物理学家也是哲学家

已故物理学家维克多·斯滕格在他最后的文章中,论证了哲学在现代理论物理学背景下的有效性

编者注:著名物理学家和公共知识分子维克多·斯滕格在去年八月去世前不久,享年79岁,与两位合著者共同撰写了一篇《大众科学》的文章。斯滕格和合著者在文中探讨了物理学家和哲学家之间长期存在的历史争端,即关于学科本质和科学界限的争论。仪器和实验(或纯粹的理性和理论模型)是否能揭示现实的终极本质?物理学的现代胜利是否使哲学过时?现代理论物理学家能被说成拥有什么样的哲学?斯滕格和他的合著者在这篇深思熟虑的文章中介绍并探讨了所有这些深刻的问题,并试图弥合这两种伟大思想流派之间日益扩大的裂痕。斯滕格写道,当物理学家对宇宙提出主张时,他们也在参与一个可以追溯到数千年前的宏伟哲学传统。不可避免地,物理学家也是哲学家。本文是斯滕格的遗作,全文如下。

2012年4月,理论物理学家、宇宙学家和畅销书作家劳伦斯·克劳斯在为《大西洋月刊》进行的采访中,被罗斯·安德森逼问了一个问题,该采访的标题是《物理学是否已使哲学和宗教过时?》克劳斯对这个问题的回应让哲学家们感到沮丧,因为他评论说:“哲学曾经是一个有内容的领域,”他后来补充说:

“哲学是一个领域,不幸的是,它让我想起了伍迪·艾伦的旧笑话,“不能做的人教书,不能教书的人教体育。”而哲学中最糟糕的部分是科学哲学;据我所知,唯一阅读科学哲学家著作的人是其他科学哲学家。它对物理学没有任何影响,我怀疑其他哲学家会阅读它,因为它相当技术性。因此,很难理解它存在的理由。因此,我要说这种紧张关系之所以发生,是因为哲学领域的人感到受到威胁——他们完全有理由感到受到威胁,因为科学在进步而哲学没有。”


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同年晚些时候,克劳斯在《观察家报》(《卫报》的在线杂志)上与哲学家朱利安·巴吉尼进行了友好的讨论。虽然他对科学表示了极大的尊重,并同意克劳斯和大多数其他物理学家和宇宙学家的观点,即“宇宙中的物质不超过物理科学的物质”,但巴吉尼抱怨说,克劳斯似乎也分享了“科学的一些帝国主义野心”。巴吉尼表达了普遍的观点,即“人类存在的一些问题并非科学问题。例如,我看不出仅仅是事实如何能解决道德对错的问题。”

克劳斯并不这么看。相反,他区分了“可回答的问题和不可回答的问题”,而可回答的问题大多属于“经验知识领域,也就是科学”。至于道德问题,克劳斯声称,它们只能通过“基于经验证据的理性”来回答。巴吉尼看不出任何“事实发现如何能解决对错的问题。”

尽管如此,克劳斯对巴吉尼的立场表示同情,他说,“我确实认为哲学讨论可以通过允许对事实进行反思,从而在许多重要方面为决策提供信息,但最终事实的唯一来源是通过经验探索。”

著名的哲学家对《大西洋月刊》的采访感到不满,包括塔夫茨大学的丹尼尔·丹尼特,他写信给克劳斯。结果,克劳斯撰写了一篇更谨慎的阐述了他的立场,该阐述于2014年以《哲学的慰藉》为题发表在《大众科学》上。在那里,他对哲学对其自身思想的丰富做出了更大的让步,尽管他对自己的基本立场几乎没有做出让步。

“作为一名执业物理学家……我以及与我讨论过此事的绝大多数同事都发现,关于物理学和科学本质的哲学推测并不是特别有用,并且对我的领域的进步几乎没有或根本没有影响。即使在与人们可以合理地称之为科学哲学相关的几个领域,我也发现物理学家的反思更有用。”

