導讀：
20世紀20-30年代，物理學家愛因斯坦與玻爾就量子力學展開了一場著名的辯論，簡而言之，玻爾主導確立了量子力學的「哥本哈根解釋「，主張量子力學只能計算實驗的各種可能結果的概率，愛因斯坦則拒絕了物理定律可以處理概率的觀點。
本文圍繞愛因斯坦-玻爾之爭，回顧了科學與哲學之間的發展關係。另外，也解釋了奧地利科學家、哲學家馬赫的哲學主張與哥本哈根學派的量子力學解釋之間的關係，以及二者曾在中國遭受批判的歷史。
華新民 ｜ 撰文
陳曉雪 ｜ 編輯
2022 年的諾貝爾物理學獎授予三位物理學家：法國的阿斯佩(Alain Aspect)、美國的克勞瑟(John F. Clauser)和奧地利的塞林格(Anton Zeilinger)。他們獲獎的原因是：通過實驗確定糾纏光子違背貝爾不等式。所謂糾纏是指兩個粒子雖然已經遠離，但是行為仍然保持著相互呼應的協調一致。
2022年諾貝爾物理學獎得主。從左至右為：阿斯佩、克勞瑟、塞林格。圖源：諾獎官網
愛因斯坦錯了，但錯得富有成果
這三位諾獎得主和其他物理學家在數十年的時間裡，用愈來愈精確可靠的實驗證明了自然界不服從貝爾不等式的約束。而約翰·貝爾(John Bell)在 1964 年提出這個以他命名的不等式的初衷，就是響應愛因斯坦等三人在 1935 年的一篇論文(簡稱 EPR)中的論證，希望將其中提出的思想實驗轉變為物理世界中可實現的實驗，據此來驗證愛因斯坦等人主張的正確性。可是，物理學家們的實驗都得出了違反貝爾初衷的結果，從而證明了愛因斯坦及其同道的錯誤。所以，這個訊息，在許多媒體和社群網路上，都用「愛因斯坦錯了」這一類的文字作為報道的標題。
在物理學界，「愛因斯坦錯了」這個結論在1980 年代就有了共識。1983 年，筆者在加州大學聖迭戈分校(UCSD)物理系參加博士資格考試，考題之一就是閱讀包括 EPR 論文(1935 年)、貝爾的論文(1964 年)以及剛發表不久的阿斯佩實驗結果(1982 年)在內的若干文章，在此基礎上寫一篇綜述性文章。說明當時出考題的教授們都已經認識到，物理學歷史上一個長期爭論的懸案，經過1970 年代開始的圍繞貝爾不等式的一系列實驗，已經由阿斯佩的實驗結果作出了裁決。2005 年，美國物理學界當時的領軍人物、1979 年物理學諾貝爾獎得主溫伯格(Steven Weinberg) 撰文這樣評論愛因斯坦的主張：「他在與尼爾斯·玻爾關於量子力學的著名辯論中站在了錯誤的一邊，這場辯論從 1927 年的索爾維大會開始，一直持續到 1930 年代。簡而言之，玻爾主導確立了量子力學的‘哥本哈根解釋’，主張量子力學只能計算實驗的各種可能結果的概率。愛因斯坦則拒絕了物理定律可以處理概率的觀點，人們熟知他的名言是‘上帝不擲骰子’。但歷史作出了否定愛因斯坦的判決——量子力學不斷從成功走向新的成功，而愛因斯坦則被邊緣化。」[1]
什麼是愛因斯坦同玻爾之間的爭論?什麼是愛因斯坦等人(EPR)的思想實驗？什麼是貝爾不等式？網路上有許多上乘的科普都作了介紹，有興趣的讀者可以從那裡獲得更為詳細的知識。這裡只做一點避免數學公式的簡約回顧。
1925年12月，尼爾斯·玻爾（左）和阿爾伯特·愛因斯坦（右）在保羅·埃倫費斯特位於萊頓的家中。圖源：維基百科，公有領域
量子力學發端於上世紀初人類對世界的探索從宏觀深入到微觀的領域之際，在其形成和發展的過程中，物理學家在關於這門學科的一些基礎概念的理解方面形成了一種主流的意見。這就是以玻爾(Niels Bohr)和海森伯(Werner Heisenberg)為代表的哥本哈根學派，他們對量子力學基礎概念的理解被人們稱為哥本哈根解釋。粗略地說，哥本哈根解釋揭示了微觀粒子的行為遵從概率性的規律，而且，並不是所有可觀察的物理量都能夠同時精準地確定。這種不確定性被表述為廣為人知的海森伯「不確定性原理」，它的一個具體例子是說人們不能同時確定一個微觀粒子的空間位置和動量，不是測量技術不夠精良，而是從原則上做不到。此外，哥本哈根解釋還包括微觀客體波-粒二象性的互補原理以及量子躍遷、波函數坍縮等不連續的、無法在時空中跟蹤的概念。這些理論和概念儘管新奇，卻在說明和預言微觀現象方面取得了巨大成功。
雖然如此，這個解釋畢竟在很多方面同人們根據宏觀世界經驗獲得的常識大相徑庭，因此物理學界內一直存在著對於哥本哈根解釋的不同意見。其代表人物有愛因斯坦(Albert Einstein)和薛丁格(Erwin Schrödinger)，同玻爾和海森伯一樣，他們都對量子力學的建立做出過巨大貢獻，雙方卻在如何解釋量子力學的結果方面無法達成共識。愛因斯坦一方始終對量子力學的不確定性不滿意，認為那是人們對微觀的量子系統缺乏完整知識的結果，如果把那些缺失的知識——他們稱之為「隱參數」——採集完整，量子力學就能擺脫其概率性的特徵而成為一種確定性理論。玻爾和海森伯一方的「哥本哈根學派」則從根本上質疑人類獲得量子系統「完整知識」的可能性，因為人類用來測量微觀世界的工具是宏觀的，不可避免對觀測對象產生干擾；同時，用來描述微觀世界的那些概念——如空間位置、時間、動量、能量等等「可觀察量」——均來自經典物理學，是否完全適合於描述微觀現象也是未經驗證的。在經典的宏觀系統研究中，人們可以合理地假設觀測對於研究對象的影響能夠減小到忽略不計，因此經典的物理學理論可以認為是對於獨立於觀察者的客體的客觀描述。而對於微觀的量子系統，觀測的影響不但原則上不能忽略不計，而且大到足以改變研究對象。因此量子力學與其說是對獨立於觀察者的微觀系統的描述，不如說是對微觀系統在宏觀測量下得出的結果的一種理論解釋，這種觀測結果並不反映研究對象不受干擾情況下的狀態，而是反映它在同宏觀測量相互作用時呈現的狀態。哥本哈根學派認為，用經典物理的概念和語言描述微觀現象以及宏觀測量對微觀系統的影響都是我們知識的侷限，海森伯不確定性原理、波-粒二象性等等量子力學現象就是這種侷限的表現。重要的是，這種侷限使得量子力學不像經典力學那樣具有確定性，而且是無可避免的，尋找所謂「隱參數」的努力企圖突破這種侷限，是註定徒勞的。
顯然，哥本哈根解釋有違於大多數人的直觀理性。自從伽利略和牛頓時代以來，大多數人——尤其是科學家們——認為，近代科學以及在它基礎上發展起來的技術之所以取得如此巨大的成功，是由於人類的科學知識正確地反映了外部世界的規律，這種規律是不以人們的觀察，甚至不以人類的存在與否而轉移的，在人類出現以前或者人類滅絕以後，天體的運行規律，自然界的演化規律，都同我們今天揭示出來的規律沒有兩樣。而哥本哈根學派對量子力學的解釋卻建立在觀察者同觀察對象之間的相互作用上——在微觀世界裡，客體在被觀察之前處於不確定狀態，各種可能的狀態都有一定的概率，或者說處於「各種可能狀態的疊加之中」，只有在觀察者進行實際測量的瞬間，不確定狀態才會「坍縮」為確定的一個狀態(本徵態)，那些可觀察量才會呈現出確定的數值(本徵值)。這似乎意味著，至少在微觀世界裡，一個系統的狀態取決於它是否被測量以及如何測量。這個過程有點像擲骰子一樣：在骰子被擲下之前，你不知道它哪個面朝上，每個面都有一定的可能性朝上，只有在擲下去之後，才能確定哪個面朝上。難道微觀世界的科學規律就是這樣子的嗎？不少科學家都覺得不可接受，所以有愛因斯坦那句廣為流傳的名言：「上帝不擲骰子！」
