趙煦

(河海大學馬克思主義學院，江蘇南京，210098)

論思想實驗的合法性
——對波普爾思想實驗觀的批評

趙煦

(河海大學馬克思主義學院，江蘇南京，210098)

思想實驗作為一種有效的方法，被波普爾運用于多處論證中。但他認為，在運用思想實驗捍衛(wèi)理論而對控方進行反擊時，不能引入任何理想情況或其他特別假設，因為這樣常會導致對思想實驗的狡辯式使用。這是不可接受的。他以愛因斯坦和玻爾就EPR之爭為例，對這類思想實驗作出了嚴厲批判。波普爾的狡辯式的思想實驗觀存在著嚴重的問題。事實上，實驗條件的理想化是思想實驗的本質特征，思想實驗無法擺脫條件理想化的運用。只要理想化的條件設置能夠對科學問題的解決有所幫助，都是合法的。破除波普爾的狡辯式的思想實驗觀，將使得思想實驗在當代科學前沿能夠得到更加有效的運用。

波普爾；思想實驗；狡辯式的思想實驗觀；EPR論證；理想情況

在科學史的許多關鍵時刻，思想實驗①都曾發(fā)揮過重要作用，在推動人類在深入認識世界、探索世界的過程中，取得了豐碩的成果，以至于愛因斯坦認為，思想實驗方法是“人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端”[1](4)。然而，直到目前為止，人們“仍未弄明白的是，為什么它們一直能有如此顯著的功效”[2]。在波普爾的著作中，思想實驗作為一種有效的方法，被波普爾廣泛運用于多處論證中。但波普爾有關思想實驗的適用范圍——特別是他所謂的狡辯式的思想實驗的主張是存在嚴重問題的。破除波普爾的狡辯式的思想實驗觀，將使得思想實驗在當代科學前沿能夠得到更加有效的運用，發(fā)揮更加積極的作用。

一、波普爾的思想實驗主張

在波普爾看來，由于思想實驗在科學史中取得的累累碩果，其地位是不容置疑的。但波普爾指出，有關思想實驗的“某些論證方法是不可接受的”[3](424)，并對這種“論證方法”提出了嚴厲的批評。

(一) 波普爾的思想實驗分類

根據(jù)思想實驗發(fā)揮作用途徑的不同，波普爾將思想實驗分為三類。他最為推崇的一類思想實驗為“批判的使用”的思想實驗(即批判式的思想實驗)。伽利略的自由落體運動實驗是此類思想實驗運用的典范，是對思想實驗的“最好使用”。此外，對思想實驗的啟發(fā)性的使用(即啟發(fā)式的思想實驗)，也極有價值。德謨克利特的原子思想實驗可為代表。他指出，啟發(fā)式的思想實驗可為某些科學現(xiàn)象提供解釋和說明，也是合法且重要的。

波普爾特別關注的是第三類思想實驗——他稱之為對思想實驗的狡辯式使用(即狡辯式的思想實驗)，也就是他認為不可接受并提出嚴厲批評的那類思想實驗。他認為，運用思想實驗對理論加以批評時，人們可以“通過展示某些被理論忽視的可能性來批評該理論，通常都是被允許的，但是，要使用思想實驗反擊這些批評，就得格外小心”[3](426)。因為波普爾認為在批判式的思想實驗中可以引入一些理想情況或作出特別假設。但在捍衛(wèi)理論而對控方進行反擊時，則“不能引入任何理想情況或其他特別假設”[3](426)。但隨后他又提出一個補充：如果引入理想情況或特別假設，當且僅當“理想情況必須是對控方的讓步，或至少為控方接受時，把思想實驗用作論據(jù)才是合法的”[3](426)。如果違反了這一要求，用來反擊對方的任何理想情況都不允許在思想實驗中出現(xiàn)。

根據(jù)波普爾的主張，一個思想實驗被稱之為狡辯式的思想實驗的具體要件有三：其一，該思想實驗是在某一理論遭到批判而對控方進行反擊時提出的；其二，該思想實驗引入了理想情況或特別假設，并以之作為前提條件，并在此基礎上為自己的主張展開論證；其三，該思想實驗中引入的理想情況或特別假設不是對對方的讓步，而是完全站在自己的立場上，為己方加以辯護，所以無法為控方所接受。

