為了應對挑戰量子力學完備性的EPR論文，玻爾以互補性為基礎，以量子態表征關系和量子現象為主要內容，提出了整體論思想，該思想是其量子力學解釋的一部分，盡管存在一定的模糊性，但在還原論的科學傳統下仍有其獨特的歷史與哲學意義。下面由學術堂為大家整理出一篇題目為“玻爾整體論思想的內容”的物理史論文，供大家參考。
原標題：玻爾科學思想中的整體論
摘要：為了應對挑戰量子力學完備性的EPR論文，玻爾以互補性為基礎，以量子態表征關系和量子現象為主要內容，提出了整體論思想，該思想是其量子力學解釋的一部分，盡管存在一定的模糊性，但在還原論的科學傳統下仍有其獨特的歷史與哲學意義。
關鍵詞：玻爾；EPR 論文；整體性；互補性
整體論的思想早在量子力學誕生之初就有所體現，如德布羅意1927年提出的“導波”理論就有整體論的影子。1935年愛因斯坦、波多爾斯基和羅林森發表的著名論文《能認為量子力學對物理實在的描述是完全的嗎？》對量子力學的完備性提出疑議。通常根據3位作者姓氏的首字母，將該論文稱為EPR論文。對此，哥本哈根學派的首要人物玻爾很快給予了回應，他試圖采用整體性來挽救量子力學描述的完備性。
1 玻爾整體論思想的提出
1935年之前的愛因斯坦-玻爾論戰主要以量子力學的邏輯自洽性為焦點；1935年的EPR論文和玻爾的回應則關注量子力學描述的完備性。玻爾的整體論思想正是為了應對EPR論文挑戰而形成的。
EPR論文根據實在性判據和完備性判據，舉例反駁了量子力學描述的完備性。實在性判據是指“如果在對系統沒有任何干擾的情況下，能夠確定地 （即以概率）預言一個物理量的值，那么對應于這個物理量，存在著物理實在的一個要素”.完備性判據是指“只有當物理實在的每一個要素在物理理論中都有一個對應物，這個物理理論才是完備的”[1].EPR論文構造了由兩個粒子 （粒子1和粒子2）組成的系統，其中每個粒子的位置和動量都不對易 （x1和p1不對易，x2和p2不對易）。對于由兩個粒子位置和動量運算構成且滿足對易關系的算符x1- x2和p1+ p2,存在函數δ（x1- x2- a），它同時是算符x1- x2（本征值為a）和算符p1+ p2（本征值為0）的本征函數。這樣，若測得粒子1的坐標x1為x,就可以通過計算得知粒子2的坐標x2為x - a;若測得粒子1的動量p1為p,就可以通過計算得知粒子2的動量必定為-p.設a足夠大，也就是說粒子1與粒子2在空間上遠離，使得對粒子1的測量不會對粒子2產生干擾。按照EPR論文中的實在性判據，可以斷定對應于x1,p1,x2和p2存在著4個獨立的物理實在元素。而按照量子力學，x1和p1不對易，x2和p2也不對易，因此這兩對量中各只有一個獨立的物理實在元素與其對應。愛因斯坦等人據此推論出量子力學不完備。
對此，玻爾很快回應說EPR論文將實在性判據應用于量子力學問題是不恰當的，“測量程序對于問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響，因為必須把這些條件看成是可以明確應用‘物理實在’這個詞的任何現象中的一個固有的要素”[1].玻爾認為在不明確測量儀器 （簡稱儀器）的情形下并不能夠賦予被測客體 （簡稱客體）以明確的物理屬性，這是因為物理屬性是在儀器與客體等要素所共同構成的整體語境中產生的。這樣一來，量子力學描述的完備性就通過整體性得以挽救了。
2 玻爾整體論思想的內容
玻爾的整體論思想是在互補性這一哲學主干上成長起來的，兩者的本質是一致的。整體論強調測量時儀器與客體之間的關系，表達的是一種量子態代表關系的觀念。1938年，玻爾還明確提出了量子“現象”的概念，用于強調他的整體論思想。
2.1互補性
玻爾第一次公開提出“互補性”概念是在1927年的科摩會議上，他認為這是量子力學所需要的新哲學立場。在經典物理學中，時空描述是與因果描述結合在一起共同描述的，而在量子理論中兩者是互補又互斥的。正如不確定性原理所給出的，時空描述的位置與因果描述的動量不能夠同時精確。緣何互補又互斥呢？這是由于在量子理論中客體與儀器之間的相互作用不能忽略，如在測量電子位置時，儀器和電子以一種不可控的方式相互作用，造成了對電子動量的干擾，使得人們不能在精確得知電子位置的同時又精確得知電子的動量，即“既不能賦予現象又賦予觀察動作以一種通常的物理意義下的獨立的實在性”[1].
