[德]W．海森堡／文 王自華／譯

　　現(xiàn)代原子物理學(xué)的最引人注目的普遍結(jié)果，就是在其影響下自然規(guī)律在概念上所發(fā)生的變革。

　　近年來(lái)經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)，現(xiàn)代原子物理學(xué)取消了原因和結(jié)果的規(guī)律，或者至少這個(gè)規(guī)律有時(shí)不靈了；
因此，人們?cè)僖膊荒馨丛瓉?lái)的意義談?wù)撌录�合乎自然�?guī)律的確定性。有時(shí)就干脆說(shuō)，也許因果性原理與現(xiàn)代原子學(xué)說(shuō)是不能協(xié)調(diào)一致的。要是因果性或者規(guī)律的概念弄得不夠清楚，那么這些表述終究是不易理解的。因此，下面我想首先簡(jiǎn)要地談一下這些概念的歷史發(fā)展。然后打算探討在量子論之前早已得出的原子物理學(xué)和因果性原理之間的關(guān)系。接著準(zhǔn)備研究量子論的結(jié)果，并談?wù)勗�子物理學(xué)近年來(lái)的發(fā)展。這些發(fā)展至今很少深入到公眾中去，但看得出來(lái)，它似乎也在哲學(xué)的領(lǐng)域中期待著它的反作用。

　　就原因和結(jié)果的規(guī)則來(lái)說(shuō)，因果性概念的應(yīng)用在歷史上尚較年輕。在早期哲學(xué)中，語(yǔ)詞“原因(causa)”與現(xiàn)在相比其意義更普遍得多。例如在經(jīng)院哲學(xué)中，按照亞里士多德的說(shuō)法，“原因(Ursache)”就有四種形式。那里稱之為“形式因”(近似于表示現(xiàn)在所指的事物的結(jié)構(gòu)或精神內(nèi)涵)；
“質(zhì)料因”(做成事物的材料)；
“目的因”(創(chuàng)造事物的目的)；
以及最后“動(dòng)力因”。而只有動(dòng)力因才有點(diǎn)像我們今天所認(rèn)為的原因(Ursache)這個(gè)語(yǔ)詞的意思。

　　從概念“原因(causa)”演變到如今的概念原因(Ursache)是在好多個(gè)世紀(jì)的進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)的，并與由人們所理解的全部現(xiàn)實(shí)的演變和在近代開(kāi)始的自然科學(xué)的形成有著內(nèi)在聯(lián)系。按照物質(zhì)過(guò)程獲得現(xiàn)實(shí)性的同一個(gè)程度，語(yǔ)詞“causa”也與先行于可解釋事件的、并以某種方式產(chǎn)生了這一事件的那樣一種物質(zhì)事件有關(guān)。因此，在康德[其實(shí)他在許多地方事實(shí)上干脆是從牛頓以來(lái)的自然科學(xué)發(fā)展中吸取哲學(xué)結(jié)論]那里，語(yǔ)詞“因果性”甚至就已經(jīng)像我們從19世紀(jì)以來(lái)所熟悉的那樣來(lái)表述了：“當(dāng)我們獲悉發(fā)生了什么時(shí)，與此同時(shí)，我們也就總是預(yù)設(shè)了某種它按照一條規(guī)則從中產(chǎn)生的東西在先行著�！�

　　于是漸漸地，因果性原理被弄得狹窄了，最后與預(yù)期自然界中的事件總是被單義地規(guī)定，因而預(yù)期對(duì)自然界或者其中一個(gè)確定片斷的準(zhǔn)確知識(shí)至少在原則上足以預(yù)先確定將來(lái)，是同一個(gè)意思了。牛頓物理學(xué)正是這樣猜測(cè)的：能夠從系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)預(yù)計(jì)系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)的未來(lái)的運(yùn)動(dòng)。拉普拉斯(Laplace)把這個(gè)自然界中極為基本的觀點(diǎn)說(shuō)成是虛構(gòu)一個(gè)魔鬼，這也許是最通俗易懂的了。這個(gè)魔鬼在某一給定時(shí)刻熟悉所有原子的位置和運(yùn)動(dòng)，而后它就必定處在能預(yù)計(jì)整個(gè)未來(lái)世界的位置。一旦如此狹窄地解釋了因果性這個(gè)語(yǔ)詞，人們也就可以談?wù)摗皼Q定論”了，并且因而認(rèn)為：存在著從系統(tǒng)的現(xiàn)在狀態(tài)單義地確定未來(lái)狀態(tài)這樣一個(gè)永久不變的自然法則。