(二) 波普爾對狡辯式的思想實驗的態(tài)度

波普爾認為，量子力學中有多處論證是對思想實驗的狡辯式使用。其中最為典型的要數(shù)玻爾對愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的EPR佯謬中有關量子力學完備性質疑的回應中所作的辯護。他指出，在辯護中，玻爾沒有遵循思想實驗反駁批評時“不能引入任何理想情況或其他特別假設”的要求。在EPR佯謬中，愛因斯坦等人考察了兩個系統(tǒng)A和B②。由于二者之間曾有過相互作用③，但隨后處于分離狀態(tài)，因此，人們能夠在對A不產(chǎn)生影響情況下，通過量度B的位置(或動量)來計算A的位置(或動量)。這說明量子力學理論是不完備的。波普爾指出，在回應中，玻爾主要工作是為了說明對B的位置和動量兩個方面的量度，都會對參照系產(chǎn)生涂污效應，“盡管A不受干擾，但它的坐標卻可能由于參照框架的涂污而被涂污”[3](427)，而沒有指出愛因斯坦等人論證中引入的理想狀況存在問題。

波普爾指出，玻爾的辯護令他無法接受。他的反對理由有三：①在EPR佯謬提出之前，人們對于系統(tǒng)的位置或動量無法同時得知，主要歸因于量度對系統(tǒng)本身的干擾。波普爾指出，玻爾拋棄了這一根本立場，取而代之以“系統(tǒng)位置或動量被涂污的原因，是因為我們干擾了自己的參照系，或坐標系統(tǒng)，而不是說我們干擾了物理系統(tǒng)”[3](427)。波普爾認為，玻爾沒有說明他是否承認他的舊的觀點已為EPR佯謬的論證所駁倒，也沒有說明雖然舊的觀點被駁倒，但立足于其上的基本原則仍沒有被摧毀。這正符合EPR佯謬的意圖——反駁測不準原理的說明，從某種意義上看，“玻爾的回應不公開地承認了這思想實驗成功實現(xiàn)了其目的”[3](427)。②玻爾的對位置量度和對動量量度的兩個參照系統(tǒng)——選擇了其中一個就阻絕了對另一個選擇的可能性——的主張是特設的。波普爾認為，其他方法，諸如借助分光鏡等手段，也有可能實現(xiàn)對粒子動量的量度。也就是說，玻爾描述的參照框架并不是對粒子量度的唯一途徑，選用分光鏡等手段可以有效實現(xiàn)對粒子的量度，且不產(chǎn)生玻爾所強調(diào)的涂污效應。③玻爾借助移動隔板來量度粒子的做法并不能支持對EPR佯謬所作論證的反駁，且其具體量度方法在波普爾的眼中，也是不被允許的。

在波普爾看來，玻爾對EPR佯謬所作的回應，“并沒有遵循只使用有利于控方的理想情況或特殊假設的原則”[3](428)。這正是狡辯式的思想實驗的典型，是令人無法接受的。

二、回到愛因斯坦和玻爾之爭

由于確定論思想的根深蒂固的影響，愛因斯坦認為，量子力學對于粒子世界所作出的描述，原則上都是統(tǒng)計性的，在他的內(nèi)心深處，是無法“相信我們應當滿足于對自然界的如此馬虎、如此膚淺的描述”[4]。正是出于這一不滿，為了說明量子力學的不足，愛因斯坦和波多爾斯基、羅森一道構想了一個思想實驗——EPR佯謬，挑起了有關量子力學理論是否是完備的爭論。

(一) EPR佯謬的論證策略

在EPR佯謬中，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森認為，判斷一個物理理論成功與否，可以提出兩個問題：A.該理論是正確的嗎？B.該理論所提供的描述是完備的嗎？[5](777)只有當上述兩個問題都得到肯定的回答時，該理論方可令人滿意。對于問題A，我們只需將理論對世界所作的描述或預言與人的經(jīng)驗進行比對④，也就是看理論是否可與經(jīng)驗相符合，其答案即可呈現(xiàn)。而對于問題B的回答則較為復雜，因為它涉及到如何定義“完備”和“實在”這兩個概念的問題。愛因斯坦認為，在一個完備的理論中，“物理實在的每一個元素都必須在該理論中有它的對應”[5](777)。而關于物理實在，愛因斯坦則沒有做出嚴格的說明，只是給出了一個物理實在的元素的判據(jù)，即“如果對一個體系沒有任何干擾，我們就能夠確定地預測(即幾率等于1)一個物理量的值，那么，必定存在著一個與這一物理量相符合的物理實在的元素”[5](777)，以此作為物理實在的充足條件。

在完成了“完備”和“實在”概念的界定及其與物理理論的關系判定之后，愛因斯坦便運用上述判據(jù)對量子力學理論進行了考察。在量子力學中，根據(jù)測不準原理，對一個自由粒子的描述由兩個物理量組成：位置(d)和動量(m)。要得到其中一個物理量的正確知識，則就排除了得到另一個物理量的正確知識的可能性。據(jù)此我們可知，對應于這兩個物理量的算符(q)就必然是不可對易的。而用波動函數(shù)來描述粒子狀態(tài)時，粒子的位置(或動量)則都是實在的，即在規(guī)定的狀態(tài)中，必然存在著兩個對應于同一個粒子狀態(tài)的值。由此，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森得出結論：“要么，(i)由波動函數(shù)所提供的有關實在的量子力學的描述是不完備的；要么，(ii)當與兩個物理量相符合的算符不可對易時，這兩個物理量就不可能同時都是實在的。”⑤[5](778)