1935年后，玻爾又提出互補性源于實驗安排之間的互相排斥性，強調在量子力學中必須用到兩種不同的實驗安排，其中一種實驗安排允許無歧義地應用位置概念，另一種實驗安排允許無歧義地應用動量概念。測量電子位置的實驗安排不適用于測量電子動量，反之亦然。這樣一來，玻爾把互補性又轉用到操作意義上來，強調兩種實驗安排之間的相互排斥使得不能同時使用時空描述和因果描述。
玻爾提出互補性是為了給量子力學提供一個哲學的理解框架，而歷史的發展表明互補性后來確實成為了哥本哈根解釋的核心。玻爾認為，在將經典物理學的概念應用于原子領域時存在著本質上的限度：它們僅能描繪出物理客體的部分圖像，如波的圖像或粒子的圖像，這些不同的圖像互相補充，分別描述了量子客體的不同方面。在量子理論中，需要從經典物理學單一的描述方式，轉變為互補的描述方式，即采用波粒二象性概念。
2.2表征關系的態
在對EPR論文的回應中，玻爾訴諸于客體與儀器的整體不可分性，表明了他對量子態表征關系的立場。對一個系統態的描述，不僅限定于被測粒子，而且要包括粒子與所涉及到的全部儀器之間的關系。這樣一來，量子力學的基本問題就從系統S具有物理量的某個值的概率是多少，轉變為通過一個具體的儀器A在系統S上測量物理量得到某個值的概率是多少。
“在對EPR論文的爭論中，玻爾和愛因斯坦承認他們的分歧基本上是哲學上的[2].”正如EPR論文中實在性判據所明示的，愛因斯坦堅信僅當一個量可以確定性地被測量時它才是實在的，強調實體本身的實在性。而玻爾更看重的是在什么樣的實驗安排下來測量，認為實體只有在關系中才是實在的，只有在特定關系中談論實體才有意義，關系比實體更為基本。在玻爾所代表的哥本哈根學派看來，量子態僅是在工具主義的意義上被使用的。實在性扎根于觀察之中，脫離了具體的測量談論量子客體的物理屬性是不恰當的。只能在明確的測量語境或與儀器特定關系狀態下談論粒子及其屬性，“絕不能直接把粒子看作是‘物理上實在的’種種屬性的獨立承載者”[1].表征關系的態放棄了對獨立于主體的對象世界的描述，把實在性賦予對象測量，即一種具體的關系。就如同在相對論中獨立于參考系直接談論物理量的值是沒有意義的，玻爾將量子力學中整體論的實驗安排作為意義的平臺。
原標題：玻爾科學思想中的整體論
摘要：為了應對挑戰量子力學完備性的EPR論文，玻爾以互補性為基礎，以量子態表征關系和量子現象為主要內容，提出了整體論思想，該思想是其量子力學解釋的一部分，盡管存在一定的模糊性，但在還原論的科學傳統下仍有其獨特的歷史與哲學意義。
關鍵詞：玻爾；EPR 論文；整體性；互補性
整體論的思想早在量子力學誕生之初就有所體現，如德布羅意1927年提出的“導波”理論就有整體論的影子。1935年愛因斯坦、波多爾斯基和羅林森發表的著名論文《能認為量子力學對物理實在的描述是完全的嗎？》對量子力學的完備性提出疑議。通常根據3位作者姓氏的首字母，將該論文稱為EPR論文。對此，哥本哈根學派的首要人物玻爾很快給予了回應，他試圖采用整體性來挽救量子力學描述的完備性。
1 玻爾整體論思想的提出
1935年之前的愛因斯坦-玻爾論戰主要以量子力學的邏輯自洽性為焦點；1935年的EPR論文和玻爾的回應則關注量子力學描述的完備性。玻爾的整體論思想正是為了應對EPR論文挑戰而形成的。
EPR論文根據實在性判據和完備性判據，舉例反駁了量子力學描述的完備性。實在性判據是指“如果在對系統沒有任何干擾的情況下，能夠確定地 （即以概率）預言一個物理量的值，那么對應于這個物理量，存在著物理實在的一個要素”.完備性判據是指“只有當物理實在的每一個要素在物理理論中都有一個對應物，這個物理理論才是完備的”[1].EPR論文構造了由兩個粒子 （粒子1和粒子2）組成的系統，其中每個粒子的位置和動量都不對易 （x1和p1不對易，x2和p2不對易）。對于由兩個粒子位置和動量運算構成且滿足對易關系的算符x1- x2和p1+ p2,存在函數δ（x1- x2- a），它同時是算符x1- x2（本征值為a）和算符p1+ p2（本征值為0）的本征函數。這樣，若測得粒子1的坐標x1為x,就可以通過計算得知粒子2的坐標x2為x - a;若測得粒子1的動量p1為p,就可以通過計算得知粒子2的動量必定為-p.設a足夠大，也就是說粒子1與粒子2在空間上遠離，使得對粒子1的測量不會對粒子2產生干擾。按照EPR論文中的實在性判據，可以斷定對應于x1,p1,x2和p2存在著4個獨立的物理實在元素。而按照量子力學，x1和p1不對易，x2和p2也不對易，因此這兩對量中各只有一個獨立的物理實在元素與其對應。愛因斯坦等人據此推論出量子力學不完備。
