量子世界里，意识究竟算不算“参与者”？

导语

在量子力学的早期争论中，“观察者的意识是否影响物理现实”成为最具争议的问题之一。希拉里·普特南、尤金·维格纳等思想家在解释“测量问题”时，意外地把哲学引入了量子物理的核心。而被忽视数十年的一部小册子——伦敦与鲍尔的《量子力学中的观察理论》，却暗含了另一种视角：现象学。它主张，意识与世界并非相互独立，而是在关联中共同构成现实。今天，随着量子贝叶斯主义与生态现象学的兴起，这一思想再次成为理解量子理论与人类认知关系的重要线索。

关键词：量子测量、意识问题、现象学、冯·诺伊曼链、量子贝叶斯主义（QBism）

Steven French丨作者

雷等丨译者

神经现实（ID：neureality）丨来源

20世纪60年代初，量子物理学被认为是史上最成功的理论之一。它以前所未有的精确度解释了诸多现象，从原子的结构与化学键的形成，到激光与超导体的工作原理。对一些人来说，它不仅仅是一种理论，更是一个包罗万象的框架，能够用来理解微观的基本粒子世界。然而，事实证明，这整个框架的根基其实相当脆弱——注意到这一点的人，并不是一位物理学家，而是一位崭露头角的哲学家。

由此而来的学术讨论，不仅开辟了重新思考量子理论基础的新途径，也在当时所有参与者都未曾注意到的地方，暗藏了一种截然不同的哲学视角——这一视角可追溯至现象学哲学家爱德蒙·胡塞尔（Edmund Husserl）。直至如今，人们才充分认识到这种视角转变的影响。它为量子力学提供了一种全新的理解方式，并激发我们重新审视哲学与科学之间的整体关系。

引发这场思想交锋的哲学家是希拉里·普特南（Hilary Putnam）。他后来在语言哲学、心灵哲学，以及计算机科学、逻辑学与数学领域都取得了开创性的成就。1961年，他回应了一篇论文，讨论一项试图解决所谓“爱因斯坦–波多尔斯基–罗森悖论”（Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradox）的研究——该悖论似乎表明，量子力学对现实的描述并不完整。在论证过程中，普特南指出，按传统理解，量子理论的核心还潜藏着一个更为深刻的问题，这个问题与所有科学活动中最基本的过程之一有关：测量。

该问题可以这样表述。量子力学形式主义中的一个核心元素，是被称为“波函数”的数学工具。波函数通常被用为表示某一系统——比如一个原子或电子——的形态，它将该系统可能的所有状态叠加在一起。例如，想象一个电子及其所谓的“自旋”属性（这里的自旋，和棒球或板球运动中球的旋转并不是一码事，但这个名称沿用至今）。自旋有两种形式，分别被称为“上旋”和“下旋”。因此，当我们用波函数表示电子在飞向探测器过程中的自旋状态时，它表现为一种非经典的、“上旋”和“下旋”的叠加态。然而，当我们去真正测量电子的自旋时，测量结果却总是确定的——要么是“上旋”，要么是“下旋”，从来不会出现两者叠加的状态。通过测量，波函数叠加态变成了确定结果，我们如何解释这一转变呢？

这个问题成了后来所谓“测量问题”（measurement problem）的核心。对此，一个极具影响力的答案来自史上最伟大的数学家之一——约翰·冯·诺伊曼（János 或John von Neumann）——他不仅在纯数学和物理学领域做出了重大贡献，还在计算机设计和博弈论方面开创了新纪元。他指出，当自旋探测器与电子发生相互作用时，“探测器+电子”这一复合系统的状态，也应该由量子理论来描述，因此它同样会处于各种可能状态的叠加态之中。同理，“观察者的眼睛和大脑+探测器+电子”这一更大的复合系统的状态，也将被量子理论描述为各种可能状态的叠加。无论我们将这条链延伸多远，只要有任何物理系统与该体系发生相互作用，量子理论都会将整个复合系统描述为所有可能状态的叠加。于是，前面提出的关键问题依然无法得到解答。因此，冯·诺伊曼得出结论：导致从叠加态过度到确定状态的，必定是某种非物理的因素。这一因素就是观察者的意识——正是意识，使测量装置上被记录的结果从众多可能中“坍缩”为一个确定值（正是这套论证，后来成为大量“新时代”（New Age）量子论述的思想源头——诸如“现实依赖于观察者”的观点）。

