如所周知，当代物理学已经引起人类的宇宙观及其同宇宙的关系的重要的修正。有人设想，这种修正突破了人类的命运和自由的基础，甚至影响到人类对他掌握自己的命运的能力的看法。这种设想，在物理学的各个部门中，再没有比量子力学的测不准原理表现得更直截了当了。本书的作者是测不准原理的发现者。事实上，这个原理通常都冠以他的名字。因此，要判断这个原理意味着什么，没有人比他更合适的了。

    海森伯在他以前的一本书《量子论的物理原理》中，向专业物理学家们阐明了量子力学的理论解释、实验意义和教学工具。在本书中，他向外行人阐明了量子力学和其他物理理论，以及这些理论的哲学会意和它们的某些可能的社会后果。比较明确地说，他试图在本书中提出并回答下列三个问题：（1）已被实验所证实了的当代物理学理论肯定了什么，（2）它们容许或者要求人们怎样去没想他自己同他的宇宙的关系？（3）这种作为现代西方的创造的新思想方法将要怎样影响世界的其他地区，

    海森伯只是在本书的开头和结尾部分简要地探讨了第三个问题。读者不要因为他的评述的简短而忽视了它们的重要意义。正如他所指出，不管我们喜欢与否，现代思想方法将要改变并且部分地破坏传统习惯和社会准则。非西方社会的本国领袖和他们的西方顾问常常设想，将现代科学仪器和方法引入亚洲、中东和非洲的问题，仅仅是给予当地人民以政治独立然后向他们提供经费和实用的仪器的问题。这种轻易的设想忽略了几件事情。第一，现代科学仪器渊源于它的理论，为了正确地制造和有效地使用它们，需要理解那个理论。第二，而这个理论又以哲学假设和物理假设为依据。一旦被人们理解了，这些哲学假设就会产生一种个人的和社会的精神状态和行为，它们完全不同于并且在有些问题上不相容于亚洲、中东或非洲本地人的以家族、等级、种族为中心的精神状态和社会准则。总之，人们不能在引入现代物理学仪器的同时，而不求早或晚地引入它的哲学精神，而这种哲学精神，当它一旦掌握了受过科学训练的青年，就将推翻对家族和种族的陈腐的道德忠诚。如果要不致于因此引起不必要的感情冲突和社会的道德败坏，那么，让青年人理解到他们正在遭遇的事情，这是重要的。这意味着，他们必须把他们的经验看作是两种不同的哲学精神的结合，即他们的传统文化和新物理学的结合。由此可以看出人人都理解新物理学的哲学的重要性。

    但是，可能有人要问：物理学是不是完全同哲学无关？现代物理学是不是只有在抛弃了哲学之后才能成为有成效的，显然，海森伯对这两个问题的回答都是否定的。为什么会是这样的呢？

    牛顿给人留下了这么一个印象，以为在他的物理学中没有一个假设不是实验数据所必然要求的。当他提出他不作假说，并且他是从实验研究结果推出他的基本概念和定律时，就给人以这种印象。如果关于物理学家的实验观测同他的理论的关系的这种想法是正确的，牛顿的理论就永远不需要修正了，它也不可能包含实验未予证实的结论了。要是牛顿的理论是隐含在事实之中，它就该象那些事实一样确凿和肯定。

