中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 自從?17?世紀伽利略和牛頓創(chuàng)立現(xiàn)代物理學以來，物理學與哲學兩者之間呈現(xiàn)出一種漸行漸遠的趨勢。19?世紀興起的法國實證主義哲學和德國浪漫主義哲學，標志著哲學家自動退出了以知識和真理為目標的認識世界的活動。作為這兩大哲學思潮的余脈，20世紀的邏輯實證主義和存在主義分別將哲學局限于語言分析和生活世界。

哲學領(lǐng)地的收縮與科學領(lǐng)地的擴張是相伴而生的。現(xiàn)代科學不僅獲得了傳統(tǒng)上被哲學和宗教所壟斷的關(guān)于宇宙、生命和心靈的解釋權(quán)，同時通過技術(shù)應(yīng)用極大地拓展了人類感官、軀體乃至智力的疆界?？茖W方法在認知和操控自然方面所取得的巨大進展，使得不少科學家，突出的如費曼（Richard Feynman）、霍金（Stephen Hawking）和溫伯格（Steven Weinberg）等，對哲學持一種漠視甚至排斥態(tài)度。

哲學家的“退守”和科學家的“傲慢”，從不同角度反映出當代學術(shù)界對所謂“科學方法”的嚴重曲解，以為科學方法無非是數(shù)學方法和實驗方法，忘卻了科學的前身正是古希臘的自然哲學這一歷史事實。按照當代著名科學史家弗洛里斯?·?科恩（Floris Cohen）關(guān)于現(xiàn)代科學起源的研究，牛頓力學的誕生事實上是?3?種不同認識世界的方式的綜合，即古希臘哲學家（如柏拉圖和亞里士多德）認識世界的方式、希臘化時代數(shù)學家（如阿基米德和阿波羅尼烏斯）認識世界的方式和文藝復興時期的工程師（如達?·?芬奇）探索世界的方式的綜合。哲學方法，即通過預設(shè)基本實體（如物質(zhì)、時空和相互作用）從而建立起理解世界的基本概念框架的方法，本身就是科學方法的核心要素。只不過，相比于古代的自然哲學，現(xiàn)代物理學中的本體論承諾需要接受數(shù)學化表征和介入性實驗的雙重制約。

弗洛里斯?·?科恩關(guān)于現(xiàn)代科學起源的歷史研究，與當代著名哲學家蒯因（W. V. O. Quine）關(guān)于科學理論結(jié)構(gòu)的哲學論述可謂不謀而合。蒯因認為，科學理論的邊緣是經(jīng)驗知識，內(nèi)部是理論知識（特別是數(shù)學化的理論知識），其硬核則是邏輯和形而上學，即該理論的本體論承諾。因此，無論從歷史角度，還是從邏輯角度，哲學與物理學的關(guān)系，都應(yīng)該類似于數(shù)學與物理學的關(guān)系。

本文的目標不是去檢討哲學家和科學家關(guān)于哲學與科學之間關(guān)系的偏頗看法，而是結(jié)合量子理論發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，通過?3?個具體問題——量子態(tài)的本體論地位、量子場論中的基本粒子是什么和量子引力中的時間問題——來表明，哲學和科學需要建立更加緊密的聯(lián)盟。顯然，這?3?個問題既是科學問題，同時也是哲學問題，分別觸及量子力學、量子場論和量子引力理論的內(nèi)核部分。

表征與實在：量子態(tài)的本體論地位

量子力學無疑是迄今最為成功的物理學理論之一，其形式體系不僅是我們理解微觀世界和宇宙早期演化的理論基礎(chǔ)，同時也是激光和半導體等現(xiàn)代核心技術(shù)的理論基礎(chǔ)。但自量子力學誕生以來，關(guān)于這個形式體系的詮釋問題一直困擾著一代代物理學家和哲學家。理論物理學的終極理論之夢、量子計算和量子信息技術(shù)的發(fā)展前景，以及哲學上重建形而上學的愿景，都取決于人們對這一問題的認識。這個問題的核心是，量子態(tài)是否表征客觀的物理實在。

