量子力学表象的概念
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量子力学表象的概念范文第1篇
关键词：量子力学；教学改革；物理思想
作者简介：王永强（1980-），男，山西河曲人，郑州轻工业学院技术物理系，讲师。（河南?郑州?450002）
基金项目：本文系郑州轻工业学院第九批教学改革项目“《量子力学》课程体系与教学内容的综合改革和实践”资助的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）20-0070-02
“量子力学”是20世纪物理学对科学研究和人类文明进步的两大标志性贡献之一，已经成为物理学专业及部分工科专业最重要的基础课程之一，是学习“固体物理”、“材料科学”、“材料物理与化学”和“激光原理”等课程的重要基础。通过这门课程的学习，学生能熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论，具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。同时，这门课程对培养学生的探索精神和创新意识及科学素养亦具有十分重要的意义。然而，“量子力学”本身是一门非常抽象的课程，众多学生谈“量子”色变，教学效果可想而知。如何激发学生学习本课程的热情，充分调动学生的积极性和主动性，提高量子力学的教学水平和教学质量，已经成为摆在教师面前的重要课题。近年来，笔者在借鉴前人经验的基础上，结合郑州轻工业学院（以下简称“我校”）教学实际，在“量子力学”的教学内容和教学方法方面做了一些有益的改革尝试，取得了较好的效果。
一、“量子力学”教学内容的改革
量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相去甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。因此，在“量子力学”教学中，一方面需要学生摒弃在经典物理学习中形成的固有观念和认识，另一方面在学习某些基本概念和基本理论时又要求学生建立起与经典物理之间的联系以形成较为直观的物理图像，这种思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。针对以上教学中发现的问题，笔者对“量子力学”课程的教学内容作了一些有益的调整。
1.理清脉络，强化知识背景
从经典物理所面临的困难出发，到半经典半量子理论的形成，最终到量子理论的建立，对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析，特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的，还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解，有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对这些基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如：对于玻尔理论，由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释，学生往往会觉得不可思议，难以理解。为此，在讲解这部分内容时，很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景，告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念，且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握，之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题，玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时，还可以通过定态波函数的概率分布图，向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的，只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述，学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用，而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。
2.重在物理思想，压缩数学推导
在物理学研究中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维线性谐振子问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。这样，学生就不会感到枯燥无味，而能始终保持较高的学习热情。
二、教学方法改革
传统的“填鸭式”教学法把课堂变成了教师的“一言堂”，使得学生在教学活动中始终处于被动接受地位，极大地压制了学生学习的主观能动性，十分不利于知识的获取以及对学生创新能力及科学思维的培养。而且，“量子力学”这门课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。长期以往，学习积极性必然受挫，学习效果自然大打折扣。为了提高学生学习兴趣，激发其学习的积极性，培养其科学探索精神及创新能力，笔者在教学方法上进行了一些有益的探索。
1.发挥学生主体作用
除却必要的教学内容讲解外，每节课都留出一定的师生互动时间。教师通过创设问题情景，引导学生进行研究讨论，或者针对已讲授内容，使学生对已学内容进行复习、总结、辨析，以加深理解；或者针对未讲授内容，激发学生学习新知识的兴趣（比如，在讲授完一维无限深方势阱和一维线性谐振子这两个典型的束缚态问题后就可引导学生思考“非束缚态下微观粒子又将表现出什么样的行为”），[1]这样学生就会积极地预习下节内容；或者选择一些有代表性的习题，让学生提出不同的解决办法，培养学生的创新能力。对于在课堂上不能解决的问题，积极鼓励学生利用图书馆及网络资源等寻求解决，培养学生的科学探索精神。此外，还可使学生自由组合，挑选他们感兴趣的与课程有关的题目进行讨论、调研并完成小组论文，这一方面激发学生的自主学习积极性，另一方面使其接受初步的科研训练，一举两得。
2.注重构建物理图像
在实际教学中着重注意物理图像的构建，使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。例如：借助电子束衍射实验，通过三个不同的实验过程（强电子束、弱电子束及弱电子束长时间曝光），即可为实物粒子的波粒二象性构建出一幅清晰的物理图像；借助电子束衍射实验图像，再以光波类比电子波，即可凝练出波函数的统计解释；[2]借助电子双缝衍射实验图像，可使学生更易接受和理解态叠加原理；借助解析几何中的坐标系，可很好地为学生建立起表象的物理图像。尽管这其中光波和电子波、坐标系和表象这些概念之间有本质上的区别，但借助这些学生已经熟知和深刻理解的概念，可使学生非常容易地接受和理解量子力学中难以言明的概念和理论，同时，也可使学生掌握这种物理图像的构建能力，对培养学生的创新思维具有非常积极地作用。
三、教学手段和考核方式改革
1.课程教学采用多种先进的教学方式
如安排小组讨论课，对难于理解的概念和规律进行讨论。先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正。例如，在讲到微观粒子的波函数时，有的学生认为是全部粒子组成波函数，有的学生认为是经典物理学的波。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，从而进一步激发了学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。另外课程作业布置小论文，邀请国内外专家开展系列量子力学讲座等都是不错的方式。
2.坚持研究型教学方式[3]
把课程教学和科研相结合，在教学过程中针对教学内容，吸取科研中的研究成果，通过结合最新的科研动态，向学生讲授在相关领域的应用以培养学生学习兴趣。在量子力学诞生后，作为现代物理学的两大支柱之一的现代物理学的每一个分支及相关的边缘学科都离不开量子力学这个基础，量子理论与其他学科的交叉越来越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理到中子星、黑洞各个层次的研究以量子力学为基础；量子力学在通信和纳米技术中的应用；量子理论在生物学中的应用；量子力学与正在研究的量子计算机的关系等，在教学中适当地穿插这些知识，扩大学生的知识面，消除学生对量子力学的片面认识，提高学生学习兴趣和主动性。
3.利用量子力学课程将人文教育与专业教学相结合
量子力学从诞生到发展的物理学史所包含的创新思维是迄今为止哪一门学科都难以比拟的。在19世纪末至20世纪初，经典物理学晴空万里，然而黑体辐射、光电效应、原子光谱等物理现象的实验结果严重冲击经典物理学理论，让经典物理学陷入危机四伏的境地。1900年，德国物理学家普朗克创造性地引入了能量子的概念，成功地解释了黑体辐射现象，量子概念诞生。1905年，爱因斯坦进一步完善了量子化观念，指出能量不仅在吸收和辐射时是不连续的（普朗克假设），而且在物质相互作用中也是不连续的。1913年，玻尔将量子化概念引入到原子中，成功解释了有近30年历史的巴尔末经验光谱公式。泡利突破玻尔半经典、半量子论的局限，给予了令玻尔理论不安的反常塞曼效应以合理解释。1924年，德布罗意突破普朗克能量子观念提出微观粒子具有波粒二象性，开始与经典理论分庭抗礼。[4]和学生一起重温量子力学史的发展之路，在教学过程中展现量子力学数学形式之美，使学生在科学海洋中得到美的享受，从精神上熏陶他们的创新精神。
4.考试方式改革
在本课程的教学中采用了教考分离，通过小考题的形式复习章节内容，根据学生的实际水平适当辅导答疑，注重学生对量子力学基础知识理解的考核。对于评价系统的建立，其中平时成绩（包括作业、讨论、综合表现等）占30％，期末考试占70％。从实施的效果来看，督促了学生的学习，收到了较好的效果，受到学生的欢迎。
四、结论
通过近年来的改革尝试，我校的“量子力学”教学水平稳步提高，加速了专业建设。2009年，我校“量子力学”被评为校级精品课程，教学改革成果初现。然而，关于这门课程的教学仍存在不少问题，如教学手段单一、与生产实践结合不够紧密等等，这些都需要教师在今后教学中进一步改进。
参考文献：
[1]周世勋.量子力学教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]吕增建.从量子力学的建立看类比思维的创新作用[J].力学与实践,
2009,(4).