    然而，1885年迈克耳孙和莫雷所完成的实验揭示了这样一个事实，如果牛顿的理论假设全是真理的话，这个事实就不应当存在。这个事实表明，物理学家的实验事实和他的理论假设之间的关系完全不同于牛顿引导许多现代物理学家去设想的那样。在大约十年以后，关于黑体辐射的实验迫使人们对牛顿关于他的研究对象的思想方法作又一次的改造。所以，这个结论就成为不可避免的了。肯定地说来，这意味着物理学理论既不仅仅是实验事实的描述，也不是可以从这样一种描述推论出来的某种东西；而是如爱因斯坦所强调指出的，物理学家只有通过思辨的方法才能得到他的理论。在物理学家的方法中，不是从事实推演到理论的假设，而是从假设的理论推演到事实和实验数据。因此，人们必须思辩地提出理论，并且用演绎法推导出这些理论的许多结果，以便使这些理论能够接受间接的实验检验。总之，任何物理理论所作出的物理假设和哲学假设，都要比仅仅由事实所给出和隐含的假设更多。由于这个理由，任何理论，随着同这个理论的基本假设不相容的新证据的出现（类似迈克耳孙-莫雷实验结果那种方式），要受到进一步的修正和改造。

    并且，这些假设都带有哲学的特征。它们可以是本体论的假设，那就是涉及科学知识的对象的假设，这种对象是同它和感知者的关系无关的；或者它们也可以是认识论的假设，那就是涉及作为实验者和认识者的科学家同他所认识的对象之间的关系的假设。爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论由于根本改变了时间和空间以及时空同物质的关系的哲学理论，从而在本体论方面修正了现代物理学的哲学。量子力学，特别是它的海森伯测不准原理，给物理学家关于实验者同他的科学知识的对象之间的关系的认识论所带来的变化是很显著的。这本书的最新奇也是最重要的命题也许就是本书作者的这样一个论点：量子力学已经把潜能的概念带回到物理科学中了。这使得量子论对于本体论也象对认识论一样重要。在这一点上，海森伯的物理哲学同怀特海（Whitehead）的物理哲学有一个共同的因素。

    正是由于在物理学的研究对象中引人了潜能（这不同于物理学家的认识论范畴），所以爱因斯坦反对量子力学。他说：“上帝是不掷骰子的”，以此来表示他的反对意见。这个陈述的要点是骰子游戏以机遇律为依据，而爱因斯坦认为，后一概念只有在有限的认识主体的认识论的局限性中才能找到它的科学意义，这种局限性存在于认识主体同包罗一切的科学知识对象的关系之中，因此，当在本体论上讲到那个对象本身时，那就是误用了。这个对象自身是无所不包的，因而在这个意义上是全知的（类似上帝那种形式）；对于任何有关这种对象的科学描述，机遇或者几年概念是不适当的。

    本书之所以重要，是因为它包含了海森伯对爱因斯坦以及其他人对他的测不准原理和量子论的批评的回答。在理解这个回答时，必须记住两件事：（1）前面提到过的关于实验物理学的数据和它的理论概念之间的关系。（2）在（a）牛顿力学和爱因斯坦的相对论中和在（b）量子力学中，几率概念所起的作用的区别。关于（1），爱因斯坦和海森伯，相对论力学和量子力学是一致的。只是关于（2），他们才有分歧。然而，关于（2），海森伯和量子物理学家同爱因斯坦发生分歧的理由，有相当成分取决于（1），这是爱因斯坦也承认的。

    （1）断言物理学的实验数据不包含它的理论概念。由此可见，科学知识的对象决不是通过观察和实验去直接认识的，而只有通过思辨地提出的理论结构或公理假设才能认识的，这些理论结构或公理假设只有通过由它推演出来的结论间接地在实验上加以检验。因此，为了深知科学知识的对象，我们必须走向它的理论假设。

    当我们为（a）牛顿力学或爱因斯坦的力学和为（b）量子力学去这样做时，我们发现，在量子力学中，几率或者机遇的概念进入了物理系统的态的定义，在这个意义上，也就是概念进入了它的对象，但在牛顿力学或者爱因斯坦的相对论中却不是这样。无疑，这正是海森伯在本书中所写的“量子论把潜能概念带回到物理科学中来了”这句话的意思。毫无疑问，这也是爱因斯坦反对量子论时心中所想的东西。