薛定諤在創(chuàng)立波動力學之初曾相信，波函數(shù)?ψ(x)是像光波一樣真實存在于三維空間中的波，但他的這一信念很快就被玻恩的幾率解釋所動搖。自從玻恩提出波函數(shù)的幾率解釋以來，物理學家關(guān)于量子態(tài)的本體論地位，持有截然相反的兩種觀點：① ψ-epistemic?觀點——將量子態(tài)看成是認知態(tài)或知識態(tài)，認為僅有認識論上的意義，其本身并不具備本體論地位；② ψ-ontic觀點——將量子態(tài)看成是本體態(tài)，認為?ψ本身即表征了物理實在，因而具有本體論地位。

嚴格來講，ψ-epistemic?和?ψ-ontic?的區(qū)分，僅僅對實在論者才有意義。對于反實在論者（特別是經(jīng)驗論者和實證論者）而言，所有的科學理論，包括量子力學理論在內(nèi)，都只是“拯救現(xiàn)象”（to save the phenomena）的工具，并不揭示實在的本性。根據(jù)這一區(qū)分，愛因斯坦顯然認同?ψ-epistemic?的立場，因為他相信量子力學將來會作為某個完備理論的極限而被推導出來。而馮?·?諾依曼（von Neumann）、玻姆（D. Bohm）和埃弗雷特（H. Everett）盡管對量子力學的形式體系提出了迥然不同的哲學詮釋，但都屬于?ψ-ontic?的陣營。馮?·?諾依曼關(guān)于測量問題的投影假設(shè)明確承認了量子態(tài)的本體論地位，測量只是引起態(tài)函數(shù)的坍縮。在玻姆力學中，ψ(x)?盡管不能完備地描述實在，但它與隱變量?x?一起共同構(gòu)成了實在的完備描述，因此波函數(shù)的實在性是無可置疑的。在埃弗雷特的相對態(tài)或多世界詮釋中，宇宙波函數(shù)（universal wave-function）是真正的客觀實在。

為了對?ψ-epistemic?與?ψ-ontic?之間的直觀區(qū)分做出更精準的刻畫，2010?年?Harrigan?和?Spekkens提出了量子力學的“本體論模型”（ontological model）。這一模型假定：①每個量子系統(tǒng)都有一個本體態(tài)（即真實的物理態(tài)）λ∈Λ，Λ?為量子系統(tǒng)的本體態(tài)空間；②希爾伯特空間?H?中的每個量子態(tài)?ψ?∈H?對應(yīng)于本體態(tài)空間?Λ?上的一個分布?μ?_ψ(λ)；③對量子系統(tǒng)進行測量時，測量裝置?M?和量子系統(tǒng)的本體態(tài)?λ完全決定了測量結(jié)果為?k?的幾率?ξ?kM?(λ)；④本體論模型給出的結(jié)果必須與量子力學的預言完全一致，即

<k|P_k|ψ>=∫Λ ?ξ?kM?(λ)?μ?_ψ(λ)dλ。          （1）

式（1）左邊是量子力學幾率，P_k?是對量子態(tài)?ψ?進行測量得到結(jié)果?k?的投影算符；右邊是本體論模型給出的幾率。2012?年，Pussey?等證明，如果量子系統(tǒng)滿足量子力學的本體論模型和量子態(tài)的獨立制備假設(shè)，那么量子態(tài)具有實在性——任意兩個非正交的量子態(tài)所對應(yīng)的本體態(tài)分布沒有相交的緊支集。這一結(jié)論現(xiàn)今稱為“PBR?定理”，被認為是貝爾不等式證明以來量子力學基礎(chǔ)研究中最重要的進展。

