研究生論文范文量子糾纏引發(fā)的哲學問題
量子測量是量子力學解釋體系的核心問題，而量子力學的解釋還沒有統(tǒng)一的結論。除了實驗物理上的考量之外，量子測量涉及的層面也包括了哲學觀點。本文主要針對量子糾纏引發(fā)的哲學問題進行了一些研究，文章是一篇研究生論文范文。
摘要：物理學家對量子糾纏現(xiàn)象的認識經(jīng)歷了基于觀念質疑、實驗認可和具體應用這樣一個從理論闡述到技術開發(fā)的過程。量子糾纏現(xiàn)象的存在顛覆了許多傳統(tǒng)的哲學觀念，直接引發(fā)了關于如何理解“實在”和“因果性”概念的討論。這些討論深化了我們對實在論與反實在論、因果性與關聯(lián)、決定論與非決定論、定域性與非定域性、可分離性與不可分離性等概念的理解，揭示了本體論思維方式的局限性。
關鍵詞：量子測量,非定域性,實在,因果性
物理學家對量子糾纏的研究經(jīng)歷了兩個階段：其一是觀念質疑與概念辨析階段。這一階段以愛因斯坦、波多爾斯基和羅森于1935年聯(lián)名在《物理學評論》雜志上發(fā)表的“能認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎?”(通常簡稱“EPR論證”)一文為開端，以如何理解量子力學的基本特征為主線，圍繞如何理解量子糾纏的思想實驗展開爭論;其二是實驗證實與技術應用階段。這一階段以貝爾不等式的提出為契機，以檢驗這個不等式的一系列實驗為基礎，以量子信息科學與量子計算的迅猛進展為核心，把量子糾纏作為一種像能量一樣的物理學資源，進行測量、轉換和純化，來探索其廣泛的應用前景。對于哲學研究來說，量子糾纏引發(fā)的哲學問題比過去任何時候都更加尖銳與深刻。我們對這些問題的討論，在本質上，不是對傳統(tǒng)哲學觀念的細枝末節(jié)的修正或補充，而是蘊含著徹底的哲學革命以及哲學思維方式的大轉變。然而，令人遺憾的是，在國際學術界倍受關注的這一論題在國內哲學界卻慘遭冷落，因此，我們有必要對這一論題進行深入探討。本文只是拋磚引玉。
一、量子糾纏的提出與發(fā)展
“量子”(quantum)概念來源于拉丁語“quantus”，意思是“多少”(how much)，意指一個固定的量，與此相關的一個重要常數(shù)稱之為“作用量子”(通常稱為普朗克常數(shù))，用h表示，h取自“Hiete”的第一個字母，是“幫助”的意思。在物理學史上，物理學家通常把普朗克提出作用量子的年代(1900年)確定為是量子時代的開端和機械力學時代的終結。此后，物理學家經(jīng)過二十多年的努力，終于在1925年和1926年確定了量子力學的形式體系。量子力學是探討構成物質基本單元(即亞原子粒子)的運動變化規(guī)律的學說。我們無法用儀器直接觀察到微觀粒子的存在狀態(tài)，只能觀察到它們在特定測量設置中的特定的行為表現(xiàn)，比如，云霧室里的徑跡、蓋革計算器的響聲、雙縫衍射圖樣等。在這個領域內，我們過去熟悉的許多規(guī)律和觀念都失去了效用，“不確定性”主宰著一切。量子力學最離奇的特征是被愛因斯坦稱之為“怪異的超距作用”的量子糾纏，我們在經(jīng)典世界中從來沒有遇到過類似情況。物理學家理解量子糾纏的過程，不只是理解量子力學的過程，同時還是澄清舊的哲學前提、確立新的哲學觀念的過程。