為此，愛因斯坦把哥本哈根解釋稱為「玻爾和海森伯的迷魂哲學」，他們從許多角度對量子力學理論提出詰難。其中最有影響的就是前面提到的、由愛因斯坦、波多爾斯基和羅森三人在1935 年發表的那篇EPR 論文。他們在文中提出了一個思想實驗，試圖以此來揭示哥本哈根解釋的內在矛盾，從而證明量子力學理論的不完備性，需要隱參數來消除其不確定性。後來的論者為了以更簡明的方式向人們介紹 EPR 的論證，將他們的思想實驗作了若干本質上等價而形式不同的表述。其中之一是利用粒子自旋這個物理量來進行論證：粒子自旋沿著空間的幾個方向的分量遵守海森伯不確定性原理，它們是不能同時確定的。例如，一個光子的自旋(光子的自旋也稱為偏振)如確定它沿 z 方向的分量為+1，則它沿 x 和 y 方向的分量完全不能確定。現在設想由一個中性 π 介子(角動量為 0)衰變為兩個光子構成的系統，兩個光子的總角動量應該守恆，所以兩個光子的自旋應當相反：當一個光子的自旋沿 z 方向的分量測得為+1 時，則另一個光子自旋在同方向上的分量應該為-1。這兩個光子互相遠離後應當仍然維持這樣的關係。這就意味著，我們只要測量其中一個光子A 的自旋沿 x 方向的分量，即可知道另一個光子 B 的自旋沿 x 方向的分量(為A 的相反值)。EPR 及愛因斯坦的幾篇後續論文認為，這個思想實驗暴露了哥本哈根解釋的主要「破綻」:
1)EPR 認為，一個物理量必須具有他們所謂的實在性(reality)，也就是不經觀測即可預言其確切的數值，就好比人們稱月亮為客觀實在，是因為它的存在和運行規律跟你是否觀察它無關。在上述的思想實驗中，B 的 x 自旋分量並沒有經過測量卻已經(通過對 A 的 x 自旋分量的測量)確定了。依照同樣的推理，B 的 y 自旋分量也可以不經測量而從測量 A 的y 自旋分量而得到確定。這說明，B 的 x、y 自旋分量都具有客觀實在性，都具有可以確定的數值。然而哥本哈根解釋卻宣稱這兩個分量的值不能同時確定，說明這種解釋是違背實在性的。
2)局域性(locality)是物理學界另一個普遍公認的基礎性要求，它是指，基於相對論的光速有限原理，自然界不存在瞬時超距作用。正因為物理信號的傳遞速度不能超過光速，事件之間存在著有序的因果關係，也符合人們對經驗世界的因果性(causality)的認識。但是，按照哥本哈根解釋，測量光子 A 在某個方向的自旋分量之前，它是不確定的，在測量的那一瞬間，這個不確定的量「坍縮」為一個確定的值(假定是+1)，而光子 B 的自旋在該方向上的分量也在同一瞬間由不確定值「坍縮」為確定的值-1，儘管 B 此時已經遠離 A。這意味著，光子 A 狀態的改變可以在瞬間「通知」光子 B 做出相應的狀態改變，而且，它們之間的這種「串通」是不需要時間的。這顯然違背局域性要求。薛丁格把這種空間上分離的兩個粒子間無需時間傳遞的相互呼應稱為「糾纏」。
這樣，EPR 就把哥本哈根解釋逼到了同實在性和局域性相矛盾的牆角。愛因斯坦及其支持者認為，為了消除上述悖論，人們只能假定量子力學是不完備的：即假定光子 A 和 B 產生時，還有 一些隱藏的資訊是人們所不知道的，這種所謂的「隱參數」可以解釋兩個粒子「不約而同」改變狀態的行為。
EPR 的論證在1935 年提出來時，只是一個「思想實驗」，屬於紙上談兵。一般人認為，愛因斯坦和玻爾之間的爭論只是反映了兩派人物對於微觀世界的理解存在著觀念上的差別，無法付諸物理學(physics)的實驗驗證，屬於形而上學(meta-physics)的思辨。不過，也有少數人不認同這樣的觀點，他們一直試圖將 EPR 的思想實驗轉變為可以在實驗室裡實施的方案。1950 年代，玻姆(David Bohm)提出了把 EPR 思想實驗變成測量質子自旋或測量光子偏振有關的方案。
1964 年，貝爾對這個課題進行了重新思考。據筆者理解，他的思路大體上是這樣的：假如兩個處於糾纏態的粒子遵守實在性和局域性的要求，也就是說，它們如同一雙鞋子或一副手套那樣，自始至終保持著人們常識所理解的那種一左一右狀態，與是否測量無關，那麼它們的相關性就是事先確定的，通俗地說，這種相關性是靜態的。反之，如果按照哥本哈根學派的解釋，粒子未加測量時是沒有確定狀態的，處於各種可能狀態的「疊加」之中，那麼這兩個糾纏粒子的相關性就是動態的。換句話說，哥本哈根學派所說的微觀粒子如果要維持糾纏狀態，比愛因斯坦理解的那種粒子難得多——它們一方面要處在變化不定的狀態，同時又要把自己的狀態「通知」另一方，以便在不可事先預知的各種測量中呈現出協調一致的結果，彷彿是它們隨時隨地都在相互「勾結」。貝爾的貢獻在於，他相信這兩種(靜態還是動態的)相關性之間的差別，會在某些可觀測量之間的數學關係上表現出來，從而可以通過實驗加以鑑別。他果然找到了這樣的數學關係——這就是所謂的「貝爾不等式」，一個由可觀測物理量構成的不等式，假如粒子是愛因斯坦所說的那樣，是行為符合常識的 「合規」粒子，這些量就應該滿足不等式。假如粒子的行為是哥本哈根學派所說的那樣，就會突破不等式的限制，因為這樣的粒子行為放蕩不羈、無視時空限制地「作弊」，或者如愛因斯坦所說，就像「鬼魅」一樣不可捉摸。在最初，貝爾預計實驗結果會證明粒子的行為會滿足他的不等式。
約翰·貝爾（John Stewart Bell，1928年6月28日—1990年10月1日，英國北愛爾蘭物理學家）。圖源：維基百科
然而，自1970 年代初至今，許多物理學研究者，包括 2022 年的三位諾獎得主所領導下的小組，做了大量實驗，使得實驗越來越完善，彌補了質疑者提出的各種漏洞，因而結果也越來越令人信服。總的結論是：量子世界不遵守貝爾不等式。這意味著，微觀粒子在沒有被觀察的時候，確實沒有確定的狀態，然而他們之間又保持著不需要時間傳遞的「糾纏」。於是，人們不得不承認，在宏觀世界中認為天經地義的局域性實在論在量子力學中遭到了破壞。2022 年諾獎的頒發，也說明了，已故的貝爾和三位獲獎者的工作獲得了國際物理學界的一致公認。換言之，在愛因斯坦等人同哥本哈根學派之間長達半個世紀的論戰中，前者被實驗宣判為錯誤的一方。這種令人困惑的局面，反映在哲學上，也許可以借用中國人熟知的禪宗六祖惠能的一首偈子來說明：惠能的偈子是：「菩提本無樹，明鏡亦非臺。本來無一物，何處惹塵埃?」這表達了一種徹底的唯心主義世界觀。愛因斯坦等人的實在論，屬於與此相對立的唯物主義世界觀，可以模仿它寫成：「菩提確有樹，明鏡怎非臺!宇宙含萬物，無物不實在。」而被實驗證實了的量子力學，似乎體現了這樣一種前所未有的世界觀：「半有半無菩提樹，亦是亦非明鏡臺。君若睜眼觀萬物，瞬間坍作本證態。」