量子力学表象的概念范文第2篇
在建立科学理论体系的过程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至为复杂的实验、归纳和演绎工作为基础。而且人们一般相信科学知识就是在这个基础上产生和累积起来的。但只要这种认识活动过程是为一个协调一致的目标所固有，只要它真正属于科学研究自我累进的进程，则不论其如何复杂，仍只是过程性的，而不从根本上规定科学的性质、程序，乃至结论。这就使我们在考察复杂的科学认识活动时，可以抽取出高于具体手段的，基本上只属于人类心智与外在世界相联络的东西，即科学语言，来作为认识的中介物。
要说明科学语言何以能成为这样的中介，需要先对科学的认识结构加以分析。
作为一种形式化理论的近现代科学，其目的是力图摹写客观实在。这种摹写的认识论前提是一个外在的、自为的客体和作为其思维对立面的内在的主体间的双重存在。这一认识论前提在科学认识方面衍生出一个更实用的前提，就是把客体看作是一种自在的“像”或者“结构”（包括动态结构，比如动力学所概括的各种关系和过程）。
这一自在的实在具有由它的“自明性”所保证的严格规范性。这种自明性只在涉及存在与意识的根本关系时才可能引起怀疑。而科学是以承认这种自明性为前提的。因此科学实际就是关于具有自明性的实在的思维重构。它必须限于处理自在的实在，因为科学的严格规范性（主要表现为逻辑性）是由实在的自明性所保证的，任何超越实在的描述都会破坏这种描述的前提。这一点对稍后关于量子力学的讨论非常重要。
上述分析表明，科学的严格规范性并非如有唯理论倾向的观点所认为的那样，是来自思维，也并非如经验论观点所认为的来自具体手段对经验表象的操作，也并不象当代某些科学哲学家所认为的纯粹出于主体间的共同约定。科学的最高规范是存在在客观实在中的，是来自客体的自明性。一切具体手段只是以这种规范为目标而去企及它。
在科学认识活动中，不论是一个思维过程还是一个实验过程，如果其中缺失了语言过程，那就什么意义都不会有。科学语言与人类思维形态固然有很大的关系，但是它们可能在一个很高的层次上有着共同的根源。就认识的高度而言，思维形态作为人类的一种意识现象，对它进行本质的追究，至少目前还不能完全放在客观实在的背景上。因此，在科学认识的层次上，思维形态完全可以被视为相对独立的东西。而科学语言则是明确地被置于实在自身这一背景之中的。这就使我们实际上可以把科学语言看作一种知识，它与系统的科学知识具有完全相同的确切性，即它首先是与实在自身相谐合，然后才以这种特殊性成为思维与对象之间的中介。这才能保证，既使科学语言所述说的科学是关于实在的确切图景，又使思维活动具备与实在相联络的手段。
科学语言作为一种知识所具备的上述特殊性，使它成为客观实在图景构成的基本要素，或科学知识的“基元”。思维形态不能独立地形成知识，但思维形态却提供某种方式，使科学语言所包含的知识基元获得某种特定的加成和组合，从而构成一种系统化的理论。这就是语言在认识中的中介作用。由于任何事物都必须“观念地”存乎人的意识中，才能为人的心智所把握，所以，在这个意义上，一个认识过程就是一个运用语言的过程。
二、数学语言
数学语言常常几乎就是科学语言的同义词。但实际上，科学语言所指的范围远比数学语言的范围大，否则就不会出现量子力学公式的解释问题。在自然科学发生以前，数学所起的作用也还不是后世的那种对科学的叙录。只是由于精密推理的要求所导致的语言理想化，才推进了数学的应用。但归根究底，数学与前面说的那种合乎客观实在的知识基元是不同的。将数学用作科学的语言，必须满足一个条件，即数学结构应当与实在的结构相关，但这一点并不是显然成立的。
爱因斯坦曾分析过数学的公理学本质。他说，对一条几何学公理而言，古老的解释是，它是自明的，是某一先验知识的表述，而近代的解释是，公理是思想的自由创造，它无须与经验知识或直觉有关，而只对逻辑上的公理有效性负责。爱因斯坦因此指出，现代公理学意义上的数学，不能对实在客体作出任何断言。如果把欧几里德几何作现代公理学意义上的理解，那么，要使几何学对客体的行为作出断言，就必须加上这样一个命题：固体之间的可能的排列关系，就象三维欧几里德几何里的形体的关系一样。〔1〕只有这样， 欧几里德几何学才成为对刚体行为的一种描述。
爱因斯坦的这种看法与上文对科学语言的分析是基本上相通的。它可以说明，数学为什么会一贯作为科学的抽象和叙录工具，或者它为什么看上去似乎具有作为科学语言的“先天”合理性。
首先，作为科学的推理和记载工具的数学，实际上是从思维对实在的一些很基本的把握之上增长起来的。欧几里得几何学中的“点”、“直线”这样一些概念本身就是我们以某种方式看世界的知识。之所以能用这些概念和它们之间的关系去描绘实在，是因为这些“基元”已经包含了关于实在的信息（如刚体的实际行为）。
其次，数学体系的那种严密性其实主要是与人类思维的属性有关，尽管思维的严密性并不是一开始就注入了数学之中。如前所述，思维的严密性是由实在的自明性来决定的，是习得的。这就是说，数学之所以与实在的结构相关，只是因为数学的基础确切地说来自这种结构；而数学体系的自洽性是思维的翻版，因而是与实在的自明性同源的。
由此可见，数学与自然科学的不同仅表现在对于它们的结果的可靠性（或真实性）的验证上。也就是说，科学和数学同样作为思维与实在相互介定的产物，都有可能成为对实在结构的某种描述或“伪述”，并且都具有由实在的自明性所规定的严密性。但数学基本上只为逻辑自治负责，而科学却仅仅为描述的真实性负责。
事实正是如此。数学自身并不代表真实的世界。它要成为物理学的叙录，就必须为物理学关于实在结构的真实信息所重组。而用于重组实在图景的每一个单元，实际上是与物理学的基本知识相一致的。如果在几何光学中，欧几里德几何学不被“光线”及其传播行为有关的概念重组，它就只是一个纯粹的形式体系，而对光线的行为“不能作出断言”。非欧几何在现代物理学中的应用也同样说明了这一点。
三、物理学语言
虽然物理学是严格数学化的典范，但物理学语言的历史却比数学应用于物理学的历史要久远得多。
在认识的逻辑起点上，仅当认识论关系上一个外在的、恒常的（相对于主体的运动变化而言）对象被提炼和廓清时，才能保证一种仅仅与对象自身的内在规定性有关的语言描述系统成为可能。对此，人类凭着最初的直觉而有了“外部世界”、“空间”、“时间”、“质料”、“运动”等观念。显然，这些观念并非来自逻辑的推导或数学计算，它是人类世代传承的关于世界的知识的基元。
