形上集

科學哲學答問(一)

2016-12-01 高涌泉
對物理高手而言,科學哲學的問題會影響他們如何選擇研究題目。


不久前我收到一封電子郵件,標題是「科哲相關的問題,希望教授可以幫忙解惑」,我不熟悉寄件人名字。打開來看,才知道來信的人是物理系畢業生,目前就讀哲學研究所,在與「研究科學哲學的學長聊天時,被問了幾個關於物理學的問題」,他雖然「讀了這麼多年物理系,還是不知道怎麼向對方解釋,而且有些問題自己也沒把握、答不上來」,他「很想知道專業的物理學者會怎麼回答」。以下就是這位同學客氣地希望我「可以抽空回答」的「與哲學相關的物理學問題」與我的簡答:


當今大多數物理學家是否承認「電子存在」?


是。


說一個東西「存在」,從物理學的角度來說,是什麼意思?(有質量?佔據時空位置?可以由實驗觀察?)


在量子力學中一個東西如果存在,意味一旦我們想去找它,必然會在宇宙的某一個角落找(觀察)到它。


量子力學對物理學家來說,只是一種數學上的工具?


波耳與海森堡會傾向說是。


如果在某個廣為接受的理論之中,某個基本粒子尚未(或無法)由實驗觀察到,物理學家會承認這樣的粒子存在嗎?


有些會,有些不會,有些會說它存在的機率是(譬如說)70%。


如果一個現象可以用兩種不同的模型解釋,那麼物理學家怎麼知道哪一種才真正描述了世界的結構?


什麼叫兩種「不同」的模型?我不知道有何例子。


物理學家一般都是如何看待理論中的物理量(質量、力、能量……)?看成單純解釋現象的工具,還是確有其物?


這種哲學問題(即無法用實驗或數學來解答的問題),多數物理學家不在意。你應該已讀了不少「實在論」與「反實在論」的書或文章,自己判斷吧。


把出現於理論中的項目看成單純的數學工具,或是真有其物,在物理研究上有差別嗎?


對多數物理學家而言沒有差別,但是對高手來說有的。例如波茲曼相信有原子,而馬赫不相信,這會影響他們如何選擇研究題目。

以上這位同學所提的問題,其實都環繞著科學哲學的一個核心議題:到底科學理論(知識)是否真實呈現了自然的面貌?例如,在物理學家目前最認可的所謂「標準模型」理論中,我們於自然界觀察到的物質皆由電子、夸克等基本粒子所組成。但是電子、夸克都太小,看不到也摸不著,它們真的存在嗎?又例如電磁學中的電磁場也一樣看不到摸不著,我們真的要承認有電磁場這種東西嗎?科學哲學中的「實在論」主張答案是肯定的,不然就無法解釋為何這些理論如此成功。但是「反實在論」則認為不是這樣,因為科學史告訴我們,太多過去大家都相信的東西,例如以太、燃素,在一次又一次科學革命之後,都被拋棄了,難保電子以後不會有相同下場。支持這種論點的人相信科學理論僅是幫助科學家整理其知識的有效工具而已,不必認真把它們當成真理。

我相信大多數科學家的立場是,就日常實際工作而論,科學理論的確只是一種工具而已,但是電子是否存在這類問題,直覺下,「實在論」可說是預設立場。不過如果有人以孔恩在其20世紀名著《科學革命的結構》所闡述的「反實在論」去質疑他們,他們就感到疑惑了。然而真正令人頭痛的是量子力學,這個反直覺的理論在科學家之間引起不同反應:以波耳與海森堡為主的「哥本哈根學派」明顯傾向「反實在論」(儘管波耳、海森堡兩人立場似乎也不全然相同),然而愛因斯坦不能接受這種看法,他相信電子存在,也相信電子在任何時刻都有個明確的位置,所以電子有軌跡,但這卻是(正統)量子力學所不允許的。


# 關鍵字:名家專欄物理形上集
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