或不对称，这种不完满，不舒服，在上升到更高维度，可能会重新体现为“对称性”。

在弱相互作用中，单独的C对称，P对称，和联合的CP对称都不存在。必须加上T，联合的CPT对称存在。

外尔在《对称性》中的一个例子

苏美尔人的图画都有严格的对称性，比如下图是左右对称的

但也有左右不对称的？比如

但这是否意味着苏美尔人放弃了“对称性”这一原则呢？

实际上后一幅图体现了苏美尔人对对称性的更高的理解。因为后图可理解为在三维空间里的旋转对称性，某种意义下它比二维平面里的镜像对称（先前图）更高级也更真实（两只鹰人都是左手提桶，右手采花）。

小结

杨振宁对两种哲学的区分是很有启发意味的。两种哲学可概括为“哲学家的哲学”和“物理学家的哲学”两种。他的观点鲜明，认为“哲学家的哲学”对物理学家做物理没任何影响，并坚持认为：

爱因斯坦之所以成功，不是他深受休谟和马赫哲学的影响，而是由于他的第二种哲学（物理学家的哲学）。

海森堡和薛定谔是从原子光谱现象出发，而非从哲学出发建立量子力学的。

坂田昌一对物理学的贡献不是源于他的哲学（辩证唯物主义），而是源于他对物理实际的认识。他从哲学出发的那些作法是得不出结果的，他越少用哲学，他的成就会越大。

对此，我的讨论是：

“哲学家的哲学”会影响物理学家对物理问题的远期判断，或者说杨振宁所说的第二种哲学并不完全来自他以前在物理学中的经验积累，也可能来自他的哲学。比如：

爱因斯坦的EPR论文就是从他关于实在性（reality）的讨论入手，当然爱因斯坦的高明并不在于其哲学，而在于他能娴熟地把哲学思考翻译成物理学的讨论。（这一具体例子将在下一讲中详细展开）

如果我们把那些因哲学考虑而导致的对物理问题的远期看法称之为哲学的话，我们就可继续讨论“物理学和哲学”这一话题。

（当然我理解杨先生这里的苦心：今天的哲学和物理学已经彻底分道扬镳，为了学物理而专门去读哲学，尤其是读当代哲学家的哲学已属舍本求末。）

物理学和哲学都提供给我们关于世界的一般性看法

物理学和哲学（还要加上宗教）都提供我们关于世界的一般性看法。这对人是特别重要的，因为人是一种特别缺乏安全感的存在，他需要一些可以依靠的，稳定的，普遍的关于世界的信念以支撑其生活。

在人类历史上可能大多数人是通过宗教来获得这种一般性看法，哲学因其对思辨的严苛要求只能提供给少数精英以这种一般性看法。当今世界，随着教育的普及，物理学（或更大一点说科学）会提供给比哲学多但比宗教少的中间阶层以关于世界的一般性看法。（甚至有人说科学是现代的宗教）

物理学的研究最早可看作是哲学的一部分

如果我们追溯物理学的起源的话，我们发现它最早可追溯到古希腊时期对自然哲学的研究。

哲学一般被认为是在古希腊起源的。古希腊人把自己对智慧的追求看作是哲学，而把其他民族对智慧的追求看作是非哲学，这是因为古希腊人承认人对知识的追求是无止境的，我们必朽的人类无法具有真正的智慧，我们能做的只是对智慧的无尽的追求，在这个意义下，讲述哲学必然是一个系列。

比如古希腊的哲学，最早即自然哲学，即以理性的观念看待自然现象。然后可能是智者派，然后是苏格拉底和柏拉图为代表的伦理学转向。

自然哲学最早的代表人物是泰勒斯，据说他发展了几何学，几何学强调的是逻辑和证明，而非仅仅是像古埃及人那样会计算给定三角形的面积。几何学从泰勒斯开始，经过几百年的持续研究由欧几里德将这所有的研究成果汇总为《几何原本》，这就是所谓欧氏几何。泰勒斯还提出了万物皆水的观点，即用水的不同形态及运动变化来系统地解释各种自然现象。当然这也解释很难不碰到困难，后来恩贝多克勒用四种元素（水气土火）来解释万事万物，这就要灵活的多。