　　原子物理學(xué)從一開(kāi)始，就展示出一些本質(zhì)上不適合這樣一個(gè)圖景的觀念。雖然它們與這一圖景的矛盾不是根本的，但是原子學(xué)說(shuō)的思想方法一開(kāi)始就必然與決定論的思想方法有別。早在古希臘德謨克利特(Demokrit)和留基伯(Leukipp)的原子學(xué)說(shuō)中就已經(jīng)提出：宏觀過(guò)程是經(jīng)由許多不規(guī)則的微觀過(guò)程的發(fā)生而實(shí)現(xiàn)的。這在原則上是可行的，日常生活中就不乏這種例子。比方對(duì)農(nóng)民來(lái)說(shuō)，他們只消看到云層的凝聚和土壤的灌溉就夠了，根本就不需要知道水滴是怎樣一滴滴下落的。或者再舉一個(gè)例子，我們準(zhǔn)確地知道我們用的花崗石這個(gè)語(yǔ)詞指的是何物，即使并未準(zhǔn)確了解一個(gè)個(gè)小晶體的形狀和化學(xué)結(jié)構(gòu)、它們的混合比和顏色。所以，我們總是一再使用涉及宏觀的行為的概念，而不用對(duì)微觀的單個(gè)進(jìn)程發(fā)生興趣。

　　這種由許多微小事件從統(tǒng)計(jì)上共同起作用的想法，在古希臘羅馬的原子學(xué)說(shuō)中已經(jīng)成為它們解釋世界的基礎(chǔ)，并且被推廣成這個(gè)觀念：物質(zhì)所有可感覺(jué)的性質(zhì)間接地由原子的排列和運(yùn)動(dòng)所造成。在德謨克利特那里就已經(jīng)有這種說(shuō)法：“一物的甜和苦是虛假的，顏色也是虛假的，實(shí)際上只存在原子和虛空�！比绻�人們通過(guò)非常多的微小的單個(gè)過(guò)程的共同作用這種方式來(lái)解釋感性上可以覺(jué)察的過(guò)程，那么幾乎必然會(huì)得出結(jié)論：人們也只是把自然界中的規(guī)律性看成為統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。盡管統(tǒng)計(jì)規(guī)律性也能得出一些或然性程度很高、相當(dāng)可靠的表述，但在原則上它總是存在有例外。

　　統(tǒng)計(jì)規(guī)律性概念經(jīng)常被認(rèn)為是充滿矛盾。比方人們可能會(huì)認(rèn)為，自然界中的過(guò)程要么是被合規(guī)律地確定，要么是完全無(wú)序地給出；
但是在統(tǒng)計(jì)規(guī)律性之下，人們就很難設(shè)想什么東西。與此相反的是，人們必須記住：我們?cè)谌粘Ｉ�活中不得不處處與統(tǒng)計(jì)規(guī)律性打交道，并把它們作為我們實(shí)踐行動(dòng)的基礎(chǔ)。例如當(dāng)技術(shù)人員建造一座發(fā)電廠時(shí)，他主要利用每年的平均降雨量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，雖然他不可能預(yù)測(cè)何時(shí)下雨和下多少雨。