對此，玻爾很快回應說EPR論文將實在性判據應用于量子力學問題是不恰當的，“測量程序對于問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響，因為必須把這些條件看成是可以明確應用‘物理實在’這個詞的任何現象中的一個固有的要素”[1].玻爾認為在不明確測量儀器 （簡稱儀器）的情形下并不能夠賦予被測客體 （簡稱客體）以明確的物理屬性，這是因為物理屬性是在儀器與客體等要素所共同構成的整體語境中產生的。這樣一來，量子力學描述的完備性就通過整體性得以挽救了。
2 玻爾整體論思想的內容
玻爾的整體論思想是在互補性這一哲學主干上成長起來的，兩者的本質是一致的。整體論強調測量時儀器與客體之間的關系，表達的是一種量子態代表關系的觀念。1938年，玻爾還明確提出了量子“現象”的概念，用于強調他的整體論思想。
2.1互補性
玻爾第一次公開提出“互補性”概念是在1927年的科摩會議上，他認為這是量子力學所需要的新哲學立場。在經典物理學中，時空描述是與因果描述結合在一起共同描述的，而在量子理論中兩者是互補又互斥的。正如不確定性原理所給出的，時空描述的位置與因果描述的動量不能夠同時精確。緣何互補又互斥呢？這是由于在量子理論中客體與儀器之間的相互作用不能忽略，如在測量電子位置時，儀器和電子以一種不可控的方式相互作用，造成了對電子動量的干擾，使得人們不能在精確得知電子位置的同時又精確得知電子的動量，即“既不能賦予現象又賦予觀察動作以一種通常的物理意義下的獨立的實在性”[1].
1935年后，玻爾又提出互補性源于實驗安排之間的互相排斥性，強調在量子力學中必須用到兩種不同的實驗安排，其中一種實驗安排允許無歧義地應用位置概念，另一種實驗安排允許無歧義地應用動量概念。測量電子位置的實驗安排不適用于測量電子動量，反之亦然。這樣一來，玻爾把互補性又轉用到操作意義上來，強調兩種實驗安排之間的相互排斥使得不能同時使用時空描述和因果描述。
玻爾提出互補性是為了給量子力學提供一個哲學的理解框架，而歷史的發展表明互補性后來確實成為了哥本哈根解釋的核心。玻爾認為，在將經典物理學的概念應用于原子領域時存在著本質上的限度：它們僅能描繪出物理客體的部分圖像，如波的圖像或粒子的圖像，這些不同的圖像互相補充，分別描述了量子客體的不同方面。在量子理論中，需要從經典物理學單一的描述方式，轉變為互補的描述方式，即采用波粒二象性概念。
2.2表征關系的態
在對EPR論文的回應中，玻爾訴諸于客體與儀器的整體不可分性，表明了他對量子態表征關系的立場。對一個系統態的描述，不僅限定于被測粒子，而且要包括粒子與所涉及到的全部儀器之間的關系。這樣一來，量子力學的基本問題就從系統S具有物理量的某個值的概率是多少，轉變為通過一個具體的儀器A在系統S上測量物理量得到某個值的概率是多少。
“在對EPR論文的爭論中，玻爾和愛因斯坦承認他們的分歧基本上是哲學上的[2].”正如EPR論文中實在性判據所明示的，愛因斯坦堅信僅當一個量可以確定性地被測量時它才是實在的，強調實體本身的實在性。而玻爾更看重的是在什么樣的實驗安排下來測量，認為實體只有在關系中才是實在的，只有在特定關系中談論實體才有意義，關系比實體更為基本。在玻爾所代表的哥本哈根學派看來，量子態僅是在工具主義的意義上被使用的。實在性扎根于觀察之中，脫離了具體的測量談論量子客體的物理屬性是不恰當的。只能在明確的測量語境或與儀器特定關系狀態下談論粒子及其屬性，“絕不能直接把粒子看作是‘物理上實在的’種種屬性的獨立承載者”[1].表征關系的態放棄了對獨立于主體的對象世界的描述，把實在性賦予對象測量，即一種具體的關系。就如同在相對論中獨立于參考系直接談論物理量的值是沒有意義的，玻爾將量子力學中整體論的實驗安排作為意義的平臺。