    更具体地说，量子力学同以往的物理理论的差别可以表述如下：在牛顿的理论和爱因斯坦的理论中，只要经验地测定了在已定时刻表明系统中每个质点的位置和动量的数值，就可以准确地给出任何孤立力学系统在这一时刻的状态；不出现任何关于几率的数值。在量子力学中，关于观测一个系统的解释是一个颇为复杂的程序。观测可以是单独一个读数（它的准确度还必须加以讨论〕，或者观测也可以包含一组复杂的数据，例如云空中水滴的照相；不管是哪一种情况，只能用几率分布（譬如说，关于系统的各粒子的位置和动量的几率分布〕来陈述观测的结果。这样，理论就预言了未来时间的几率分布。当未来的态达到时，如果只是在单独一次观测中，动量和位置的数值处在预期的范围之内，那么，理论并没有在实验上获得证实。具有同样初始条件的同样实验必须重复许多次，而在每次观测中可以有所不同的位置或动量值，必须表现出与预期的几率分布相似的分布。总之，量子力学同爱因斯坦力学或者牛顿力学的决定性区别集中在任何时刻一个力学系统的定义上，这种区别就在于量子力学在它对态的定义中引入了几率概念，而牛顿和爱因斯坦的力学却不是这样。

    这并不意味着在牛顿力学或爱因斯坦力学中，几率就毫无地位。然而，它仅仅是在用以决定理论预测是否正确或不肯定的程度的误差理论中才有地位。因此，几率和机遇的概念仅限于科学家在证实他所认识的东西的认识论方面；它并不进人关于他所认识的东西的理论陈述。因此，在爱因斯坦的两个相对论和牛顿力学中，都满足爱因斯坦的格言“上帝是不掷骰子的”。

    有没有什么办法可以裁决爱因斯坦同海森伯及其他量子理论家的论战呢，对于这个问题已有人作出了许多答案。有些物理学家和哲学家强调操作的定义，他们论证说：既然一切物理理论（甚至经典理论也是如此〕都给人类留下了误差和不确定性，那就无法在爱因斯坦和量子理论家之间作出裁决。然而，这是：（a）忽视了科学方法中存在着用公理法构成的、构造性的理论定义，也存在着误差理论和操作定义；并且，（b）假设了几率概念以及更加复杂的测不准关系只是在操作定义的意义上进入了量子力学。海森伯指出后一假设是错误的。

    别的科学家和哲学家走到了另一个极端，他们主张，仅仅因为在预测某些现象时有不确定性，这决不能构成“这些现象都不是完全确定的”这个命题的论据。这一论据将两个问题结合了起来，一个问题是定义力学系统在已定时间的态的静力学问题，另一个问题是预测这个系统的态随时间而变化的动力学问题，或因果性问题。但是，量子论中的几率概念只进入它的静力学，也就是只进入量子论关于态的理论定义。因此，读者将发现，把关于态的定义的静力学理论成分和态随时间而变化的动力学的（或因果性的）理论成份截然划分开来，那是明智的。对于前一种成分，几率概念和随之而来的不确定性在理论上和原则上都进入了；它们不仅仅涉及操作上的和认识论上的不确定性和误差——这类不确定性和误差是由人类行为的有限性和不准确性所引起的，并对任何科学理论和任何实验总都是共同的。

    但是，可以问，为什么应当在原则上把几率概念引进力学系统在任何静态时刻t1的态的理论定义中去呢？在利用公理假设作出这样一种理论构造时，海森伯和其他量子理论家在同爱因斯坦争论时不是普遍地以本身尚待证明的假定作为自己的论据吗，这本书把这些问题的答案阐明如下：量子力学的程序的理由是上述命题（1），这个命题是爱因斯坦本人也接受的。

    命题（1）是我们只用公理的理论构造或假设的思辨方法来认识科学知识的对象；牛顿关于物理学家可以从实验数据推演出我们的理论概念的设想是错误的。由此可以推论出，断言科学知识的对象（或更具体地说，即力学系统在已定时刻t1的态）必须以一种特殊方式来定义，是没有先验的或经验的意义的。唯一的准则是，当求得由理论推演出来的实验后果时，究竟哪一组关于力学对象的理论假设为实验数据所证实？

