高龍迪

（吉林大學 哲學社會學院，吉林 長春 130012）

胡塞爾先驗現(xiàn)象學視角下的統(tǒng)一場論困境

高龍迪

（吉林大學 哲學社會學院，吉林 長春 130012）

統(tǒng)一場論的當前發(fā)展遭遇多重困境，尤其是其理論和經(jīng)驗多方面的背離。在歷史上，統(tǒng)一場論的早期代表——外爾統(tǒng)一場論的發(fā)展情況和統(tǒng)一場論當下發(fā)展情況存在諸多相似，外爾統(tǒng)一場論在發(fā)展中也曾和當代統(tǒng)一場論（超弦、圈量子理論）一樣遭遇重重危機。但外爾統(tǒng)一場論最后取得了一定的成功，這和它在誕生時受到胡塞爾先驗現(xiàn)象學的影響有直接關系。胡塞爾先驗現(xiàn)象學認為，對本質的把握不需要依靠經(jīng)驗的事實，而是靠“直取”，本質“是在一般方式中純粹作為一種本質單一體被判斷的”，表現(xiàn)在具體科學的公理中顯現(xiàn)為“直接明證性”的判斷。外爾接受并采納了胡塞爾先驗現(xiàn)象學思想，由此確立了基于對稱的規(guī)范不變性思想，并成為外爾統(tǒng)一場論誕生直至成功始終不變的基本原則和理論核心。統(tǒng)一場論在當前發(fā)展的相關研究中，也要嘗試明確類似的原則和理論內核，才能走出困境。

胡塞爾；先驗現(xiàn)象學；統(tǒng)一場論；對稱

一、統(tǒng)一場論的當前發(fā)展及其困境

旨在實現(xiàn)將自然界所有基本力統(tǒng)一和所有基本粒子統(tǒng)一起來的統(tǒng)一場論的研究已有近百年的歷史，在當下的發(fā)展理論中較有希望的代表是超弦理論和圈量子理論。兩個理論的研究者們在各自數(shù)十年的研究中都取得了一定的突破，但在當前的發(fā)展遭遇多重困境，基本表現(xiàn)為發(fā)展中的理論和經(jīng)驗世界出現(xiàn)裂痕，且難以得到基于經(jīng)驗性的驗證實驗的幫助。回顧統(tǒng)一場論的早年發(fā)展歷史，外爾開創(chuàng)的第一個統(tǒng)一場論是唯一得到機會繼續(xù)發(fā)展、獲得成果的，而且其發(fā)展中遭遇的困境與如今的統(tǒng)一場論候選者們面對的情況非常相似。外爾當年從事統(tǒng)一場論的發(fā)展經(jīng)驗就不能不獲得我們的重視。統(tǒng)一場論在當前主要面臨以下兩個困境。

（一）維度難題

超弦理論中的空間的維度高達9維，其中6維高度卷曲，使得我們所見的世界依然是3維。這種隱藏6維的9維空間會有什么不同，尤其是卷曲的6維該如何看待，傳統(tǒng)的空間觀念明顯無法作答；圈量子理論認為空間并不是無限可分的，而是離散的，有最小的組成體積，換言之在微觀中無數(shù)個離散空間組成了日常顯現(xiàn)的空間。兩者的時空觀都與現(xiàn)實世界的差異太大。太過怪異的時空觀使得超統(tǒng)理論、圈量子理論等統(tǒng)一場論的研究者們想要將統(tǒng)一場論與當下物理學熱點問題對接起來的努力變得更加困難。要回答這個問題必須尋求全新的空間思想。

（二）驗證難題

當代統(tǒng)一場論（無論是超弦還是圈量子理論）都圍繞普朗克長度的極微觀層級進行探討，都需要更精密的設備，尤其是超弦理論。驗證超弦理論正確與否所需要的實驗裝置需要極高的能量，保守估計至少要建造和冥王星軌道一樣大的環(huán)形加速器才能滿足要求——而這在現(xiàn)實上是無法建造的。

二、統(tǒng)一場論的早期歷史反思

1918年，外爾（Hermann Weyl）提出第一個版本的統(tǒng)一場論，在其影響下當時的物理學界出現(xiàn)了研究統(tǒng)一場論的熱潮，愛因斯坦、愛丁頓、泡利、海森堡等人都提出了自己的統(tǒng)一場論，但最后都失敗了。在歷史的曲折往復下，只有外爾的統(tǒng)一場論發(fā)展至今，可謂早期統(tǒng)一場論中走出困境的唯一代表。