愛因斯坦、波多爾斯基和羅森接下來的工作就是要證明波動函數(shù)對量子力學所作的描述是不完備的。為了達到此目的，愛因斯坦他們假設存在兩個系統(tǒng)，I和II(有時候愛因斯坦將兩個系統(tǒng)簡化為兩個粒子：A和B)。對于這兩個系統(tǒng)的考察，以兩個時刻(t1和t2)分開。先假定在時刻t1之前，系統(tǒng)I和II的狀態(tài)是已知的，在時刻t1與時刻t2之間某一時刻t(t1＜t＜t2)，兩個系統(tǒng)曾發(fā)生過相互作用，時刻t2之后，二者便一直處于分離狀態(tài)⑥。根據(jù)薛定諤方程，在時刻t2之后，系統(tǒng)組合(I+II)的狀態(tài)是可知的，那么，只要對系統(tǒng)I加以量度，我們就可以得到一個描述系統(tǒng)II的波動函數(shù)。而測不準原理規(guī)定，我們對系統(tǒng)I的位置和動量的量度方式是不一樣的，而且，更為關鍵的是，兩種方式的量度將得到兩個不同的物理量。這就意味著，將會有兩個不同的波動函數(shù)同時為系統(tǒng)II作出描述。論證至此，愛因斯坦他們發(fā)現(xiàn)，假如波動函數(shù)能夠為物理實在提供完備的描述的話，則“與兩個不可對易的算符相符合的物理量，能夠同時具有實在性”[5](780)。這與前文所述的“當與兩個物理量相符合的算符不可對易時，這兩個物理量就不可能同時都是實在的”的論述不一致，前后形成一對悖論。

每一個函數(shù)都對應著一個物理量⑦，且這兩個物理量的算符是不可對易的。而這兩個不可對易的物理量卻對應著同一個實在。此時，EPR佯謬論證的結論已基本呈現(xiàn)出來。從上述悖論現(xiàn)象中，我們不難得出：由波動函數(shù)所提供的關于物理實在的量子力學的描述是不完備的。⑧[5](780)

(二) 玻爾的回應

對于愛因斯坦的質疑，玻爾迅速給出了回應。首先，玻爾指出，EPR佯謬中所作的論證“并不能恰當?shù)仄鹾衔覀冊谠游锢韺W中所面對的真實情況”[6](696)，他認為，從“互補性”的觀點看，“量子力學在其適用范圍之內(nèi)似乎是有關物理現(xiàn)象的一種完全合理的描述，例如我們在原子活動中所遇到的?！盵6](696)

玻爾對于自己主張的論證進路是，首先表明慣常的自然哲學觀在量子力學領域中的運用是不妥的，因為“由量子行為的存在本身所決定的客體和測量儀器之間的有限相互作用要求——因為如果測量儀器為達到目的發(fā)揮了作用，就不可能控制客體對儀器的反作用——最終必須放棄經(jīng)典的因果性概念，并對我們看待物理實在問題的態(tài)度進行根本的修訂”[6](697)。進而指出，EPR佯謬中的論證也包含著這樣一種本質的“歧義”。他的具體論證從對單個粒子的兩次量度開始，如果對粒子進行量度的第一個光闌和儀器的其他部分一樣是被“剛性地固定在空間參照系的底座上”的，粒子通過光闌時與光闌交換了的動量就必然會傳遞到儀器底座上，對連同第二個光闌在一起的底座產(chǎn)生影響，從而對第二次量度的結果造成涂污；如果第一個光闌不和儀器的其他部分相連，量度的過程就會“導致對它們的空間?時間坐標的控制精確性的放棄”[6](698)。

兩種不同的量度方式都由于不可避免的涂污效應而必須要“放棄”對一部分精確性的追求，但玻爾指出，這并不意味著量子力學所作出的是一種不完備的描述，而只是一種不可能性：在量子力學理論的領域中，不可能完全擺脫被量度對象對儀器反作用的影響。在對位置進行量度時，反作用就表現(xiàn)為動量的傳遞；在對動量加以量度時，反作用就表現(xiàn)為位移的發(fā)生。⑨因此，“量子力學和普通統(tǒng)計力學之間的任何比較——無論它對理論的合理呈現(xiàn)可能會多么有用——基本上都是不對頭的?！盵6](699)當然，玻爾的上述論證從根本上否定了愛因斯坦、波多爾斯基和羅森在EPR佯謬中的主張，因為他們的思想實驗的前提條件“‘對一個體系沒有任何干擾’的表述中包含著一種模糊性”[6](700)。接著玻爾進一步指出，這些條件不但確定著被量度粒子的行為的預測，而且還構成了可以恰當?shù)睾汀拔锢韺嵲凇毕嗦?lián)系的對粒子描述的一個部分，因此，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的有關量子力學對物理實在的描述是不完備的論據(jù)是不成立的。恰恰和愛因斯坦他們相反，玻爾認為，“這一描述顯示了量度的一切可能性的合理使用的無歧義的詮釋，且這些詮釋與量子理論中客體和量度儀器之間的有限而不可控制的相互作用相容”[6](700)，因而，玻爾的結論是：量子力學為物理實在所提供的描述是完備的。