    现在的情况是：当我们如爱因斯坦要求我们去做的那样，在理论上和原则上只用关于位置和动量的数值来定义亚原子现象的力学系统的态，并且推演出黑体辐射的结果的时候，关于力学系统的态和原子物理学的对象的这种理论假设已被实验证据证明是错误的。实验事实绝不是理论所要求的那样。然而，当通过引入普朗克常数并在原理中加入关于将发现有关的位置-动量数值的几率（由此导出测不准原理）的第二组数值，而把传统理论加以修正时，实验数据证实了新的理论概念和原理。总之，在量子力学中关于黑体辐射实验的情况同爱因斯坦所遇到的关于迈克耳孙-莫雷实验的情况是相同的。在这两种情况中，都只有通过引入在原则上是新的理论假设，才能使物理理论同实验事实相一致。因此，如果按照爱因斯坦和上述科学哲学家的要求就应该断言：不管量子力学是怎样的，亚原子物体的位置和动量都是“真正”明确地处于空间和时间之中（因为它们只要用一对数字来表示就行了），从而在因果关系上，它们也完全是决定论性的，但是，要作这样的断言，就是要求人们承认巴为黑体辐射实验证明是错误的一种关于物理知识对象的理论，所谓错误的意思是说，这种理论可以推演出来的实验结果没有得到证实。

    当然，由此得不出结论说，不可能发现某种符合于以往的实验事实的新理论，在这理论中，几率的概念原则上不进入它的态的定义。例如，诺贝特·维纳（Norbert

    Wener）教授认为，他找到了一些线索，可以作为这样一种理论遵循的方向。然而，这种理论必须拒绝以爱因斯坦理论的四维时空来表示态的定义，因此，它同爱因斯坦建立在其他基础上的命题是不相容的。无疑地，人们不能排除这样一种可能性。然而，除非提出了这样一种代替的理论，否则，任何一个人，只要他对关于科学知识的对象必须是什么的问题，不主张具有某种先验的或秘密的信息来源，那么，他除了接受量子论的态的定义，并赞同本书作者海森伯的观点，把潜能的概念复归于现代科学知识的对象，别无其他抉择。黑体辐射实验要求人们作出结论说：上帝是掷骰子的。

    因果性和决定论在量子力学中的地位如何，也许外行人和人文科学家对本书的兴趣主要取决于它对这个问题的答复。

    如果要理解这个答复，读者必须特别注意海森伯有关（a）上述求助于几率概念的态的定义和（b）薛定谔时间方程这二者的描述。读者也必须弄明白（而这也是一切任务中最困难的一项），当他向上述问题时，在他的心目中“因果性”和“决定论”二词的意义，和海森伯在说明他的答复时，这些词在海森伯的心目中所具有的意义是否相同。否则，海森伯所回答的不是读者所问的问题，在读者方面就会发生完全的误解。

    现代物理学允许因果性概念有两个不同的、科学上准确的意义，其中一个比另一个强，而在物理学家中间，对于应当使用“因果性”一词来表示这两个意义中的哪一个，并没有取得一致意见，因此，情况就更为复杂了。因此，某些物理学家和科学哲学家用这个词来表示两个意义中较强的一个。时常有这样的证据，至少海森伯教授在本书中的用法就是这样。其他的物理学家和哲学家，包括这篇序言的作者，则用“因果性”一词表示两个意义中较弱的一个，而用“决定论”一词来表示较强的意义。如果按照前一种用法，“因果性”一词同“决定论”就成为同义语了。如果按照第二种用法，则每一个决定论性的系统都是一个因果性的系统，而每一个因果性的系统却不一定是决定论性的系统。