　　統(tǒng)計(jì)規(guī)律性在這個(gè)規(guī)則中意味著：人們只能不完全地了解有關(guān)的物理系統(tǒng)。著名的例子就是玩骰子。因?yàn)轺蛔拥娜魏我幻娑疾槐绕渌�一面占�?yōu)勢(shì)，因此我們用哪一種方法都不能預(yù)言它會(huì)哪一面朝上地落下來(lái)，人們可以認(rèn)為的是，在擲了非常多的次數(shù)后，大約正好有六分之一的次數(shù)是五點(diǎn)朝上。

　　早在近代開(kāi)始，人們就已試圖通過(guò)物質(zhì)原子的統(tǒng)計(jì)態(tài)從質(zhì)上也從量上去解釋物質(zhì)的狀態(tài)。R．波義耳(Robert Boyle)曾指出：倘若利用單個(gè)原子對(duì)容器壁的大量碰撞來(lái)解釋壓強(qiáng)的話，便可以弄清楚一定氣體的壓強(qiáng)和體積之間的關(guān)系。用類似方法，人們已經(jīng)解釋了熱動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為：在熱的物體中的原子比在冷的物體中的原子運(yùn)動(dòng)得更加激烈。這個(gè)陳述的一個(gè)數(shù)學(xué)上的定量形式已經(jīng)成功地給出，并借此說(shuō)明了熱學(xué)規(guī)律。

　　統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的這一應(yīng)用的最終形式，已經(jīng)在上世紀(jì)后半葉通過(guò)所謂統(tǒng)計(jì)力學(xué)得到了。在這個(gè)其基本規(guī)律是從牛頓力學(xué)簡(jiǎn)單推導(dǎo)出來(lái)的理論中，人們研究了從一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)的不完全的知識(shí)中所得到的結(jié)果。所以原則上人們并沒(méi)有放棄純粹的決定論，他們?cè)O(shè)想：?jiǎn)蝹�(gè)事件完全是由牛頓力學(xué)所規(guī)定的。但是人們補(bǔ)充了一種想法：該系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)并非完全被知悉。正是吉布斯(Gibbs)和玻爾茲曼(Boltzmann)成功地用數(shù)學(xué)公式適當(dāng)?shù)仡I(lǐng)會(huì)了不完全知識(shí)的性質(zhì)，尤其是吉布斯能夠指出：溫度概念正好與知識(shí)的不完全性緊密相連。

　　當(dāng)我們知道一個(gè)系統(tǒng)的溫度時(shí)，那么這意思就是：這個(gè)系統(tǒng)是來(lái)自一組權(quán)利相等的系統(tǒng)。這組系統(tǒng)可以用數(shù)學(xué)來(lái)精確地描述，而對(duì)于所涉及的特殊系統(tǒng)卻不行。因此，吉布斯本來(lái)已經(jīng)幾乎無(wú)意識(shí)地跨出了一步，這一步后來(lái)引出了一個(gè)最重要的結(jié)果。吉布斯第一次提出一種物理概念，只有在我們對(duì)自然界中的一個(gè)對(duì)象的知識(shí)不完全時(shí)，才能把這種物理概念用到這個(gè)對(duì)象上。例如假設(shè)氣體中所有分子的運(yùn)動(dòng)和位置已知，那么，談?wù)摎怏w的溫度便再也沒(méi)有意義。溫度概念只能被應(yīng)用于系統(tǒng)不完全被知悉的情況，并且人們希望從這個(gè)不完全的知識(shí)中得出統(tǒng)計(jì)的結(jié)論。

　　自從吉布斯和玻爾茲曼的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，盡管人們用這個(gè)方法把一個(gè)系統(tǒng)的不完全知識(shí)列入物理定律的表述中，但是，直到M．普朗克(Max Planck)的著名發(fā)現(xiàn)(它是“量子論”的開(kāi)端)為止，人們基本上還是堅(jiān)持決定論。普朗克在他關(guān)于輻射理論的工作中首先只是發(fā)現(xiàn)了在輻射現(xiàn)象中的某種不連續(xù)性的要素。他指出，一個(gè)在發(fā)射中的原子所放出的能量不是連續(xù)的，而是分立的，呈脈沖狀。這個(gè)分立的、呈脈沖狀的能量發(fā)射像原子論的全部觀念一樣，又引出一個(gè)假設(shè)：輻射的發(fā)送可能是一種統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象。但只是在25年的進(jìn)程之后人們才提出：事實(shí)上，量子論甚至迫使我們把這條規(guī)律正好表述為統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并且還與決定論發(fā)生了原則性的偏離。