與繼往通過實驗現(xiàn)象歸納出理論觀念的研究方式不同，物理學家最初對量子糾纏的認識并不是直接來源于所觀察到的實驗現(xiàn)象，而是來源于對量子力學的形式體系的理解與把握。薛定諤早在1926年創(chuàng)立他的波動力學時，已經(jīng)意識到，假如幾個粒子或光子是在某個物理過程中共同產生的，那么，它們之間就會發(fā)生糾纏。但是，量子糾纏現(xiàn)象真正引起物理學家的關注，應歸功于愛因斯坦等人聯(lián)名發(fā)表的EPR論證的文章。在當時的背景下，EPR論證與其說是一篇物理學論文，不如說是一篇典型的量子力學哲學論文。過去人們通常認為，這篇論文的學術價值在于愛因斯坦與玻爾就量子力學的完備性問題的爭論，事實上，從當前的發(fā)展來看，這篇論文更大的學術價值在于技術應用和由此引發(fā)的哲學討論。量子糾纏這個概念的提出歸功于薛定諤。1935年10月，薛定諤在《劍橋哲學學會的數(shù)學進展》雜志上發(fā)表了“分離系統(tǒng)之間的概率關系的討論”一文，在該文中，薛定諤進一步推廣了EPR論證的討論，并創(chuàng)造了“糾纏”這一術語來描述復合的量子系統(tǒng)存在的這種特殊關聯(lián)。
薛定諤在這篇討論性文章中開門見山地指出，當兩個系統(tǒng)由于受外力作用經(jīng)過暫時的物理相互作用之后再彼此分開時，我們無法再用它們相互作用之前各自的表達式來描述復合系統(tǒng)的態(tài)，兩個量子態(tài)通過相互作用之后已經(jīng)糾纏在一起。實驗表明，不管這兩個量子系統(tǒng)分離之后相距多遠，都始終會神秘地聯(lián)系在一起，其中一方發(fā)生變化，都會立即引發(fā)另一方產生相應的變化。簡單地說，量子糾纏是指，曾經(jīng)相互作用過的兩個粒子，在彼此分離之后，對一個粒子的任何測量，都會影響到另一個粒子的存在狀態(tài)。薛定諤對這種特殊情境的另一種表示方式是：一個整體的最有可能的知識不一定是它的所有部分的最有可能的知識，即使它們可能是完全分離的，有能力擁有各自的“最有可能的認識”。這種知識的缺乏決不是由于這種相互作用是不能夠被認識的，而是由于這種相互作用本身。
用EPR-玻姆的思想實驗來說，在測量之前，兩個糾纏粒子都沒有確定的自旋態(tài)，只有通過實際測量，它們才能擁有確定的自旋態(tài)。理論提供的測量得到的態(tài)是隨機的。例如，如果第一次測量是測量粒子A在Z方向的自旋，測量得到粒子A自旋向上或自旋向下的概率是一樣的。只有具體地進行一次測量，才能確定A是自旋向上，還是自旋向下。A的結果同時引起了另一個相互糾纏的粒子B的自旋態(tài)的改變。如果測量得到A在Z軸上自旋向上，那么，B在Z軸上就是自旋向下，如果測量得到A在Z軸上自旋向下，那么，B在Z軸上就是自旋向上。這兩個糾纏粒子的態(tài)的確定是同時的。從理論上看，量子糾纏是量子力學形式體系的態(tài)疊加原理應用于兩個以上的子系統(tǒng)構成的復合系統(tǒng)時體現(xiàn)出來的現(xiàn)象，是薛定諤方程中的波函數(shù)在位形空間中不可分解的特征造成的。
在量子力學中，量子糾纏是普遍存在的，而不是例外的規(guī)則。比如，量子糾纏比不確定性原理更明確地說明了雙縫實驗。在雙縫實驗中，一束粒子通過兩個狹縫射向檢測屏，能夠產生明暗相間的衍射條紋，體現(xiàn)了這些粒子像經(jīng)典波那樣發(fā)生了相互干涉，如果一次只有一個粒子通過狹縫，就不是粒子之間的相互干涉，而是每一個粒子與自己干涉;如果我們希望通過儀器檢測到粒子究竟通過哪個狹縫，那么，干涉圖樣就消失了。我們只能要么得到干涉圖樣，要么檢測到粒子通過哪一條狹縫，而不能同時得到兩者。在物理學家認識到量子糾纏之前，物理學界通常的解釋是來自玻爾，玻爾根據(jù)海森堡的不確定原理來說明這一事實，即粒子的位置確定，它的動量就不確定;動量確定，位置就不確定�，F(xiàn)在物理學家普遍認為，運用不確定性原理說明雙縫實驗只是一種幸運的巧合，事實上是不充分的，最好應用量子糾纏來說明：干涉圖樣的消失是衍射粒子與光子糾纏的結果。 