PBR?定理似乎表明，除非站在反實在論的立場，認為科學理論不過是用來解釋和預測現(xiàn)象的工具，否則就得承認量子態(tài)的實在性。目前，學術(shù)界關(guān)于?PBR?定理意義的討論，多集中于獨立制備假設(shè)的可靠性，以便為?ψ-epistemic的立場開辟空間。但在筆者看來，PBR定理對于量子力學詮釋的真正意義在于本體論模型與其結(jié)論之間的關(guān)系：如果量子態(tài)對應(yīng)于本體態(tài)的一個分布，并且對量子系統(tǒng)的測量結(jié)果不超出量子力學的預言，那么任意兩個非正交的量子態(tài)所對應(yīng)的本體態(tài)分布沒有交集。借用科學哲學術(shù)語，PBR定理揭示了量子力學中表征（量子態(tài)）與實在（本體態(tài)）之間的關(guān)系。

Jammer指出：“（量子力學的）形式體系超前于它本身的詮釋，這種事態(tài)在物理學史上是獨一無二的。”在物理學史上，通常我們都是先確認實在（如力或場），然后再建立數(shù)學表征（如萬有引力定理或麥克斯韋方程組）。但在量子力學中，我們是先有形式體系，然后來確認物理實在。根據(jù)?PBR?定理，量子態(tài)與本體態(tài)的關(guān)系不是一一對應(yīng)關(guān)系，而是一多對應(yīng)關(guān)系。這一結(jié)論其實已經(jīng)隱含在?Montina早先證明的“本體態(tài)空間的非收縮定理”（no-shrinking theorem）之中。換言之，量子態(tài)是本體態(tài)的“縮影”或“投影”，本體態(tài)空間是希爾伯特空間的覆蓋空間。PBR定理所揭示的量子力學中表征與實在之間的關(guān)系，正是柏拉圖借“洞穴之喻”所傳達的人類認知困境：量子態(tài)好比是“洞穴之喻”中的囚徒所看到的真實事物的影子，本體態(tài)則是那個走出洞穴的囚徒所看到的陽光之下的真實事物。

PBR?定理還意味著，只要我們拒絕接受量子力學的本體論模型，那么?ψ-epistemic?的詮釋仍然是可能的?。就像愛因斯坦主張的那樣，如果量子力學是未來某個基礎(chǔ)理論的極限情形，那么量子力學的本體態(tài)和量子態(tài)之間就不存在本體論模型中所假設(shè)的對應(yīng)關(guān)系。愛因斯坦說：“毫無疑問，量子力學已經(jīng)抓住了真理的美妙成分，對其未來的任何理論基礎(chǔ)來說，它都將是一塊‘試金石’。因為它必須能夠作為一個極限情況從該基礎(chǔ)理論推演出來，正像靜電學能夠從麥克斯韋電磁理論推演出來，或者像熱力學能夠從古典力學推演出來一樣。可是我不相信量子力學能夠用來作為探求這種基石的出發(fā)點，正像人們不能相反地從熱力學（關(guān)系到統(tǒng)計力學）中找到力學的基礎(chǔ)一樣?！?/p>

在筆者看來，量子理論與未來的基礎(chǔ)理論之間的關(guān)系，可能更接近牛頓引力理論與廣義相對論之間的關(guān)系。今天的物理學家難以接受量子力學中的非定域關(guān)聯(lián)，正如當年的科學家難以接受牛頓的超距作用觀念一樣。在牛頓本人看來，超距作用是真實存在的。至于超距作用是如何實現(xiàn)的，他說，“我不杜撰假說”?！蹲匀徽軐W的數(shù)學原理》出版后，牛頓給惠更斯和萊布尼茲各送了一本，但兩人都拒絕接受牛頓的超距作用概念：惠更斯認為超距吸引力的概念是“荒謬的”；萊布尼茲對牛頓不解釋引力定律的原因“大為震驚”，在其看來，這原因是“以太的漩渦”（aethereal vortex）。19?世紀，麥克斯韋在建立了電磁場理論之后，曾設(shè)想建立引力場理論。眾所周知，這個引力場理論最終是由愛因斯坦完成的。在愛因斯坦的廣義相對論中，引力只是時空曲率的表現(xiàn)，而不再是一種真實的力。