克劳斯并非唯一对哲学不屑一顾的物理学家。2010年9月,物理学家斯蒂芬·霍金和伦纳德·姆洛迪诺出版了一本引起全世界轰动的书——不仅仅是学术界。在他们著作《大设计》的第一页,他们写道:“哲学已死”,因为“哲学家没有跟上科学,特别是物理学的现代发展。科学家们已经成为我们在寻求知识的过程中发现的火炬的传递者。”

哲学不再能够处理的问题(如果它曾经能够处理的话)包括:宇宙如何运作?现实的本质是什么?这一切是从哪里来的?宇宙需要创造者吗?根据霍金和姆洛迪诺的说法,只有科学家——而不是哲学家——才能提供答案。

著名天体物理学家和科学普及者尼尔·德格拉斯·泰森也加入了辩论。在2014年5月播客节目Nerdist上的采访中,泰森评论说:“我担心的是哲学家们认为他们实际上是在询问关于自然界的深刻问题。而对于科学家来说,这是,‘你在做什么?你为什么要关心意义的意义?’”。他的总体信息很明确:科学在前进;哲学仍然停滞不前,毫无用处,并且实际上已经死了。

毋庸置疑,泰森的观点也受到了严厉的批评。通过观看他在2010年霍华德大学论坛上的视频,可以大大澄清他的立场,当时他和生物学家理查德·道金斯同台。泰森的论点是直截了当的,与克劳斯所表达的相同:从柏拉图和亚里士多德时代开始,哲学家就声称可以通过纯粹的思考来获得关于世界的知识。正如泰森所解释的那样,这种知识不能通过一个人坐在扶手椅上获得。它只能通过观察和实验获得。理查德·费曼曾经表达过类似的关于“扶手椅哲学家”的观点。道金斯同意泰森的观点,指出自然选择是由两位博物学家查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·罗素·华莱士发现的,他们在野外收集数据。

我们在这里看到的并非近期现象。诺贝尔奖获得者史蒂文·温伯格在他1992年的著作《终极理论之梦》中有一整章题为“反对哲学”。在提到诺贝尔奖获得者物理学家尤金·维格纳关于“数学不合理的有效性”的著名观察时,温伯格对“哲学不合理的无效性”感到困惑。

温伯格并没有否定所有的哲学,只是否定了科学哲学,指出其深奥的讨论很少有科学家感兴趣。他指出了实证主义哲学的问题,尽管他同意实证主义在相对论和量子力学的早期发展中发挥了作用。然而,他认为实证主义弊大于利,他写道,“实证主义者专注于粒子位置和动量等可观测对象,这阻碍了对量子力学的‘现实主义’解释,在这种解释中,波函数是物理现实的代表。”

也许最有影响力的实证主义者是19世纪末的哲学家和物理学家恩斯特·马赫,他拒绝接受物质的原子模型,因为他看不到原子。今天,我们可以用扫描隧道显微镜看到原子,但我们的模型仍然包含夸克等看不见的对象。哲学家和物理学家都不再认真对待实证主义,因此它对物理学没有剩余的影响,无论是好还是坏。

尽管如此,大多数物理学家会同意克劳斯和泰森的观点,即观察是关于自然界知识的唯一可靠来源。一些人(但不是全部)倾向于工具主义,在工具主义中,理论仅仅是对观测陈述进行分类、系统化和预测的概念工具。这些概念工具可能包括夸克等不可观测的对象。

直到最近的历史中,物理学和自然哲学之间没有区别。米利都的泰勒斯(约公元前624-546年)通常被认为是西方传统的第一位物理学家和第一位哲学家。他寻求对不涉及神话的现象的自然解释。例如,他解释说地震是地球 resting on 水并被海浪摇晃的结果。他从观察而非纯粹的思考中推断出这一点:陆地被水包围,并且看到水上的船只摇晃。尽管泰勒斯对地震的解释不正确,但它仍然比海神波塞冬用他的三叉戟敲击地面导致地震的神话有所进步。