Hilary Putnam

让普特南困扰的是，如果我们接受冯·诺伊曼的结论，那么量子理论就无法扩展到整个宇宙了。因为那样将意味着，我们必须假定在物理宇宙之外还存在一个“观察者”，其意识能够使整个宇宙所有可能状态的叠加坍缩为一个确定状态。一个两难的局面由此而生：要么，物理学家必须放弃量子理论具有普遍适用性的想法；要么，就必须放弃对测量的传统解释方法。

普特南发表在《科学哲学》（Philosophy of Science）期刊上的这篇短文，恰好被亨利·马根诺（Henry Margenau）读到了，后者是一名由物理学家转为科学哲学家的学者。马根诺随即将这件事告诉了诺贝尔物理学奖得主尤金·维格纳（Eugene Wigner）。两人随后发表了一篇回应文章，为冯·诺伊曼的论证辩护，并驳回了普特南的担忧。此后，这场争论持续了好几年，双方你来我往，几乎各说各话，直到阿布纳·希莫尼（Abner Shimony）的果断介入才使局势明朗。希莫尼拥有两个博士学位——一个哲学、一个物理学——并且曾是维格纳本人的学生。此后，他在设计验证贝尔定理（Bell’s theorem）的实验时发挥了关键作用，用EPR结果排除了一些完善量子力学的可能性。希莫尼在这场辩论中站在了普特南一边。这个争论的核心问题是：意识究竟如何促成了从叠加态到确定形态的转变？由于始终没有令人满意的答案，普特南与希莫尼似乎最终占了上风。他们为新的哲学方向扫清了障碍，为其他解释途径创造了空间，例如休·埃弗雷特（Hugh Everett）的“多世界诠释”（Many-Worlds interpretation）。在这种诠释中，根本不存在所谓的“坍缩”或“转变”；叠加态中的每个分量都在不同的现实分支或平行世界中被实现为一个确定的结果。

这场辩论不仅在量子力学基础的发展史上具有重要意义，还包含着一个被长期忽视的关键哲学层面。这一层面不仅可以为普特南和希莫尼的疑虑提供一种全新的回应，也可以生发出一种全然不同的量子物理理解方式。他们未曾注意到的这一层面，便是现象学的视角。

在这场辩论中，双方并没有引用冯·诺伊曼本人在著作中有关“链式论证”（chain argument）的内容原文——那本书的内容相当专业，且直到不久前才被翻译成英文——而是引用了两位物理学家弗里茨·伦敦（Fritz London）和埃德蒙·鲍尔（Edmond Bauer）的一本“小册子”（维格纳原话）。这本书名为《量子力学中的观察理论》（La théorie de l’observation en mécanique quantique），最初于1939年以法文出版，是一套面向大众、介绍最新科技进展、内容涵盖从人类学到动物学的方方面面的系列丛书之一。这本小书只有短短的51页，却旨在以清晰易懂的方式阐述量子力学中“测量”的基本框架，以及意识在其中扮演的角色。虽然辩论双方都把它当作冯·诺伊曼论点的简要概述，但事实远非如此。

当时，伦敦和鲍尔都在巴黎工作，前者在亨利·庞加莱研究所（Institut Henri Poincaré），而后者则任教于著名的法国学院（Collège de France）。鲍尔是一位出色的教师，也是法国第一位教授新量子理论的人。但伦敦完全在另一个层次。他用量子理论解释了化学键的形成，以此赢得了在该领域的声誉，甚至让他的合作者沃尔特·海特勒（Walter Heitler）惊呼：“这下我们可以像用勺子吃饭一样轻松掌握化学了！”随后，伦敦与自己的兄弟海因茨（Heinz）成功地将量子理论应用于超导现象，并进一步用它解释了液氮的超流行为。他随后出版了一本关于这些现象的两卷本著作，这本书后来成为了该领域的经典之作。