外爾統(tǒng)一場論是統(tǒng)一場論早期發(fā)展的各種版本中唯一持續(xù)發(fā)展并取得成果的版本，成熟發(fā)展的外爾統(tǒng)一場論轉變?yōu)楝F(xiàn)代規(guī)范場論，后者在現(xiàn)代物理學上具有極其重要的地位，發(fā)展完備的規(guī)范場論可精確表述自然界中的四種基本力中的三種（電磁力、強核力、弱核力），可謂取得了顯著的成功，其發(fā)展的標準模型預言的希格斯玻色子也在2012年被發(fā)現(xiàn)。而外爾統(tǒng)一場論和另外一種基本相互作用力——萬有引力有更深的淵源。1918年，外爾以愛因斯坦的廣義相對論和米（Gustav Mie）的改進電磁場論為基礎，創(chuàng)立了第一個版本的統(tǒng)一場論，提出度量不變性的概念，并于1929年在倫敦、福克的研究基礎上將這個理論完善成形，形成了現(xiàn)代規(guī)范場論的理論核心——規(guī)范不變性思想。外爾還在這一時期為該理論所需的相關數(shù)學理論（如纖維叢理論）做了大量開創(chuàng)性工作。1954年楊振寧將外爾規(guī)范不變性引入微觀領域，現(xiàn)代規(guī)范場論開始蓬勃發(fā)展。

在外爾統(tǒng)一場論發(fā)展到現(xiàn)代規(guī)范場論的歷史中，外爾開創(chuàng)的直觀對稱性思想和局域的規(guī)范不變性思想一直作為理論核心貫穿于整個發(fā)展史中。

超弦理論本身就是一個10維時空的規(guī)范場論；圈量子引力的研究是進行類似外爾當年從廣義相對論轉變?yōu)轭愃埔?guī)范場論的努力。可以說都是外爾當年工作的拓展。

對比當代統(tǒng)一場論和外爾統(tǒng)一場論的建立發(fā)展過程，我們不難發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一場論的這幾個不同版本的發(fā)展模式具有很強的相似性：（1）在初建過程中便遭遇挫折：誕生于1968年的超弦理論的前身——弦論的研究最開始是為了解決微觀粒子的強相互作用問題，但初創(chuàng)不久就因為蓋爾曼創(chuàng)建的量子色動力學而被學術主流晾在一邊。而圈量子理論從20世紀80年代發(fā)展之日起便面臨當時超弦理論的強力競爭而被冷遇。外爾的統(tǒng)一場論初創(chuàng)時期就遭到愛因斯坦在尺規(guī)問題上的直接質疑，當時的物理學界普遍認為這個理論具有簡潔直觀的優(yōu)點，但遠離經(jīng)驗現(xiàn)實，更似一個數(shù)學猜想，而非精確的物理理論。（2）面對初創(chuàng)時期的挫折，統(tǒng)一場論的研究者們選擇了偏重于深遠的數(shù)學理論體系構造以作應對，這個構造過程均非短期一日之功，而是長期性工作。待理論足夠完善之時再轉向與實際物理問題的結合。這種發(fā)展模式是屢遭波折的，無論超弦理論、圈量子理論等當下的統(tǒng)一場論還是外爾的早期統(tǒng)一場論。

20世紀60年代末遭遇冷落的弦論直到幾年后實現(xiàn)對引力的量子化難題有所突破時才再次受到關注。但此時的弦論中作為最基本類型微觀粒子的費米子的數(shù)學模型居然高達26維度（與經(jīng)驗沖突嚴重的高維度難題此后成為弦論及后續(xù)的超弦理論、M理論均揮之不去的陰影）。此后的10多年時間里，弦論的研究者們終于成功引入超對稱機制，將26維度削減為10維，弦論也正式發(fā)展為超弦理論。此后，多個彼此間差異巨大的版本的超弦理論的存在又讓該領域的研究備受質疑，多版本的超弦理論對應的“更高維的幾何遠非唯一的”，帶來了“眾多可能的解”，[1]（P193）直至1995年整合所有版本超弦理論的M理論的提出。但此時高維時空等遠離經(jīng)驗實驗的問題依然困擾超弦理論的研究，直至現(xiàn)在。此時遭遇超弦理論打壓式競爭的圈量子理論在20世紀90年代提出的普朗克長度下離散空間和離散時間的思想也和超弦理論的高維空間面臨著同樣的質疑。