泰勒斯因预测了一次日食而闻名,现代天文学家计算出该日食发生在公元前585年5月28日的小亚细亚。然而,今天大多数历史学家都怀疑这个故事的真实性。泰勒斯最重要的贡献是提出所有物质都由一种单一的组成成分组成——即水。尽管他关于水是基本元素的观点(并非不合理)是错误的,但泰勒斯的提议代表了有记载的第一个尝试,至少在西方是这样,在不求助于无形精灵的情况下解释物质的本质。

泰勒斯和其他随后的爱奥尼亚哲学家拥护一种现在称为物质一元论的现实观,即一切都是物质,而没有其他东西。今天,这仍然是物理学家普遍的观点,他们发现没有必要在他们的模型中引入超自然元素,他们的模型成功地描述了他们迄今为止的所有观察结果。

泰森所指的裂痕形成于17世纪伽利略和牛顿引入描述物体运动的原理之后,物理学和自然哲学开始分化为独立的学科。牛顿能够从第一原理推导出开普勒早些时候发现的行星运动定律。1759年哈雷彗星成功地预测回归,向所有人展示了这门新科学的强大力量。

牛顿物理学的成功开启了一种哲学立场的前景,这种哲学立场被称为发条宇宙,或者,牛顿世界机器。根据这个方案,力学定律决定了物质世界中发生的一切。特别是,没有一个在宇宙中扮演积极角色的上帝的位置。正如法国数学家、天文学家和物理学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯所证明的那样,牛顿定律本身足以解释整个历史中行星的运动。这导致他提出了一个牛顿拒绝的激进观念:除了物理学之外,不需要任何东西来理解物理宇宙。

尽管发条宇宙已被量子力学的海森堡不确定性原理所推翻,但量子力学仍然很难用哲学来解释。与其说物理学“理解”宇宙,不如说物理学的模型仍然足以描述我们用眼睛和仪器观察到的物质世界。

在 20 世纪初期,几乎所有那个时代的著名物理学家——阿尔伯特·爱因斯坦、尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔、维尔纳·海森堡、马克斯·玻恩等人——都曾思考过他们在相对论和量子力学方面的革命性发现所带来的哲学影响。然而,二战后,新一代的杰出物理学家——理查德·费曼、默里·盖尔曼、史蒂文·温伯格、谢尔顿·格拉肖等人——却认为这种思考毫无成效,而且大多数物理学家(两个时代都有例外)都追随了他们的脚步。但是,新一代人仍然继续采用了哲学信条,或者至少是用哲学术语说话,而他们自己却不承认这一点。

例如,当温伯格提倡对量子力学的“实在论”解释时,即“波函数是物理现实的代表”,他暗示理论家在其模型中包含的人工制品,如量子场,是现实的最终组成部分。在 2012 年的《大众科学》文章中,理论物理学家大卫·童的观点甚至比温伯格更进一步,他认为我们在实验中实际观察到的粒子只是幻觉,那些说它们是基本粒子的物理学家是不真诚的。

“物理学家通常教导说,自然界的组成部分是离散的粒子,如电子或夸克。这是一个谎言。我们理论的组成部分不是粒子,而是场:连续的、类似流体的物体遍布整个空间。”

这种观点明确地具有哲学性,并且不加批判地接受它会导致糟糕的哲学思考。事实上,温伯格和童表达了许多理论物理学家和数学家普遍持有的柏拉图式现实观。他们将自己的方程和模型视为与现实的终极本质一一对应。

在权威的在线《斯坦福哲学百科全书》中,马克·巴拉格尔将柏拉图主义定义如下:

“柏拉图主义是一种观点,认为存在(在终极现实中)抽象对象这类事物——其中抽象对象是不存在于空间或时间中的对象,因此完全是非物理的和非精神的。在这个意义上,柏拉图主义是一种当代观点。它显然在重要方面与柏拉图的观点相关,但尚不完全清楚柏拉图是否认可这里定义的这种观点。为了对这个问题保持中立,术语“柏拉图主义”使用小写字母“p”拼写。”