然后，需要对客观实在进行某种方式的剥离，才能使之通过语言进入我们的观念。一个客观实在，比如说，一个电子，当我们说“它”的时候，既指出了它作为离散的一个点（即它本身），又指出了它身处时空中的那个属性。而后一点很重要，因为我们正是在广延中才把握了它的存在，即从“它”与“其它”的关系中“找”出它来。
当我们按照古希腊人（比如亚里士多德）的方式问“它为什么是它”时，我们正在试图剥离“它”之所以为“它”的属性。但这个属性因其离散的本质，在时空中必为一个“奇点”，因而不能得到更多的东西。这说明，我们的语言与时空的广延性合若符节，而对离散性，即时空中的奇点，则无法说什么。如果我们按照伽利略的方式问“它是怎样的”时，我们正是在描绘它与广延有关的性质，即它与其它的关系。这在时空中呈现为一种结构和过程。对此我们有足够的手段（和语言）进行摹写。因为我们的语言，大多来自对时空中事物的经验。我们运用语言的主要方式，即逻辑思维，也就是时空经验的抽象和提升。
可见，近现代物理学语言是一种关于客观实在的时空形式及过程的语言，是一种广延性语言。几何学之所以在科学史上扮演着至为重要的角色，首先不在于它的严格的形式化，而在于它是关于实在的时空形式及过程的一个有效而简洁的概括，在于与物理学在面对实在时有着共同的切入点。
上述讨论表明了近现代物理学语言格式包含着它的基本用法和一个根深蒂固的传统，这是由客观实在和复杂的历史因素所规定的。至为关键的是，它必须而且只是关于实在的时空形式及过程的描述。可以想象，离开了这种用法和传统，“另外的描述”是不可能在这种语言中获得意义的。而这正是量子力学碰到的问题。
四、量子力学的语言问题
上文说明，在描摹实在时，人类本是缺乏固有的丰富语言的。西方自古希腊以来，由于主、客体间的某种相互介定而实现了有关实在的时空形式和过程的观念及相应的逻辑思维方式。任何一种特定的语言，随着时代的变迁和认识的深入，某些概念的含义会发生变化，并且还会产生新的语言基元。有时，这样的变化和增长是革命性的。但不可忽视的是，任何有革命性的新观念首先必须在与传统语言的关系中获得意义，才能成为“革命性的”。在自然科学中，一种新理论不论提出多么“新”的描述，它都必须仍然是关于时空形式及过程的，才能在整体的科学语言中获得意义。例如，相对论放弃了绝对时空、进而放弃了粒子的观念，但代之而起的那种连续区概念仍然是时空实在性的描述并与三维空间中的经验有着直接联系。
量子力学的情况则不同。微观粒子从一个态跃迁到另一个态的中间过程没有时空形式；客体的时空形式（波或粒子）取决于实验安排；在不观测的情况下，其时空形式是空缺的；并且，观测所得的客体的时空形式并不表示客体在观测之前的状态。这意味着，要么微观实在并不总是具有独立存在的时空形式，要么是人类无法从认识的角度构成关于实在的时空形式的描述。这两种选择都将超出现有的物理学语言本身，而使经典物理学语言在用于解释公式和实验结果时受到限制。
量子力学的这个语言问题是众所周知的。波尔试图通过互补原理和并协原理把这种限制本身上升为新观念的基础。他多次强调，即使古典物理学的语言是不精确的、有局限性的，我们仍然不得不使用这种语言，因为我们没有别的语言。对科学理论的理解，意味着在客观地有规律地发生的事情上，取得一致看法。而观测和交流的全过程，是要用古典物理学来表达的。〔2〕
量子力学的反对者爱因斯坦同样清楚这里的语言问题。他把玻尔等人尽力把量子力学与实验语言沟通起来所作的种种附加解释称之为“绥靖哲学”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文学”〔4〕， 这实际上指明了互补原理等观念是在与时空经验相关的科学语言之外的。爱因斯坦拒绝承认量子力学是关于实在的完备描述，所以并不以为这些附加解释会在将来成为科学语言的新的有机内容。
薛定谔和玻姆等人从另一个角度作出的考虑，反映了他们以为玻尔、海森堡、泡利和玻恩等人的观点回避了经典语言与实在之间的深刻矛盾，而囿于语言限制并为之作种种辩解。薛定谔说：“我只希望了解在原子内部发生了什么事情。我确实不介意您（指玻尔）选用什么语言去描述它。”〔5〕薛定谔认为，为了赋予波函数一种实在的解释， 一种全新的语言是可以考虑的。他建议将N 个粒子组成的体系的波函数解释为3N维空间中的波群，而所谓“粒子”则是干涉波的共振现象，从而彻底抛弃“粒子”的概念，使量子力学方程描述的对象具有连续的、确定的时空状态。
固然，几率波的解释使得理论的数学结构不能对应于实在的时空结构，如果让几率成为实验观察中首要的东西，就会让客观实在在描述中成了一种“隐喻”。然而薛定谔的解释由于与三维空间中的经验没有明显的联系，也成了另一种隐喻，仍然无法作为一种科学语言而获得充分的意义。
玻姆的隐序观念与薛定谔的解释在语言问题上是相似的。他所说的“机械序”〔6 〕其实就是以笛卡尔坐标为代表的关于广延性空间的描述。这种描述由于经典物理学的某些限定而表现出明显的局限性。玻姆认为量子力学并未对这种序作出真正的挑战，在一定程度上指出了量子力学的保守性。他企图建立一种“隐序物理学”，将量子解释为多维实在的投影。他以全息摄影和其它一些思想实验为比喻，试图将客观实在的物质形态、时空属性和运动形式作全新的构造。但由于其基础的薄弱，仍然只是导致了另一种脱离经验的描述，也就是一种形而上学。
这里所说的“基础”指的是，一种全新的语言涉及主客体间完全不同的相互介定。它涉及对客体的完全不同的剥离方式，也就是说，现行科学语言及其相关思维方式的整个基础都将改变。然而，现实地说，这不是某一具有特定对象和方法的学科所能为的。
可见，试图通过一种全新的语言来解决量子力学的语言问题是行不通的。这个问题比通常所能想象的要无可奈何得多。
五、量子力学何种程度上是“革命性”的
量子力学固然在解决微观客体的问题方面，是迄今最成功的理论，然而这种应用上的重要性使人们有时相信，它在观念上的革命也是成功的。其实，上述语言与实在图景的冲突并未解决。量子力学的种种解释无法在科学语言的基础上必然过渡到那种非因果、非决定论观念所暗示的宇宙图景。这就使我们有必要对量子力学“革命性”的程度作审慎的认识。
正统的量子力学学者们都意识到应该通过发展思维的丰富性来解决面临的困难。他们作出的重要努力的一个方面是提出了很多与经典物理学不同的新观念，并希望这些新观念能逐渐溶入人类的思想和语言。其中玻恩用大量的论述建议几率的观念应该取代严格因果律的概念。〔7〕测不准原理以及其中的广义坐标、广义动量都是为粒子而设想的，却又不能描述粒子在时空中的行为，薛定谔认为应该放弃受限制的旧概念，而玻尔却认为不能放弃，可以用互补原理来解决。玻尔还希望，波函数这样的“新的不变量”将逐渐被人的直觉所把握，从而进入一般知识的范围。〔8〕这相当于说，希望产生新的语言基元。
