海森堡科学哲学思想的产生

　　第 2 章 海森堡科学哲学思想的产生。

　　2.1 海森堡科学哲学思想产生的哲学背景。

　　2.1.1 古希腊自然哲学的影响。

　　总体来讲，如果要探究海森堡科学哲学思想的来源，那么古希腊自然哲学是一定绕不开的存在。正如在《自然辩证法》一书中，恩格斯所说："在古希腊哲学的多种多样的形式中差不多可以找到以后各种观点的胚胎、萌芽".也就是说，如果自然科学的思想、理论要想探寻自己现在的原理产生、发展的历史进程，那么回溯到古希腊人的时代是必不可少的。另外，回到古希腊的观点也越来越为人们自身的研究开辟新道路。由此可见，海森堡的思想是有着很久远的历史渊源的。海森堡的父亲是一位希腊语言学家，他的父亲教他古希腊语，由此海森堡学到了一定的语言知识，使他可以顺畅地阅读柏拉图的哲学著作，这为他与希腊哲学的亲密接触提供了十分便利的条件。

　　依靠自己的希腊语知识，海森堡在 18 岁时，读了柏拉图的《蒂迈欧篇》这篇对话著作。

　　这本书促使他对原子论的基本思想有了更清楚的认识，更使他坚信，一个人要想在近代原子物理学中作出进展的重要条件就是拥有良好的希腊自然哲学知识。古希腊自然哲学是近代科学的思想源泉，它奠定了近代科学的传统。作为一名柏拉图主义者，海森堡认为能够联接古代与近代的环节非希腊哲学思想莫属。

　　海森堡认为，如果要探究事物的根本，那么回到古代哲学这个源泉是必不可少的。

　　古希腊人可以教会现在的人们学会如何训练自己的思维和探索原理性问题，促使人们从自己的工作中收益。海森堡说："我当时所了解的那点儿希腊自然哲学知识也大大地帮助了我。"科学有不同的分支，且联系日益紧密，但是古希腊思想是它们共同的源头。

　　海森堡在其著作中说，近代科学技术的巨大潮流源自于古希腊哲学的两个源泉，一个是对自然的数学描述，一个是古代原子理论。海森堡与科学的首次相遇是从数学开始的。在学习数学的过程中，他逐步理解到近代的牛顿及其后继者的成就是对希腊数学家和哲学家们努力的直接后果，对自然的数学描述使他接触了西方思想的基本特点。对于数学的兴趣，在海森堡看来是哲学中柏拉图成分的增长。海森堡在其书中说，量子论与原子科学是有渊源的。原子论发展到德谟克利特时，他认为原子都是有同样的实体构成，而现代物理学的基本粒子在限制的意义上具有质量，如果将他的元素火理解为能量，则其观点就与现代物理学的观点非常接近。在现代量子论中，基本粒子最终是数学形式，这在柏拉图的《蒂迈欧篇》同样有渊源，书中说基本粒子最终不是实体 ,而是数学形式，只是现代的更具复杂性。

　　2.1.2 近现代哲学思想的影响。

　　海森堡出生在 20世纪初年，这一时期机械自然观的局限性越来越多的显露，而伴随着的是实证主义思潮席卷整个科学界。科学哲学在 20世纪兴起，而这一时期物理学可以说是占据着科学领域的主导地位。科学哲学的发展与物理学的变革有着密切关系。

　　而这一时期物理学正发生着深刻变革。伴随着这种社会大舆论环境，加上这时期科学大家的影响，海森堡的的科学哲学思想逐渐形成。海森堡科学哲学思想贯穿着两大指导性哲学原理--可观察性原则和对应原理。

　　一战后的 1918 年，海森堡在一次偶然机会中看到了韦尔的《空间-时间-物质》这本书，使他开始了解洛伦兹变换和相对论，而且认为相对论是打开物理世界之门的一把新钥匙。与此同时，空间时间物质的哲学问题摆在了海森堡面前。这一时期，对于原子问题的哲学思考也是他哲学思想的来源之一，尤其是在读过柏拉图的《理想国》

　　后，他意识到柏拉图的原子思想和他中学时学习的物理学是不同的。但是这一时期的海森堡还是比较缺乏与物理学相关的个人哲学思想的，他对哲学思考更深的兴趣要在科学需要以及同事的影响下才会很明显的表现出来。海森堡虽然读过康德的《纯粹理性批判》，但是他并没有认真深入地研读马赫和康德的著作与哲学思想，更没有深入探究柏拉图的思想，所以，当他有哲学方面的需求时，只好向朋友与同事求助。