這一段歷史是很耐人尋味的。那些信奉哥本哈根解釋的物理學界主流，都覺得量子力學的理論預言如此成功，EPR 以及類似的討論純屬鑽牛角尖，不值得為之操心。只有少數有異議或疑惑的人，如貝爾、克勞澤等，或許是出於對經典物理信念的堅守，仍然對哥本哈根解釋中有違局域性實在論的哲學含義耿耿於懷，沿著 EPR 的思路進行了鍥而不捨的理論和實驗探索，終於通過他 們親手從事的實驗證明了他們自己的錯誤。這為他們帶來了科學界最高的榮譽，也把人類對於世界本質的認識提高到了一個新的高度——在構成宇宙基礎的微觀世界裡，局域性實在論是不成立的。換句話說，宏觀和微觀這兩個世界所遵循的規律有著根本性的不同，前者滿足體現了局域性 實在論的貝爾不等式，後者不滿足。這對人類的世界觀實在是一個巨大的衝擊，它動搖了「你不看月亮，月亮照樣存在」這樣一種萬古不變的信念。在微觀世界裡，一個客體是否存在取決於它是否受到觀察以及如何受到觀察。從這個角度看，實在性可能算不上是宇宙萬物的根本性質，而只是宏觀客體的一種性質。有人覺得，有一種可能是：正如熵是大量分子集合成熱力學系統時「湧現(emergent)」出來的性質一樣，實在性只是大量微觀客體集合成宏觀客體過程中湧現出來的一種性質。當然，這只是一種有待證實猜想。
回顧這段歷史，著名的物理學家、1969 年的物理學諾貝爾獎得主蓋爾曼(Murray Gell-Mann) 說:「玻爾給整整一代理論物理學洗了腦，使他們誤以為對量子論的解釋工作在五十年前就已經完成了。」[2] 我們今天或許可以說，正是由於愛因斯坦等三人的 EPR 論文引導了那些沒有完全被「洗腦」的物理學家對量子力學的基礎概念不懈的質疑和探討，並將這些質疑和探討付諸實驗驗證。實驗結果雖然顯示「愛因斯坦錯了」，但是這些理論探討和實驗大大加深了人類對我們這個世界的認識。所以說，愛因斯坦錯了，但是錯得富有成果。
玻爾沒有錯，卻捱了幾十年批判
美國著名的物理學家惠勒(John Wheeler)1981 年訪問中國時在演講中這樣評論愛因斯坦—玻爾之爭：「愛因斯坦和玻爾之間關於量子論的辯論始於 1927 年，一直持續到1955 年愛因斯坦逝世。近幾百年來很難再找到其他的先例能和這場論戰相比擬，它發生在如此偉大的兩個人之間，經歷瞭如此長久的時間，涉及如此深奧的問題，而卻又是在如此真摯的友誼關係之中。」[3] 雙方都沒有采用科學實驗和邏輯推理之外的任何方法使對方或第三方接受自己的論證，玻爾及哥本哈根學派對量子力學的解釋之所以獲得了多數物理學者的接受，主要不是被玻爾的雄辯所「洗腦」，而是這種解釋在科學的驗證和應用中經受了一次又一次證偽的考驗。所以說，所謂玻爾給物理學家「洗腦」是一種帶有調侃性質的說法，更多的是反映了許多物理學界人士的一種自我開脫，遺憾自己未能像貝爾等少數人那樣對量子力學的基礎作如此執著的探索，從而錯失了一次難得的科學發現的機會。
不過，歷史上確曾發生過在量子力學領域裡進行洗腦的事情，而且就發生在中國。如果說在全球物理學界發生的是玻爾對一代學子的帶引號的「洗腦」，那麼發生在中國的則是一場貨真價實的反向洗腦運動，其矛頭所指是玻爾、哥本哈根量子力學解釋以及它背後的哲學意義。這場運動的時間跨度大約涵蓋了1950—1980 年之間的三十年時間。範岱年[4]和胡化凱[5]收集和整理了有關這場批判—洗腦運動全過程的資料。筆者在閱讀他們的資料之後，想就以下印象較深的幾點作一介紹並略加個人的點評:
第一，中國對哥本哈根學派量子力學解釋的批判始於二十世紀中葉，完全是從蘇聯「引進」的。執政當局這樣做純粹是出於政治考慮：一方面是配合當時的向蘇聯「一面倒」的政策，向蘇聯方面表達全面學習的誠意；另一方面是配合對國內知識分子的思想改造運動，以批判運動來肅清自然科學領域裡西方「資產階級思想的影響」。當時中國的科學水平離世界科學的前沿甚遠，只有屈指可數的留學過西方的科學家有機會接觸到量子力學基礎的解釋問題，據記載，1937 年 5 月，玻爾應邀訪問中國的時候，執教於浙江大學的束星北先生就玻爾同愛因斯坦的爭論當面詢問過他。除此之外，中國物理學界內部在這方面並沒有什麼分歧和爭論，更談不上需要用批判手段解決的問題。到了1956 年，國家制定的《自然辯證法十二年研究規劃草案》，規定了物理學領域批判的對象，包括「不可知論、非決定論、相對主義、唯能論、神秘主義、實證主義」六項。其中「不可知論、非決定論、實證主義」三項就是專門針對哥本哈根量子力學解釋的。這項批判任務所用的主要理論武器是列寧的著作《唯物主義和經驗批判主義》。此書撰寫的背景是：列寧在1905 年革命失敗後流亡瑞士等國，當時他領導的俄國社會民主工黨布爾什維克派(多數派)中有一些知識分子試圖把流行於歐洲的經驗批判主義(馬赫倡導的實證主義)引進馬克思主義哲學，本意大概是給創建於半個世紀前的馬克思主義哲學體系注入新的思想，使之與時俱進。列寧的這本書(俄文版於1909 年問世)是對這一思潮的回應，屬於俄國流亡革命者內部的爭論。這種爭論在當時並未引起人們關注，可是到了1930 年代，掌握了政權的蘇共黨內意識形態領導人和一些科學家希望藉助政權的力量，肅清「資產階級」哲學流派的影響，確立馬克思列寧主義哲學思想的一尊地位，於是選擇哥本哈根學派的量子力學解釋作為靶子，將其同馬赫(Ernst Mach)的經驗批判主義捆綁在一起，通過批判將《唯物主義和經驗批判主義》一書抬高到哲學領域裡「聖經」的地位。