另一方面，海森堡等人提出，问题应该通过放弃“时空的客观过程”这种思想来解决。〔9〕这又引起了量子力学的客观性问题。
这些努力在很大程度上是具有保守性的。
我们试把量子力学与相对论作比较。相对论的革命性主要表现在，通过对时间和空间的相对性的分析，建立起时间、空间和运动的协变关系，从而推翻了绝对时空、绝对同时性等旧观念，并代之以新的时空观。重要的是，在这里，绝对时空和绝对同时性是从理论上作为逻辑必然而排除掉的。四维时空不变量对三维空间和一维时间的性质依赖于观察者的情形作了简洁的概括，既不引起客观性危机，又与人类的时空经验有着直接关联。相对论排除了物理学内部由于历史和偶然因素形成的一些含混概念，并给出了更加准确明晰的时空图景。它因此而在科学语言的范围内进入了一般知识。
量子力学的情况则不同。它的保守性主要表现在：
第一，严格因果律并不是从理论的内部结构中逻辑地排除的。只是为了保护几率波解释，才不得不放弃严格因果律，这只是一种人为地避免逻辑矛盾的处理。
第二，不完全连续性、非完全决定论等观念并没有构成与人类的时空经验相关联的自洽的实在图景。互补原理和并协原理并没有从理论内部挽救出独立存在于时空的客体的概念，又没有证明这种概念是不必要的（如相对论之于“以太”那样）。因此，量子力学的有关哲学解释看似抛弃旧观念，建立新观念，实际上，却由于这些从理论结构上说是附加的解释超出了关于实在的描述，因而破坏了以实在的自明性为保证的描述的前提。所以它实际上对观念的丰富和发展所作的贡献是有限的。
第三，量子力学内在地不能过渡到关于个别客体的时空形式及过程的模型，使得它的反对者指责说这意味着位置和动量这样的两个性质不能同时是实在的。而为了保护客观性，它的支持者说，粒子图像和波动图象并不表示客体的变化，而是表示关于对象的统计知识的变化。〔10〕这在关于实在的时空形式及过程的科学语言中，多少有不可知论的味道。
第四，人们必须习惯地设想一种新的“实在”观念以便把充满矛盾的经验现象统一起来。在对客体的时空形式作抽象时，这种方法是有效的。而由于波函数对应的不是个别客体的行为，所以大多新的“实在”几乎都是形而上学的构想。薛定谔和玻姆的多维实在、玻姆在阐释哥本哈根学派观点时提出的那种包含了无限潜在可能性的“第三客体”〔11〕，都属于这种构想。玻恩也曾表示，量子力学描述的是同一实在的排斥而又互补的多个影像。〔12〕这有点象是在物理学语言中谈论“混元”或“太极”一样，很难说对观念有积极的建设。
本文从科学语言的角度，对量子力学尤其是它的哲学基础的保守性作出一些分析，这并不是在相对论和量子力学之间作价值上的优劣判断。也许量子力学的真正价值恰恰在于它所碰到的困难是根本性的。
海森堡等人与新康德主义哲学家G·赫尔曼进行讨论时， 赫尔曼提出，在科学赖以发生的文化中，“客体”一词之所以有意义，正在于它被实质、因果律等范畴所规定，放弃这些范畴和它们的决定作用，就是在总体上不承认经验的可能性。〔13〕我们应该注意到，赫尔曼所使用的“经验”一词，实际上是人类对客观事物的广延性和分立性的经验。这种经验是科学的实在图景成立的基础或真实性的保证，逻辑是它的抽象和提升。
在本文的前三节已经谈到，自从古希腊人力图把日常语言理想化而创立了逻辑语言以来，西方的科学语言就一直是在实在的广延性和分立性的介定下发展起来的。我们也许可以就此推测，对于人的认识而言，世界是广延优势的，但如果因此认为实在仅限于广延性方面，却是缺乏理由的。广延性优势在语言上的表现之一是几何优势。西方传统中的代数学思想是代数几何化，即借助空间想象来理解数的。不论毕达哥拉斯定理还是笛卡尔坐标都一样。直角三角形的斜边是直观的，而根号2不是。我们可以用前者表明后者，而不能反过来。可是一个离散的数量本身究竟是什么呢？它是否与实在的另一方面或另一部分（非广延的）相应？也许在微观领域里不再是广延优势而量子力学的困难与此有关？
如果量子力学面临的是实在的无限可能性向语言的有限性的挑战，那么问题的解决就不单单是语言问题，甚至不单单是目前形态的物理学的问题。它将涉及整个认识活动的基础。玻尔似乎是深刻地意识到这一点的。他说“要做比这些更多的事情完全是在我们目前的手段之外。”〔14〕他还有一句格言；“同一个正确的陈述相对立的必是一个错误的陈述；但是同一个深奥的真理相对立的则可能是另一个深奥的真理。”〔15〕
参考文献和注释
〔1〕〔3〕〔4〕《爱因斯坦文集》第一卷，商务印书馆，1994，第137、241、304页。
〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15 〕海森堡：《原子物理学的发展和社会》，中国社会科学出版社，1985，第141、84、82、131、47、112页。
〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意识》，载于罗嘉昌、 郑家栋主编：《场与有——中外哲学的比较与融通（一）》，东方出版社，1994年。
〔7〕玻恩：《关于因果和机遇的自然哲学》，商务印书馆， 1964年。
量子力学表象的概念范文第3篇
绘画就是一种“欺骗”
著名荷兰图形艺术家埃舍尔曾说过，绘画就是“欺骗”（当然，这里的欺骗指的是制造错觉）！画家也可以让这种“欺骗”成为一种艺术―这也是埃舍尔独特创作的源泉，即我们在二维画面上看到的并不是真实的三维物体，那种三维物体只是人脑根据有限的信息整合出来的。画家完全可以通过画面的设置，使大脑无法整合出一个统一的三维物体，而让我们只能看到一个貌似三维的、矛盾的物体，这在埃舍尔的许多作品中都有体现（参看《知识就是力量》2015年3期《当绘画注入科学元素》、2016年2期《当绘画引入几何元素》、2016年6期《当绘画揉入时空元素》等文插图）。
从毕加索、达利、埃舍尔和马格利特等许多超现实主义画家的画作中可以看出，他们画作的成功之处在于，他们进行思考、创作的方式不像是艺术家，而更像是科学家或技术专家。这也恰恰是他们能够与科学家产生共鸣、被科学家欣赏的原因。