因此，無論是局限在量子力學現(xiàn)有框架之內(nèi)來理解量子態(tài)，還是企圖超越量子力學來理解量子態(tài)，哲學認知方式的重要性均不亞于數(shù)學認知方式的重要性。物理學理論中表征與實在之間的關(guān)系，始終是一個迷人而又深刻的哲學問題。在物理學史上，數(shù)學表征和物理實在之間的張力，是物理學革命的根本動力之一。

實體與性質(zhì)：量子場論中的基本粒子是什么？

基本粒子是什么，是每一個學習量子場論的人都試圖回答同時又說不清楚的問題。這里筆者參照一位科學作家的文章，撿起?3?種有代表性的觀點來進行討論。這?3?種觀點是：①粒子是“波函數(shù)的坍縮”；②粒子是“量子場的激發(fā)態(tài)”；③粒子是“對稱群的不可約表示”。

首先我們從哲學角度來檢討第?1?種觀點——粒子是波函數(shù)坍縮的結(jié)果。這種觀點實際上要求我們要么接受玻爾關(guān)于量子力學的詮釋，要么接受馮?·?諾依曼、維格納或自發(fā)定域理論（GRW）的坍縮詮釋。各種不同的坍縮詮釋都是以量子態(tài)的實在性（或波包的真實性）作為前提的，所不同的是引起量子態(tài)或波包坍縮的機制。在馮?·?諾依曼看來，坍縮是意識參與的結(jié)果；在維格納看來，坍縮是心靈作為獨立實體干預物理世界的結(jié)果；而在?GRW?中，坍縮是一個自發(fā)的動力學過程。盡管各種坍縮詮釋現(xiàn)在依然有一定市場，但基于本文第?1?節(jié)的分析，筆者持保留態(tài)度。

這里我們重點討論玻爾的觀點。首先要說明，所謂“哥本哈根詮釋”其實是?20?世紀?50?年代發(fā)明的一個非常含混的說法，其基本要件包括玻恩的幾率解釋、海森堡的不確定性原理、玻爾的互補性原理和馮?·?諾依曼的投影假設(shè)及其波包坍縮詮釋。玻爾的互補性原理其實不是關(guān)于量子力學形式體系的詮釋，而是關(guān)于量子系統(tǒng)性質(zhì)的一種說明。玻爾承認原子是真實存在的，但認為原子的某些性質(zhì)（如位置、動量、不同空間取向的自旋分量等）不是內(nèi)稟的（intrinsic），而是外在的（extrinsic）。實際上，原子的這些性質(zhì)是相對于宏觀測量儀器而言的關(guān)系性質(zhì)（relational properties）。玻爾明言：“像‘我們不能同時知道一個原子客體的位置和動量’這樣的陳述，人們立即會提出原子客體的這兩種屬性的物理實在性問題。這個問題只能這樣來回答：只有相對于兩種相互排斥的實驗條件，一種條件下可以明確地使用時空概念，另一種條件下可以應(yīng)用動力學守恒定律（我們才能談?wù)撛涌腕w的位置或動量屬性）?！辈栐谶@里談的是原子。鑒于量子力學是我們理解原子和基本粒子的基本理論，玻爾關(guān)于原子性質(zhì)的觀點顯然可以推廣到基本粒子。