而外爾統(tǒng)一場論在誕生之時遭遇的尺規(guī)問題，直至1926～1927年?？?、倫敦引入虛相位時才得到解決。1954年楊振寧提出楊-米爾斯理論時又直接面臨泡利指出的該理論中存在質量不為0的玻色子的矛盾問題，直至20世紀60年代希格斯引入帶有對稱性自發(fā)破缺機制的希格斯場，才得以化解。

對比上述發(fā)展歷程，我們發(fā)現(xiàn)當代統(tǒng)一場論和外爾統(tǒng)一場論在發(fā)展過程的相似中又有不同，在當代統(tǒng)一場論中，超弦理論數(shù)十年發(fā)展脈絡中都是其主要研究者們努力向經(jīng)驗妥協(xié)，并以此主導超弦理論的構建工作。圈量子理論研究者在21世紀初向基于規(guī)范場論的標準模型的融合工作的努力也同樣是向經(jīng)驗靠攏的努力。

與之相反，外爾統(tǒng)一場論的核心研究者們無論是開創(chuàng)者外爾還是發(fā)展至現(xiàn)代規(guī)范場論的核心研究者楊振寧，面對來自經(jīng)驗的挑戰(zhàn)， 二人都未讓這方面難題的化解主導自己的研究，而是默默堅持規(guī)范不變性和對稱性等直觀性思想進行理論的構造與完善工作。如此反常之舉下，最后完備的規(guī)范場論卻可極為精確地吻合電磁力、強核力、弱核力的實驗數(shù)據(jù)。

外爾作為20世紀最著名的數(shù)學家之一、現(xiàn)代物理學的先行者，同時又是當時寥寥無幾可與哲學前沿領域現(xiàn)象學互動的通才，[2]他在數(shù)學和物理學領域的研究深受到其哲學觀點的影響。[3]（P212）他在自己的著作中直言不諱——在創(chuàng)建和發(fā)展統(tǒng)一場論的極為關鍵的1910～1918年之間因太太的影響受到胡塞爾哲學的吸引，“我與一位學哲學的女生結了婚，她是當時在哥廷根任教的現(xiàn)象學奠基人胡塞爾的學生。隨之，胡塞爾使我從實證主義中擺脫出來，而走向一個比較自由的世界觀?！盵4]（P17）在1918年出版的數(shù)學基礎研究著作《連續(xù)統(tǒng)》中，外爾提請人們在相關認識論問題上參閱胡塞爾的《邏輯研究》和《純粹現(xiàn)象學通論》（第一卷），他認為該問題的思考，就是一項對直接（直觀）所予和形式（數(shù)學）概念之間的關系的批判性的認識論考察。[5]（P2）

外爾認為胡塞爾現(xiàn)象學直接明晰前進的方向，是一種默認“存在非經(jīng)驗的法則”[6]（P168）的先驗判斷，外爾對自己統(tǒng)一場論的研究就是在先驗性直觀的判斷指導，無須經(jīng)驗的法則指導下，自然不必在意外界的干擾，由此，外爾從未擱置和放棄自己在這方面的研究，反而立足長遠，為自己的統(tǒng)一場論的研究做超前瞻性的鋪墊工作。我們不得不感興趣這之中胡塞爾的先驗哲學對外爾的這種態(tài)度和精神產(chǎn)生了什么樣的影響，更值得關注的是外爾統(tǒng)一場論的核心思想與胡塞爾哲學的淵源。

三、胡塞爾先驗現(xiàn)象學對外爾統(tǒng)一場論的啟發(fā)

胡塞爾認為，每一門經(jīng)驗科學都不能從它試圖去說明的現(xiàn)象中獲得基本的概念、洞見和原則，以解釋它所考察的現(xiàn)象。各門科學在它開始解釋它所研究的現(xiàn)象的時候，一定已經(jīng)具有了其“理論”。一位科學家不能只是從某一“哲學的立場”借來這樣的基本概念、洞見和原則。每一門科學必須建立起自己的這些“基礎”，并且它既不是在經(jīng)驗的方法也不是在先驗的（等于哲學的）的方法的幫助下去這樣做，它必須在“描述的方法”（即現(xiàn)象學的方法的）幫助下去建立這些基礎。因此，普遍的理性形而上學應該成為“嚴格的科學”，即關于本質的科學，這種本質的科學能夠為經(jīng)驗科學奠定堅固的基礎。純粹先驗現(xiàn)象學對本質的把握不需要依靠經(jīng)驗的事實，而是靠“直取”，這時候本質“是在一般方式中純粹作為一種本質單一體被判斷的”?！叭魏挝镔|的東西都具有本質類，其中最高的本質類即‘一般本質物’這個普遍類，它具有一般時間規(guī)定、一般時延、一般形象、一般物質性。屬于該個體的每種東西，其他個體也可能有；而且在上述各例中指出的那種最高的本質普遍性，界定著諸個體的‘區(qū)域’或‘范疇’?！盵7]（P59）在胡塞爾看來，純粹幾何學與純粹現(xiàn)象學在本質上是相同的，在純粹幾何學中，我們判斷的是一般的圖形，如一般的三角形，而非三角形的本質。[7]（PP204）公理性的判斷所需要的是一種“本質的直觀”，這種“本質的直觀”絕非建立在對它們的經(jīng)驗之上，而是建立在對“本質個別單一體”的一種察看之上。那被本質直觀所看的“本質個別單一體”不是作為事實存在物被把握的，而是自己“顯現(xiàn)著”。