三、對波普爾的批判

從愛因斯坦和玻爾之爭中，我們還原了雙方的真實想法，以及他們的論證策略和論證進路。當然，歷史的本原也暴露出波普爾的思想實驗觀，尤其是他的狡辯式的思想實驗主張中存在著嚴重的問題。

(一) 波普爾的三點反對理由的問題

在他的反對理由①中，波普爾指出，玻爾在對愛因斯坦他們的回應中，強調(diào)系統(tǒng)的位置或動量被涂污的原因是量度涂污了參照系統(tǒng)，這和哥本哈根學派此前一貫堅持的⑩不同。誠然，由于涉及到兩個系統(tǒng)之間的關系，玻爾的論證策略與以往有所不同，但事實上，與對單個系統(tǒng)的量度相比較，二者并無本質上的差異。因為，玻爾無論是強調(diào)量度對系統(tǒng)本身的干擾，還是強調(diào)量度對參照系統(tǒng)的干擾，都是為了說明量度“必須允許一種對應于量子力學測不準關系式的活動范圍”[6](698)，且最終量度結果的精確性和測不準原理以往的要求也是相吻合的。因此，這并非如波普爾所言——玻爾的回應等于承認EPR佯謬對測不準原理的某種解釋。

在反對理由②中，波普爾認為，借助分光鏡就可能實現(xiàn)對粒子動量的量度，而分光鏡和量度儀器處于同一個框架內(nèi)。這樣，就可否定玻爾的“選擇了一個參照系就阻絕了另一個參照系選擇的可能”的說法。但事實上，玻爾在他的回應中，先論述了對單個系統(tǒng)量度中存在的問題，后將問題推廣至對兩個粒子的量度。在此問題上，波普爾似乎在刻意回避了玻爾最初的對單個系統(tǒng)量度的論證，即兩個“光闌”都處于一個參照框架內(nèi)，但量度中無法避免的能量交換仍然會造成對參照系的涂污。波普爾此時的論證無疑屬于玻爾回應中所作論證的兩種情況之一。?更何況，波普爾在他的反對理由①中，一直堅持認為玻爾對“量度干擾粒子本身”的觀點放棄表示不滿。也就是說，波普爾是贊同量度必然伴隨能量交換，從而產(chǎn)生涂污效應。

同時，在波普爾提出的替代方案中，他沒有讓我們清楚明白地知道如何使用分光鏡進行粒子的量度，而不對粒子產(chǎn)生涂污效應。也沒有說明分光鏡如何與量度儀器的其他部分共處于同一個框架內(nèi)，而不產(chǎn)生相互作用。似乎只是給我們拋出了一個分光鏡憑空懸浮在參照框架中，卻又與參照框架中的所有事物都沒有任何聯(lián)系的幻象。

在反對理由③中，波普爾聲稱，玻爾所描述的用移動隔板來量度粒子的做法，并不構成對愛因斯坦、波多爾斯基和羅森主張的反駁。因為第一次量度會對隔板的動量產(chǎn)生涂污，那么對粒子與隔板接觸之前的動量的計算則是無用的。在這里，波普爾似乎沒能深刻理解玻爾的原本意圖。事實上，玻爾此處的論證顯然意不在此，而只在乎最后的論證指向——兩次量度均存在涂污效應，最終結果符合測不準原理，無他。