在有關量子糾纏的實驗進展方面，1949年吳健雄和薩克諾夫第一次通過實驗生成了一對互相糾纏的光子。然而，這個重大的突破直到1957年才被認可。在長達40年之后的1997年，維也納小組和羅馬小組分別根據(jù)這種不受空間限制的量子糾纏現(xiàn)象成功地完成了隱形傳輸單粒子量子態(tài)(簡稱為隱形傳態(tài))的實驗，2009年，美國物理學家實驗證明，在肉眼能夠看到的兩個超導體之間也存在著糾纏現(xiàn)象。近些年來，量子糾纏作為一種資源正在得到廣泛的技術應用，成為制造具有超級計算能力的量子計算機和實現(xiàn)絕對保密的量子通訊的理論基礎。
在物理學的發(fā)展史上，物理學家對量子糾纏的認知是過去半個世紀以來最重要的進展之一。但從傳統(tǒng)哲學意義上來看，兩個粒子分離之后，還能產生相互影響，這顯然有悖常理。這也向我們提出了究竟如何理解微觀粒子的存在狀態(tài)，如何理解糾纏的微觀粒子之間的這種神秘關系，如何理解因果性等哲學問題。更加關鍵的是，我們對這些問題的理解，不得不完全擯棄過去從經(jīng)驗和感官得來的關于實在世界的先入之見，不得不徹底改變日常經(jīng)驗和經(jīng)典物理學蘊含的哲學前提，不得不重新反思自然形成的直覺經(jīng)驗，或者說，我們不能用在宏觀概念語境中形成的觀念來理解量子概念語境中出現(xiàn)的量子現(xiàn)象。量子糾纏不僅挑戰(zhàn)了整個經(jīng)典概念框架與這個框架所蘊含的物理學的概念基礎和哲學前提，而且揭示了當我們的認識超出了常識經(jīng)驗的直觀范圍時，我們只能借助于數(shù)學來理解問題或只能讓數(shù)學做我們理解的向導。正是在這種意義上，量子糾纏徹底顛覆了傳統(tǒng)的哲學觀念，引發(fā)了一系列我們必須重新思考的哲學問題，其中，最突出的問題是關于“實在”的問題和關于“因果性”的問題。
二、關于“實在”的問題
“實在”概念屬于常識語言。像許多常識語言一樣，“實在”概念在日常生活中有許多不同的用法，它的意義是相當模糊的，我們通常需要根據(jù)語境來作出鑒別與區(qū)分，比如，我們會說“這人很實在”，這里的“實在”是指“誠實”的意思;我們也會說，“賺錢是最實在的”，這里的“實在”是指“重要”的意思;我們還會說“我現(xiàn)在最實在的是有東西吃”，這里的“實在”是指“迫切”的意思。在物理學哲學的討論中，“實在”概念是指真實存在的意思。在真實存在的意義上，我們一般不會懷疑自己親眼看到的自然物的實在性。在當代科學中，物理學家和化學家通常用分子結構來描述這些自然物的基本構成，分子依次用原子來描述，原子用電子、質子和原子核來描述，這些亞原子粒子用夸克來描述。受這種無限可分的物質觀的引導，物理學家至今還沒有因為找不到自由夸克，而懷疑像電子、光子等亞原子粒子的實在性。但是，我們對宏觀物質的這種可共享的直接或間接的感知性，并不能照搬或延伸外推到微觀粒子的情況。微觀粒子這一名稱雖然仍然沿用了通常的“粒子”術語，可是，粒子概念的意義已經(jīng)發(fā)生了實質性的變化。
首先，我們根本無法直接或間接地看到微觀粒子本身，只能通過特定的測量設置感知到它們的行為表現(xiàn)�？墒牵行┬袨楸憩F(xiàn)卻是相互矛盾的：同樣的微觀粒子能夠在一種設置中表現(xiàn)出粒子性，但在另一種設置中卻表現(xiàn)出波動性。根據(jù)傳統(tǒng)的本體論理解，粒子性與波動性很難統(tǒng)一于同一個對象，在經(jīng)典物理學中，它們是兩種不同的存在形態(tài)。但在量子力學中，這兩種完全不同的存在形態(tài)竟然是通過同一個微觀粒子表現(xiàn)出來的。于是，量子物理學家率先卷入了關于微觀粒子在測量之前究竟是粒子還是波的爭論。