然而，伦敦不仅仅是一位杰出的物理学家。他从小就对哲学抱有浓厚兴趣。作为慕尼黑大学的学生，他引起了哲学教授亚历山大·普芬德（Alexander Pfänder）的注意，后者是现象学创始人埃德蒙·胡塞尔的得力助手。其实，伦敦关于科学理论本质的论文曾发表在当时领先的现象学期刊《哲学与现象学研究年刊》（Jahrbuch für Philosophie und Phänomenologische Forschung）上，该刊的主编正是普芬德。这并非伦敦年轻时的短暂兴趣；在整个职业生涯中，他一直保持对现象学的关注。在巴黎期间，他曾与朋友阿隆·古尔维奇（Aron Gurwitsch）进行有关物理学和哲学的长期交流。古尔维奇与伦敦一样，在两门学科上都有学术背景，后来还推进了现象学研究在美国的建立。

现象学是什么？我们可以将其概括为，针对“心理行为或经验、这些行为或经验所指向的对象、这些行为或经验的内容或（在适当情况下）意义之间的关联”所进行的根本性研究。现象学的主要方法被称为“悬置”（epoché，源自希腊语），要求现象学研究者将周遭世界“用括号括起来”，抑制那种理所当然将世界视为客观存在的“自然态度”。其核心理念，是打破这种态度对我们的束缚，以便揭示支撑它的基本认识论和形而上学前提。

需要注意的是，这种“悬置”并不意味着“否认存在”。采用这一方法并不等同于支持怀疑论，也不一定会导致唯我论。相反，通过悬置，我们可以同时审视所谓的客观世界和自然态度，从而重新定位对两者的理解。这样一来我们便会发现，意识与世界的关系应被理解为“相关性的”（correlative），用马克西米利安·贝克（Maximilian Beck）在1928年的话说，就是两者都存在于一个“相互依存的存在情境”之中。这并不是说，意识和世界在相互关联之前各自独立存在，也不是说前者以某种方式创造了后者。恰恰相反，正是这种相关性，构成了意识和世界本身。

现象学的内容远不止这些，也并非所有人都认同这种“相关性解释”。但正是这一观点，支撑了伦敦与鲍尔的那本关于量子测量的“小册子”，而这本小册子在关于意识在测量中作用的辩论起到了至关重要的作用。回想一下，马根诺和维格纳维护的是标准观点，认为意识能以某种方式从量子叠加态中生成确定的观测结果；在他们眼中，伦敦和鲍尔的工作仅仅是冯·诺伊曼论证的总结。另一边，普特南和希莫尼质疑的是整套方法，强调目前尚不清楚意识究竟如何生成这样的结果。然而，辩论双方都忽略了这本“小册子”的核心要点——其实，伦敦和鲍尔在这个问题上超越了冯·诺伊曼，采用了现象学视角；他们认为，意识并非独立存在，而是在观察者与世界的相互关联中，起着形成两者本质结构的关键作用。在导言中，他们便已明确指出了自己偏离标准方法之处：

物理学家们并非有意要建立一套知识论体系，他们所遵循的哲学在某种程度上也颇具争议；但可以说，他们几乎不自觉地被困在了一个发现里：量子力学的形式主义本身蕴含了一套关于客体与观察者关系的明确理论，这种关系与天真现实主义所隐含的关系截然不同——但此前，天真现实主义似乎一直是所有自然科学领域不可或缺的基石之一。

伦敦和鲍尔在这里的意思是，量子力学不是和其他任何理论类似的一般理论（即关于世界的理论），而是关乎知识本身的理论，因为它“蕴含了一套关于客体与观察者之间关系的明确理论”。它与通常理解的经典物理学之间有一个关键性差异。量子力学视角如今对观察者和被观察客体之间关系的解读，必须与过去天真现实主义立场的解读截然不同。天真现实主义通常被应用于经典力学，认为客体完全独立于任何观察而存在，并且拥有可测量的性质，无论这些性质是否被实际测量。现在，这种观点必须被抛弃。伦敦和鲍尔后面文本的核心部分，则在试图阐明观察者与被测客体或系统之间关系的本质。

在这个关键节点上，伦敦和鲍尔极大地偏离了冯·诺伊曼的论证。在铺陈那一连串关联链条——从“探测器+系统”到“观察者的身体+探测器+系统”——的过程中，他们并未在观察者的意识处停下，而是将意识也纳入整个量子叠加态之中。正是这一举措，使现象学中“相互依存的存在语境”（mutually dependent context of being）的思想在物理学中得到了表达：在量子层面上与被研究的系统相互关联的，不仅仅有观察者的身体，还有他们的意识。