假想我们是个小孩，我们有可能会去思考和泰勒斯类似的问题，既然水可变为冰，也可化为气（汽），把黄豆丢在水里，会变成豆芽，我们的身体一捏也是水。在几个例子之后，我们会有一种“推广”的野心，一拍大腿大胆宣称这世界就是水构成的，万事万物都是水的变化。这是一个大胆并有一定解释力的“理论”。

这当然可看做是我们对物理问题的一种长距离看法，或就是一种自然哲学观点。

不可否认这样的想法在各个民族都是有可能出现的，古希腊人的厉害之处或特别之处是在那里有一群成年闲人，几百年一直津津有味地讨论、发展、批判、迭代这类观点，并形成了蔚为大观的古希腊自然哲学。“欧氏几何”和“托勒密的天体运行理论”等是其中的巅峰之作，并一直持续地影响着古代到现代西方人的思维方式。

古希腊自然哲学的其他代表人物还包括：毕达哥拉斯、赫拉克利特、巴门尼德、阿那克萨戈拉等；

近代意义下的物理学和哲学

我们略去西方的中世纪（在这一阶段，哲学与神学合流，但并非一无是处，但考虑到这一阶段物理学基本处于停滞阶段故略去。）

从伽利略到牛顿是物理学研究的又一次高峰，近代意义下的物理学正是从这一阶段开始的。比如我们今天的每一位物理学家都可按其师承连续地追溯到牛顿甚至伽利略的时期。

也就是在这一时期，物理学的研究逐渐从哲学中分离出来。新的以实验为核心的物理学，从实验出发，理论必须解释实验。实验与经验不同，可以重复、可以见证，并且是定量的。如何生产并解释大量实验数据成为物理学的核心任务。

牛顿以来的物理学用方程（更一般地，数学方法或数学结构）来解释这些实验数据。即便是后来用计算机模拟（或数值方法）来研究物理问题，也依然有赖于对物理现象有解释力的数学结构的建立。

牛顿以来的物理学取得了巨大的成功，成为“真理”的典范。它是可重复、高精度、原则上可推广至万事万物的。并迅速成为技术革命的理论基础。

这就给哲学家提出一个问题，为什么牛顿式的物理学是如此的可靠。在西方哲学的传统里，只有理性是可靠的，“想象中的几何学”以及“柏拉图的理念世界”才是可靠的，才堪称真理。而如今物理学也达到了如此可靠的程度，甚至对普通人来说更可靠，更威力强大。（牛顿之前的物理学，比如亚里士多德的物理学，比如托勒密的天体运行理论，从未达到过如此可靠的程度。）这需要哲学家给物理学一个理性的基础。

（当然这本身是个“马后炮”式的工作，因为物理学已经开始取得成功，并继续在光学，电磁学，热学等新领域内持续地取得成功。物理学家的成功显然并不依赖于哲学家的解释。在此意义下哲学家是被动式地对物理学家的最新工作作出反应，对既有的哲学理论作出调整，这就是杨振宁所说的物理学对哲学的影响。）

康德回答了这个问题，通过对理性的反思，康德试图划定理性使用的边界，并解释理性为什么会导致可靠的后果，并鼓励个人勇敢地使用自己的理性。康德因为他的三大批判：《纯粹理性批判》，《实践理性批判》和《判断力批判》成为近代哲学史上最重要的哲学家。

康德认为存在先验理性（不出自经验的），并可由此达到可靠的知识，比如康德认为凭借先验理性就可达到牛顿的绝对时空，并进而保证牛顿式物理学的真理性。但实际上人关于时空的假设仍然是人日常经验的小结，或出自人的感官经验，更重要的是物理学下面的发展将很快发现物理的时空是非牛顿式的。换句话说“先验理性”没法解释物理学为什么是可靠的。