　　在愛(ài)因斯坦(Einstein)、玻爾(Bohr)和索末菲(Sommerfeld)的工作之后，普朗克理論已被證明是能用以打開(kāi)通向原子物理學(xué)全域的大門(mén)的鑰匙。在盧瑟福(Rutherford)—玻爾原子模型的幫助下，人們已經(jīng)能夠解釋化學(xué)過(guò)程。從這個(gè)時(shí)候起，化學(xué)、物理學(xué)和天體物理學(xué)融合成一個(gè)統(tǒng)一體。但是，在量子論規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)中，人們已經(jīng)迫不得已地發(fā)現(xiàn)自己偏離了純粹的決定論。因?yàn)樵诖诉�不能談?wù)撨@些數(shù)學(xué)上的評(píng)估，所以我只打算指出幾種不同的說(shuō)法，在其中人們表達(dá)了物理學(xué)家看到在原子物理學(xué)中所體現(xiàn)的那種值得注意的情況。

　　人們一度能夠把與以前物理學(xué)的偏離表述為所謂的“不確定性關(guān)系②(Unbestimmtheit- srelationen)”。人們確信，一個(gè)原子微粒的位置和速度不可能同時(shí)以任意精度來(lái)確定。如果能夠非常準(zhǔn)確地測(cè)量位置，那么由于觀察儀器的干擾，對(duì)速度的認(rèn)識(shí)在一定程度上就會(huì)變得非常模糊；
反之，由于精確的速度測(cè)量也會(huì)模糊對(duì)位置的認(rèn)識(shí)，于是，對(duì)于這兩個(gè)不準(zhǔn)確性的乘積由普朗克常數(shù)給出一個(gè)下限。這種說(shuō)法至少讓人們清楚地看到，借助于牛頓力學(xué)的概念就只能裹足不前；
因?yàn)閷?duì)一個(gè)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，就非得要在一個(gè)確定的時(shí)間點(diǎn)同時(shí)準(zhǔn)確知道位置和速度，但根據(jù)量子論這恰好是不行的。

　　另一種說(shuō)法由玻爾所創(chuàng)造，他采用了“互補(bǔ)性(Komplementaritat)”概念。他認(rèn)為，我們用以描述原子系統(tǒng)的不同直觀圖景，盡管對(duì)于確定的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完全測(cè)定，但不是相互排斥的。例如可以把玻爾原子描述成那樣一個(gè)小規(guī)模的行星系：中間是原子核，外面是電子，電子圍繞核旋轉(zhuǎn)。但是在另外的實(shí)驗(yàn)中，這樣來(lái)設(shè)想才會(huì)是適當(dāng)?shù)模涸�子核被多層固定的波所包圍，在此波的頻率決定了由原子所發(fā)射的輻射的頻率。最后，人們也能把原子看作一個(gè)化學(xué)的對(duì)象，可以計(jì)算它與其他原子聯(lián)合時(shí)的反應(yīng)熱，但這樣一來(lái)就不能同時(shí)對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)有所陳述。因此倘若人們?cè)谡�確的地方應(yīng)用它們，這兩幅不同的圖景都是正確的，但是它們彼此矛盾，因此稱它們?yōu)榛パa(bǔ)。每一單個(gè)的圖景都具有不確定性，而這種由不確定性關(guān)系來(lái)表達(dá)的不確定性恰好足以避開(kāi)不同圖景之間的邏輯矛盾。