從上文胡塞爾的思想，我們不難看出，一種滿足上文要求的“先驗的”“描述的”“直觀的”且具有幾何學特性的，同時觸及本質的思想，將具有胡塞爾所說的為經(jīng)驗科學奠定基礎的作用。外爾從電磁場理論和廣義相對論中，尋找到了一種“本質的直觀”——對稱，并進一步發(fā)展為規(guī)范對稱性（規(guī)范不變性）。在外爾發(fā)布統(tǒng)一場論的同一年，德國女數(shù)學家諾特提出諾特定理——連續(xù)對稱性和物理學的守恒性實現(xiàn)了一一對應，將對稱性思想集大成，由此可知各種抽象的物理學深層次的守恒定律等價于各種層面的“先驗的和純粹的、描述的科學”。

四、胡塞爾先驗現(xiàn)象學思想下統(tǒng)一場論的當前困境評析

外爾以對稱思想和規(guī)范不變性為原則，規(guī)定和約束了包括外爾在內的進行外爾統(tǒng)一場論的理論構造的每一位研究者。我們從歷史看到，經(jīng)驗方面的危機終未阻止外爾統(tǒng)一場論的最終成功，可以說外爾統(tǒng)一場論研究者們的先驗性“直取”實現(xiàn)了對經(jīng)驗的超越。效法此成功之路，將胡塞爾先驗直觀思想的啟發(fā)應用于超弦理論、圈量子理論等當代統(tǒng)一場論研究的實踐中，是解決超弦困境的唯一之路。由此我們不難看出：當代統(tǒng)一場論的研究者們在理論構造中對簡約、直觀的追求并沒有錯，因為這本身是繼承外爾統(tǒng)一場論，繼續(xù)對“本質的直觀”的追求。當代統(tǒng)一場論遭遇的各種難題的核心在于如何在理論研究和構造中堅持和更合理地把握這種簡約、直觀。這種背景下，當代統(tǒng)一場論的研究需要從宏觀上把握發(fā)展方向，合理應對開篇中所述的諸種困境。

（一）當代統(tǒng)一場論的實驗證實難題以及人擇宇宙難題這兩個經(jīng)驗性難題當下可以回避，也必須回避

這是當代所有前沿物理學理論（無論超弦理論還是圈引力理論等）和以后的物理學理論不得不經(jīng)常面對的問題。經(jīng)驗性實驗所需要的設備越來越昂貴且建設周期漫長，如世界上最大的粒子物理研究中心歐洲核子研究中心（CERN）有20國加盟，除了歐盟內經(jīng)濟強國還得到美國、日本這樣的經(jīng)濟強國支持才能保持正常運營。這直接意味著現(xiàn)在和以后的理論物理前沿研究者不得不在缺乏第一手精確實驗數(shù)據(jù)的情況下工作，以后的深層次物理學研究不得不適應減少對經(jīng)驗的依賴。

另外一方面，外爾統(tǒng)一場論的成功表明物理理論的構造性工作完全可以在缺乏經(jīng)驗性支持（如實驗數(shù)據(jù)）的情況下長期獨立堅持。20世紀中葉以后的微觀物理學，如果沒有外爾統(tǒng)一場論的存在，沿襲傳統(tǒng)從實驗數(shù)據(jù)中緩慢調整的經(jīng)驗摸索發(fā)展方式，其前景之黯淡，也是可以想象的。實際上，早在20世紀初誕生的廣義相對論，如果采用傳統(tǒng)物理研究的不斷實驗驗證、不斷修正數(shù)據(jù)的方式發(fā)展成形，將注定是失敗的，因為引力極其微弱，相關實驗工作舉步維艱。愛因斯坦在廣義相對論的理論構造中也采用了先獨立構建理論（作為廣義相對論理論基礎的廣義協(xié)變，具有樸素的對稱性思想），而后對已成熟的理論的推論進行判定實驗的間接驗證方式進行驗證。（無論是早期的愛丁頓測定光線偏轉實驗還是后期的引力透鏡實驗均是如此）。此方式取得了巨大成功，以至于讓人們忽視了這種難度。