第二，一份名為《自然辯證法研究通訊》的刊物在1958 年的一篇「編者按」中明白宣示了這場批判運動的宗旨：「關於對量子力學的解釋，是現代自然科學哲學問題中最重要的問題之一，圍繞著這個問題，展開著唯物主義與唯心主義、辯證法與形而上學之間的激烈爭論。……這個問題的解決，對於自然科學的發展，對於徹底批判唯心主義和形而上學，發展辯證唯物主義，都有重大的意義。」這場批判給哥本哈根學派的量子力學解釋扣的帽子是：「唯心主義」和「形而上學」。而在此前後學術界開展的各項批判運動中，如對生物學領域裡的摩爾根學說的批判和對愛因斯坦相對論的批判，這兩頂帽子都是批判對象的「標配」。列寧的《唯物主義和經驗批判主義》還有一個副標題:「對一種反動哲學的批判」。仿效這種風格，所有的批判文章都使用了具有強烈戰鬥性的語言，例如上述刊物在 1963 年的一篇文章中說：「玻爾在自己想象出來的‘不可控制的相互作用’和‘互補關係’等觀點的矇蔽下，率領著他的學派一步步地走進了實證主義的深淵。這是資本主義制度下的一種典型的、帶有一定必然性的悲劇。一個偉大的自然科學家，因為沒有能夠自覺地接受辯證唯物主義，結果就變成了‘渺小的唯心主義的俘虜’。」有的批判文章還進一步追究到科學家的「立場和動機」：「以玻爾為代表的唯心主義物理學家對量子力學做出歪曲的解釋，其目的是利用它來支持唯心論以維護資本主義社會，哥本哈根學派希望從測不準關係式(海森伯不確定性關係式當時的翻譯)中找到他們所希望得到的結論，用以攻擊唯物論而支持反動的唯心論，玻爾提出的‘互補原理’給物理認識規定了一個界限，宣稱微觀粒子的運動規律是不可知的。」文章最後說:「物理學中唯物主義與唯心主義之間的鬥爭愈來愈劇烈。這是因為帝國主義陣營奉行法西斯侵略政策，所以他們在物理學中推崇和利用唯能論與各種唯心主義。」這樣的上綱上線已經接近人身攻擊，這對於一直對中國人民懷有友好感情的玻爾是很不公平的。同時，持續幾十年的這類批判，也在中國的幾代知識分子中造成了一種對各種政治標籤的恐懼心理。
第三，一些有物理學知識背景的批判者知道哥本哈根學派在量子力學的創立和發展中的巨大貢獻，也了解其中的歷史，知道玻爾是偉大的科學家，但也參與到了對玻爾和實證主義的批判中。例如，有一篇批判文章說:「哥本哈根學派之所以能夠建立矩陣力學，是由於他們在當時不自覺地遵循了唯物辯證法」，是實驗事實「終於迫使物理學家不自覺地走向唯物辯證法，撿到了打開微觀世界之謎的鑰匙。」另一方面，該文又列舉哥本哈根學派在探索過程中的錯誤、彎路和猶豫來說明他們的唯心主義和形而上學嚴重阻礙了科學的發展：由於「沒有唯物辯證法的強有力的指導，所以他們在從自己的科學成就中總結哲學上的經驗和教訓時，形而上學方法又在那裡作祟了。」結果走向了「資產階級哲學中的‘感覺就是一切’的觀點。這是‘實證主義’的觀點。」「哥本哈根學派的實證主義在最近四十年來在理論物理界中有廣泛的影響，給理論物理學帶來混亂，使理論物理學在發展過程中走了不少彎路。」批判者在這方面喜歡提到的例子是玻爾對能量守恆定律的信仰不夠堅定，其中一次是在 1930 年，他認為β衰變中能量可能不守恆。然而，批判者卻迴避了另一個事實：糾正這一錯誤的人也不是哥本哈根學派的外人，而是該學派主要人物泡利(Wolfgang Pauli)，他在不久後提出β衰變中有中微子產生的猜想，從而保證了能量守恆。然而，泡利的教父就是馬赫，從孩童時代起就中馬赫的實證主義「毒害」，歷史為什麼偏偏讓他撿到了打開微觀世界之謎的鑰匙呢？這些批判者如果尊重歷史事實，就會發現科學家在探索過程中常常從不同的角度提出各種假設，以「試錯」的方式接近真理，無論是錯是對，都是科學研究的常態，把探索過程中的曲折同科學家的思想傾向直接扯上關係未免過於牽強。
第四，批判運動注意從剛入門的「娃娃」抓起。那個年代全國理工科大學生的公共基礎課程——普通物理的標準教科書是由俄文翻譯成中文的福里斯和季莫列娃所著的《普通物理學》，其第 31 章在簡單介紹量子力學的主要內容的同時，不忘對哥本哈根派的觀點進行批判。在介紹了測不準關係式之後說：海森伯等資產階級國家的物理學家「企圖使測不準關係式成為唯心論者見解的出發點」，「按照唯心論者的意見，世界是不可認識的。由此很容易得出一些唯心論性質的謬論。」即使中國學者自編的物理教科書，也都一面倒地按類似的調子介紹哥本哈根學派對量子力學的見解。如果有些專業的學生要學習更高深一點的量子力學課程，則有蘇聯物理學家布洛欣採夫所著、被認為代表「辯證唯物主義」觀點的《量子力學原理》一書，他在書中提出了不同於哥本哈根解釋的「系綜理論」，認為量子力學是反映大量微觀粒子行為的統計理論，波函數描述的不是單個粒子的狀態，而是眾多粒子構成的「系綜」行為。然而事實是，在這種系綜理論提出之前，就有科學家從事單個光子行為的研究，在後來的幾十年的時間裡，研究單個粒子(電子、原子、分子)行為的科學實驗愈來愈精密可靠，結果愈來愈清楚地表明波函數確實反映了單個粒子的行為。「系綜理論」除了在蘇聯給布洛欣採夫帶來榮譽和學術地位以外，在學術界沒有什麼市場。可是，在三十年的時間裡，不止一代中國的理工科大學生接觸不到這種「正統觀點」以外的其它學說，無法加以比較並作出獨立判斷。這種單一思想的洗腦教育使他們在物理學的這個領域形成了一種先入之見，影響著他們的世界觀。
第五，中蘇批判運動的一個不同之處，是蘇聯始終有一個維護哥本哈根學派觀點的陣營，官方也承認「對量子力學中唯心主義互補原理的批判曾激起很多物理學家的抗議」。這個陣營包括福克(Vladimir Fock)和朗道(Lev Landau)等科學院院士級別的人物，他們持有與當時官方不同的觀點，而且被允許發表不同意見，福克還被允許前往哥本哈根同玻爾當面討論有關問題，回國後發表他的介紹和評論。這是中國的批判運動中沒有出現的現象。在中國，對於馬赫及其哲學思想的研究幾乎被完全禁止，據在維也納大學學習實證主義哲學並取得博士學位歸國的北京大學哲學教授洪謙先生回憶：「自那時(1949 年)起，直到幾年前為止，我無法繼續研究和講授我長期以來喜愛的維也納學派的科學哲學，不能繼續從事被禁止宣揚的，被列寧稱為‘反動哲學’的馬赫主義流派的研究工作。於是，我主要是做了些關於西方哲學史基本情況方面的工作。」[6]
當時中國為了批判的需要，曾翻譯出版了一些哥本哈根學派人物的著作，但是這些著作都是「內部發行，供批判用」，而且在譯文的前面都會有一篇譯者導言之類的文字，事先對譯文中的「錯誤」進行「消毒」，告訴讀者要將這些著作當作批判的靶子來看待。例如在出版玻爾的論文集《原子物理學和人類知識》時，中譯本序言這麼說:「玻爾由於把自己封鎖在唯心主義哲學的迷宮中，因而既不可能解決什麼科學難題，也不可能做出什麼哲學貢獻，由於受社會的和階級的影響，玻爾根本不了解當代唯一正確的科學的哲學——辯證唯物主義和歷史唯物主義，因而他不可能解決現代自然科學發展所提出的哲學問題。」即使像狄拉克(Paul Dirac)的《量子力學原理》這樣的世界名著，中文譯本的「內容簡介」還是提醒讀者：本書雖然是一本名著，「但作者的哲學觀點不是沒有問題的，這在全書的處理上和某些章節的字裡行間都有所反映。」
那麼國內學者是否有不同意見呢？人們看到的是，不少學者跟風寫批判文章，即使是在文革後積極為哥本哈根學派平反正名的範岱年，以及編譯《玻爾全集》的戈革這樣的科學家在那個一邊倒的年代，也參與過對哥本哈根學派的批判。這可能是因為當時中國還沒有像福克、朗道這樣有份量的物理學家，對自己的學術見解有充分的自信，並形成相互支援的陣營。罕見的例外或許是，吳有訓先生在臨終前(1977 年)對前去探望的人表示，應該充分肯定玻爾等物理學巨匠的科學成就，對他們的哲學思想應當加以研究分析，不要一味批判否定。評價他們的時候，切忌片面和簡單化，而應慎重全面和實事求是。吳先生是 1937 年邀請玻爾訪問中國的主要推動者之一，這或許可以看作是那些曾經同西方科學家有直接交往的一代物理學家的微弱而委婉的抗議表達。