(二)對波普爾狡辯式思想實驗論的批判

當然，從前文中我們可以看出，玻爾對于EPR佯謬的回應的確較為被動。整個過程都只是在一味地運用此前的既有理論為測不準原理進行辯護，所涉及的要點與幾年前在對光子盒思想實驗的回應中就已經(jīng)強調(diào)過的幾乎一樣，并無新意。但毫無疑問的是，玻爾的回應確實構成了對愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的反擊，維護了量子力學的理論基礎。但波普爾卻指責玻爾沒有遵循只使用有利于控方的理想情況或特殊假設的原則，而將其劃歸為狡辯式的思想實驗之列。誠然，在卡諾循環(huán)實驗中，卡諾的一系列條件的設置，都屬于實驗最終理想化狀態(tài)的一部分，即所有條件都是對反對者的讓步，以此來將反對者逼到最后的角落，使得他們不得不承認，只要其中任何一個環(huán)節(jié)的問題無法解決，最終的理想結果都必然無法實現(xiàn)。這一實驗是波普爾所認可的，可引入理想情況或特別假設的思想實驗的代表，但他同時要求所有的思想實驗都必須符合此原則，則是無理的。因為，有些時候，我們無需向對方作出讓步，堅持以己方的主張為出發(fā)點，作出有利于己方的論證，在科學史上，也不乏有獲得成功的思想實驗。麥克斯韋妖就是此類思想實驗的典范。眾所周知，克勞修斯在卡諾循環(huán)的基礎之上提出的熱力學第二定律摧毀了人類第二類永動機的夢想。但熱力學第二定律也帶來了另一個麻煩，即在提出第二定律的同時，克勞修斯還提出了熵的概念S=Q/T，并將熱力學第二定律表述為：在一個孤立的系統(tǒng)中，熱傳遞的過程總會使整個系統(tǒng)的熵增加。這樣，人們稍作思考便會發(fā)現(xiàn)：如果將熵增定律擴展到整個宇宙，那么宇宙中的熱就會不斷從高溫物體傳向低溫物體，直至未來某一個時刻整個宇宙中不再存在溫差，此時宇宙總熵值達到極大，萬物之間將不再會有任何力量能夠使熱量發(fā)生轉移。此即“熱寂論”。

為了反駁熱寂論，麥克斯韋設計了著名的妖思想實驗。在實驗中，小妖具有特殊的智能，可以追蹤每個分子的行蹤，并能辨別出它們各自的速度，且能夠根據(jù)速度快慢決定分子運動方向的能力，以及實驗容器所需的理想材料等條件，都是為了說明在不消耗功的情況下，存在容器一側溫度升高，同時另一側溫度降低的可能性。麥克斯韋設置了這一系列理想化條件，都是站在反對熱力學第二定律的立場上，指出熱力學第二定律存在問題，由此提出應當對熱力學第二定律的應用范圍加以限制。當然，動搖了熱力學第二定律，奠基于其之上的熱寂論，必然遭到拋棄。沒有使用只有利于對方的理想化條件，恰恰與波普爾能夠允許的相反，麥克斯韋的每一個條件的設置，都是為了自身論證的需要，以反駁熱寂論為目標，并最終取得了巨大的成功。這一思想實驗構成了對波普爾的狡辯式思想實驗的嚴重反常。事實上，在科學史上，此類思想實驗還有許多。

事實上，從表面來看，波普爾對狡辯式思想實驗進行了嚴厲的批判，但仔細分析之后，我們可以發(fā)現(xiàn)，他對所謂的狡辯式思想實驗的排斥又是謹慎的，甚至可以說是不堅決的。一方面，他特別強調(diào)，在反駁相互競爭對手的思想實驗時“不能引入理想情況或其他特別假設”，但另一方面又給“理想情況”或“特別假設”的存在留有余地?。任何一個理性的人都會承認，在科學爭論中，能夠對競爭對手作出讓步，并設置有利于控方的條件，是難以做到的。不過，如果真能做到這一點，并迫使對方認可，最終又能摧毀對方的觀點，這當然不失為一種好的策略，一個有效的途徑，比如波普爾提及的卡諾循環(huán)。但縱觀整個科學史，此類思想實驗并不占主流，并不代表大多數(shù)?。因此，波普爾運用一個特例(即卡諾循環(huán))來作為他的主張的佐證，無疑是以偏蓋全的做法，令人無法認同。

(三) 波普爾對思想實驗的“狡辯式使用”

正如前文所述，波普爾一方面指責玻爾沒有對愛因斯坦的理想條件加以質疑，也沒有使用有利于愛因斯坦，同時又是愛因斯坦能夠接受的理想條件；而另一方面，波普爾對于玻爾的批評理由又顯得較為牽強。事實上，在隨后進一步的論證中，波普爾本人也犯了與玻爾“同樣的錯誤”——在承認了對方的理想條件的前提下，對控方進行了反駁。例如，在γ射線顯微鏡思想實驗中，海森堡假設存在一個理想的γ射線顯微鏡。運用該顯微鏡，我們能夠實現(xiàn)對單個粒子位置或動量進行量度。波普爾認為，海森堡的這一為量子力學奠基的思想實驗也是一個狡辯式的思想實驗，并對其進行了抨擊。在對電子軌道的研究中，由于海森堡考慮到對電子位置測量的不準確度不能小于光的波長，但用波長小于原子大小的γ射線顯微鏡則能夠做到這一點。在實驗中，“電子的位置可以觀測得這樣準確，其準確度隨γ射線的波長而定”[7](16)，亦即γ射線的波長越小，對電子位置的測量就越準確。但海森堡同時指出，“如果γ射線的波長遠小于原子的大小，γ射線的光量子的動量將遠大于電子的原始動量”[7](17)，所以，電子位置的測量越準確，需要的γ射線的光量子的動量就越大，而γ射線光量子的動量越大，量度對電子產(chǎn)生的涂污效應也就越大，測得的動量值就越不準確。反之，要想得到準確的動量值，γ射線的波長必須變大，而這將難以獲得電子的準確位置。