　　從這個(gè)暗示出發(fā)，哪怕不進(jìn)一步討論量子論數(shù)學(xué)也很可以理解到，一個(gè)系統(tǒng)的不完全知識(shí)必定是那個(gè)量子論表述的一個(gè)重要組成部分。這個(gè)量子論規(guī)律必然是統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的。為此舉一例：我們知道鐳原子能發(fā)射α輻射。量子論能指出每單位時(shí)間α粒子以什么幾率離開(kāi)核；
但是量子論不能預(yù)言準(zhǔn)確時(shí)刻，它在原則上不確定。人們也決不能認(rèn)為，以后還會(huì)再發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的規(guī)律，它允許我們?nèi)ゴ_定這個(gè)準(zhǔn)確時(shí)刻；
因?yàn)樘热羟闆r果真如此，那么就不能理解，為什么還能也把α粒子理解為一個(gè)離開(kāi)原子核的波；
這甚至本身也能由實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。

　　那些既證明了原子物質(zhì)具有波動(dòng)性，又證明了原子物質(zhì)具有粒子性的各種實(shí)驗(yàn)，通過(guò)它們的佯謬迫使我們對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律性進(jìn)行表述。在宏觀過(guò)程中這個(gè)原子物理學(xué)的統(tǒng)計(jì)因素一般不起作用，因?yàn)閺慕y(tǒng)計(jì)規(guī)律出發(fā)對(duì)于宏觀過(guò)程得出的是一個(gè)相當(dāng)大的幾率，使人們可以認(rèn)為這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是決定了的。當(dāng)然也常有這種情況，其中宏觀事件依賴于一個(gè)或一些更小的原子行為，那樣，人們也能預(yù)言這個(gè)宏觀過(guò)程只是統(tǒng)計(jì)的。我想用一個(gè)眾所周知的、但并不能令人愉快的例子，也即原子彈的例子來(lái)解釋這一點(diǎn)。

　　對(duì)于一個(gè)普通的炸彈，能從爆炸物質(zhì)的重量和它的化學(xué)成分預(yù)計(jì)爆炸強(qiáng)度。對(duì)于原子彈，盡管人們也能給出一個(gè)爆炸強(qiáng)度的上限和下限，但是，這個(gè)強(qiáng)度的一個(gè)精確的預(yù)計(jì)原則上不可能，因?yàn)樗�依賴于一些更小的原子在點(diǎn)火進(jìn)程中的行為。在生物學(xué)中[約爾丹(Jordan )對(duì)此特別有所指明]也有相似的幾率過(guò)程，其中宏觀進(jìn)化受到單個(gè)原子中的過(guò)程的控制；
在遺傳過(guò)程中基因突變時(shí)尤其看到這種情況。這兩個(gè)例子應(yīng)該要用量子論統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的實(shí)際結(jié)果來(lái)解釋；
而且這個(gè)發(fā)展是20多年以來(lái)形成的，還不能設(shè)想將來(lái)在這方面還會(huì)有什么根本的改變。

　　盡管在最近幾年，在因果性問(wèn)題的圈子里還添加了一種新觀點(diǎn)，正如在開(kāi)頭我就說(shuō)過(guò)的；
它起源于原子物理學(xué)的最新發(fā)展。但這些問(wèn)題(現(xiàn)在處于原子物理學(xué)興趣的核心)按照邏輯順序產(chǎn)生于原子物理學(xué)最近200年的進(jìn)展；
因此我必須再次簡(jiǎn)短地著手探討近代原子物理學(xué)的歷史。

　　在近代早期，原子概念與化學(xué)元素概念結(jié)合在一起。一種基本物質(zhì)的特征是它在化學(xué)上不允許再分解。因而，每一種元素都有一個(gè)所屬的確定的原子種類。比如，一塊碳元素就由純凈的碳原子所組成，一塊鐵元素就由純凈的鐵原子所組成。因此，有多少化學(xué)元素就不得不假設(shè)有多少種原子。到那時(shí)為止，人們認(rèn)識(shí)了92種不同的化學(xué)元素，所以也就必須認(rèn)為有92種原子。但是，從原子學(xué)說(shuō)的基本預(yù)設(shè)來(lái)看，這樣一種觀念很不令人滿意。最初原子是要由它們的排列和運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋元素的質(zhì)。只有當(dāng)原子全部都一樣或者只存在很少種的原子，就是說(shuō)，只有當(dāng)原子本身沒(méi)有質(zhì)的差別時(shí)，那么這種觀念才有一個(gè)實(shí)際的解釋價(jià)值。(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁(yè))