对于科学家来说，埃舍尔这类画家的画作就像一座宝藏，各学科的科学家都能从中挖掘出自己想要的东西。英国著名数学家、物理学家彭罗斯在他著名的论著《皇帝新脑》中，用埃舍尔的《圆极限》解释罗巴切夫斯基空间；诺贝尔物理学奖得主杨振宁所著的《基本粒子发现简史》的封面采用了埃舍尔的《骑士》，用以表达基本粒子的对称性；协同学创始人哈肯在《协同学：大自然构成的奥秘》中，用埃舍尔的《画手》解释序参量；美国天体物理学家索恩在《黑洞与时间弯曲》中，用埃舍尔的《瀑布》解释时空规范的转换；埃舍尔的《魔带立方体》，则常被心理学家用来说明视错觉等等。
绘画倒置带来的错觉效应
在绘画中反映错觉的方式多种多样，比如从埃舍尔的作品中，我们可以看到对分形、对称、双曲几何、多面体、拓扑学等数学概念的形象表达。接下来，我们就看看绘画中产生错觉的方式―倒置。
倒置的概念很广，既可以上下颠倒，又可以左右颠倒。我们的大脑为我们构建了一个难以置信的现实世界，而每个人大脑中的世界又各不相同。如果你第一次看到下面的地图，是否会觉得有些怪怪的？并且会问，这是什么地图？这是澳大利亚到处都能买到的世界地图。实际上，只要将其旋转180°（像左D一样），居住在北半球的居民就能看惯了。在地图上，北方一定在上边，东方一定在右边，这到底是谁规定的呢？原来是居住在北半球的人们的习惯。所以在澳大利亚，人们就将北半球人们所用的世界地图倒过来挂了。
如果你对错觉艺术转不过弯来，那么，最有效的解药就是科学了。具有科学性质的错觉绘画向我们揭示了科学，科学的基本内核就是假设，而新的科学假说需要建立在克服表象、假象或错觉的基础之上。
错觉绘画可产生广泛的吸引力
视觉科学自诞生之日起，便体现了最具代表性的知识和技术。从视觉透视理论的起源开始，贯穿古代到文艺复兴时期，再到当今世界。理论家们回答了为什么错觉能够发挥重要的作用，以及它是怎样发挥重要作用的问题。人们往往认为：他们看见的事物是客观上实际存在的事物，科学艺术家对这一认识提出了质疑。他们列举了许多视错觉的例子来证明，我们感知到的世界实际上是我们大脑根据感官材料加工而成的复杂产物，例如空气透视错觉。
如果你仔细地看下面这幅画，会看到阳光下、农舍前、田野上、绿树旁，一位坐在庄稼地里的男性农民正在张望路过的妙龄女郎；但是从整体上看去，却又是一幅凡高的肖像画！那么，是什么让你觉得它有吸引力呢？答案就是两个字：错觉。
我们为什么要对人类惯常看世界的方式提出质疑呢？让我们来来看《矛盾棋盘》这幅绘画作品。猛一看似乎都还正常，但是仔细观察之后，疑问会一个接一个地跳出脑海。在这里，传统被打破，我们处于一个奇异的世界，显然，我们上当了。这是一个透视和错觉的世界。
人们认为客观的事物，有时也可能有错觉，这样的例子很多。例如（万有）引力如此之“轻”的现象（相对于4种自然力中的其他3种：电磁力、强力和弱力），在诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家维尔切克看来，就是一种假象或错觉；而据近年来《科学美国人》的刊文，量子力学在某种意义上来讲也是一种表象―在占宇宙95%的暗物质、暗能量没研究清楚前，我们还不能肯定量子力学就是论述宇宙客观基础的学说。什么是表象呢？表象实际上也是一种错觉，而表象错觉就是局域性、不深入、不完整的观察，根本原因就在于过度依赖人类自身的有限观测……
克服错觉给人们带来的思维混乱，进而取得科学上进步的例子在科学史上比比皆是，最为典型的错觉理论就是托勒密的“地心说”；而哥白尼鸟瞰或站在太阳视角上看宇宙的“日心说”则更正确―曾跟意大利绘画巨匠达・芬奇学过画技的哥白尼，实际上就是采用了更正错觉的艺术手法解决了科学上的大问题。
错觉造成假象，假象造成欺骗，所以，我们要具备大胆怀疑、精心批判，然后再进行假设的科学精神。诸多有代表性的绘画作品，给读者以感性认识。了解错觉的产生，是为了更客观地看待自然世界，以取得科学上的真正进步。
量子力学表象的概念范文第4篇
空间与人的生存息息相关。如海德格尔所说：“生存是空间性的”。雕塑的空间永远不是外在于人的，而是具有突出的人文性质，雕塑就是生命对空间的占有。
美国学者诺伯格・斯卡而兹曾提出五种空间概念：整合了人和自然有机环境的实有空间；使人认同其自身的知觉空间；能够被人思考的认识空间；人所隶属的包含了整个社会及文化整体的生存空间；能够提供描述其它空间工具的逻辑空间。最初原始人的雕塑创作以自我本位的、不断扩大的知觉空间为基础。通过直观地感受人的自身生命来进行雕塑创作，因而原始雕塑的空间带有主观、质朴、直观的特点。
关于原始思维的社会调查和研究资料表明，在原始人那里空间是具体感性的东西，空间毋宁是人的躯体，人的感官所及的范围。列维，布留尔指出，原始人的头脑“觉得空间是赋有自己的特殊属性；它们将分亭在它们里面表现出的神秘力量。空间与其说是被想象列，不如说是被感觉到。而空间中的不同方向和位置也将在质上彼此不同”。而人体感觉尺度常常就是这种感性空间的衡量尺度在原始语言中，一些表示和f专达空间关系的词语也可以反映原始空间观念，如在上、在下、在前、在后、左、右，这些词在他们都不是抽象的，而是与人本身和人所处的环境都有直接的关系，并且表现出他在这个世界上的“位置”。在某些非洲语言中，“眼”和“在前”是同一个字。感觉器官和空间方位的同一，说明空间知觉是以人为本位的。可见，这时人们对空间的理解不是从空间关系的经验中抽象出来的，而是埘以人为中心的具体事物和位置的空间直觉。
原始雕塑的空间不是凝固不变，而是逐渐呈开放式的，这与人类的生存状态的改变密切相关。如同在儿童的世界里。“我”是世界的中心，儿童所居住的家以外代表了令人恐怖的未知世界，而家则是自己熟知的已知世界。“回家”在儿童心理中有着重要的意义，使自身获得一种安全感。原始雕塑在空间意义上也有与之类似的确立生命之“家”的作用。三维空间的实体，表明自我在空间中位置的确立，给原始人以“家”的慰籍。在非洲埃塞俄比亚的古代首都阿克苏珊遗址上，迄今仍然耸立着十几根四梭形的巨大石柱，它们每根高达三十五米，重量达二、三百吨，用整块的巨大花岗岩雕刻而成。据考证鉴定，它们是两、三千年前雕刻制成的。古人为什么要竖立如此巨大的石柱呢?这使人们迷惑不解。如果我们从空间意义着眼，可以认为它们实际上具有确立自己的空间位置，具有类似“家”的向心力和凝聚力，使生命这种高大、雄伟的石柱下获得庇护和有所归依。