在γ射線顯微鏡思想實驗的基礎上，海森堡建立起了三個觀點：a.對海森堡測不準公式的解釋，這公式說測量精度存在著不可克服的障礙。b.測量過程對被測物的干擾，不論是位置干擾還是動量干擾。c.檢測粒子時空“通道”的不可能性。[3](432)波普爾聲稱，海森堡的上述論證完全無效，他的理由是“海森堡的論證沒能證明，對位置的測量與對動量的測量是對稱的”[3](432)。因為，海森堡只是論及，要想測得準確的電子位置必須使γ射線的波長變得足夠小，同時這會涂污電子的動量。但在對電子的動量進行量度時，我們必須將γ射線的波長變得足夠大，這時光子能量極低，以至于低到?jīng)]有足夠的能量涂污電子。因此，波普爾指出，“觀察結果(雖然揭示了動量)沒能揭示電子的位置，這位置因而是不確定的”[3](433)，這只能說明我們沒有揭示電子的位置，而并非是電子的位置受到了涂污。他進而得出結論：兩種情況——測量位置和測量動量的情況——就不是類比關系或對稱關系。[3](433)

從以上論述中可知，波普爾的確敏銳地發(fā)現(xiàn)，在準確量度電子動量時，位置的不準確只是由于我們不能準確量度，而非受到涂污。但稍作思考后，我們會發(fā)現(xiàn)，波普爾的論證最起碼存在著兩個方面的問題：其一，波普爾在批駁海森堡的γ射線顯微鏡思想實驗時，對于海森堡提出的理想化條件沒有作出否定。這正如他自己分析EPR論證一樣，等于默認了海森堡提出的理想情況——γ射線顯微鏡的可行性以及γ射線波長大小變化的實現(xiàn)等。其二，波普爾在從“沒能揭示電子位置”的正確認識，到“測量位置和測量動量”的涂污的不對稱性的論證，中間偷換了一個概念——把對位置和動量的“準確性”的研究換成了對位置和動量的“涂污”的研究。因為，海森堡提出的γ射線顯微鏡思想實驗的初衷只是想要說明電子的位置和動量不能同時準確得出，而波普爾卻將這一問題轉化為位置和動量不能準確得出是由于產(chǎn)生了涂污效應。顯然，正如波普爾所發(fā)現(xiàn)的那樣，位置不能準確得出并非由于涂污的原因，但這與海森堡的初衷并不沖突，即海森堡只想要得出測不準原理的結果，而并非尋找涂污原因的過程?。因此，波普爾此處對海森堡的γ射線顯微鏡思想實驗的狡辯式使用的指責必將再次破產(chǎn)。

四、結語

今天看來，愛因斯坦的EPR佯謬的論證過程無疑是存在問題的，但愛因斯坦的主要問題是他的信念使之然。愛因斯坦的EPR佯謬是建立在對兩個相互分離的系統(tǒng)的分析之上的。他認為，根據(jù)對系統(tǒng)I的量度得出的數(shù)據(jù)，可計算出系統(tǒng)II的狀態(tài)，其前提條件是，由于兩個系統(tǒng)處于分離狀態(tài)，對系統(tǒng)I的量度將不會對系統(tǒng)II產(chǎn)生影響。愛因斯坦的論證是如此自然，因為他堅信兩個系統(tǒng)分離后便不可能存在相互作用。

愛因斯坦的這一信念正是EPR佯謬論證中存在的主要問題。EPR佯謬提出之后，便有人開始致力于探尋兩個相互分離的系統(tǒng)是否可存在關聯(lián)。后來人們發(fā)現(xiàn)，兩個相互分離的系統(tǒng)之間被證實的確存在著一種神秘的關聯(lián)，這一關聯(lián)被稱之為“糾纏”。愛因斯坦的主張是在量子糾纏不可能的基礎之上的，而事實表明量子糾纏態(tài)是存在的。美國科學家惠勒是提出驗證光子糾纏態(tài)實驗的第一人。1948年，他提出，由正負電子對湮滅后所生成的一對光子應該具有兩個不同的偏振方向。一年后，吳健雄和薩科諾夫成功完成了這一實驗，證實了惠勒的預言。第一對互相糾纏的光子正式登上歷史舞臺。2011年，我國科學家潘建偉已成功制備了八光子糾纏態(tài)。當然，愛因斯坦的信念問題是他自己所無法克服的。而且，受當時水平的限制，科學也無法證明糾纏態(tài)的是否存在。除了上述信念的原因之外，愛因斯坦試圖對基本粒子的存在狀態(tài)作出等同于宏觀世界中事物的描述，也是不可取的。因為，自量子力學誕生以來，越來越多的現(xiàn)象表明基本粒子不存在固定的軌道，只能用概率加以描述，而這也是愛因斯坦所不能容忍的。當然，這也屬于愛因斯坦的信念導致的問題。