我们该如何从那种通过量子叠加体现出来的关联，转变为一种确定的、可以对应我们对某个测量结果的观察的信念？对此，伦敦和鲍尔坚持认为：

在测量过程中为系统生成了新的“波函数”的，并不是仪器与被测对象之间某种神秘的相互作用。真正起作用的，是那个能够将自己与原先函数区分开的“我”的意识。正是凭借这种观察，意识得以为被测对象赋予一个新的函数，从而重新构成（法语原文为“constituer”）一种新的客观性。

换句话说，从叠加态到确定态的转变，并不是由观察者的意识以某种神秘的方式触发的，因此，普特南和希莫尼关于“意识如何导致确定态生成”的疑虑，可以被直接规避。取而代之的，是意识与叠加态的分离，这会导致一种“新的客观性”；也就是说，观察者形成了确定的信念，而系统则被赋予了一个确定的状态。

在伦敦和鲍尔的解释的中，这种分离的实现，是通过：

一种特别而又熟悉的能力，我们称之为“内省能力”。（观察者）能够每时每刻持续追踪自身的状态。凭借这种“内在的知识”，他赋予自己创造自身客观性的权利——也就是说，他可以切断统计相关性的这条链。

而伦敦在自己的手稿副本中也写道：

相应地，我们将这种创造性行为称为“赋予客观性”。通过这一行为，观察者可以建立自身的客观性框架，并获得关于所观察对象的新信息。

正是这种特别而又熟悉的内省行为，切断了量子理论中一系列嵌套叠加所表现出的统计相关性链条，并使相关性在现象学意义上的两端——观察者的意识和外部世界——得以保持各自独立。于是，一方面，系统被客观化，或者说“被赋予了客观性”，也就是被赋予了一个确定的状态；另一方面，观察者通过这种赋予客观性的反省行为，获得了一个确定的信念状态。

伦敦和鲍尔并非没有意识到他们观点有多激进。在作品的最后部分，他们承认，这样一来，科学客观性本身的概念似乎会受到动摇。事实上，对于所有否认系统状态独立于观察者存在的观点来说，这是一个普遍问题：观察者如何能够跳出自身的视角，进入他者的视角，从而建立伦敦和鲍尔口中关于研究对象的”科学感知共同体“？作为回答，他们强调，“人总有权忽略观察者的‘审视’（scrutiny）对仪器的影响”。

要想理解他们的意思，我们首先应该注意，这段引文中的“审视”翻译自原法语文本中的“regard”（下文统一译为‘注视’），而原文将该词置于引号之中，本身就表明了它的重要性。在现象学里，这种“指向性注视”（regard-to）是一种基本的反省行为；指向性注视某物，则可以理解为意识对该物进行把握或捕捉。心理过程的存在，正是因为这种“注视”而成立。然而，尽管物理实体也同样被这种“注视”纳入意识的视域，它们的存在当然并不因此得到保证（注意，现象学并不等同于唯我论）。

因此，涉及由物理学家在“自然态度”下操作的测量仪器时，我们可以忽略意识的这种“指向性注视”对仪器的影响。我们可以进一步通过量子退相干理论（quantum decoherence）来为这种“权利”提供正当性。早在1929年，就已有相关核心原理的迹象，但这一框架直到1970年代初才被明确提出。其基本思想是：当系统与测量仪器发生相互作用时，由于仪器拥有远多于系统的物理自由度，叠加态所关联的相干性似乎会在这些自由度中丧失。因此，即便这一过程本身不会导致系统进入确定态（叠加仍旧存在），测量仪器的行为在实际上会呈现经典行为。这样以来，观察者的“审视”或“注视”便可以被忽略了（不同于考虑系统转为确定态时的情况），从而实现一种集体的科学认知。