第?2?種觀點，即粒子是量子場的激發(fā)態(tài)的觀點，顯然是把場而非粒子作為最基本的實在。在量子場論中，每一種基本粒子對應(yīng)于一個全時空的量子場。從物理學角度來講，量子場論是目前已知的能夠統(tǒng)一量子力學和狹義相對論的唯一方式。然而從哲學角度來講，將量子場作為基本實在是一個巨大的本體論包袱。近些年來，物理學界越來越傾向于認為，包括量子電動力學在內(nèi)的所有成功的量子場論都只是“有效場論”——某個深層理論的低能近似理論。借用溫伯格的話說，“基于這一立場，用量子場論來描述可達到的能量范圍的物理學的理由在于，任何相對論性量子理論在足夠低的能量范圍內(nèi)都會顯得像量子場論。因此，重要的是按量子力學和狹義相對論的基本原理來理解量子場論的理論基礎(chǔ)”。

由此看來，將粒子看成是量子場的激發(fā)態(tài)，無助于我們理解基本粒子是什么。欲理解基本粒子是什么，最重要的是量子力學和狹義相對論的結(jié)合所給出的粒子態(tài)的性質(zhì)。這就是我們要檢討的第?3?種觀點，即“粒子是群的不可約表示”。更準確地說，粒子的性質(zhì)是由群的不可約表示所刻畫的。

1939?年，維格納建立了狹義相對論的時空對稱群——龐加萊群（非齊次洛倫茲群）——在量子力學的希爾伯特空間中的表示理論。在龐加萊群的不可約表示理論中，可以并且只能構(gòu)造兩個卡西米爾算符，這兩個卡西米爾算符的本征值分別對應(yīng)于粒子的質(zhì)量和自旋?？ㄎ髅谞査惴菃挝凰惴谋稊?shù)，這個倍數(shù)可以用來作為不可約表示的分類指標。因此，基本粒子首先是按質(zhì)量和自旋來進行分類的：半整數(shù)自旋的為費米子，整數(shù)自旋的為玻色子。作為龐加萊群不可約表示的不變量，質(zhì)量和自旋可以看成是粒子內(nèi)稟的范疇性質(zhì)（categorical properties）。

除了質(zhì)量和自旋這樣的內(nèi)稟性質(zhì)之外，基本粒子還有額外的內(nèi)稟性質(zhì)，如電子的電荷、夸克的色荷和味荷等。粒子的這些額外性質(zhì)是由內(nèi)部規(guī)范對稱群的不可約表示來描述的。與電荷、味荷和色荷相聯(lián)系的對稱群分別是?U(1)、SU(2)?和?SU(3)?群。根據(jù)外爾和楊振寧的“對稱性支配相互作用”的思想，這些群分別確定了電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用的拉氏量。鑒于電荷、味荷和色荷是通過相互作用而表現(xiàn)出來的，在哲學上它們可以被歸入傾向性質(zhì)（dispositional properties）。

綜上所述，哲學上關(guān)于性質(zhì)和實體的討論有助于理解基本粒子是什么這個問題?；玖Ｗ硬粌H具有范疇性質(zhì)（如質(zhì)量、自旋）和傾向性質(zhì)（如電荷、色荷）這樣的內(nèi)稟性質(zhì)，也有關(guān)系性質(zhì)（如位置或動量）這樣的外在性質(zhì)。實體（substance）是一個來自亞里士多德哲學中的術(shù)語，這里我們借用它來指稱自然類（natural kinds）。相信自然界存在客觀的分類結(jié)構(gòu)，是一切科學研究的基礎(chǔ)。自然類的傳統(tǒng)代表是生物學中的物種，后來的代表是化學中的元素，如今則是物理學中的基本粒子。按照當代哲學家?Boyd的觀點，自然類是一個性質(zhì)簇（clusters of properties）。

實體論與關(guān)系論：量子引力中的時間問題

如果我們像愛因斯坦一樣相信量子力學是不完備的，是將來某個基礎(chǔ)理論的極限情形，那么該基礎(chǔ)理論應(yīng)該就是量子引力理論，即統(tǒng)一量子力學和廣義相對論的理論。建立量子引力理論的動機通常包括：①如果物質(zhì)場是量子化的，那么引力場或時空幾何也應(yīng)該是量子化的；②廣義相對論中的奇性定理，暗示該理論應(yīng)該是個低能近似理論；③量子場論中的發(fā)散也有望通過引力量子化來解決。顯然這些動機純粹是理論性的；在經(jīng)驗層面，量子力學和廣義相對論足夠勝任。