事實上，玻爾也面臨和愛因斯坦同樣的問題。在當時既有的條件下，他也無法得知量子糾纏態(tài)的存在，也就無法對愛因斯坦的論證作出有針對性的反擊。因此，在玻爾的回應中，他能夠做的只能是說明，在量子力學領域中，我們所遇到的是一種完全超出經(jīng)典物理學之外的個體性，并一再地重申在對粒子進行量度時符合測不準原理的要求范圍，指出EPR論證中對粒子的準確量度是不可能的。但玻爾的回應的確顯得較為被動，從本質上看，他此時的論證與他多年來的一貫主張并無太大差別，雖然論證進路有了變化。

事實上，思想實驗是“原則上應當能夠實現(xiàn)這個實驗，但在技術上可能是極端復雜的”[7](7)，甚至是現(xiàn)實世界中“永遠也無法做到的，因為不可能把所有的外界影響都消除掉”[1](5)，因此，思想實驗的條件大多是理想化的?？梢哉f，“一個思想實驗其實就是一個條件理想化的實驗”[8]，實驗條件的理想化是思想實驗的本質特征。需要說明的是，與物質實驗相比較而言，條件理想化有效地克服了物質條件的限制，使得思想實驗能夠在思維中更加自由地運轉，但與此同時，實驗條件的理想化也導致了思想實驗由于無法驗證，人們不能直接以經(jīng)驗的方式感知，因而無法完全接受。也就是說，從接受的角度看，由于“眼見為實”的經(jīng)驗的影響，物質實驗優(yōu)于思想實驗。不過，這并不是思想實驗是否合法的判據(jù)。思想實驗無法擺脫條件理想化的運用，只要理想化的條件能夠對世界的探索或科學問題的解決有所啟發(fā)，有所幫助的思想實驗都是合法的。

注釋：

① 思想實驗，也有人稱之為想象實驗。主要是相對于物質實驗而言的，二者有相同的要素、程序和特征；不同之處在于物質實驗中的實驗條件必須為現(xiàn)實世界中可以具備的，而思想實驗的條件在現(xiàn)實世界往往無法具備，最起碼是在當前的科學水平無法提供的，所以，思想實驗即為條件理想化的科學實驗。正是由于條件理想化的特征，使得思想實驗在當代科學前沿，特別是在宇宙學和量子力學中，得到廣泛的運用。

② 事實上，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森在EPR佯謬中引入的是兩個系統(tǒng)I和II。1935年，愛因斯坦在他給波普爾的一封信中，為了直觀明白地說明問題，將兩個系統(tǒng)I和II簡化為兩個粒子A和B。此后，大多數(shù)人都習慣使用粒子A和B來描述EPR佯謬。波普爾此處也是如此。

③ 假設我們分別知道粒子A和B的初始狀態(tài)，在某一時間段內(nèi)二者有過短暫的接觸或相互作用，之后處于相互分離狀態(tài)。這是對處于分離狀態(tài)的粒子A和B進行考察的前提和背景。

④ 有些比對可在理論提出之后立即進行；也有些由于受條件限制，須事后方可比對，例如，愛因斯坦的相對論預言光線彎曲現(xiàn)象，幾年后方得到經(jīng)驗驗證；甚至有些比對發(fā)生在理論提出的數(shù)千年后，例如，比薩斜塔實驗與亞里士多德理論的比對；還有些比對不是一次性完成的，例如，幾百年來，人們對達爾文的進化論的驗證一直在進行當中。

⑤ 在論證中，如果結果有誤，而推理過程無誤，那必然是由于前提存在問題。所以，當兩個不可對易的物理量不能同時對應于同一個實在的時候，那必然是測不準原理存在缺陷。

⑥ 愛因斯坦他們再次想強調(diào)的是，由于系統(tǒng)I與系統(tǒng)II處于相互分離狀態(tài)，因此，對系統(tǒng)I的量度不會對系統(tǒng)II產(chǎn)生涂污效應。這可有效避免測不準的規(guī)定。