1925年，在新量子力学的首批论文发表前不久，胡塞尔在一次讲座中明确指出，现象学需要从哲学理论的抽象高地走下来，用具体的方式表达，他指出：

当前的任务，是要理解构成中的主体性与被构成的客观性之间的关联——不仅仅是空泛地谈论它，而是要根据世界本身的普遍结构，以世间万象的各种范畴形式加以阐明。

十多年后，在他最后一部、并未完成的巨著《欧洲科学的危机与先验哲学（The Crisis of European Sciences and Transcendental Philosophy）》（1936）中，胡塞尔批评了“物质自然”被数学化处理的方式，并指出，它导致“物质自然”被概念化成了与意识相分离的存在。他认为，要弥合这种分裂，就必须采用现象学立场，从根本上回归“主观宇宙”。唯有如此，科学——尤其是物理学——的成果才能被真正理解和掌握。

遗憾的是，胡塞尔在伦敦和鲍尔的“小册子”出版前一年去世了。如果他读过这本书，或许会高兴地发现，他们其实已经对他的两个担忧都做出了回应。他们将观察者与系统之间的关系置于现象学框架之下，用量子力学所呈现的特定“世界性范畴形式”阐明了构成中的主体性与被构成的客观性之间的关联。此外，伦敦和鲍尔还展示了，用现象学方式理解的量子力学可以体现我们与世界之间的这种关联关系，因此能够弥合心身的分裂，并在物理学乃至整个科学领域重建“主观宇宙”。

因此，伦敦和鲍尔著作的现象学本质得到了还原——这一点在普特南和希莫尼、马根诺和维格纳之间的辩论中完全被忽视了。这具有重大的意义。首先，它展示了这一哲学思潮是如何与量子物理的发展紧密交织的；其次，它揭示了这本“小册子”在该理论哲学方法发展初期阶段的地位，这种方法在物理哲学领域长期以来鲜被关注，至少直到最近才受到重视。

这并不是说，现象学传统中的其他学者未曾将量子力学纳入他们的哲学视野。古尔维奇和帕特里克·希兰（Patrick Heelan）也强调了人类意识在测量过程中的现象学作用，并同样引用了伦敦和鲍尔的观点。最重要的现象学思想家之一莫里斯·梅洛-庞蒂（Maurice Merleau-Ponty）在巴黎期间也关注了量子理论，并同样认为，观察者不应被置于波函数作用范围之外，而必须包含在物理学对现实的描述之中。他进一步对后来的学者产生了深远影响，包括米歇尔·比特博尔（Michel Bitbol），后者与合作者一同发展了一种“生态现象学”（eco- phenomenology），将现象学立场与一种被称为“量子贝叶斯主义”（QBism）的量子力学方法结合起来。量子贝叶斯主义最初由物理学家克里斯托弗·福克斯（Christopher Fuchs）提出，它同样采用第一人称视角，将“主体”和“经验”的概念视为基本；在它的解读中，波函数描述的是主体在未来可能经验中的状态、而不是系统自身的状态。

近期，相关进展通过一系列学术会议得以汇聚，进而形成了两部具有里程碑意义的论文集，由哈拉尔德·威尔切（Harald Wiltsche）和菲利普·贝尔霍费尔（Philipp Berghofer）编辑、撰写导言：2020年的《物理学的现象学方法》（Phenomenological Approaches to Physics）和2024年的《现象学与量子贝叶斯主义》（Phenomenology and QBism）；其中，前者还包含了相对论理论的现象学方法。

由此，在现象学框架下，量子力学的一个核心问题得以解决，或者更准确地说，是通过一种微妙但关键的转变而被“化解”了——即把它理解为一门关于知识的理论，因为它体现了我们与世界之间的相互作用关系。无论你是否完全认同这种哲学立场，它的视角不仅可以帮助理解现代物理最基本的组成部分、为其增添了极具启发性和潜在价值的维度，也可以强调哲学反思在这些发展中常被忽视的重要性、提供新的启示。

原文：https://aeon.co/essays/why-quantum-mechanics-needs-phenomenology

本文来自微信公众号“神经现实”，欢迎关注。

加大圣迭戈分校：量子力学

2022年诺贝尔物理学奖授予了关于量子信息科学的基础性研究。一百多年前，量子革命为我们带来了晶体管和激光，今天，操作纠缠粒子的技术正在让我们进入一个新的量子信息时代。集智俱乐部长期关注量子科学及其在前沿交叉领域的应用，包括量子力学与机器学习、量子生物学、量子因果、量子金融等，并沉淀了一系列相关主题的文章和学习资料，参见 “ ”与“ ” 。欢迎感兴趣的朋友和我们一起探索！

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