　　但是，當(dāng)不得不假設(shè)有92種質(zhì)不同的原子時(shí)，面對(duì)正好有這么些性質(zhì)上不同的事物這種說(shuō)法，人們并沒(méi)有太多收獲。

　　因此，92種根本不同的最小粒子的假設(shè)，長(zhǎng)期以來(lái)是不能令人滿意的，因而人們?cè)��?jīng)猜測(cè)，想必可以從這92種原子中獲得一個(gè)數(shù)量更少的基本成份。因而人們?cè)缇蛧L試著把化學(xué)原子理解為由少數(shù)基石復(fù)合而成。把一種化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)物質(zhì)這個(gè)最古老的嘗試，總還是來(lái)源于物質(zhì)最終是統(tǒng)一的這樣一個(gè)前提。事實(shí)上，過(guò)去50年業(yè)已證明：化學(xué)原于是復(fù)合的，并且只是由三種基石所組成，我們稱它們?yōu)橘|(zhì)子、中子和電子。

　　原子核由質(zhì)子和中子組成，它被一定數(shù)量的電子所圍繞。這樣，如碳原子的核便由六個(gè)質(zhì)子和六個(gè)中子所組成，在它周?chē)�一定距離圍繞著有六個(gè)電子。因而自從核物理學(xué)在30年代發(fā)展以來(lái)，92種不同的原子僅由三種最小的不同粒子所取代了；
至此，原子學(xué)說(shuō)準(zhǔn)確地選擇了它的道路。這條道路對(duì)于原子學(xué)說(shuō)來(lái)說(shuō)是由它的基本假設(shè)所預(yù)先制定了的。從此以后，明確了所有化學(xué)原子由三種基石所組成，化學(xué)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化也就必然成為可能的了。眾所周知，隨著物理學(xué)上的澄清，立即帶來(lái)了技術(shù)上的現(xiàn)實(shí)化。自從1938年O．哈恩 (Otto Hahn)發(fā)現(xiàn)了鈾裂變和與此相關(guān)的技術(shù)上的發(fā)展以來(lái)，元素的轉(zhuǎn)化也能夠在宏觀上被體現(xiàn)出來(lái)了。

　　然而在最近20年里，這幅圖景再一次出現(xiàn)了混亂。在所知道的三種基本粒子：質(zhì)子、中子和電子以外，人們已經(jīng)在30年代有了更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，而最近十年這種新粒子的數(shù)目驚人地增長(zhǎng)著。但總是與這樣一些基本粒子有關(guān)，它們與三種基石相反都是不穩(wěn)定的，即只能存在極短的時(shí)間。在這些粒子(我們稱它們?yōu)榻樽?中有一種壽命約為百萬(wàn)分之一秒，另一種只能存在這個(gè)時(shí)間的百分之一，第三種不帶電的甚至只能存在百兆分之一秒。但除了這個(gè)不穩(wěn)定性外，新基本粒子的狀況與三種穩(wěn)定的物質(zhì)基石極其相似。