    在这个题目的上述讨论中，已经产生了巨大的混乱，因为经常出现这样的情况：不论是提问题的人，或是回答问题的物理学家，都未曾仔细地说明在问题或回答中，他使用“因果性”这个词，究竟是用它较弱的现代科学意义，还是用它较强的意义。如果有人问：“因果性在量子力学中成立吗？”而没有指明他是在较强还是较弱的意义上提出有关因果性的这个问题的，那么，人们会从有同样才能的物理学家那里得到显然相互矛盾的回答。在较强意义上使用“因果性”一词的一位物理学家，会十分正确地回答：“不。”在较弱的意义上使用“因果性”的另一位物理学家会同样正确地回答：“是。”自然，这给人产生了这样一种印象，以为对于答案究竟是怎样的，量子力学并不明确。然而，这种印象是错误的。一旦人们具体说明了他所说的“因果性”的意义，使得问题和回答都毫无歧义，量子力学的回答就不再是含糊的了。

    由此可见，弄清楚“因果性”一词的可能的不同含义是重要的。让我们从外行人通常使用“原因”一词的用法开始，然后转到现代物理学中比较精确的意义，并且在中途考察一下亚里士多德的物理学中所说的意义。

    人们可以说：“石头打中窗于使得（Caused）玻璃破碎了。”在

    “因果性”（Causality）的这种用法中，它被认为是对象之间的关系，即石头和窗玻璃之间的关系。科学家以不同的方式表示同一件事。他用石头和窗玻璃在它们相碰以前的时刻t1的状态，和在它们相碰时以后的时刻t2

    这两个对象所组成的同一系统的状态来描述上述那组事件。因此，外行人倾向于把因果性设想为各个对象之间的关系，而科学家则把它设想为同一个对象或者同一组对象在不同时间的不同状态之间的关系。

    这就是为什么为了断定量子力学关于因果供所说过的话，人们必须注意两件事的原因。这两件事是：（1）规定任何物理系统在任何特定时刻t的状态的态函数；（2）将物理系统在较早的时刻

    t1的态同它在任何可确定的较晚时刻t2的不同的态联系起来的薛定谔时间方程。因此，海森伯关于（1）和（2）所说的一些活，必须小心翼翼地来阅读。

    如果我们考察一既定物理对象或物理对象系统在不同时刻的态之间的关系可能具有的可能性质，会对于理解量子力学关于这种关系的论述有所帮助。关系最弱的可能情况应该是单纯在时间上相继的情况，在这情况中没有任何必然的联系，甚至也没有出现下面这样的事情的几率（不管多么小）：特定始态随着时间的流逝，会被一个特定的未来态所追随。为了使我们相信直接感觉的自然现象的一些感觉状态之间具有这样的性质，休谟（Hume）进行了论证。正如他所指出的，人们肯定感觉不到任何必然联系的关系。人们也不能直接感觉到几率。对于任何现象的相继状态，感觉所给予我们的一切，仅仅是在时间上相继顺序的关系而已。

    这一点具有头等的重要性。它意味着，要在任何科学或常识中，得到关于任何对象或者系统的相继状态之间关系的因果性理论，或者甚至只要得到一个几率理论，人们只能运用思辨的方法和由公理法构造起来、由演绎法系统阐述的科学与哲学理论，而这种理论不是直接用感觉材料和实验数据来检验的，而只能通过从它推演出的结果未间接地检验的。

    关于任何物理系统在不同时刻的各个态之间的关系的特征的第二种可能性是一种必然的联系，但是人们只有认识了未来的态，才能知道这种必然联系是什么。要获得后一种关于未来态的知识，可以等它到来，或者可以观察过去类似系统的未来态或终态。如果情况是这样的话，因果性就是目的论的了。系统随时间的变化是由这个系统的终态或目的所决定的。物理系统在早期t1时的状态是一颗椽子而在后期t2时是一株橡树，这就