　　对海森堡影响较大的是马赫，确切的说应该是马赫的哲学思想。可观察原则就是由马赫的思想衍生而来的。马赫是一位物理学家和哲学家，马赫主义的创始人。正是这位马赫造就了 20 世纪颇具影响力的科学哲学。海森堡在 1925 年发表的创建量子力学的论文中就曾直截了当的说明受到马赫及可观察量原则的很大影响。可观察量原则是关乎量子力学突破的重要哲学问题，而海森堡是科学史上明确地提出运用可观察量原则的第一人。当玻尔的原子模型研究走入死胡同时，海森堡认为应该用频率和振幅这些可观察的量来代替不可观察的原子中的电子轨道。他在关于矩阵力学的第一篇论文中首先就说明了这一原则。海森堡的这一基本思想给了狄拉克很大触动，促使他取得了一些重大成果，建立了普遍形式的量子力学。可观察量原则沟通了微观世界和宏观世界。

　　另一位对海森堡影响较大的是爱因斯坦。作为自然科学哲学家的爱因斯坦也深切吸引着年轻的海森堡，海森堡非常崇拜爱因斯坦，他将爱因斯坦作为自己的学术思想导师。爱因斯坦对于海森堡影响主要体现在两个方面。第一、海森堡受到爱因斯坦建立相对论时对时间、空间操作方法的启发，认为在量子论的观测中，只需要用可观察的与谱线强度相关的频率和振幅来代替不可观察的电子的轨道就可以了，这样就奠定了矩阵力学的基础。第二、海森堡的"不确定性原理"也是在爱因斯坦的启发下完成的。爱因斯坦批评了海森堡认为只有可观察量才能进入物理理论从而建立物理理论的思想，认为恰恰是理论决定了我们所能观察的东西，受此启发，海森堡认为一个电子只能以一定的不确定性处在给定的位置和以一定的不确定性具有给定的速度，以此发现电子的动量和位置坐标具有普朗克常数的量级，这就形成了改变科学哲学世界观的不确定性原理。

　　对海森堡的哲学思想影响最大的当属玻尔莫属了，诚如海森堡自己所说，他从玻尔那里学会了哲学。玻尔本人可以说是量子力学领域教父级的人物，而且他在哲学领域也有很高的造诣。他经常从哲学的角度来看待很多的物理问题，这给予海森堡很大的震撼，在相当大的程度上影响了海森堡的思维方式。对应原理就是由玻尔提出的。

　　玻尔为了描述微观世界，早在 1918 年就正式提出对应原理。对应原理的核心内容是："在原子范畴内的现象与宏观范畴的现象各自遵循本范畴内的规律，但当把微观范畴内的规律延伸到经典宏观范畴时，则它所得到的数值结果应该与经典规律所得到的相一致。"海森堡坚定地认为玻尔的原子理论在实验中得不到理想的结果，所以就在玻尔对应原理的指导下，海森堡寻求探索通过实验可以确定的数值的抽象数学方法来研究原子内部运动，把对应原理变成了一种研究原子内部的科学研究方法。在对应原理的指导下，海森堡于 1925 年发现矩阵力学。

　　2.2 海森堡科学哲学思想的科学背景。

　　2.2.1 对于物理学的热爱与探索。

　　海森堡自出生起就生活在一个对知识充满敬意的氛围中，对科学与技术、语言与艺术、数学都充满浓厚兴趣。他从小就表现出对于数学的天赋。进入中学学习后，科学与数学对于海森堡来说有很强的吸引力，他在科学方面的直觉与想象力非常突出。

　　海森堡学习过拉丁文，他将拉丁与数学结合起来，阅读了一些拉丁文数学著作。在他学习数学的过程中，他的数学老师沃尔夫对他产生了深刻的影响，特别是沃尔夫告诉海森堡通过几何学我们可以得出一个有效的命题，并且可以用数学形式来证明，以至于这一时期他对于数学的兴趣是超过物理学的。但是，这一时期的他对物理技术也是非常痴迷的，也正是这种痴迷引导着他从几何学进入理论物理领域以及对物理的数学分析中，将数学应用于高深的物理之中。

　　海森堡后来回忆道："沃尔夫先生向我们介绍了一种观点，普遍有效的命题可以从几何学得出， 并用数学方式加以证明。这种数学在描述物理过程中是有用的观点显然让我感到震惊。"数学和物理学的这种对应关系使得海森堡非常惊奇，这促使他通过阅读大量的数学书籍去寻求描述物理定律的数学要求。也正是数学的非凡天赋使他可以在物理学领域游刃有余，不断取得丰硕成果。