薛定諤持有波動實在觀，認為波是基本的，粒子是波包形成的;玻恩持有粒子實在觀，認為粒子是基本的，波是統(tǒng)計分布形成的;德布羅意和玻姆倡導的波一粒子綜合的觀點則試圖通過隱變量來理解波粒二象性。量子物理學家對微觀粒子是什么的討論是建立在相信這些粒子是實在的意義上進行的。就像愛丁頓相信“普通的桌子”與“科學的桌子”都同樣存在一樣，科學家相信，宏觀對象與微觀對象都具有實在性，因為這是他們從事科學研究的基本前提。他們之間的爭論是關于如何認識與理解這些粒子的存在狀態(tài)的爭論。
與此不同，在科學實在論與反實在論的討論中，科學哲學家在論證他們對待科學的態(tài)度時，也需要在如何理解微觀粒子的問題上表明自己的態(tài)度。他們通常把這些亞原子的微觀粒子統(tǒng)稱為“理論實體”，即由科學理論描述出來的實體。科學實在論者認為，理論實體與通常的自然物一樣都是實在的;反實在論者則認為，理論實體只是一種理論構造，是為了解釋經(jīng)驗現(xiàn)象的一種工具，并不是真實存在的，并以“燃素”和“以太”為例，證明這些曾經(jīng)被認為是存在的實體，卻被后來的科學認識所推翻�？茖W實在論者與反實在論者關于理論實體是否具有實在性的爭論，可以被看成是延續(xù)了19世紀末和20世紀初馬赫與玻爾茲曼關于原子是否真實存在的爭論。科學哲學家把理論實體是否真實存在的問題看成是科學是否是對世界的真理性描述的一個重要前提。
這樣，在對待微觀粒子的問題上，就出現(xiàn)了兩個不同層次的討論：關于微觀粒子以什么方式存在的討論與關于微觀粒子是否真實存在的討論。這也相應地帶來了兩個不同層面的問題：討論如何存在的問題，屬于認識論的范疇;討論是否存在的問題，則屬于本體論的范疇。根據(jù)這一區(qū)分，我們不難看出，量子物理學家之間討論的是認識論的實在論問題，而科學哲學家之間討論的是本體論的實在論問題。他們分別屬于兩個不同的陣營。認識論的實在論是在認識論意義上進行的討論，這些討論總是會隨著科學的不斷進步逐漸明朗化，而本體論的實在論是在本體論意義上進行的討論，在很大程度上，屬于形而上學的問題，既是關乎信念的問題，也是一個框架問題。
某些科學哲學家以“燃素”和“以太”曾經(jīng)在化學與物理學的發(fā)展史上起到過積極作用后來卻被證明是不存在的為由，得出科學只是在解決經(jīng)驗問題，而不是對實在世界的真理性認識，這實際上是把科學家關于認識論問題的研究當作本體論問題來理解，所得出的結論。從整體意義上看，這些科學哲學家的思維方式仍然沿襲了傳統(tǒng)的自然哲學的思維方式。自然哲學的思維方式是一種典型的本體論化的思維方式。在經(jīng)典科學的思維方式中，認識論的思維方式與本體論的思維方式并沒有被明確地區(qū)分開來，許多經(jīng)典物理學家也都持有本體論化的思維方式，例如，牛頓的著作就取名為《自然哲學的數(shù)學原理》。當科學發(fā)展到微觀領域時，量子物理學家之間的分歧，在很大程度上，也是自然哲學的本體論化的思維方式與量子力學的認識論思維方式之間的分歧，比如，愛因斯坦與玻爾之間的爭論就是如此。 玻恩把科學哲學家認為微觀粒子是理論虛構的觀點說成是一種極端的主觀主義或“物理學的唯我論”。玻恩認為，在科學研究中，“實在”概念是無法放棄的。哲學家輕易放棄“實在”概念是因為他們混淆了“實在”概念的用法，把“實在”概念理解為是需要提供關于研究對象的一切細節(jié)，也就是說，我們只有知道微觀粒子的詳細運動情況和一切屬性，才能認為它們不是抽象的虛構。這是一種誤解�？茖W哲學家否認微觀粒子的實在性依據(jù)的是邏輯推理，而邏輯推理的一致性只能是一個否定標準，不是一個肯定標準。也就是說，任何一個科學理論，如果沒有邏輯的一致性，那么一定無法被接受，但反之則不然，沒有一個科學理論只是因為邏輯合理而被接受�？茖W哲學家否定電子、光子等微觀粒子的存在性的根源在于把“真實的”這個概念解釋為“知道所有的細節(jié)”。這與“實在”概念的日常用法不相符。簡單地否定微觀粒子的實在性的觀點是相當表面的，沒有觸及到物理學遇到的和迫使我們修改的基本概念的實際困難。