建立量子引力理論的嘗試有多條路徑，這里我們只考慮正則量子引力途徑，因為該進路的出發(fā)點是量子力學和廣義相對論的基本原理，沒有添加任何額外的假設(shè)（如超對稱等）。正則量子引力理論包括量子幾何動力學、聯(lián)絡(luò)動力學和圈量子引力理論。幾何動力學選取三維類空超曲面?Σ?的?3-度規(guī)?h_ab?作為場位形變量，聯(lián)動動力學選取?Σ?上?SU(2)?規(guī)范群聯(lián)絡(luò)（自旋聯(lián)絡(luò)）Aai作為位形變量，圈理論則以自旋聯(lián)絡(luò)的“和樂”（holonomy）h?(A,?γ)?來定義變量。在正則量子引力理論中，量子態(tài)表示為這些變量的波泛函?Ψ。

無論是選取?3-度規(guī)?h_ab?還是選取自旋聯(lián)絡(luò)?Aai或其和樂?h?(A,?γ)?作為變量，正則量子引力理論都會面臨“時間問題”。這是因為引力場是一個約束系統(tǒng)，其次級約束包括（三維空間）微分同胚約束?H_a?和哈密頓約束?H（姑且取3-度規(guī)作為位形變量）

?=?h^—1—2 (π^ab π_ab?—1—2 π²?—h³R )?=?0。             （2）

式（2）中，π^ab為與?h_ab?共軛的動量，³R為?Σ?的曲率。按狄拉克的約束系統(tǒng)量子化方法，將經(jīng)典哈密頓約束函數(shù)?H?提升為算符???，就得到正則量子引力理論的動力學方程：

H?Ψ=?0。               （3）

將式（3）與量子力學的薛定諤方程對照即可看出，正則量子引力理論中量子態(tài)不隨時間演化。這就是正則量子引力理論中著名的“時間問題”。在經(jīng)典理論中，這個問題并不存在。在廣義相對論的相空間中，哈密頓約束所生成的軌道是愛因斯坦場方程的“解”，約束軌道上的點作為“初值”才是等價的?。廣義相對論中的四維微分同胚群畢竟只是一個類規(guī)范群，我們不能像處理規(guī)范等價那樣，把哈密頓約束軌道上的點當成“物理上”完全等價的。

時間問題的根源在于量子力學和廣義相對論的內(nèi)在沖突。在量子力學中，時間是個外部參數(shù)，不是動力學算符。而在廣義相對論中，時間是動力學變量。關(guān)于如何解決時間問題，學界的看法分為兩個對立的陣營——赫拉克利特派和巴門尼德派。以?Kucha?為代表的赫拉克利特派認為，時間是經(jīng)典的和基本的概念，先于量子化而存在；而以?Rovelli為代表的巴門尼德派則認為，基礎(chǔ)物理學中沒有時間概念，經(jīng)典的時間概念是量子化的結(jié)果。

按照?Kucha??的主張，式（3）是不恰當?shù)?。在對引力場量子化之前，我們首先要完全約化相空間Γ⁸={(h_ab，π^ab)│H_a=?0?=?H}，確立時間參數(shù)和真正的動力學變量，然后再進行量子化。這一理解雖然符合量子力學精神，但實際上是不可行的。廣義相對論的相空間最多只能約化到?Γ⁵?=?Γ⁸?{diffΣ}，即將空間微分同胚約束軌道上的點視為同一物理態(tài)。約化到?Γ⁴?是不可能的：①如果我們將哈密頓約束軌道約化為同一物理態(tài)，那么就沒有了經(jīng)典的時間概念；②廣義相對論的初值與解不是一一對應(yīng)的。同一時空?(Μ,?g_μν?)?的兩個不同的（3+1）分解會給出兩個不同的初值?(?h_ab,π^ab)?和 (?_h_ab,_π^ab)，但在相空間中兩者并沒有約束軌道相連。正如?Ward指出的，“建立引力的量子理論的主要障礙之一就是無法分離出該理論的物理自由度”。

