形上集

兩堵科學高牆

歷來皆有反對者猛烈砲擊笛卡兒和波耳捍衛的高牆,但兩堵牆至今仍未完全崩塌。

撰文/高涌泉

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兩堵科學高牆

歷來皆有反對者猛烈砲擊笛卡兒和波耳捍衛的高牆,但兩堵牆至今仍未完全崩塌。

撰文/高涌泉


科學中有兩堵高牆吸引了非常多人的興趣,我也不例外。其中一堵分隔了心靈與物質,另一堵則介於古典力學與量子力學之間。前一堵牆歷史悠久,起源恐不可考,不過17世紀哲學家笛卡兒對於心靈與物質的差異闡述最力,算是這堵牆最著名的捍衛者。後一堵牆出現於量子力學誕生之後,所以歷史還沒有超過100年,丹麥物理學家波耳對於建構此牆貢獻最大。高牆佇立在那裡,過往有不少科學家/哲學家覺得礙眼,提出各種理由論證它們根本不應該存在。近數十年來,兩堵牆在猛烈砲火之下,看似搖搖欲墜,但它們仍未完全崩塌。兩堵高牆最終的命運是科學/哲學的核心問題,值得關注。我先從自己比較熟悉的第二堵牆說起。


電子(微觀粒子)和棒球(巨觀物體)很不一樣,在被偵測器捕捉之前,沒有明確位置可言(參見今年2月號「形上集」)。所以量子力學不談論電子軌跡,只談論電子出現在空間某處的機率。很顯然地,促使電子現身的偵測器本身,必須是具有明確位置的古典系統、時時刻刻存在於時空之中,不然我們就必須借助另一個偵測器來確認其位置。這就是波耳的堅持:我們只能認知巨觀的古典世界,因此測量儀器必然是某種古典系統,電子必須透過與測量儀器的交互作用才能呈現位置、動量、角動量等古典特性。所以波耳懷抱的是古典世界與量子世界並立的二元觀點,而且我們只能藉由古典世界去了解量子世界,如果沒有古典世界,抽象的量子法則也就失去依託。


既然量子世界、古典世界兩者一樣基本卻又不同,它們之間就必須有條清楚的邊界。這條邊界在哪裡?我們如何判斷哪些系統歸屬量子範疇、必須以量子力學來處理?什麼樣的系統歸屬古典範疇、必須以古典定律來對付?關於這些問題,波耳沒有給出具體、普適的答案。不滿的聲音油然而生。


現今甚多物理學家相信這個世界是一元的:量子定律是根本,古典定律是近似,古典世界是由量子世界衍生出來的。怎麼衍生呢?目前沒有適當的解釋。有些人相信一種稱為「去同調」(decoherence)的機制可以讓我們跨越量子、古典之間的高牆,由量子世界進入古典世界。但是也有不少人認定這是不足的。還有些人是愛因斯坦的信徒,他們也相信一元世界,卻反過來以為量子規律才是表象,背後其實是遵循「決定論」的某種古典「隱變數」(hidden variable)理論。


至於第一堵牆,反對者就更多了。雖然任何人都能夠直覺地感受到,心靈與物質是兩種屬性完全不同的東西:心靈(意識、思維、主觀感受)似乎是超時空的,而物質是存在於時空之中。但是如果就此認定心靈與物質相互獨立,便會立即引發問題,因為心靈與物質會彼此影響,例如心靈(意志)可以指揮手去移動物體,反過來,手若被針刺,我們會有痛感。但是這種相互影響究竟如何產生,沒人講得清楚。此外,腦科學讓我們了解心靈與大腦神經的活動密切相關,甚至我們可以猜想心靈全然寄託在大腦之上,也就是說物質是本,心靈是衍生物。這麼一來,我們就自然地從心靈、物質二元論走向一元的物質主義。


但是事情沒有這麼簡單。我們必須考慮:(1)就同我們必然得藉由古典儀器來接觸量子世界,我們對於物質世界的認識也全然透過心靈;沒有心靈的引導,物質世界就沒有多少意義可言。所以心靈有其某種根本性。(2)目前我們還不明白主觀經驗、自由意志等心靈活動如何起自遵循明確客觀物理定律的物質(原子、分子);對於需要多少大腦神經才能產生起碼的心靈,這樣基本的問題我們還完全不清楚。(我相信心靈一來是演化的產物,二來與個體的成長史息息相關。)


無論是笛卡兒或是波耳的高牆,雖然兩者堅固程度不同,今天都還屹立著。它們未來命運的走向令人高度期待。


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