另一方面，高能物理學的當前發(fā)展也向我們通常堅信的無限分割的物質觀提出了挑戰(zhàn)。因為無限分割的物質觀的目標是最終找到某種不變的構成物質的基本“單元”。這一理想源于古希臘的原子論思想�？墒�，到目前為止，物理學家分割亞原子粒子的唯一方法是，讓這些粒子在高能碰撞中猛烈相撞，但根據(jù)當前的理論與手段，他們不可能得到比這個更小的“單元”。因為微觀粒子相碰撞之后的碎片仍然是同類粒子，而且，它們是從碰撞過程所包含的能量中創(chuàng)生出來的。這些微觀粒子不能再被看成是一個靜態(tài)的研究對象，而必須被設想為是動態(tài)的，一個包含著能量的過程，能量則表現(xiàn)為粒子的質量，甚至從純能量中也能產生出粒子。因此，我們在觀察亞原子粒子時，既看不到任何物質，也看不到任何基本結構，只能看到一些不斷地相互變換的動態(tài)圖像，比如，要么是波動行為，要么是粒子行為。目前，盡管物理學家還不能對亞原子粒子的機制提供令人滿意的理論，但這些觀念已經(jīng)足以從根本意義上顛覆了通常的物質觀和粒子觀。這也印證了庫恩所闡述的前后相繼的兩個理論“范式”是不可通約的觀點。
其次，量子糾纏賦予了微觀粒子非定域性的特征，這是傳統(tǒng)的粒子概念根本沒有的特征，就像時空彎曲、質能轉化、時間膨脹和長度收縮是相對論的基本假設的結果，因而是典型的相對論性效應一樣，非定域性也是量子力學的基本假設的結果，是獨特的量子效應。這種量子效應從根本意義上顛覆了傳統(tǒng)的經(jīng)典實在觀。在量子力學之前，物理學家普遍接受的觀點是，粒子的存在是定域的，遵守分離性假設。分離性假設是指，在空間上彼此分離的兩個粒子總是能夠擁有各自獨立的狀態(tài)，即一個粒子狀態(tài)的變化，不會影響到另一個粒子。這也是EPR論證的一個前提假設和尋找隱變量量子論的動力所在。從日常經(jīng)驗和經(jīng)典物理學的情況來看，粒子只有遵守分離性假設，才能確保它們在時空中的獨立性。粒子的定域性是分離性假設成為可能的一個前提條件，而分離性假設確保了物理系統(tǒng)的個體性。量子糾纏現(xiàn)象卻表明，在奇特的量子世界里，相互糾纏的兩個粒子，即使遠隔萬里，也能產生相互影響，而這種影響是即時的，竟然與距離無關。
我們只能通過數(shù)學來理解這種怪異的現(xiàn)象。從物理學史的發(fā)展來看，雖然物理學家通過數(shù)學公式推論出物理現(xiàn)象，并不是一件新穎的事情，比如，在電磁學理論的發(fā)展中，位移電流概念和電磁波概念的提出，都是先從麥克斯韋方程組推論出來之后，才得到實驗的證實。這種情況完全不同于“以太”和“燃素”概念的情況。“以太”和“燃素”概念是作為解釋其他現(xiàn)象的一個額外的本體論假定提出的，而不是從數(shù)學公式中推演出來的。量子糾纏的情況類似于位移電流和電磁波的情況。所不同的是，量子糾纏現(xiàn)象極大地違背了直覺與經(jīng)典的觀念，它不再是我們熟悉的三維空間和四維時空中的存在，而是普通人根本無法理解的抽象的希爾伯特空間中的存在。