　　最初給人的印象是，似乎現(xiàn)在人們又在被迫采用大量不同質(zhì)的基本粒子，鑒于原子物理學(xué)的基本假設(shè)，這將是很不令人滿意的。然而在最近幾年的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)表明，基本粒子在相互碰撞時(shí)有巨大的能量轉(zhuǎn)移，并能相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩個(gè)基本粒子帶著巨大的動(dòng)能相互擊中時(shí)，在碰撞以后便會(huì)產(chǎn)生新的基本粒子，原先的粒子和它們的能量轉(zhuǎn)換成新的物質(zhì)。如果認(rèn)為，說(shuō)到底所有粒子都由同樣的材料組成，它們只能是同一種物質(zhì)的不同穩(wěn)定狀態(tài)，人們便能最簡(jiǎn)單地描述這個(gè)事態(tài)。這個(gè)基石的數(shù)字三，因而再次簡(jiǎn)化為數(shù)字一，只有一種統(tǒng)一的物質(zhì)，但它可以以各種分離的穩(wěn)定態(tài)而存在。這些狀態(tài)中有一些是穩(wěn)定的，它們是質(zhì)子、中子和電子，另外許多則是不穩(wěn)定的。

　　基于過(guò)去幾年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盡管人們幾乎不可能更多地懷疑原子物理學(xué)將會(huì)在這個(gè)方向上發(fā)展，但是要從數(shù)學(xué)上把握形成基本粒子的規(guī)律性，至今還沒(méi)有成功。這正是原子物理學(xué)家目前工作的難題，不管是實(shí)驗(yàn)工作(發(fā)現(xiàn)新粒子并研究它們的性質(zhì))還是理論工作，盡力有規(guī)律地結(jié)合基本粒子的各種性質(zhì)，并且寫(xiě)下它們的數(shù)學(xué)公式。

　　在這些努力中，突然出現(xiàn)了我們前面提到的時(shí)間概念的困難。當(dāng)人們研究高能基本粒子相互碰撞時(shí)，必須考慮到狹義相對(duì)論的空間—時(shí)間結(jié)構(gòu)。在原子殼層的量子論中，這種空間—時(shí)間結(jié)構(gòu)并沒(méi)有起很重要的作用，因?yàn)樵�子殼層上電子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)說(shuō)來(lái)比較慢。但是，現(xiàn)在涉及到的是基本粒子，它們的運(yùn)動(dòng)接近光速，它們的行為也只有借助于相對(duì)論才能被描繪。愛(ài)因斯坦在50年前發(fā)現(xiàn)，空間和時(shí)間的結(jié)構(gòu)根本不像我們最初在日常生活中所想象的那樣簡(jiǎn)單。如果我們把所有那些我們從中至少原則上能夠獲悉一些什么的事情稱為過(guò)去；
而把所有那些我們?cè)瓌t上也能對(duì)之產(chǎn)生點(diǎn)影響的事情稱作為將來(lái)；
那么，相信在這兩組事情之間只存在著我們能夠稱之為現(xiàn)在時(shí)刻的這樣一個(gè)無(wú)限短的瞬間，這是符合我們天真的想法的。這也曾是牛頓用作他的力學(xué)基礎(chǔ)的觀念。

　　但自從1905年愛(ài)因斯坦的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們知道，在我剛才稱為將來(lái)的東西和我稱為過(guò)去的東西之間，存在一個(gè)有限的時(shí)間間隔，它在時(shí)間上的范圍大小依賴于事件與觀察者之間的空間距離。因此，現(xiàn)在的范圍并非限制在無(wú)限短的時(shí)間瞬間中。相對(duì)論認(rèn)為，作用原則上不能傳播得比光速更快。于是，相對(duì)論的這個(gè)特點(diǎn)在與量子論的不確定性關(guān)系相聯(lián)系時(shí)即帶來(lái)了不少麻煩。根據(jù)相對(duì)論，作用只涉及空間—時(shí)間區(qū)域，它通過(guò)所謂的光錐，也就是通過(guò)由一個(gè)作用點(diǎn)引出來(lái)的光波所達(dá)到的空間—時(shí)間點(diǎn)而形成輪廓鮮明的邊界。因此必須特別強(qiáng)調(diào)，這個(gè)空間—時(shí)間區(qū)域是有輪廓鮮明的邊界的。而在量子論一方則強(qiáng)調(diào)，一個(gè)位置的輪廓鮮明的確定，因而甚至一個(gè)空間的輪廓鮮明的界定，就帶來(lái)一個(gè)速度上的、因而甚至動(dòng)量和能量上的無(wú)限不確定性。這種事態(tài)實(shí)際上是以這樣的方式產(chǎn)生出來(lái)的：在嘗試一個(gè)基本粒子相互作用的一個(gè)數(shù)學(xué)表述時(shí)，能量和動(dòng)量總是出現(xiàn)無(wú)限大的數(shù)值，它們阻礙建立一個(gè)滿意的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