第六，蘇聯是這場批判運動的始作俑者，但是在史達林離世以後，批判運動開始消退，到了1960 年代，運動已經終止，出現了有些原來的批判者自我反思的現象，當局並出面為受批判者平反，承認當初對哥本哈根派量子力學觀點的批判是「教條主義」和「虛無主義」的表現。可是中國的批判運動隨著「反修防修」和「文革」的推進而發展到極端。本來尾隨蘇聯之後的中國批判者這時反而批判起蘇聯學界的「修正主義」來:「蘇聯物理學界和哲學界頭面人物對哥本哈根學派的態度從偽裝批判到熱心捧場，硬是給玻爾的哲學思想掛上唯物主義的、辯證法的招牌。這種變化正好揭示這些披著馬克思列寧主義外衣的新資產階級分子的修正主義面目。」
到了文革的最初幾年，所有科學刊物停止出版，原來在官方刊物上對哥本哈根學派的批判停止了，但是科學哲學領域裡的「革命大批判」並沒有停止，而是擴散到大字報和民間出版的各種油印、鉛印小報，批判的靶子也增加了愛因斯坦等人。這種民間的批判跟文革前相比，語言中火藥味更濃，「氣派」也更宏大。有一篇當時的批判文章這樣評論愛因斯坦—玻爾之爭:「玻爾與愛因斯坦關於電子軌道和因果性問題的爭論，表面上是非決定論和決定論之爭，實際上是一個執迷於經驗，另一個醉心於思維，從經驗論和先驗論這兩個極端出發，相互進行指責。他們各自把近似於螺旋曲線的人類認識的一個片斷，當成了獨立的完整的直線，並沿著這條直線分別滾進了唯心主義的泥坑。」「玻爾和愛因斯坦從兩個不同的極端出發去要求‘理論的完備性’，表面上針鋒相對，實際上是一丘之貉，他們都只能在唯心主義中找到其‘完備性’的歸宿。」在這位批判者的筆下，玻爾與愛因斯坦這場爭論的實質，是「唯心論的經驗論和唯心論的先驗論之間的相互攻擊。」「是一場唯心主義內部的派別之爭，這樣的爭論在唯物主義看來，只不過是‘信黃鬼的人和信綠鬼的人之間的爭論’(《唯物主義和經驗批判主義》用語)，是不會得出什麼有益的結果的。」撇開這些「舊世界的批判者」對於玻爾與愛因斯坦爭論的錯誤理解不談，他們要有何等高度的「理論自信」才會寫出這樣充滿了「橫掃一切牛鬼蛇神」豪氣的批判文章呢?
第七，中國這場批判運動，始於對蘇聯的跟風，大多批判文字都引用列寧的語錄和蘇聯的作者。1960 年代以後，隨著中蘇兩黨兩國關係的變化，以及蘇聯退出對哥本哈根學派的批判，這時期的批判文章明顯增加了毛澤東思想作為批判武器的分量。例如，毛澤東的哲學思想中特別強調鬥爭和「一分為二」，反對「合二而一」的思想，毛本人也在多個場合提出「物質無限可分」的見解，於是1964 年就出現了題為「互補原理是‘合二而一’論的一個典型」的文章，指控玻爾的「互補原理」與楊獻珍的「合二而一」一樣，都是階級調和論。文革後期的文章進一步指控互補原理「把微觀客體的粒子性和波動性‘合二而一’，是典型的折中主義，地地道道的唯心主義、形而上學的哲學謬論。」「互補原理只講互相排斥的矛盾雙方的共存，而不講矛盾雙方在一定條件下的互相轉化，是反辯證法的、合二而一的詭辯術。」
更值得注意的是，歷史為我們留下了一份關於毛澤東本人直接過問對哥本哈根學派批判的資料。這就是王德祿在 1990 年 5 月 17 日對復旦大學物理系教授盧鶴紱的訪談。盧先生在其中談到他在文革中的一段經歷，訪談記錄如下——
盧鶴紱：錢偉長政權更替後，復旦大學學習清華大學的經驗，第一個解放的就是我。當時我是老百姓，一聽到解放的訊息，馬上回到復旦大學。1969 年下半年，我一回去，上海市委就給我安排了工作，參加量子論大批判，我主要負責提供資料。這是「無產階級司令部」給我佈置的任務，後來就變成了這本書。
王德祿:這本《哥本哈根學派量子論考釋》？當時是讓您批判的?
盧鶴紱:讓我調查，我不負責批判。我說我不夠資格批判，我的馬列主義水平很低，但是我可以提供材料。據說，這是毛澤東給的任務。
王德祿:為什麼要搞這個?
盧鶴紱:我不全知道。儘管我也知道一點，就是不好意思講。我給你看幾個大字，「知而告之，告而以實，仁信也”，是古文的名言。我可以按照這個哲學給你提供素材，我不接受馬列主義批判的任務，我是物理學家，沒有這個任務。……我是完全從第三者的立場寫。當時我敢不說實話嗎，如果不說實話被發現了可能被砍頭。毛澤東對我感興趣是什麼意思呢？我告訴你吧，我對你不保密了。要寫那本書的作者已經去世了。如果這個人還活著，他的抱負會很大，大到我認為我們很難做件事。眾所周知，列寧有過一本書《唯物主義和經驗批判主義》，這本書中只寫到了愛因斯坦剛出頭，愛因斯坦以後的科學家都沒有涉及，所以要續寫列寧這本書，續寫到量子論。毛澤東說蘇聯沒資格續寫，只有中國有這個資格，只有他有這個資格。他要續寫這本書，這個企圖是很大的，這可不是小企圖啊!那時候，列寧這本書可以說是「聖經」，現在沒人看了。毛澤東要續寫這本書，一定要找個知情的，不知情的寫出來不像樣，那不糟糕了嗎?我感覺很榮幸，他找到了我，北京那麼多物理學家不找，跑到上海來找我。這說明還有人識貨。當時是上海市委通知的。[7]
筆者對這段訪談有兩點解讀：其一，盧教授這段談話中提到的「毛澤東給的任務」是由上海市或復旦大學當時的有關人員向他傳達的，未必有成文的高層指示，其中經過了層層轉述，有的話也未必是指示的原話，有些話也不夠準確。例如說列寧的《唯物主義和經驗批判主義》「只寫到了愛因斯坦剛出頭，愛因斯坦以後的科學家都沒有涉及」就不準確。事實上，該書也沒有涉及愛因斯坦。愛因斯坦關於狹義相對論的論文發表在 1905 年的德國《物理學年鑑》上。由於其概念的新穎和顛覆性，學術界人士花了幾年時間才開始理解，大約到 1911 年才受到物理學界的普遍接受。1912 年，愛因斯坦首次被提名為諾貝爾獎候選人(和洛侖茲一起)，但未能成功。列寧的《唯物主義和經驗批判主義》完稿於1908 年，當時愛因斯坦還在伯爾尼的瑞士專利局任職，一年以後才離開專利局，到蘇黎世大學擔任副教授。所以愛因斯坦的名字當時應該還沒有進入一個流亡的俄國革命者的視野。不過，該書確實提到了一個對相對論誕生有重要貢獻的人物——龐加萊 (Henri Poincaré)。在書中，馬赫和龐加萊都被列寧歸入「偉大的科學家，渺小的哲學家」之列。
其二，盧教授是 1969 年接受上海市委的任務的，盧教授說:「北京那麼多物理學家不找，跑到上海來找我。」為什麼到上海找陸教授?我們無法得知原因，不過這樣的事例也不是獨一無二，文革期間上海市革命大批判寫作組負責人朱永嘉在他的《晚年毛澤東重讀古文內幕》一文中說：「從 1971 年下半年起，也就是林彪事件之後，到 1975 年 10 月毛澤東病危期間，他通過姚文元要我們(上海市委寫作組)陸續標點和註釋了一批大字本(毛澤東到了晚年患有白內障、視力退化)送給他閱讀，或者建議中央政治局委員讀。」由此可知，毛澤東在文革中如要參考什麼古文或外文的資料，除了在北京找學者以外，到上海去找也是通常的做法。根據盧教授的訪談所述，他在其中的角色是準備批判靶子的資料，有點類似馮友蘭和週一良等老教授在「梁效」寫作組中的作用。