我们将在此处使用小写字母“p”的柏拉图主义来指代这样一种信念:理论物理模型中的对象构成了现实的要素,但这些模型并非基于纯粹的思考(即大写字母“P”的柏拉图主义),而是为了描述和预测观察结果而设计的。

许多物理学家不加批判地采纳了柏拉图式的实在论,作为他们个人对物理学意义的解释。这一点并非无关紧要,因为它将超越感官的现实与人类用于描述观察结果的认知工具联系起来。

为了测试他们的模型,所有物理学家都假设这些模型的要素在某种程度上与现实相对应。但是,这些模型是与来自加速器实验室地板或望远镜焦点上的粒子探测器(光子也是粒子)的数据进行比较的。是数据——而不是理论——决定特定模型是否在某种程度上与现实相对应。如果模型不符合数据,那么它肯定与现实没有任何联系。如果它符合数据,那么它可能具有某种联系。但是,这种联系是什么?模型是物理系理论部分白板上的涂鸦。这些涂鸦很容易擦掉;但数据无法擦掉。

在他的《大众科学》文章中,克劳斯揭示了他个人物理哲学中柏拉图式思维的痕迹,他写道:

“有一类哲学家,其中一些受神学启发,他们反对科学家竟然敢于探讨任何版本的这种基本本体论问题。最近,一位这样的哲学家对我[《无中生有的宇宙》]的书做了一篇评论……。这位作者以明显的权威性(令人惊讶,因为这位作者显然有一些物理学背景)声称了一些根本错误的东西:物理定律永远无法动态地决定哪些粒子和场存在,以及空间本身是否存在,或者更一般地说,存在本质可能是什么。但这恰恰是在弯曲时空中的现代量子场论背景下可能的。”

正如温伯格、童和可能还有克劳斯所做的那样,物理理论与现实本质的直接、柏拉图式的对应关系充满了问题:首先,理论是出了名的临时性的。我们永远无法知道量子场论是否有一天不会被另一个更强大的模型所取代,而这个模型不会提及场(或者粒子,就此而言)。其次,与所有物理理论一样,量子场论是一个模型——一种人为的创造。我们测试我们的模型以找出它们是否有效;但是我们永远无法确定,即使对于像量子电动力学这样高度预测性的模型,它们在多大程度上对应于“现实”。声称它们对应是形而上学。如果有经验的方法来确定终极现实,那将是物理学,而不是形而上学;但似乎并没有。

在工具主义的观点中,我们无法知道构成终极现实要素的是什么。在那种观点中,现实只是约束我们观察到的事物;它不需要与理论家为描述这些观察结果而发明的数学模型一一对应。此外,这并不重要。所有这些模型所要做的就是描述观察结果,而且它们不需要形而上学来实现这一点。我们模型的解释力可能正是科学浪漫的核心,但它屈居于其描述和预测能力之下。量子力学是这方面的一个主要例子,因为它具有明确的用途,尽管缺乏一致的哲学解释。

因此,那些坚持柏拉图式现实观的人在贬低哲学时是不真诚的。他们正在采纳有史以来最具影响力的哲学家之一的信条。这也使他们成为了哲学家。

现在,并非所有批评哲学家的物理学家都是完全成熟的柏拉图主义者,尽管当他们谈论模型的数学要素和他们创造的定律时,许多人都很接近这种观点,仿佛它们是内置于宇宙结构中的。实际上,温伯格、霍金、姆洛迪诺夫、克劳斯和泰森的反对意见最好针对形而上学,并且在我们看来,他们未能充分欣赏诸如伦理学、美学、政治学以及也许最重要的认识论等领域中人类思想所做出的重要贡献。克劳斯对这些重要主题有所提及,但并不是很热情。