希爾伯特空間是一個無限維的空間。量子力學描述的現(xiàn)象就是在這樣的一個無限維的空間中的現(xiàn)象，而實驗測量獲得的結果是這些現(xiàn)象在四維空間(三維的空間加一維時間)里的投影。這樣，微觀粒子的粒子性與波動性只是它們受制于測量環(huán)境的一種行為表現(xiàn)。已經(jīng)完成的量子延遲實驗足以表明，在量子測量中，微觀粒子與測量儀器也是相互糾纏的，這就是為什么微觀粒子在發(fā)射出來之后，還能根據(jù)測量設置表現(xiàn)出相應的粒子性或波動性的原因所在。因此，我們不能根據(jù)觀察到的微觀粒子的當前狀態(tài)來推斷它們在被測量之前的存在狀態(tài)。
這就像當我們把一個四面體投影到一個平面上看到一個四邊形時，并不能由此斷定，這個四面體原本就是一個四邊形一樣。在量子力學中，我們也不能把實驗測量結果直接地推斷為是測量之前的存在狀態(tài)。這種推斷沒有科學依據(jù)。強調微觀粒子存在的抽象性，并不是否認它的實在性，而是表明，微觀粒子的真實存在狀態(tài)是有限的人永遠無法直接觀察到的。我們既不能由于觀察不到，就否定它們的存在，也不能基于經(jīng)典框架中的粒子觀質疑量子糾纏。在量子世界里，數(shù)學符號和物理手段成為我們能夠深入到現(xiàn)象背后的實在當中思考這種實在的一種必不可少的方法。量子物理學家接受量子糾纏的案例，再一次印證了海森堡在提出他的不確定性原理時引用的愛因斯坦的觀點：是理論決定了我們所觀察的內容。物理學家通過數(shù)學能夠把握世界，這既是人類智慧的展現(xiàn)，也揭示了我們的日常語言的貧乏。
三、關于“因果性”的問題
量子糾纏引發(fā)的另一個更加深刻的哲學問題是關于“因果性”的問題。因果性問題是人類認識史上一個古老而常新的論題，也是一個重要的認識論問題。從亞里士多德的四因說，到休謨的心理習慣論，再到康德的先驗哲學，都涉及對因果性問題的探索。從理論上說，如果A引起B(yǎng)，那么，A是B的原因，B是A的結果。然而，在日常生活中，我們通常認為具有因果關系的大多數(shù)事件之間并沒有必然的因果聯(lián)系，比如，我們常說“吸煙會導致肺癌”，但并非所有的吸煙者最終都會得肺癌，也不是所有的肺癌都是由于吸煙導致的，不吸煙者也會得肺癌。因此，我們需要把因果性、決定性、規(guī)律性、概率與關聯(lián)等概念區(qū)分開來。有因果性的決定性和非因果性的決定性，也有決定論的因果性和非決定論的因果性。非因果性的決定性所呈現(xiàn)的只是不同事件之間的純粹關聯(lián)，非決定論的因果性揭示了一種統(tǒng)計因果性。除此之外，在事件之間的關系中，還有確定性的關聯(lián)和統(tǒng)計性的關聯(lián)之間的區(qū)別。比如，日夜交替就是一個確定性的關聯(lián)，但白天不是黑夜到來的原因，黑夜也不是白天出現(xiàn)的原因，而是受天氣運行規(guī)律支配的兩種互相關聯(lián)的結果。再比如，地震預報通常只能給出統(tǒng)計性的預言，至于這種統(tǒng)計性的關聯(lián)是屬于因果性還是非因果性的，則依賴于我們掌握的科學理論所能達到的程度。 在科學研究中，科學家最早認識的因果性是決定論的因果性。這種決定論的因果性植根于牛頓力學的思維方式中，通過動力學理論體現(xiàn)出來。在牛頓力學中，只有物理狀態(tài)的變化是有原因的，這種原因就是外界的影響，通常用“力”來表示，稱之為物理系統(tǒng)與外界的相互作用。這樣，在近代物理學文獻中，物理學只討論動力學方程，而沒有提及原因概念，比如牛頓第二定律。這種決定論的因果性觀念與常識相符。物理系統(tǒng)可以在“最少受干擾”的理想狀態(tài)下存在，被當作封閉系統(tǒng)來對待。物理學家可以只討論它的“純粹形態(tài)”及其變化。而日常生活中的研究對象則復雜許多，無法做到這一點。但是，隨著牛頓力學的成功應用，這種決定論的因果性觀念并沒有遭人質疑。