1984年，盧教授將他的報告以《哥本哈根學派量子論考釋》的書名交付出版，他在該書的序裡說：「1975年筆者有機緣對哥派關於量子論的觀點、言論和態度，作過較全面的調查，據所得分十二章撰成小結，力求實事求是，避開成見，並將據以考核的哥派成員原話擇其要者附後，供讀者自行判斷。」[8]筆者通讀全書，覺得盧教授對哥本哈根學派的主張確實蒐羅得十分全面詳盡，解說和評論雖不免有些許大批判的痕跡，也堪稱客觀公允，是了解哥本哈根學派量子力學解釋的不可多得的資料。
隨著文革結束，對哥本哈根學派量子力學解釋的批判也無疾而終。
馬赫不承認微觀粒子的存在，卻影響了一代量子物理學家
歷時幾十年的批判哥本哈根學派運動的發端和主題實際上是批判馬赫主義。作為受到列寧批判的「經驗批判主義」的倡導者，馬赫幾乎無例外地以負面的角色出現在中國的哲學和科學書刊中，等到批判運動終結了，馬赫也在歷史中「蒸發」了，彷彿他就是一個為了受批判而存在的靶子。在批判運動過去了幾十年的今天，中國的讀者也不易接觸到對於馬赫及其哲學的客觀介紹。因此，我們有必要了解一些馬赫的生平和他的哲學主張，以及這種哲學主張跟哥本哈根學派的量子力學解釋究竟有什麼關係？
奧地利科學家、哲學家恩斯特·馬赫（Ernst Mach，1838-1916）。圖源：維基百科，公有領域
馬赫生於1838 年的奧匈帝國(比馬克思晚生20 年)，1916年去世。他的生活年代是19 世紀後半葉到20世紀之初。他在1860 年獲得維也納大學物理學博士學位，論文題目是《關於電荷和感應》，過了兩年，馬克士威爾(James Maxwell)發表了他的電磁學方程組。可見馬赫開始其科學生涯的時候，電磁現象是物理學研究的主流。而到他晚年的時候，物理學的研究業已跨進物質微觀世界的門檻：1895年，倫琴發現 X 射線，1896年，貝克勒爾發現放射性現象，1897年，湯姆遜發現電子，1900年，普朗克在他的黑體輻射研究中提出了量子假設，1905這一年內，愛因斯坦發表了改變物理學進程的五篇著名論文。
馬赫的哲學就是在這樣的時代潮流下形成的，在此之前，自然科學都建築在牛頓力學的基礎之上。相應地，作為世界觀的哲學也是以這樣的科學為基礎，具有機械(力學)的、決定性的特點。可是到了十九世紀末，新的物理學所揭示的微觀世界的現象和規律是這種世界觀無法解釋的，以牛頓力學為基礎的哲學於是進入了「禮崩樂壞」的時期。馬赫在1895 年前一直在大學裡擔任物理學教授，在物理學和其它科學領域有許多成就，曾幾度被提名為諾貝爾獎候選人，比如由於他對聲波的研究，現在就以他的姓氏作為高速飛行器的速度單位(1 馬赫等於聲音在大氣中傳播速度)。馬赫作為一個在物理學第一線工作的科學家，從自己的教學和研究中感受到這種預示新時代來臨的風雨，形成了自己的世界觀和哲學流派。他的哲學思想在世紀之交風靡西方學術界，影響力數一數二，所以馬赫作為哲學家的名氣比他作為科學家的名氣大得多。但是他自己不喜歡被稱為哲學家，他說：「沒有什麼馬赫哲學，至多只有自然科學方法論和認識心理學。」所以，他在維也納大學的職位一直是物理學教授，直到1895年他57歲時，學校為他專設了一個「歸納科學的哲學」講座，他才改任哲學教授。1902年，他因健康原因辭去講座的職位，由創立統計力學的物理學大師波爾茲曼(Ludwig Boltzmann)接替他的位子。
馬赫不承認「馬赫哲學」，不過馬赫的哲學思想還是存在於反映他世界觀的眾多著述中。介紹和評論他的哲學超出了筆者的能力和本文的範圍，這裡只就他的「自然科學方法論」做一點粗淺的討論。
他的哲學思想常被人稱為經驗批判主義，屬於經驗主義的一個激進的流派——嚴格的實證主義。他主張人類的知識只能來自我們的感覺，科學只能限於研究純粹的經驗，所有感覺經驗以外的概念、命題都屬於「形而上學」，應該從科學中排除出去。基於這種主張，他猛烈地批評牛頓的絕對時間、絕對空間概念，認為它們屬於形而上學的概念，在科學上無用也無意義；只有物體間的相對運動才是我們的感官能覺察到的，因而是有用的科學概念。他認為即使是牛頓所說的那種加速運動效應，如「牛頓的水桶」中旋轉水面的凹陷，也不是相對於絕對空間的運動，而可以歸因於相對於整個宇宙星空的運動，因而馬赫提出，物體的慣性是它同整個宇宙的物質相互作用的效應，這一思想後來被愛因斯坦稱為「馬赫原理」。馬赫對絕對時空的否定被愛因斯坦認為是他建立相對論的過程中最重要的啟發性影響，1916 年馬赫逝世的時候正值愛因斯坦出版他的《狹義和廣義相對論》德文版，他把自己的書的奉獻給馬赫：「紀念恩斯特·馬赫，一位偉大的研究者和教師，他對自然科學的發展產生了巨大的影響，我自己的工作也從他那裡受到巨大教益。」他在1930 年寫道：「有理由認為馬赫是廣義相對論的先驅。」這大概是馬赫哲學對科學的正面影響中最重要的一個實例。
另一方面，基於這種嚴格的實證主義主張，馬赫也反對物質由原子構成的理論，認為原子、分子這樣的微觀客體不是我們感官可以觀察到的，因而也是形而上學的概念。為此，他同波爾茲曼就後者提出的氣體分子運動論展開了長期的爭論。可是，愛因斯坦在發表其狹義相對論論文(「論運動物體的電動力學」)的同一年(1905 年)，還發表了一篇對布朗運動的研究論文，布朗運動是指液體中懸浮微粒(如花粉顆粒)的隨機運動，愛因斯坦根據分子運動論的思想，假定這些微粒運動是受到液體分子的撞擊所導致，並通過分子熱運動漲落的統計規律推匯出了布朗運動所遵循的公式。三年後這個公式得到了實驗的證實，完成實驗驗證的法國科學家佩林(Jean Perrin)因此獲得了1926 年的諾貝爾物理獎。愛因斯坦的這篇論文和佩林的實驗證明了分子的存在(儘管它們不能被直接觀察到)，被公認為是確認分子運動論成立以及物質由原子構成的最早證據。
從上述兩個歷史實例中我們看到，愛因斯坦一方面盛讚馬赫思想在他建立相對論的過程中所發揮的重要作用，在給馬赫寫信時以「仰慕你的學生」自稱。另一方面又不理會馬赫對原子、分子存在的懷疑，假定布朗運動就是分子熱運動造成的，從而推匯出正確反映布朗運動的規律。可見，十九世紀後，科學和哲學已分離為相互獨立的學術領域，那個時代的科學家業已完全擺脫了伽利略時代那種對經院哲學的臣服，他們的世界觀更多的是建築在自己的科學實踐上，而不是某個哲學家的什麼主義上面，他們只根據自己的科學實踐來決定對具體哲學主張的取捨。在科學同哲學的關係方面，與其說科學家受哲學思想的影響，不如說哲學家更多地跟隨科學家的發現，從中總結提煉出自己的哲學主張。