在原始人的雕塑创造中，空间是具体，感性存在着的事物。然而原始人又凭借他们的想象力，在具体，直观的事物中寄托超出具体、感性空间的东西。维柯在《新科学》中说：“原始人在他们的粗鲁无知中却只凭一种完全肉体方面的想象力，而且因为这种想象力完全是肉体方面的，他们就以惊人的崇高气魄在创造这种崇高气魄伟大到使那些用想象来创造的本人也感到非常惶惑。”一方面人的感性生命在时间中的存在过程是不可逆的，但是另一方面，原始人在表现它们时又赋予了想象中的超出感性直观之外的时间性质。这两者之间的区别，正体现了人类的符号创造活动的特点。在雕塑中，一个自然客体，一块石头，把它转变成一个人体雕像时本身就成为了一个标志，具有了暗示和象征的意义。这使得人的生命本身和超越出感性。直观之外的神祗获得了被表现的可能。
二、从空间思维的发展过程看雕塑与绘画的起源
雕塑的空间与绘画的空间人们是用三度和二度来区别的。这里涉及列一个颇有争议的问题，即三度空间的雕塑与二度空间的绘画在发生学上孰先孰后的问题。仅仅从考古学材料还不能断定谁的起源时间更早，尽管考古学的材料是最可信赖的；伯纳斯，迈尼斯在《世界美术史》中认为小型雕刻或浮雕要比洞窟壁画在问世时间方面要早上好几千年。但现在不能排除还有更早的没有被发现的绘画存在的可能，于是人们只得从儿童心理发生的角度来推测原始人的空间意识，这样，艺术发生学的问题变成了艺术心理学的问题，其焦点是，对于儿童，二度空间和三度空间谁更容易被掌握。
认为绘画在起源上早干雕塑的看法，共心理学的依据是，三度空间知觉是一种更复杂的知觉，它是由视觉，听觉、运动觉等多种分析器的联合活动来实现的。另外，心理学实验表明，三岁儿童仪能辨上下，四岁能辨前后，五岁开始能以自身为中心辨别左右，六岁进展不大，若以对方为中心来判断左右仍有困难。瑞士心理学家皮亚杰曾对儿童在右溉念进行过实验，美国的艾尔金重复了他的实验，两人的结果共同表明：五岁能辨别自己的左右手、左右脚，七、八岁能辨别对面人的左右手和左右脚，十一、十二岁才能完全掌握左右概念的相对关系。正是基于这些心理学材料。所以有人认为雕塑作为三度空间的造型，涉及到深度、空间方位的问题，比较平面的二度空间的绘画需要更加复杂的心理能力。因此，绘画的起源要早于雕塑。
我们认为这种说法不能成立。
第一，从概念上讲，这种说法混淆了不同的概念，前面我们援引了国外学者提出的五种空间概念，运用上、下、左、右的语词掌握空间位置和关系，实际是要求儿童对逻辑空间的把握，而原始人最早是通过具体、形象的事物来感知空间的。而任何具体形象的事物只能是实体的、三维的。绘厕的空空间是：幻想的空间，是通过二度空间产生三度空间的幻觉，而雕塑的空间是实存的空间。诗人波特莱尔说：“事实上，我们看到所有的民族都曾在接触绘画很早之前就刻制过偶像，而绘画是一种具有深刻推理性的艺术，其乐趣本身就需要一种特殊的启蒙。”在二度空间中表现立体的三维空间的事物需要更复杂的心理能力。
第二，在原始雕塑出现以前，人类制造工具的活动在空间上就是对三维空间的把握，在空间知觉卜与雕塑没有本质的区别。而原始蹙画、岩画的创作需要借助比较尖锐、锋利的工具才能进行。可以肯定的是，工具制造在绘画之先耶么也应该肯定人类对三度空间的把握在对二度空间的把握之先。
第三，儿童心理学所说的空间观念是就儿量摆脱具体空间表象的支柱，从具体上升到抽象概念的认识而言的。在儿童实际对空间事物的把握中可以看到，掌握三度空间的事物要比掌握二度空间额事物更容易。例如，学前儿童并不熟悉二度空间的几何图形，常把抽象的几何图形与具体事物联系起来理解。一年级小学生会把方形说成手帕、圆形说成说等等。可见儿童常以立体形状的事物来理解平面的几何图形。
据心理学实验，初生婴儿在1周到15周之间就倾向于看整个圆球而不喜欢看一个平面圆。四个月后的孩子喜欢看人睑的模型，而不喜欢看拆散的形体。对婴孩所作的研究认为，空间知觉是人类发展的本能。一只拨郎鼓放在近旁，另一只大三倍，放在三倍的距离之外，两者在视网膜上的映象大小是相同的，可生下只有六个月的婴儿便能辨别它们的不同。另有实验表明人类婴儿出生后立即就能辨别视觉深度。婴儿能从‘个正在靠近的物体闪开，这是对视觉逼近的反映。婴儿在戴上遍光
镜时，通过移取由融合两个映象形成的一个触摸不到的物体，还表现出有立体视觉。
从以上几点我们大致可以肯定人类雕塑的创造要早于绘画的创造。
三，雕塑空间思维的发展与科学技术的关系
雕塑的空间造型总是以一定的物质形态直接呈现的。雕塑物质材料的变化与空间造型的外观有直接的联系，而不同的物质材料的不同外观效果对雕塑内容的表现有着不容忽视的意义。如花岗石与大理石由于石质不一样，前者易于表现火块面、粗粝、简练、有力的内容：后者则更易于精雕细刻。
人类最早雕塑只能运用自然材料，如粘土、木头、石块、骨头等，后来陶器的出现，意味着最早的人工材料的出现。陶器和陶制工艺是科学技术给雕塑带来的最早的福音。陶质材料对于丰富雕塑的数量和使泥塑得以长期保存起了十分重要的作用。
金属材料出现以后，冶金技术的发展对雕塑起了重要的作用。拿中国青铜工艺雕塑来说，商周时代的青铜铸造大体是预制好的分块陶质范模凑合成整体，然后浇铸而成。对比较复杂的造型和结构用这种办法则无能为力。到春秋后期，由于焊接技术的发明，青铜器的器身和附件可以分别铸造，然后用合金焊接，这样就解决了在青铜器局部施加立体雕饰的技术难题，使青铜工艺雕塑有了较大的发展。另外，这一时期还出现了镶嵌、错金银等技术的发明，在青铜器表面可以用金银与纯铜嵌成花纹，大大丰富了青铜器的表现力。
到现代，随着科学技术的日新月异，新材料、新工艺的出现和使用，产生了许多新的雕塑形式，令人曰不暇接。电脑、计算机、激光等也引入了雕塑领域，充分体现了人类物质文化创造对雕塑的影响。
然而，对雕塑影响更大的。还是随着人类探索自然、探索空间所带来的空间观念的不断变化，她对雕塑空间的影响更为直接和深远。事实证明，一个民族的空间几何、透视、比例等对空间认识、对这个民族雕塑空间的形式，都具有直接影响。
例如埃及的浮雕就很特别，占埃及人所做的浮雕由于鼻子向前不宜正面突出，所以人物采用侧面观的办法，可是侧面的眼睛又很难雕造，于是把眼睛雕成正面观的。胸、肩、腰侧面难以表现也雕成正面。两只脚无法突出墙面，于是又雕成侧面，这种姿式形成了他们传统的空间形式，延续了几千年。这种办法今天看来很幼稚。但它却与当时埃及人的空间观念是分不开的。
印度古风时代的雕塑也出现过类似的情况，由于雕塑家不懂如何按照透视缩短法雕刻，只好把手压成斜向的一边，这样，双脚也有趣的向旁边扭斜，当时雕刻家不知如何处理，到后来才克服了这种姿态，人物也变得生动、活泼起来。
在中西雕塑发展过程中各阶段空间观念对雕塑的影响我们在下两章还要详述，这里我们想讨论目前大家谈论较多的问题，即四维空间的问题。
