量子力学的“测不准原理”可能就是对实验原则的一种挑战。所谓“测不准原理”是量子力学所揭示的一种客观规律,即在微观世界中,原则上我们对于某几对共扼物理量测量的精度不能同时无限制地提高。例如,如果我们提高了某一粒子的位置测量精度,则其动量测量的精度就会大大下降。值得注意的是,这和研究者观测能力无关,因为原则上观察者对任一物理量的观测精度可以无限提高。对于这一原理,物理学家这样来解释:对于微观对象的认识,总是在一定的实验条件下进行的。而要提高位置测量的精度所施加的控制条件,恰好严重地妨碍其动量的测量。反之亦然。
其实在经典物理学研究中,实验对对象的状态的干扰也是存在的。如,测量一杯热水的温度,需要将一枚温度计放在水中,让温度计和水进行热交换,从而使得温度计的温度和水温相同,温度计的读数可以指示水的温度。但在此过程中,热水和温度计的热交换,改变水的温度,因此温度计的读数与实际热水的温度是有偏差的。但是我们可以通过尽量将温度计做得小些,温度计的原始温度与水温尽量接近,甚至计算温度计前后温度变化所交换的热量来恢复原有的水温等。由于经典物理学处理的都是宏观现象,所以实验的干扰的影响实际上可以忽略不计。
但实验对自然现象和过程的干扰是不可否认的,因此实验的原则所适用的范围也是相对的、有限的。对于某些极其敏感的现象和过程,实验方法是否是足够的研究手段?量子力学家们采取的策略是,宣称自己研究的不再是纯粹的自然现象,而仅只是在观察实验活动中被改造过的现象和过程。如玻尔的名言:“量子力学使我们想起一个古老的格言:当寻找生活的和谐时,人们决不应当忘记,在生活的戏剧中,我们自己既是演员,又是观众” [3]。实际上,按照哥本哈根学派的解释,所谓自然不再是那种与主体毫无关系的纯自然。这样来解释,当然可以成功地解决或回避实验干扰所带来的认识论问题。但它是以重新界定科学研究功能,并重新界定自然世界(即重新修改自然观)为基础的。这再一次地说明了科学标准和科学规则的有效性是由我们所生活的世界的状况所规定的。[1]但是,除了这种坚持科学研究标准和规则,并以此而修改自然观的方案之外;其实至少还存在另外一种逻辑上的可能,即保留原先的纯自然的概念,并坚持认为科学研究的真正目的就是要去认识那“原本的自然”,但修改科学研究的标准和规则,如引进直接领悟自然的非主流方法等。
实验原则还依赖于另外一个还原论的假定:即研究对象原则上是独立的,可以独立于环境的,因此也是可以隔离研究的。所以,在实验室环境所得到的研究结果是能够真实反映对象的规律联系的。但是量子力学中EPR关联所揭示的非定域性,告诉我们世界是整体联系的,所以任何对象本质上都是互相包含、互相渗透的,因此是不可以隔离研究的。爱因斯坦曾对这一性质感到严重的不安:“假设,两个粒子以同样的很大的动量相向运动,并设在它们通过已知位置时,它们在一段很短的时间里发生相互作用。现在考虑一个观察者,他在远离相互作用区域的地方逮住了一个粒子,并测量它的动量;这是根据实验的条件,他显然能够推导出另一个粒子的动量。但是,如果他选的是测量第一个粒子的位置,他就能说出另一个离子在哪儿。这是从量子力学原理作出的一个完全正确而直截了当的演绎;然而这难道不是很悖理的吗?在两个粒子之间的一切相互作用都已消失之后,对第一个粒子作的测量怎么会影响第二个粒子的状态呢?” [4]既然现在实验已经证明了自然的规律确实具有这种“很悖理的”特征,那么原则上任何对象都是无法隔离的,实验原则又如何成立呢?
3,可重复性原则与自然规律普遍性假定
为了保证科学事实的可靠性,防止错误,科学研究强调科学事实的认定必须遵循可重复性原则。即只有在不同研究者、不同实验室、不同时间和地点都能重复验证的事实,才可以认定为科学事实。这一原则为科学知识的可靠性提供了筛选机制,意义很大。这一原则同样也是建立相关的世界状况的假定基础上的。只有假定自然规律是普遍的,在不同的空间、时间,在相同的条件下,自然现象的表现是一样的、或者非常相似的;可重复性的要求才是合理的。