從中我們也可以看出，馬赫在面臨牛頓的機械論哲學式微的局面時，對科學研究奉行了一種十分謙卑謹慎的態度，表現出他對人類認識世界的能力高度懷疑。在他看來，人類依賴自己極為有限的感官來認識大千世界，同「瞎子摸象」這個寓言中的盲人沒有什麼差別，因此從自己的感覺經驗上升為世界觀的時候要特別小心，避免掉進形而上學的陷阱。
圍繞哥本哈根量子力學解釋的爭論，愛因斯坦一派提出的局域性實在論在不少人看起來是一種久經考驗的「認識論的最基本觀點」，但是它終究通不過克勞澤、阿斯佩和塞林格以及其他物理學家的實證(實驗驗證)。因而從馬赫的觀點來看，局域性實在論以及「上帝不擲骰子」之類「認識論的最基本觀點」都是屬於需要逐出物理學研究領域的形而上學。與愛因斯坦所堅持的相反，玻爾一派堅持嚴謹的實證主義者的態度：實驗顯示怎樣的結果，理論就只能建築在這樣的結果之上。這就是量子力學哥本哈根解釋的要義：量子力學只探討可以在宏觀世界實現的實驗所顯示的可觀察量之間的關係，關於微觀客體的「本質」或「認識論的最基本觀點」之類的討論，它保持沉默。用胡適的話來說，就是「有一分證據說一分話，有七分證據不說八分話。」從這個意義上說，實驗為愛因斯坦—玻爾論戰所作的判決，也是實在論與實證論兩者之間的一次裁決。
2004 年的諾貝爾物理獎得主維爾切克(Frank Wilczek)說：「馬赫對於物理概念的經驗價值進行了嚴密的批判性分析，並堅持在使用這些概念時必須證明其合理性，這些工作幫助營造了產生狹義和廣義相對論以及後來的量子論的學術氛圍。」[9]愛因斯坦則說：「馬赫對我們這一代自然科學家有著巨大的影響，特別是他的批判性科學史著作，他在其中對各門學科的演變傾注了巨大的熱情，探索那些在各個領域內開闢新路的研究者頭腦裡最深邃的細胞。我甚至相信，即使是那些自認為是馬赫反對者的人，也幾乎沒有意識到他們象從母乳中吸收營養一樣吸取了多少馬赫的思想觀點。」[10] 要說「受馬赫影響」之深，愛因斯坦一點也不比玻爾差。總而言之，馬赫的實證主義科學研究方法論為二十世紀的科學發展打下了地基、清掃了場地，以潛移默化的方式廣泛而深刻地影響了二十世紀初的科學家，包括創立量子力學的一代物理學家。
不過，馬赫排斥一切關於感覺經驗以外的事物的探討，過分強調觀察和實驗在科學研究中的重要性，完全忽視基於邏輯和數學推理的假設、猜想在科學研究中的作用，這樣就把許多有價值的思考和探索都當做形而上學而排除在科學之外。其後果是，馬赫終其一生不僅反對原子論，而且也拒不接受相對論——據說是因為人類的感官無法觀察四維空間。愛因斯坦對馬赫的讚譽是真誠的，對馬赫主義的批評也一針見血，他在一封私人的信件裡說：「馬赫的科學方法不能產生任何活的生物，只能消滅害蟲。」[9] 筆者認為，雖然說消滅害蟲不如創造新生命那麼高大上，也是一項必要且有時十分艱鉅的任務，馬赫在這方面的工作值得高度肯定。但是，他的這種過於狹隘和嚴苛的反形而上學傾向，有時也不免錯殺了一些幼苗，真所謂「成也蕭何，敗也蕭何」，在二十世紀物理學向微觀世界進軍的背景下就顯得落後於時代了。所以，在第一次世界大戰後，隨著馬赫在1916 年去世，馬赫的哲學思想對新一代物理學家的影響就日益衰微。他的追隨者(以「維也納小組」為首的一批哲學家)於是以馬赫的反形而上學為基點，重新出發，結合邏輯學和數學的新發展對馬赫哲學進行了改造。他們修正了馬赫的科學觀，不再把科學簡單地看作是「對感性觀察記錄作出的經濟描述」，而看作是一種對自然現象作出的「假設演繹系統」，科學必須對感性觀察在數學和邏輯方面做出大量的細緻加工工作。他們的努力導致了邏輯實證主義(或邏輯經驗主義)的誕生，可以看作是馬赫實證主義的 2.0 版本。
哥本哈根學派的科學家同二十世紀的大多數科學家一樣，在自己的研究中所遵循的哲學思想是十分多元的，但是他們都在不同程度上認同實證主義哲學。當愛因斯坦說「上帝不擲骰子」時玻爾回應說：「告訴上帝應該如何管理世界不是我們的使命。」這種態度反映了他的實證主義科學觀，那就是：科學家的任務是在經驗資料中尋找顯示自然界規 律的證據，而不是為自然界制定法則。玻爾還說：「我能立刻同意實證主義者所要的東西，但是不能放棄他們所拒絕的東西……實證主義者堅持要求概念上的清楚，我當然完全讚許，但是他們單單因為我們在原子領域中缺乏足夠清楚明確的概念就不準對更寬闊的問題進行任何討論，似乎對我就不怎麼有用了——這一禁令阻撓我們對量子論的理解。」[8]這話反映了玻爾等同時代科學家的態度，即同意馬赫實證主義關於科學應該建立在經驗基礎上的原則，但是批評它對「形而上學」的過度排斥。邏輯實證主義正是順應了這種批評而建立和發展起來的。
玻爾對實證主義的取捨態度直率而明晰，海森伯的科學觀跟他不同，倒是跟他的研究對象——微觀粒子——有點相似：他在不同的場合、回答不同的問題時，會呈現出不同的思想傾向，更像是各種哲學流派的「疊加態」。他曾說：「量子論的哥本哈根解釋完全不是實證主義的，因為實證主義是以觀察者的感官知覺為基礎的，而哥本哈根解釋則把能用經典概念描寫的事物和過程，也就是實在，當作任何物理解釋的基礎。」這話聽起來讓人覺得他更傾向於愛因斯坦那種「實在論」。但是他在另一個場合又反對唯物主義的實在論，他說：「唯物主義的本體論靠的是一個錯覺，即在我們周圍的世界裡存在著的這種直接‘實在性’這個概念能夠延伸(外推)到原子領域。可是，這個延伸是不可能的。」「所有反對哥本哈根解釋的人們在下一點上彼此都同意：在他們看來，最好回到經典物理學的實在概念上，或者更一般地表達，回到唯物主義的本體論，也就是說，回到一個客觀真實世界的觀念，這個世界的各個最小部分也象石頭和樹木那樣在同一方式上客觀地存在著，和我們是否觀察它們無關。我將再一次解釋，這是不可能的，或者僅是部分地可能。」有時他還顯出某些唯心主義傾向：「自然科學不是自然界本身，而是人和自然界之間關係的一部分，因而就依賴於人。某些觀念是先驗的觀念，即出現在一切自然科學之前，這個唯心主義論點在這裡是對的。」[8] 然而，不管他的這些變化多端的說法如何，他在 1925 年所發表的「運動學和力學關係的量子論再解釋」一文反映了他的科學觀底色還是離不開馬赫的反形而上學思想。此文在正文前的摘要只有一句話：「本文試圖將量子力學的理論基礎完全建立在原則上可觀察量之間的關係之上。」這篇論文是海森伯的成名之作，標誌著量子力學的第一種數學表述——矩陣力學的誕生。這句摘要突顯了「可觀察性原則」在他建立矩陣力學過程中的重要性：一旦拋棄電子軌道這類不可觀測、無法定義的概念就立即給舊的量子論帶來突破性的進展。而這一思想又來源於波恩(Max Born)。海森伯曾是波恩的學生和助手，波恩在海森伯之前幾年就闡述過量子力學只應限於研究「可觀察量」這一思想，波恩雖然十分輕視哲學對科學研究的作用，他說：「我確信，理論物理學才是真正的哲學。」但他也承認，「可觀察性原則」在思想上起源於馬赫。只是馬赫把它用在了邏輯批判上，而波恩把它用到了科學研究上。[11] 所以，追根溯源，海森伯也像「從母乳中吸收營養一樣」得到過馬赫主義的滋養。