许多人认为，现代雕塑的空间应该的四维的，因为任何一种物质形体的空间存在，同时标志着时间的存在，时间的加入造成物质形态空间转换的多样变化，使过去的三维空间变成了四维空间。
应该承认，现代雕塑中由于时间维度的加入，出现了与传统三维空间雕塑不同的四维空间的雕塑，这就是活动雕塑。
早在1920年就有人对雕塑只是静止的空间存在形式提出了挑战。诺姆・加博和他的兄弟安托万・佩夫斯内在莫斯科发表的Ⅸ现实主义宣言》认为，从埃及延续下来的一千多年的雕塑传统表现出了一种错误的艺术观，把静态的节奏当作了雕塑的根本要素，他们认为体积和容积并不是雕塑的唯一表现手段，而按照当代的概念，艺术的最重要的因素是运动的节奏。
活动雕塑的创作意念是从生命出发的。他们认为人们总想追求永恒不变的东西，因为人们害怕死亡，但在现实中，唯一永恒的东西就是运动。因而唯一的出路是让事物一开头就运动起来，让它们处于永恒变化的状态。这样，生命在时间中运动便获得了生命的永久性，生命在于运动，那么在运动中生命也得到了肯定和超越。
最富盛名的活动雕塑家是美国的亚历山大・考尔德。他用金属片做材料，用轴、线联系，利用气的流动作为动力，当微风徐徐吹来，金属片就在运动中移动，并重新组合，和周围的空间形成新的关系。造成反复无常的变化。有人评价这种雕塑的哲学意义是，以空气为能源进行呼吸，获得生命，因此运动有特殊的意义。
活动雕塑由于具有不停运动的特点，用一般的三维空间的概念显然是无法描述的。然而对活动雕塑以外的雕塑也用四维空间的概念去描述则会在理论上产生混乱，同时也存在理解上的歧义。
首先，我们需要区别的是微观时空、宏观时空的和字观时空(现在还有人提出渺观、涨观等时空概念)，人是宏观的生物，人生活干宏观的世界，并立足于这个世界进行创造活动。人的感官是一个宏观系统，它所能直接达到的，只是宏观客体。至于非宏观的客体，则必须借助于其它宏观客体(如仪器)作为中介，才能间接达到。微观客体、宏观客体和字观客体不能以某种绝对同一的时――空为背景，而需要分别以不同的时空层次为背景来描绘。之所以出现这种分别是由于相对论、量子力学等科学的出现原有的三维空间无法描述这些学科所研究的物质现象。拿微观空间来说，它描述的是分子、原子、基本粒子的运动，由于它们的静止质量在10～27或10～15g之间，空间尺度在10～6cm以下。在这个领域，用一般的宏观空间是无法描述的，量子力学证明了基本粒子存在于四维的空间中。
我们日常生活中的世界被人们称为“人体尺度的世界”，我们的三维观念源于我们对宏观客体外部形状的感知，从宏观来看，我们周围的石头、金属等物体是静止不动的，当然，如果从量子力学的观点看，如果把静止的物质，分割为分子、原子、基本粒子，那它们永远不会静止而是一直处于运动的状态。然而就雕塑来讲，它是一种宏观的物体，是在人能凭自己的感觉而把握的范围内存在的。尽管从哲学意义上说运动是绝对的，没有脱离时间的空间，但一般雕塑在我们肉眼观照的范围里仍是静止的、凝固的。作为宏观客体只能是三维的。
量子力学表象的概念范文第5篇
据此，没有理由相信我们的科学理论是对与外在世界的客观事实相符合的真理的描述———如果这个所谓的真理存在的话。理由很简单，因为没有理由能使我们相信，到目前为止我们手头最好的理论为真。刘易斯在他的论文中有过相关论述，对普特南的论证进行了诠释:(1)如果假定当今我们拥有的理论大多数都为真;(2)那么由于以前的大多数科学理论与当今的理论相比在许多重要方面有所不同，因而以前的大多数科学理论都为假;(3)所以，运用简单的归纳可知，当今大多数科学理论很有可能为假。普特南通过当今理论为真来判断以前理论为假的策略，是基于他认为在历史上不同时期的具体的科学理论可被看作是一个个独立体，它们要么为真(近似为真)要么假。如果能从旧理论为假，归纳出新理论为假，就意味着旧理论和新理论真值相同。继而就会产生这样的疑惑，即新理论在真值方面是否比旧理论有所进步，或者说更接近为真?如果以前的所有理论与我们已经接受的一些其他理论相矛盾，那么不用考虑当今理论是否为真或者为假，就可以推断出大多数以前的理论都为假。倘若事实上并非以前所有理论都与现在已经接受的理论不相容，那么如何判断以上(2)中所暗含的真理标准，即认为“大多数以前的科学理论均包含一些在现在看来没有指称的核心词项”［4］，并不能从旧理论为假归纳出新理论为假，前者不能构成后者的归纳基础;以前被认为成功的理论现在被证实为假，也不能构成新的成功理论是否为真的质疑。劳丹将PMI的基本思路概括为:在某个给定的历史时刻存在一系列真值或为真或为假的科学理论，其真值无法由可观察的直接经验获得。也就是说，他认为理论的成功不是其真值的可靠检验或辩护，继而提出他自己的PMI论证。刘易斯将劳丹的论证做如下梳理:(1)假定理论的成功是其真值的可靠检验;(2)大多数当今科学理论是成功的;(3)那么，大多数当今的科学理论为真;(4)大多数以前的科学理论现在被确证为假，是由于在很多重要方面它们与当今的理论有所不同;(5)以上那些以前的理论现在被确证为假，在经验上却是成功的;(6)因此，理论的成功不能为其为真提供可靠保证。PMI并没有直接否认当前成功的科学理论为真，而是通过对以前的理论与当今成功的理论加以比较，认为以前的理论现在不能被视为真，是由于“它们所假设的实体不再被认为是存在的，或者是因为它们假定的顾虑和科学机制不是我们当前对世界的理论描述”［2］。这些在现在的理论体系中具有错误特征的旧理论，在历史上曾经被证明是成功过的。所以PMI认为科学理论是否为真与其成功性不存在因果关系。在那些以前的理论中，尽管它们拥有共同的作为“错误”的特征，但都曾一度被视为是成功的，理论为真不能解释其经验上成功。(二)理论的核心词项是否有指称?劳丹将塞拉斯、普特南、波义德等人发展起来的科学实在论观点中，关于指称理论的部分理解为，在一门成熟的科学理论中，观察词项与理论词项均有指称，前后相继的理论之间，后来的理论保留了先前理论的指称，即先前的理论将会成为后来理论的一种极限情况。结合科学实在论主张在同一领域内新的科学理论比旧的科学理论更接近于真理的观点，可以理解为其中包含了以下几个推论:(1)如果一门成熟的科学理论近似为真的，那么它在经验上是成功的;(2)如果该科学理论的核心词项是有指称的，那么该理论在经验上是成功的;(3)如果理论是近似为真的，那么该理论的核心词项是有指称的。在劳丹看来，如果一条成功科学理论现在为真，那么在同一领域内的旧理论就不可能同样为真。