　　2.2.2 三大导师在科学研究上的引导。

　　在 1920年，海森堡进入慕尼黑大学学习。在 19 世纪 20 年代，量子物理学发生深刻的变革，而海森堡依靠矩阵力学和"不确定性原理"成为这场变革中举足轻重的人物。这一时期是海森堡科学哲学思想形成的一个重要时期。这一时期的海森堡在当时世界上三个主要的量子研究中心--索末菲所在的慕尼黑、玻恩所在的哥廷根、玻尔所在的哥本哈根进行学习和工作。海森堡后来曾说："在索末菲那里学了物理，玻恩那里学了数学，玻尔那里学了哲学。"索末菲对海森堡的影响主要是将海森堡引入理论物理学的领域。索末菲以解决物理中数学方面的问题来解决物理问题，以数学的严密性去诠释物理学的严密性。他告诉海森堡，当物理关系与一个数学模型不一致时，那么在不改变物理关系的前提下，一定可以找到另一个适合的数学模型。在索末菲这里，海森堡学到了解决特定问题的一些方法，一定程度上了影响了海森堡思考问题的方式。海森堡物理学的特征之一就是在遇到无法解决的问题时，不要拘泥于难题之内，而要跳到难题之上去解决，这也是索末菲培养的科学态度和科学方法的结果，这也是海森堡哲学思想的一个重要特征。

　　2.3 海森堡科学哲学思想的形成。

　　海森堡曾经回忆说，现时的自然哲学要想为人所信服，能显示出自己的力量，那么它就必须能够接受客观实验的检验。这表明了海森堡科学哲学思想中的唯一主义思想，这种思想对于他以后的工作科研有着深远影响。

　　在创建矩阵力学的过程中，海森堡就遵循了自然科学哲学的唯物主义传统。他注重唯物主义经验论的应用，并且非常反对唯心主义的先验论。海森堡创立矩阵力学和应用推广玻尔对应原理的过程中，将原子理论发展成为一个严密的理论体系，将宏观的物质运动与微观的物质运动结合起来。

　　集物理学家和哲学家于一身的海森堡，十分注重对于古典哲学和物理科学哲学思想的研究。除此之外，他将对哲学的探究与量子力学的研究结合起来。在研究量子力学的时期，海森堡深受马赫实证主义的哲学观点影响，秉持怀疑经验论，反对唯心主义先验论和机械唯物论。在这种哲学观之下，海森堡认为原子之类的微小粒子不是一成不变的，而是具有波粒二象性性质的物质。而且不能将宏观物理世界的运动规律也认为是原子世界的运动规律。这些都表明了海森堡辩证的科学哲学思想。海森堡将量子力学的研究与丰富的哲学思想相结合，生动展现了自然科学与哲学的紧密联系，进一步创立了有自己特色的量子哲学思想，发展了物理科学哲学理论。

　　海森堡的在物理学上的成就，在很大程度上得益于对哲学深入地辨证思考。海森堡确实非常注重哲学对于科学的指导作用。在其哲学著作《物理学与哲学》中，海森堡始终将量子论的论证与哲学结合起来，在重视哲学理论指导作用的同时，他还非常注重实验的作用，可以说他是一个实证论者，科学理论以事实为依据。

　　科学的思维方法的形成与自然科学哲学思想是密不可分的。在量子物理领域，海森堡凭借对于原子世界的长期思考和深厚扎实的数学功底，一直探究着微观世界的奥秘。海森堡的认知体系离不开哲学，而对于哲学的认识又植根于自然科学，因此，可以说海森堡的哲学思想是科学哲学思想。海森堡的科学哲学思想不是一蹴而就的，而是在自身的勤奋思考、踏实的科学研究的过程中形成的。他对哲学问题的探讨与他奉献一生的原子物理学的研究是密切结合而又相得益彰的。他的思想一方面从古希腊自然哲学思想沃土中扎根发芽，另一方面又从近现代的科学发展中吸收养分，发展壮大。

　　从柏拉图到马赫，从玻尔到爱因斯坦，思想巨人和科学巨匠的思想在海森堡身上打下了深深的烙印。海森堡的科学哲学思想在自然观上是倾向于唯心主义的，虽然他反对唯心主义的先验论和机械唯物论，强调人必须能动地通过观测仪器来认识微观世界，这对于哲学的认识论来说是有积极意义的，但是海森堡也强调人是先于自然科学而存在，自然规律不是完全客观的，在 20 世纪 50 年代末，他由实证论观点转向了柏拉图的客观唯心论。虽然在世界观上是唯心的，但海森堡在科学研究的过程中还是按照辩证法的。他注重观察与实践的结合，运用事物的矛盾统一观点等，这些对于科研的成功是非常重要的。他认为微观世界是遵守统计定律的，而且善于运用类似于操作主义的试验方法进行科学研究，这都是他思想的合理内核。