另一方面，玻爾的助手和終生合作者羅森菲爾德(Leon Rosenfeld)則是一位馬克思主義者，他不倦地為玻爾的互補原理辯護，認為它符合唯物辯證法的矛盾統一思想，在他看來，實證主義同辯證唯物主義並不是互相排斥的，泡利將此表達為：羅森菲爾德=√(托洛茨基×玻爾)。至於泡利本人，他的父親同馬赫是同事又是好友，泡利出生後馬赫做了他的教父，泡利戲稱他從小受的是「反形而上學教」而不是羅馬天主教的洗禮。也許由於這層關係，泡利同那些繼承了馬赫衣缽的哲學家一直保持著溝通，參加了「維也納小組」關於邏輯實證主義的許多討論，邏輯實證主義的建立有他的一份貢獻。
綜上所述，二十世紀的物理學界，包括哥本哈根學派和它的批評者愛因斯坦、薛丁格等等，同科學哲學界保持著相互影響的關係。科學家的主流在從事科學研究的時候，都堅守以下的實證主義信條：只接受那些建築在實驗驗證過的事實之上的理論，排斥任何先驗(先於經驗)的理論和概念；反過來，哲學家們又從這些科學家的共同信仰中總結提煉出各自的哲學理論，包括實證主義的新版本——邏輯實證主義。
在馬赫主義被改造、發展為邏輯實證主義的同時，美洲大陸的哲學家發展出了他們的實用主義哲學，在筆者看來，這是一種具有美國特色的實證主義，同歐洲的邏輯實證主義有許多相似的觀點，只是它更強調知識的實用性和功利性，認為應該根據有用和有效程度來評價一種思想或理論。實用主義這個名稱傳入中國初期曾被譯成「實驗主義」，用在其科學哲學方面似更為貼切。實用主義在科學研究以外的教育、政治、社會等領域也產生了巨大影響，胡適在美國的導師杜威 (John Dewey)就是美國實用主義的領軍人物之一。中國有一句廣為流傳的胡適名言「大膽假設，小心求證」，它克服了原教旨馬赫主義的小心有餘，大膽不足的缺點，反映了新時代科學哲學的更為廣闊的視野而又不失嚴謹的治學態度。1957 年，胡適在紐約主持了祝賀宇稱守恆定律被華人科學家推翻的宴會，吳健雄在會上介紹自己驗證李政道、楊振寧理論的實驗時，就提到了他的這句格言對自己物理研究的指導作用。1980年代，中國走出文革後開始了改革開放的時代，官方和民間都拋棄了文革中提倡的「絕對權威」、「絕對真理」之類無法定義、無法實現的口號，提出了「實踐是檢驗真理的唯一標準」、「白貓黑貓，抓到老鼠就是好貓」這樣的以實證和實效為基礎的口號，從寬泛的意義上說，也是一種遠離形而上學、向實證主義常識的迴歸。
人類對於自然界的認識在過去一個多世紀有了巨大的飛躍，相對論和量子力學的創立使人類的物理知識在微觀和宏觀的尺度上得到了極大的擴展，而這些成就正是愛因斯坦和玻爾等一代物理學家受益於馬赫對舊物理學的批評、從而在他們的科學研究中擺脫人類的主觀影響而取得的。可以說，馬赫是二十世紀科學哲學的奠基人，他在這方面的貢獻直到今天都令科學家們心嚮往之。2022 年的諾獎得主塞林格在題為「量子糾纏獨立於時空」的訪談中，論及量子糾纏實驗對人類世界觀的影響時說：「我建議我們需要對時空這一觀念重新作一個深入的分析，其深刻程度可能要同維也納的物理學—哲學家馬赫把牛頓的絕對空間和絕對時間趕下王座相媲美，希望最終產生出類似於愛因斯坦的相對論一樣的新物理學。」[12]
回顧大批判年代那些扣在馬赫頭上的「唯心主義」、「實證主義」、「形而上學」等等帽子，今天看來完全是不著邊際的無的放矢。事實上，作為批判對象的馬赫在列寧的著作《唯物主義和經驗批判主義》出版後不久就做了類似的評價。據洪謙先生(維也納小組的唯一中國成員)在《談談馬赫》一文中說：列寧的書 1909 年在俄國出版後兩個月，就有奧地利的社會民主黨人將該書的內容告訴了馬赫，他得知後評論道：這本書完全是黨派爭論的著作，而與他感興趣的問題相去甚遠。除此之外，沒有其他的評論。[13]
致謝：
在撰寫此文過程中，程宏、胡化凱提供了有關資料來源，熊衛民、王作躍提供了寶貴的修改意見和建議，作者謹在此表示謝忱。2023年5月26日。
註釋:
[1] S. Weinberg, 「Einstein’s Mistakes (愛因斯坦的錯誤)」，載《Physics Today》58 卷 11 期(2005) [2] M. Gell-Mann，「What Are the Building Blocks of Matter? (什麼是構成物質的基本要 素?)」，載文集《The Nature of the Physical Universe》(1979) [3] J.惠勒，「不可思議的量子行業」，載《物理學和質樸性》，方勵之編，安徽科學技術出 版社(1981) [4] 範岱年，「尼爾斯·玻爾與中國(上、下)」，載《科學文化評論》第九卷第 2、3 期， (2012) [5] 胡化凱，「20 世紀 50-70 年代中國對哥本哈根學派量子力學詮釋的批判」，載《科學文化 評論》第十卷第 1 期，(2013) [6] R. 哈勒，「洪謙教授訪問記」(1987 年)，載洪謙著《論邏輯經驗主義》，359 頁，商務 印書館，(2012) [7] 王德祿，「留學歸國科學家訪談錄(下)·盧鶴紱」，載《院史資料與研究》2018 年第 2 期(總第 160 期)，中國科學院院史研究中心·院史資料室編，44—46 頁。範岱年所著的「尼爾 斯·玻爾與中國(下)」一文對上述採訪也有簡要的提及，見[3] [8] 盧鶴紱，《哥本哈根學派量子論考釋》，上海，復旦大學出版社(1984) [9] F. Wilczek, 「Total Relativity: Mach 2004 (完全相對性:馬赫 2004)」，載《Physics Today》57 卷第 4 期(2004) [10] A. Einstein,「Ernst Mach (愛因斯坦悼念馬赫逝世的文章)」載 《Physikalische Zeitschrift》17 卷 101(1916) [11] 厚宇德，「玻恩與哲學」，載《科學文化評論》第十九卷第 4 期，(2022) [12] A. Zeilinger,「Quantum Entanglement Is Independent Of Space And Time(量子糾纏獨立於時空)」，載《Edge.com》網站(2016) [13] 洪謙，「談談馬赫」，載洪謙著《論邏輯經驗主義》，270 頁，商務印書館，(2012)本文經授權轉載自：賽先生 作者：華新民
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編輯：瑾珛