熱力學涉及到大量分子的運動情況，物理學家不得不引入統(tǒng)計方法來思考問題，但是，在觀念上，這種統(tǒng)計方法只被當作是一種權宜之計，在分子層次上，由于假定每個分子的運動仍然遵守力學規(guī)律，而保留了決定論的因果性的觀念。拉普拉斯妖形象地描述了這種決定論的因果性的圖景：如果有一個全知全能的智者能夠知道世界的整個初始狀態(tài)，那么，就能預言未來世界的所有變化。這種觀點非常狹窄地解釋了因果性概念，并把因果性與決定論等同起來，認為存在著從系統(tǒng)的初始狀態(tài)單義地確定其未來狀態(tài)的自然律。
相對論力學的產生，雖然帶來了時空觀的變革，但是，并沒有破壞這種窄化了的決定論的因果性觀念，只是對這種觀念附加了限制性條件。狹義相對論的基本假設之一是光速不變原理：即光在所有參照系中的傳播速度都是不變的，或者說，對所有的觀察者都是一樣的。這意味著，在不同的參照系中，任何能量或信號的傳遞速度都不能超光速。已知兩個事件，只有當它們的空間間隔△x和時間間隔△t滿足不等式△xc△t，意味著它們相距很遙遠，它們之間的光信號沒有時間從一個事件傳播到另一個事件，這兩個事件被稱為是類空分離的事件，類空分離的事件是在光錐外的事件。因此，類空分離的兩個事件之間不可能產生因果性的相互影響。對于兩個類空事件來說，沒有任何影響能超光速傳播，這就是著名的定域性原理。
直到量子力學產生之后，這種決定論的因果性觀念才受到實質性的挑戰(zhàn)。不僅不確定性成為世界的本質特征，而且量子糾纏現(xiàn)象體現(xiàn)出的非定域性是否與相對論的定域性相矛盾，成為討論的重點。因為兩個相互糾纏的粒子，一個粒子的存在狀態(tài)的改變，會同時影響另一個粒子的存在狀態(tài)。然而，根據(jù)狹義相對論，“同時性”概念并不是絕對的，而是相對的，在一個參照系中同時發(fā)生的兩個事件，在其他參照系中是不同時的，即觀察者對事件A有多晚發(fā)生是不一致的。根據(jù)這種觀點，如果兩個類空分離的事件在一個參照系中是同時發(fā)生的，那么，我們總能找到一個參照系，在這個參照系中，事件A先于事件B發(fā)生，也能找到一個參照系，在這個參照系中，事件B先于事件A發(fā)生，即感知次序發(fā)生顛倒。這樣，如果我們認為這兩個事件之間有某種因果關系，那么，就有可能出現(xiàn)結果在原因之前的情況：即被影響的事件發(fā)生時，產生影響的事件才會發(fā)生，這是一種逆向因果性(backward causality)，因此產生了因果悖論的情況。
避免因果悖論的最直觀的途徑是接受存在著超光速的因果聯(lián)系。但是，從當代科學的發(fā)展來看，我們還沒有用這種超光速的因果聯(lián)系傳遞任何超光速信號的實驗證據(jù)。即使退一步講，假如超光速的因果聯(lián)系使類空分離的事件發(fā)生了改變，為了避免因果悖論，也只會有兩種情況：其一是一定存在著一個首選的參照系，在這個參照系中，所有的逆向因果關系都被看成是類似于一種視錯覺;其二是這種改變一定呈現(xiàn)出某種對稱性，我們只能說兩個事件互為因果，而不能說一個事件引起另一個事件。因此，通過只允許原因不能逆向傳播的參照系，才可能避免因果悖論。
問題在于，即使消除這種因果悖論，還有一個更基本的問題是，如何使量子力學與相對論一致起來。這關系到洛倫茲不變性的問題，即所有的參照系都是等價的問題。物理學定律在洛倫茲變換下具有協(xié)變性，也就是說，物理學定律遵守相對性原理，這是相對論的一個本體論支柱。如果所有的參照系實際上不是等價的，那么，物理學定律似乎就向我們掩蓋了事實真相。在愛因斯坦的相對論產生之前，洛倫茲等人就持有這種觀點，他們雖然已經(jīng)推論出狹義相對論的數(shù)學形式，但由于缺乏愛因斯坦的概念遠見，而沒有真正創(chuàng)立狹義相對論。如果我們拋棄洛倫茲不變性，而接受上面提到的首選參照系，那么，我們在很大程度上所放棄的就是愛因斯坦的概念遠見。然而，這種概念遠見卻與實驗事實相符，也是愛因斯坦進一步提出廣義相對論的前提。因此，接受有超光速的因果聯(lián)系是不可取的。