　　在最近幾年，對(duì)這個(gè)困難作了很多研究，但還是不能成功地給出一個(gè)完全滿意的解決。所以暫時(shí)提出這個(gè)假設(shè)似乎是唯一的補(bǔ)救：在極小的空間—時(shí)間區(qū)域中，也即在基本粒子的數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，空間和時(shí)間以一個(gè)奇特的方式變模糊了，也就是，在那么短的時(shí)間中，就連前或后這些概念本身也再不能正確地定義。自然，如果在宏觀區(qū)域中，空間—時(shí)間結(jié)構(gòu)不會(huì)有絲毫改變，但那就必須估計(jì)到這種可能性：實(shí)驗(yàn)將針對(duì)在十分小的空間—時(shí)間區(qū)域中的有關(guān)過(guò)程指出，某些進(jìn)程顯得在時(shí)間上是顛倒進(jìn)行的，而不是符合它們的因果順序。

　　于是在這里，原子物理學(xué)的最新發(fā)展，再一次與因果律問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)了。當(dāng)然，暫時(shí)還不能斷定，是否這里會(huì)再度出現(xiàn)新的矛盾和對(duì)因果律的新的偏離。情況可能是：在嘗試基本粒子規(guī)律的數(shù)學(xué)表述時(shí)，終究還會(huì)產(chǎn)生出一些新的可能性來(lái)繞開(kāi)上述困難。但是人們現(xiàn)在已幾乎不懷疑，最新的原子物理學(xué)在這方面的發(fā)展將再一次跨越到哲學(xué)領(lǐng)域里。只有成功地用數(shù)學(xué)方法確立基本粒子領(lǐng)域中的自然規(guī)律；
那就是說(shuō)只有我們知道例如為什么質(zhì)子的重量正好是電子重量的1836倍，以上提出的問(wèn)題的最后答案才能得到。

　　人們由此認(rèn)識(shí)到，原子物理學(xué)已經(jīng)越來(lái)越遠(yuǎn)離決定論的觀念。首先，從原子學(xué)說(shuō)一開(kāi)始，人們就已經(jīng)把決定大宏觀過(guò)程的規(guī)律理解為統(tǒng)計(jì)規(guī)律了。盡管當(dāng)時(shí)人們?cè)谠瓌t上維護(hù)決定論，但是實(shí)際上已在用我們不完全的知識(shí)計(jì)算物理系統(tǒng)。然后，在本世紀(jì)上半葉把原子系統(tǒng)不完全的知識(shí)看作這個(gè)理論的原則上的組成部分。最后，在最近幾年還出現(xiàn)丁這種情況，在最小的空間和時(shí)間中，時(shí)間順序的概念顯得成問(wèn)題了，盡管我們?cè)诖诉�不能說(shuō)有朝一日將如何解開(kāi)這個(gè)謎。

　　注 釋

　�、� 本文系作者于1952年2月12日在圣加侖作的報(bào)告。首次發(fā)表于《宇宙》年鑒第9卷，1954年第3冊(cè)，第225—236頁(yè)。

　　② 漢語(yǔ)以往通常譯為“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”。——譯者

　　(Werner Heisenberg：“Atomforschung und Kausalgesetz”，原載：Schritte uber Grenzen ， R．Piper ＆ Co．Verlag，Munchen，Zurich，1971．S．128—141，鄧曉芒校，責(zé)任編輯：張敦敏)

　　原載《世界哲學(xué)》2002年第4期

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