波函数的实在性分析_吴国林

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1、·113··科技哲学·*波函数的实在性分析吴国林波函数是量子力学的核心概念。波函数的实在性问题一直是科学实在论与反实在论争论的焦点之一。20世纪上半叶量子力学研究主要是检验量子力学的理论是否正确或完备，仅有少量量子技术产品问世。1935年爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(EPR)发表的《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》一文，提出了EPR关联———量子纠缠，直接引发了对量子力学基本问题的论争。(Einstein，PodolskyandRosen，pp.777－780)基于EPR量子纠缠，1993年本内特(Bennett)等6位科学家在《物理评论快报》发表题为

2、《经由经典和EPR通道传送未知量子态》的重要论文，引发了一系列有关量子信息与量子技术的研究，形成了量子信息理论、量子控制论、量子技术等新的量子科技理论。量子纠缠从佯谬到科学事实的确认，是量子技术成立的重要基础。正如著名物理学家阿斯派克特(A.Aspect)所说:“不夸大地说，纠缠的重要性与单体描述被澄清已经成为第二次量子革命之根本。”(Aspect，p.XIX)量子技术建立在量子力学的基础之上，从器件的设计、制造、生产都在量子力学规律的统摄之下，它利用量子力学的规律来组织和控制微观系统的结构和功能。量子技术将量子理论的研究与应用提升到一个新的水平。目前，量子技术

3、正在形成一个高技术群。2001年，戴葵将量子隐形传态归入量子信息技术。(戴葵等，第60－69页)2003年道林(P.Dowling)和密尔本(J.Milburn)将量子技术分为五大类:量子信息技术、量子电机系统、相干量子电动学、量子光学和相干物质技术。(DowlingandMilburn，pp.1655－1674)量子计算(包括量子算法)、量子信息技术、量子控制等都是常见的量子技术。量子技术就是建立在量子力学和量子信息论基础之上的新型技术。没有量子理论就不可能有量子技术，也不可能凭宏观的技术经验发明出量子技术产品。量子技术的兴起拓展了我们认识波函数的实在性的新视

4、野:波函数不仅是一个科学哲学问题，而且是一个技术哲学问题。本文首先从科学实在论角度探讨波函数的实在性，然后从技术哲学角度审视波函数的可控性。其中考察如下问题:如果波函数是实在的，它是何种实在;它的实在是否有结构;元素与结构是什么关系。一、对波函数的实在性的初步考察关于量子力学中波函数的实在性一直存在争论。所谓正统的哥本哈根观点的代表人物玻尔认为，*本文受2010年度国家社会基金一般项目“当代量子技术的哲学研究”(编号10BZX030)与2011年度教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目“当代技术哲学的发展趋势研究”(编号11JZD007)资助。·114·《哲学研

5、究》2012年第7期波函数代表几率波。(玻尔，第61页)海森堡进一步指出:“玻尔、克拉迈斯、斯莱特的几率波意味着更多一些东西:它意味着对某些事情的倾向”。(海森堡，第11页)1926年，玻恩在《论碰撞过程的量子力学》中首先提出波函数的几率波解释:波并不像经典波那样代表什么实在的物理量的波动，它只不过是关于粒子的各种物理量的几率分布的数学描述而已。(Born，pp.863－867)爱因斯坦提出了波函数的统计系综解释。(Einstein，pp.313－347)薛定谔对波函数作了实在论解释，但一开始没有受到重视。下面我们来审视一下薛定谔关于波函数的观点。在薛定谔提出波

6、动方程之前，1923年，德布罗意(也译“德·布洛衣”)连续在《科学院报告集》上以简报的形式讨论波和粒子的关系，更详细的论述包含在1924年他提交的博士论文中。(参见德·布洛衣)他成功地把波的传播与遵从规律的粒子的所有运动联系了起来。德布罗意的论文发表之后，并没有引起大的反响，但是得到了爱因斯坦的支持。爱因斯坦说:“一个物质粒子或物质粒子系可以怎样同一个(标量)波场相对应，德布罗意先生在一篇很值得注意的论文中指出了。”(《爱因斯坦文集》第2卷，第420页)由于爱因斯坦的重视，薛定谔注意到德布罗意的观点，开始用新观点研究原子结构。薛定谔说:“我们再一次发现了关于电子

7、的‘相波’的定理，这是由德布罗意借助相对论推导出来的，他的这些杰出研究对于我的这一工作有着很大的启示。”(《薛定谔讲演录》，第47页)这直接引发了薛定谔在1926年发表的四篇关于波动方程的系列经典论文《作为本征值问题的量子化》。在第一篇论文中，薛定谔采取了如下的方式进行处理:与哈密顿－雅可比方程联系，将母函数S与未知函数(后来取名为波函数)ψ相联系，并假设为:S=Klogψ，其中常数K是为了量纲的考虑。222me考虑到氢原子的具体情况，就得到了我们熟知的薛定谔方程形式:ψ+(E+)ψ=0。Kr对于未知函数ψ，薛定谔说:“我们寻找一个函数ψ，使得对于它的任意的变

8、化，我们在整个坐标空间对