按照?Rovelli?的主張，量子引力理論中沒有時間概念。取代時間的，是“部分可觀測量”之間的關(guān)系。部分可觀測量指的是可以測量，但不能從理論上預言的物理量。換句話說，部分可觀測量不是四維微分同胚不變的量，隨哈密頓約束軌道的時間參數(shù)而演化。Rovelli?還主張，量子引力理論中不需要時間概念，我們可以用海森堡圖像（態(tài)不變）來取代薛定諤圖像（算符不變）。假設(shè)兩個部分可觀測量?A(t)?和?B(t)?相對于某個哈密頓量隨參數(shù)?t?變化，那么我們可以用后者的變化來衡量前者的變化。對于某個確定的?t?值，設(shè)?B(t)?=?τ，那么?A(?τ?(?B?))?是與哈密頓算符對易的完全可觀測量。變化是用一組演化的運動常數(shù)（即當?B?取值?τ?時?A的值）來顯示的。按此主張，Rovelli?強調(diào)，統(tǒng)一的時間概念并不存在。

如果基礎(chǔ)物理學中時間并不存在，那么經(jīng)典時間概念從何而來？這里所說的經(jīng)典時間概念不僅指牛頓力學或狹義相對論中的時間概念，也包括廣義相對論中的時間概念。目前的流行方案是引入物質(zhì)場??，從而將式（3）擴展為：

(??_gravity?+??_matter?)?Ψ?(?A,??)=0。              （4）

式（4）中?A是引力場的位形變量，??_gravity?和?_matter?分別是引力場和物質(zhì)場的哈密頓算符。當物質(zhì)場與引力場退相干時，物質(zhì)場的哈密頓算符 ?_matter?=?ih?δ—δ?可用來定義引力場量子態(tài)的演化。按此設(shè)想，經(jīng)典時間是從量子世界中演生或突現(xiàn)出來的。時間的準經(jīng)典性質(zhì)，也暗示量子力學中的希爾伯特空間只是一個近似結(jié)構(gòu)?。

時間（或時空）到底是實體還是關(guān)系，一直是哲學上長期爭論的問題。在牛頓力學創(chuàng)立之前，人們通常是把時間看成變化的事物之間的關(guān)系。日常生活實踐中，人們總是用周期運動（年、月、日等）來度量時間的。因此，柏拉圖在《蒂邁歐篇》里說，時間是運動的影像，是伴隨轉(zhuǎn)動天球的出現(xiàn)而產(chǎn)生的。而在牛頓力學和狹義相對論中，時間是絕對的、均勻流失的實體，不依賴于事物的運動或變化而獨立存在。牛頓的絕對時空觀曾受到萊布尼茲的激烈反對，后者主張時空不過是事物的相鄰或接續(xù)關(guān)系。馬赫后來對牛頓的絕對時空觀的批判，對愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論產(chǎn)生過啟發(fā)作用。

在廣義相對論中，時空的幾何性質(zhì)（如聯(lián)絡(luò)和度規(guī)）取決于事物的分布和運動，但時空的拓撲性質(zhì)（如點集結(jié)構(gòu)、連續(xù)性和光滑性）則是該理論的基本假設(shè)。換句話說，廣義相對論中的時空點依然可以看成是實體，時間即時空做（3+1）分解之后的一維連續(xù)統(tǒng)。如今，時空點的實體論（substantialism）也受到了量子引力理論發(fā)展的挑戰(zhàn)。按照正則量子引力理論，作為一維連續(xù)統(tǒng)的整體時間概念或許根本就不存在。由此看來，量子力學的希爾伯特空間結(jié)構(gòu)和廣義相對論的黎曼幾何結(jié)構(gòu)都只是未來基礎(chǔ)理論的極限情形。鑒于量子引力理論是普朗克尺度上的物理學，遠遠超出了實驗物理的范圍，哲學上的討論和數(shù)學上的推理就顯得尤為重要。