当然,霍金和姆洛迪诺夫主要是在考虑宇宙学问题——而且在形而上学试图解决终极起源问题时,他们是绝对正确的。形而上学及其作为哲学的原始宇宙学推测,在中世纪被认为是神学 的婢女。霍金和姆洛迪诺夫的意思是,想要处理宇宙学问题的形而上学家在科学上不够精明,无法做出有用的贡献。就宇宙学目的而言,纸上谈兵的形而上学已经死了,取而代之的是更知情的物理哲学,除了神学家之外,很少有人会不同意。

克劳斯对科学哲学提出了最严厉的批评,我们认为,如果他将目标对准形而上学的某些方面,那将更具建设性。《大西洋月刊》的安徒生采访了他,内容是物理学是否已经使哲学和宗教过时。虽然它没有使哲学过时,但它确实使宇宙学形而上学(以及依赖于它的宗教主张,例如已经失效的卡拉姆宇宙论论证,它要求存在一个造物主)过时了。考虑到采访内容涉及他的宇宙学著作,克劳斯肯定至少部分地考虑了对宇宙进行推测的形而上学尝试。

无论哲学的哪些分支值得学术界和公众的尊重,形而上学都不在其中。问题很直接。形而上学声称能够将自己与现实联系起来——合法地描述现实——但我们无法知道它是否真的做到了。

因此,尽管我们提到的那些杰出的物理学家以及其他属于同一阵营的人士贬低宇宙学形而上学是正确的,但如果我们认为他们已经完全与哲学脱钩,我们认为他们就大错特错了。首先,正如已经强调的那样,那些鼓吹其模型中数学对象真实性的人,无论他们是否知道,都在涉足柏拉图式的形而上学。其次,那些没有直接采纳柏拉图主义的人,当他们断言观察是我们唯一的知识来源时,仍然在他们的声明中应用了认识论思想。

霍金和姆洛迪诺夫在说“不存在独立于图片或理论的现实概念”时,明确拒绝了柏拉图主义。相反,他们认可了一种被称为依赖模型的实在论的哲学信条,这种信条是“物理理论或世界图景是一个模型(通常是数学性质的)和一组将模型要素与观察结果联系起来的规则”的观点。但他们明确表示,“问一个模型是否真实毫无意义,重要的是它是否与观察结果相符。”

我们不确定依赖模型的实在论与工具主义有何不同。在这两种情况下,物理学家都只关心观察结果,虽然他们不否认观察结果是某种终极现实的结果,但他们并不坚持描述这些观察结果的模型与该现实完全对应。无论如何,霍金和姆洛迪诺夫正在扮演哲学家的角色——至少是认识论者——通过讨论我们对终极现实的了解,即使他们的答案是“一无所知”。

我们讨论过的所有杰出的哲学批评家都在深入思考人类知识的来源。也就是说,他们都是认识论者。他们能说的最好的是,他们比(大多数)专业哲学家更了解科学,并且依赖于观察和实验而不是纯粹的思考——而不是他们没有在进行哲学思考。当然,那么,哲学并没有消亡。这个称号更适用于纯粹的思考变体,例如构成宇宙学形而上学的那些变体。

感谢唐·麦吉、布伦特·米克、克里斯·萨维奇、吉姆·怀曼和鲍勃·扎内利提供的有益意见。

 

维克多·J·斯坦格(1935-2014)是夏威夷大学的荣誉物理学教授和科罗拉多大学的兼职哲学教授。他是《纽约时报》畅销书《上帝:失败的假设:科学如何证明上帝不存在》的作者。他最新的著作是《上帝与多元宇宙:人类对宇宙的扩展观点》

詹姆斯·A·林赛拥有数学博士学位,是《上帝没有;我们有:只有人类才能解决人类的挑战》和《点、点、点:无限加上上帝等于愚蠢》的作者。

彼得·博格西昂是波特兰州立大学的哲学助理教授,也是俄勒冈健康与科学大学普通内科部的附属教员。他是畅销书《创建无神论者手册》的作者。

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