（二）思想性層面的難題需要明確，且直接解決

因為當代統(tǒng)一場論需要類似外爾統(tǒng)一場論中對稱思想和規(guī)范不變性那樣的“本質的直觀”準則。當代統(tǒng)一場論在此方面的困境需要結合胡塞爾的先驗現(xiàn)象學，逐個擊破。我們不難看出，從胡塞爾先驗現(xiàn)象學中“本質的直觀”這個角度出發(fā)，在超弦理論和圈量子理論均有涉及的超對稱思想的深層含義的探索和空間本質的探索，肯定會有新的突破；從胡塞爾思想中“直取”與“直觀”的雙重機制下思考，理論構造實踐中發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的裂痕不難解決，這樣超對稱被質疑“人工性”太強的難題也不難獲得突破。這些都是超弦理論和圈量子理論等當代統(tǒng)一場論未來發(fā)展中極具價值的戰(zhàn)略突破口，但相關的研究將是一個長期性的涉及多學科的工作。外爾統(tǒng)一場論的奠基者外爾在數(shù)學、物理和哲學的研修都足夠精深且一生站在緊緊聯(lián)系這3門學科的時代最前沿。而當下專業(yè)的數(shù)學研究者、物理學研究者和哲學研究者之間的互動實際上很少。這個局面必須改變，外爾當年所做的哲學—物理學—數(shù)學三門學科最專業(yè)最前沿的角度的整體化思考，而今的研究者們也必須努力恢復。在當下的背景下，這對科學哲學的研究者們是個巨大的機遇，也是嚴重的挑戰(zhàn)。

[1]L.斯莫林.物理學的困惑[M].李泳，譯.長沙：湖南科學技術出版社，2008.

[2]郁里克. 20世紀最后的通才——赫爾曼·外爾[J]. 大科技（科學之謎），2009，（1）.

[3] Timothy Gowers.普林斯頓數(shù)學指南（第3卷）[M].齊民友，譯.北京：科學出版社，2014 .

[4]郝劉祥.外爾的哲學思想與其數(shù)學物理研究之間的關系[J].科學文化評論，2006，3（05）.

[5]Hermann Weyl.The Continuum：A Critical Examination of the Foundation of Analysis[M].New York:Dover Publications,INC.,1994.

[6]赫爾曼·外爾.數(shù)學與自然科學之哲學[M].齊民友，譯.上海：世紀出版集團，2005.

[7]胡塞爾.純粹現(xiàn)象學通論[M].李幼蒸，譯.北京：商務印書館，2012.

〔責任編輯：李 官〕

The Plight of the Unified Field Theory from the Perspective of the Husserl’s Transcendental Phenomenology

Gao Longdi

（School of Philosophy and Society Jilin University，Changchun，130012，Jilin，China）

The current development approach of the unified field theory suffered multiple difficulties, especially the deviation between its theoretical and empirical aspects. As a matter of fact, the early?exponent?of the unified field theory-the Weyl unified field theory suffered the similar development difficulties. The Weyl unified field theory and the contemporary unified field theory （superstring, circle quantum theory） all had encountered the same crises during the development. However, the Weyl unified field theory finally achieved some success，because it was directly influenced by the Husserl’s transcendental phenomenology at the time of birth. The Husserl’s transcendental phenomenology believed that the essence was grasped by “straight”, not relied on the experience of the facts. At this time, the essence was “judged purely as an essential single in general”, appearing as the judgment with “straight clear proof” in the axioms of concrete science. Weyl accepted and adopted the thought of the Husserl’s transcendental phenomenology, thus he established the gauge invariance theory based on the principle of symmetry ,and it became the basically unchanged principle and core theory of the Weyl unified field theory since the beginning. The relevant research of the unified field theory in current development should also try to clear the similar principles and core theories, so it could go out of the dilemma.

Transcendental phenomenology; Unified field theory; Symmetry

國家社科基金（13BZX025）

高龍迪，男，吉林大學哲學社會學院2011級博士研究生，主要從事現(xiàn)象學與科學哲學研究。

B516.52

A

1006-723X（2015）12-0013-04