假如我們不接受有超光速的因果聯(lián)系的話，我們就把研究的目標集中在澄清愛因斯坦的定域性概念、貝爾的定域性概念和量子力學的非定域性概念之間的區(qū)別與聯(lián)系的問題上。貝爾強調說，他在《論EPR悖論》一文中假設的是定域性，不是決定論，決定論是一個推斷，不是一個假設。也就是說，根據(jù)貝爾的觀點，實驗否定的是定域性，而不是決定論。這樣，就相應地帶來了一系列需要進一步澄清的概念問題：貝爾定理的前提假設是什么?貝爾的定域性概念與愛因斯坦的定域性是否具有相同的內涵?量子力學的非定域性是否意味著微觀信息是超光速傳播的?或者說，量子力學的非定域性概念是否就是對愛因斯坦的定域性概念的否定?這些問題從20世紀80年代開始受到了物理哲學界的普遍關注，一直到現(xiàn)在還在討論之中。
一種觀點認為，貝爾的定域性是指測量和觀察;愛因斯坦的定域性是指物理系統(tǒng)的存在狀態(tài)。量子力學的非定域性意味著量子力學是不完備的，有可能找到一個比量子力學更基本的理論，使量子力學成為這個理論的一種極限情況。
另一種觀點認為，貝爾所理解的定域性是概率的愛因斯坦的定域性。還有一種觀點認為，定域性不是貝爾不等式成立的唯一前提條件，可以從兩個獨立的假設――分離性假設和定域作用假設――推論出貝爾不等式。這里的“定域作用假設”是指，只有以小于光速的速度傳播的物理效應才能改變彼此分離的客體的實在態(tài)。實驗否定的是分離性假設，量子力學的非定域性是指非分離性，而不是指非定域的相互作用。因此，得不出信息的超光速傳播的結論。
其實，從物理學史的發(fā)展來看，這種狀況類似于17世紀末18世紀初，在引力傳遞機制問題上，圍繞“超距作用”的觀點所展開的爭論。直到19世紀法拉第確立了場概念之后，才最終否定了超距作用的觀點。我們對空間上分離的兩個量子系統(tǒng)之間的這種糾纏現(xiàn)象的理解，也不能用傳統(tǒng)的因果相互作用來理解。因為這兩個量子系統(tǒng)之間的即時關聯(lián)是一種不依賴于任何相互作用的非定域性關聯(lián)。所以，我們不能運用傳統(tǒng)的思維方式來理解這種關聯(lián)。
結語
總之，試圖澄清量子糾纏現(xiàn)象發(fā)生的內在機制并不是一個哲學問題，而是一個物理學問題，但是，試圖通過在量子糾纏概念的理解與發(fā)展中提供的認識論啟示來理解科學，就變成了一個典型的科學哲學問題。量子糾纏是量子力學的理論體現(xiàn)所蘊含的，物理學家對這一現(xiàn)象的接受到應用的過程，也是他們努力澄清量子糾纏的意義與揭示其運行機制的過程�？梢韵胂瘢孔蛹m纏的未來很可能會像電磁波的今天一樣，在各個領域都得到廣泛的應用。而哲學家澄清量子糾纏引發(fā)的哲學問題的過程，則是一個令傳統(tǒng)的哲學觀念脫胎換骨的過程。
研究生論文發(fā)表期刊推薦《西北大學學報》 ( 哲學社會科學版 ) 是我國創(chuàng)建最早的學術期刊之一。其前身為創(chuàng)刊于 1913 年 7 月 1 日 的《學叢》月刊，中經(jīng)《西北大學周刊》 (1924 年 ) 、《西大學報》 (1939 年 ) 、《西北學術》 (1943 年 ) 、《西北大學學報》 ( 哲學社會科學版， 1957 年 ) 等刊的發(fā)展，延續(xù)至今，已有九十多年的歷史。