在科学史上曾经出现过的科学理论现在看来不再为真，要么是因为它们所假定的外在世界中的实体在现在看来是不存在的，要么是因为他们所预设的规律和科学机制不再适用于我们当前的科学对外在世界的描述，从而失去了解释和预测的功能。但是不可否认的是，这些被现在的科学理论所取代的旧理论，尽管具有现在看来错误的特征和成分，但从经验的角度来说，在历史上是成功的。可见，科学理论在经验方面的成功与其指称和真值是否为真并无关系，即以上的推论(1)是错误的。普特南认为，第一，成熟科学中比原有理论更新的理论是成功的;第二，核心词项有指称的理论可能将是一个成功的理论;第三，如果一个理论是成功的，那么其核心词项肯定是有指称的;第四，成熟科学中的理论，其核心词项均有指称。既然科学理论是否为真不能解释其成功性，那么诸如托勒密天文学、燃素说、以太学说等科学史上曾经经验上成功的理论该如何评价?劳丹曾列举了一些“以前的理论”，它们均一度被视为经验上成功而现在看来具有错误的特征。其中包括托勒密的天文学假说，这一理论在15世纪无疑被认为是成功的，但现在早已被我们界定为一种错误的理论;再如化学燃素说和热质理论中的核心词项“燃素”和“热质”，现在看来它们也并没有指称外部世界中的任何实体对象;18世纪化学的“亲和力化学”以及19世纪的以太理论现在均已被彻底抛弃。这些曾经在一定时期内被证明是成功的理论，其核心词项没有指称，但依照普特南的“指称宽容原理”，如果存在的实体与理论对其所进行的描述“近似地符合”，那么就可以说一个理论的核心词项是有指称的。诸如波尔的“电子”、牛顿力学的“力”、孟德尔的“基因”、道尔顿的“原子”等都是有其指称的，但这些理论在经验层次上是成功的这种观点却是错误的，即上面的推论(2)是错误的。而且普特南的第4条观点不能排除成功理论的核心词项是无指称的，也就是说，一个成功的理论可能会包含有错误的要素，其核心词项不一定有指称。此外，大量反例也证明了更新的理论的核心词项的指称并不一定是对其先前理论的核心词项的极限情况的继承。比如哥白尼天文学没有保留托勒密天文学和光学的核心结构与核心词项及其指称，统计力学未归入热力学结构，现代遗传学也未把达尔文机体再生说作为极限情况包含在自身之内，光的波动说更不适用于光的微粒说机制。一个理论的核心词项有无指称，不需要该理论是否成功作为前提，而一个理论的成功也并不保证其所有或者大多数核心词项均有指称，对于很多并非为真或者近似为真的理论，其理论词项没有指称，但该理论又是成功的，在这种情况下，实在论给不出好的说明。所以劳丹认为，“基于对科学理论的一种简单的(元)归纳，我们当前成功的理论可能是错的(或者，是更可能为错而非为真)，而且在理论中起着重大作用的许多或大多数理论词项终将是没有指称的。因此，理论的经验成功并不能为理论是近似地为真的这一主张提供正当的理由。在科学革命中，理论以及深层结构层面不存在连续性，而且不具有指称的稳定性”［5］。
“悲观元归纳”存在的一些问题
劳丹在他的《进步及其问题》一书中指出，科学实在论至少有3种:第一种是本体论的实在论，即认为世界具有独立于认识者的确定性;第二种是语义学的实在论，即断定科学理论、科学定律和科学假说是关于世界所做出的或真或假的断言;第三种是认识论的实在论，其代表人物就有塞拉斯、普特南等人。在否定“可观察物”和“不可观察物”之区别的问题上，虽与科学实在论者处在泾渭分明的立场，但后期实在论者已经渐渐放弃了理论的真理符合论观点，转而寻求一种“理想化的证实”。他们在量子力学所呈现的微观世界的图景下，意识到对“实在”的本质的考察是思辨形而上学无法完成的，继而转向了经验的实证和语言的分析。劳丹所谓的“以前理论的名单”所包含的理论是否属于“成熟”科学、是否真正成功?如果不是，那么持NMA的学者就会说，那样的理论不属于NMA所讨论的范围。如何限定“经验上的成功”，是将正确的经验结果代入理论框架使理论适用于现象?“理论的成功”是对客观世界的解释力和预测力?以前的理论被代替和抛弃的原因是什么?为什么没有指称的理论就不是成功的?因果指称理论主张，自然科学领域内的理论，其核心词项并不是根据其指称对象，而是根据这些对象在外部世界中彼此之间的历史社会因果链条。由此，理论的成功与理论的核心词项的指称及理论的真联系了起来。劳丹从科学史的视野，以现在的角度看以前成功的理论大多数为假，那么现在看来成功的理论很有可能在以后会被看成是为假的;若根据逻辑实证主义的观点，将科学理论分成理论陈述和经验陈述，而所有的理论陈述都必须还原为经验陈述，还原为我们的经验观察对象，那么现在的成功理论在本质上与以前成功的理论并无区别;一个现在理论的成功，并不能成为该理论为真的可靠指示，而且现在的理论也没有其他可靠的真值指示。可见，现在被看成是成功的理论也有可能在将来被视作为假。总之，他认为科学史上任何把一个理论为真或者近似为真来解释理论成功与否的观点，都先验地预设了存在着一种绝对不变真理作为科学的终极目的。而且，如果用这种科学的逼真性来解释科学理论所取得的成就，必须对“逼真性”进行解释和定义。这不但将概念的范围扩大泛化得更自由松散，而且会使问题和论证愈加复杂化。PMI主要致力于对科学实在论NMA关于理论的成功与理论为真是否具有因果性联系，以及科学理论的核心词项是否有指称存在质疑。此外，在刘易斯看来，劳丹和普特南在论证中都采用了归谬法，在这里，不包括任何时间概念，即使大多数以前为假的理论，现在也都是某一理论的前任理论;即使现在的理论在将来可能被证明为真，从以前和现在的成功理论大多为假，以及在可观察性这一点上现在成功的理论与以前成功的理论之间其实并不存在本质区别。因而可以用归谬法得出，“一个理论现在的不成功并不是其为真的可靠辩护，并且现在理论也没有其它可靠的真值指示”［4］。刘易斯还提出“伪肯定谬误论”对劳丹加以进一步反驳，认为PMI仅仅能够说明历史上的错误理论存在的比例较高，因而会带来一种错觉，以为以前成功的理论到现在被证明都是错误的。他试图通过列举科学史上的具体事件和案例表明:“即使只有一小部分错误理论是成功的，而大部分的正确理论也是成功的，成功的错误理论还是要在数量上超过成功的正确理论。因此，在某一时期成功的错误理论多于成功的正确理论并不能否定把成功作为检验理论真理性的可靠性标准。”［4］这与批判NMA的思路如出一辙。而NMA存在的问题在于，它依赖于论证一个科学理论为真，是由于该理论“经验上的成功”，但对经验概念的理解有失偏颇。而且，科学共同体对理论的真理性与理论的成功性的联系，更多像是倾向于迪昂—蒯因的约定论，这对语言的功能提出了更深层次的探讨。
结语