⑦ 愛因斯坦假設第一個物理量為P，第二個物理量為Q。當然，量P為一個實在的元素，量Q為另一個實在的元素。那么，兩個不同的實在的元素屬于同一實在。這是矛盾的。

⑧ 在對單個系統(tǒng)進行論證時，愛因斯坦他們先證明了當對應于兩個物理量的算符不可對易時，這兩個物理量就不能同時是實在的。而在對兩個系統(tǒng)進行考察時，愛因斯坦他們的論證策略便發(fā)生了變化，此時他們先證明波動函數(shù)所作的關于實在的量子力學的描述是不完備的，進而由此否定兩個不可對易的物理量不可能同時具有實在性。

⑨ 事實上，玻爾認為，這兩個方面的結合表征著經(jīng)典物理學的方法。在此意義上，這兩個方面在量子力學理論中被認為是彼此互補的。

⑩ 此前，玻爾認為粒子的位置和動量不能同時準確得知是原因對系統(tǒng)的量度必然會造成對系統(tǒng)本身的涂污。

? 波普爾此時沒有說明分光鏡是否被剛性地固定在參照框架內(nèi)。如果相連，如何與玻爾論證的第一種情況相區(qū)別？如果不相連，又如何與玻爾論證的第二種情況相區(qū)別？上述兩個問題，波普爾都沒有給出交代。事實上，不管分光鏡是否與參照框架相連，波普爾的替代方案都等價于玻爾論證的兩種情況之一。

? 波普爾特別交代，當思想實驗中的理想情況和特別假設有利于控方，且其為運用此思想實驗的任何控方所不得不接受時，是合法的。

? 當科學爭論發(fā)生時，最為普遍的情況是，爭論雙方均站在己方的立場上設置條件，據(jù)理力爭?；蛟S他們所設置的條件并不能為競爭對手所認同，但依然會堅持己見。想想巴斯德和普歇有關自然發(fā)生說的著名爭論，就會明白波普爾的這一主張是不切合科學史的實際的。

? 明確這一點很重要，因為在對電子動量進行量度的過程中，并未涂污電子的位置，但從量度的結果來看，是同樣得不到電子的準確位置。這是波普爾偷換概念的關鍵之處。

[1] 愛因斯坦, 英費爾德.物理學的進化[M].周肇威譯.長沙:湖南教育出版社, 2010.

[2] Kuhn, Thomas S.A function for thought experiments [C]// The Essential Tension.Chicago: University of Chicago Press, 1977: 240?265.

[3] 卡爾·波普爾.科學發(fā)現(xiàn)的邏輯[M].查汝強, 邱仁宗, 萬木春譯.北京: 中國美術學院出版社, 2008.

[4] 愛因斯坦.愛因斯坦文集[M].許良英, 李寶恒, 趙中立, 等譯.北京: 商務印書館, 2012: 478.

[5] Einstein, Podolsky, Rosen.Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? [J].Physical Review, 1935, 47: 777?780.

[6] Bohr.Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? [J].Physical Review, 1935, 48: 696?702.

[7] W·海森伯.物理學和哲學[M].范岱年譯.北京: 商務印書館, 1981.

[8] 趙煦.思想實驗研究的核心問題述評[J].哲學動態(tài), 2011(6): 76?83.

On the legitimacy of thought experiments: Criticisms on Popper’s viewpoints of sophistry thought experiments

ZHAO Xu
(School of Marxism, Hohai University, Nanjing 210098, China)

T Thought experiments are an effective method and have been applied to multiple arguments by Popper.But he believes when we use thought experiments to defend theory against the prosecutor, we can not cite any ideals or other special assumptions, because it often leads to a sophistry use of thought experiments, which, however, is unacceptable.Citing the dispute about the EPR argumentation between Einstein and Bohr, he makes a severe critique on this kind of thought experiments.There are some serious problems with Popper's viewpoints of sophistry thought experiments.In fact, idealization of the experiment conditions is the essential characteristic of thought experiments, and thought experiments can not get rid of the use of idealized conditions.As long as the setting of idealized conditions is helpful for the solution of scientific problems, they are legitimate.Getting rid of Popper’s viewpoints of sophistry thought experiments, thought experiments will be able to be more effectively applied in scientific frontier.

Popper; thought experiment; sophistry type of thought experiment Outlook; sophistry EPR argumentation; ideals

B0:G30

A

1672-3104(2015)06?0001?07

[編輯: 顏關明]

2015?03?19；

2015?05?24

2012年國家社科基金青年項目“當代科學前沿背景下的思想實驗研究”(12CZX015)；2012年江蘇省社科基金項目“霍金的時空實在論思想研究”(12ZXD015)；2014年江蘇省高校哲學社會科學研究基金“粒子物理標準模型的哲學研究”(2014SJD202)；2014年中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目“思想實驗的本質研究”(2014B19514)

趙煦(1978?)，男，江蘇泗陽人，哲學博士，河海大學馬克思主義學院副教授，主要研究方向：科學哲學，科技與社會