量子態(tài)的本體論地位問題、何謂基本粒子的問題，以及時間是否存在的問題，無疑分別是量子力學、量子場論和量子引力理論中最核心的問題。在物理學和哲學之間建立更緊密的聯(lián)盟，將有助于這些問題的澄清與解決。

事實上，任何物理學理論的內(nèi)核都是一些基本的形而上學預設(shè)。在牛頓力學和牛頓引力理論中，這些基本預設(shè)包括絕對時空、微粒物質(zhì)和超距作用力。電磁理論和狹義相對論只是適度修正了這些基本預設(shè)，即用閔氏時空取代了伽利略時空，用連續(xù)傳遞作用取代超距作用，同時將場也看成是物質(zhì)的一種形態(tài)，從而完善了經(jīng)典物理學的世界圖像。

20?世紀初的兩大物理學革命——量子力學革命和廣義相對論革命，分別對經(jīng)典的物質(zhì)和時空概念做出了根本性的修正。一方面，量子力學要求我們承認物質(zhì)的“波粒二象性”，但這個波不是普通三維空間中的物質(zhì)波，而是抽象的希爾伯特空間中的幾率幅。另一方面，根據(jù)廣義相對論，時空也不再是物質(zhì)活動的舞臺，而是物質(zhì)分布和運動的結(jié)果。在本體論層面，我們僅僅承諾了時空是一個四維的偽黎曼流形。遺憾的是，量子力學和廣義相對論無論在物質(zhì)觀還是在時空觀上都存在潛在的沖突。量子引力理論尚處在探索的初期，但超弦進路的?AdS/CFT?對偶理論暗示，時空幾何和量子糾纏之間似乎存在神秘的聯(lián)系。如果這一設(shè)想能夠成立，那么建立一幅自洽世界圖像的曙光已經(jīng)初現(xiàn)。

在?1918?年普朗克?60?華誕的慶祝會上，愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于“探索的動機”的著名演講。愛因斯坦指出，科學的殿堂里有許多房舍，里面住著各式各樣的人，引導他們來此的動機也各不相同。大多數(shù)人來此，是出于實際功利的或智力消遣的目的，只有很少一部分人，是為了“以最適當?shù)姆绞絹懋嫵鲆环喕暮鸵最I(lǐng)悟的世界圖像”，是渴望看到萊布尼茲所表述的“先定的和諧”。這部分人數(shù)雖然不多，但科學殿堂里若是缺了他們，“正如只有蔓草就不成其為森林一樣”。他們從事科研工作的精神狀態(tài)，“是同信仰宗教的人或談戀愛的人的精神狀態(tài)相類似的”。這種渴望看到先定和諧的激情，“是無窮的毅力和耐心的源泉”。

愛因斯坦所說的很少一部分人，正是我們通常所稱的“哲人科學家”，即具有崇高的哲學情懷、廣闊的哲學視野和深邃的哲學思想的科學家。哲學與物理學在量子世界的相遇，正是哲人科學家出現(xiàn)的契機。哲學與物理學之間的聯(lián)系，其實不亞于數(shù)學與物理學之間的聯(lián)系。如果說數(shù)學語言是自然界的句法，那么哲學分析的就是句法背后的語義。未來能夠統(tǒng)一量子力學和廣義相對論的基礎(chǔ)理論，可能需要有不同于希爾伯特空間和黎曼流形的新數(shù)學結(jié)構(gòu)，但更需要有關(guān)于時空、物質(zhì)和相互作用等物理實在的新哲學思想。

（作者：郝劉祥，中國科學院哲學研究所 中國科學院大學人文學院?！吨袊茖W院院刊》供稿）