康德以后重要的哲学家有：黑格尔、维特根斯坦、胡塞尔、海德格尔等。现代哲学大体可分为现象学和分析哲学两块。其中分析哲学更关心科学，比如科学哲学一般归类于分析哲学。

科学哲学在今天的地位比较尴尬，科学哲学和物理学的关系被人形容为鸟类学家和鸟的关系。鸟类学家需要鸟来保住自己在学院中的工作，研究“鸟会飞的基础”这类问题，而鸟则完全不需要这类知识就会飞。（鸟不需要鸟类学家，但鸟类学家需要鸟）

康德本人尚可算作是一位物理学家，而康德以后的哲学家都称不上物理学家，说明哲学家关心的问题与物理学家关心的问题在康德以后已全无交集。比如后现代的哲学家更关心艺术和社会的问题，较之理性，他们更关心非理性的问题。

哲学教条会妨碍物理学的发展

有很多这样的例子。这涉及后人应如何看待前人的哲学理论的问题。比如柏拉图和亚里士多德的哲学都是很好的哲学，都是很好的锻炼自己思维的素材和读物。但如果你僵化地看待它，就容易妨碍接受新物理概念。这在今天是很难想象的，但在中世纪前后很普遍。

比如：“自然害怕真空”

这是条来自亚里士多德哲学的教条。

但如果你把“自然害怕真空”看作是一种长期物理图景，并把真空理解为不存在一个分子或原子的封闭空间，或理解为单位空间内少于多少个分子或原子的“可操作”的定义，我们就不会错失对低压物理学的研究。

比如：“物体下落速度正比于物体的重量”。

这也是条来自亚里士多德哲学的教条。

比如：“天体的运动应当是匀速直线运动或匀速圆周运动”。

这是条源自柏拉图哲学的教条。

不同哲学倾向对物理问题的策略不同

近代物理中有个有趣的现象，具有理性主义传统的德国物理学家倾向于波动说，而具有经验主义传统的英国物理学家则倾向于粒子说。

英国流行经验主义哲学，在他们看来只要方便、省事，并不追求严谨的哲学体系，一旦出现了不容易解释的物理现象，他们更倾向于假设出现了新的实体（新粒子），而不急着更新整个理论体系。

德国流行理性主义哲学，一旦发生不好解释的新现象，他们倾向于认为是基本的物理法则发生了变化，他们会鄙视修修补补式地提出新粒子，他们倾向于修改基本物理法则，然后一劳永逸地解释现有及潜在的物理。

比如：中微子的发现（1930）

起初发现反应前后能量有差异，有些人倾向于取消能量守恒作为基础物理学法则的地位，而Pauli则提出存在中微子，带走了一部分能量，当然Pauli在这里是奥地利物理学家。

还有人发现当说德语的物理学家移民到英美后，因环境的变化，其策略会发生变化，即会越来越有经验主义、功利、实用的倾向。

（类似地我们假设有暗物质、暗能量，而不假设需要修正广义相对论，这也可看作是一种经验主义的做法。当然我们也可以采取相反的策略，修改相对论，而不引入暗物质、暗能量。）

原子论：一个正面的例子

那么哲学有没有对物理学正面的影响呢？

这里先举一个例子——古代原子论——即认为万事万物是有不可再分的原子构成的。在古代这是标准的哲学论断。原子论在古代几乎没有经验基础，全靠逻辑思辨才得到这一大胆假设。

这一理论在近代被重新发现后，直接导致了运动学、化学和热学等领域的进步，原子论被费曼认为是物理学中最重要的知识，由此出发可迅速搭建全部近代物理学理论。

（待续。下一讲将以EPR的论文为例进行讨论。）

@季燕江