量子世界里，意識究竟算不算“參與者”？

20世紀60年代初，量子物理學被認為是史上最成功的理論之一。它以前所未有的精確度解釋了諸多現象，從原子的結構與化學鍵的形成，到激光與超導體的工作原理。對一些人來說，它不僅僅是一種理論，更是一個包羅萬象的框架，能夠用來理解微觀的基本粒子世界。然而，事實證明，這整個框架的根基其實相當脆弱——注意到這一點的人，并不是一位物理學家，而是一位嶄露頭角的哲學家。

由此而來的學術討論，不僅開辟了重新思考量子理論基礎的新途徑，也在當時所有參與者都未曾注意到的地方，暗藏了一種截然不同的哲學視角——這一視角可追溯至現象學哲學家愛德蒙·胡塞爾（Edmund Husserl）。直至如今，人們才充分認識到這種視角轉變的影響。它為量子力學提供了一種全新的理解方式，并激發我們重新審視哲學與科學之間的整體關系。

引發這場思想交鋒的哲學家是希拉里·普特南（Hilary Putnam）。他后來在語言哲學、心靈哲學，以及計算機科學、邏輯學與數學領域都取得了開創性的成就。1961年，他回應了一篇論文，討論一項試圖解決所謂“愛因斯坦–波多爾斯基–羅森悖論”（Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradox）的研究——該悖論似乎表明，量子力學對現實的描述并不完整。在論證過程中，普特南指出，按傳統理解，量子理論的核心還潛藏著一個更為深刻的問題，這個問題與所有科學活動中最基本的過程之一有關：測量。

該問題可以這樣表述。量子力學形式主義中的一個核心元素，是被稱為“波函數”的數學工具。波函數通常被用為表示某一系統——比如一個原子或電子——的形態，它將該系統可能的所有狀態疊加在一起。例如，想象一個電子及其所謂的“自旋”屬性（這里的自旋，和棒球或板球運動中球的旋轉并不是一碼事，但這個名稱沿用至今）。自旋有兩種形式，分別被稱為“上旋”和“下旋”。因此，當我們用波函數表示電子在飛向探測器過程中的自旋狀態時，它表現為一種非經典的、“上旋”和“下旋”的疊加態。然而，當我們去真正測量電子的自旋時，測量結果卻總是確定的——要么是“上旋”，要么是“下旋”，從來不會出現兩者疊加的狀態。通過測量，波函數疊加態變成了確定結果，我們如何解釋這一轉變呢？

這個問題成了后來所謂“測量問題”（measurement problem）的核心。對此，一個極具影響力的答案來自史上最偉大的數學家之一——約翰·馮·諾伊曼（János 或John von Neumann）——他不僅在純數學和物理學領域做出了重大貢獻，還在計算機設計和博弈論方面開創了新紀元。他指出，當自旋探測器與電子發生相互作用時，“探測器+電子”這一復合系統的狀態，也應該由量子理論來描述，因此它同樣會處于各種可能狀態的疊加態之中。同理，“觀察者的眼睛和大腦+探測器+電子”這一更大的復合系統的狀態，也將被量子理論描述為各種可能狀態的疊加。無論我們將這條鏈延伸多遠，只要有任何物理系統與該體系發生相互作用，量子理論都會將整個復合系統描述為所有可能狀態的疊加。于是，前面提出的關鍵問題依然無法得到解答。因此，馮·諾伊曼得出結論：導致從疊加態過度到確定狀態的，必定是某種非物理的因素。這一因素就是觀察者的意識——正是意識，使測量裝置上被記錄的結果從眾多可能中“坍縮”為一個確定值（正是這套論證，后來成為大量“新時代”（New Age）量子論述的思想源頭——諸如“現實依賴于觀察者”的觀點）。

Hilary Putnam

讓普特南困擾的是，如果我們接受馮·諾伊曼的結論，那么量子理論就無法擴展到整個宇宙了。因為那樣將意味著，我們必須假定在物理宇宙之外還存在一個“觀察者”，其意識能夠使整個宇宙所有可能狀態的疊加坍縮為一個確定狀態。一個兩難的局面由此而生：要么，物理學家必須放棄量子理論具有普遍適用性的想法；要么，就必須放棄對測量的傳統解釋方法。

普特南發表在《科學哲學》（Philosophy of Science）期刊上的這篇短文，恰好被亨利·馬根諾（Henry Margenau）讀到了，后者是一名由物理學家轉為科學哲學家的學者。馬根諾隨即將這件事告訴了諾貝爾物理學獎得主尤金·維格納（Eugene Wigner）。兩人隨后發表了一篇回應文章，為馮·諾伊曼的論證辯護，并駁回了普特南的擔憂。此后，這場爭論持續了好幾年，雙方你來我往，幾乎各說各話，直到阿布納·希莫尼（Abner Shimony）的果斷介入才使局勢明朗。希莫尼擁有兩個博士學位——一個哲學、一個物理學——并且曾是維格納本人的學生。此后，他在設計驗證貝爾定理（Bell’s theorem）的實驗時發揮了關鍵作用，用EPR結果排除了一些完善量子力學的可能性。希莫尼在這場辯論中站在了普特南一邊。這個爭論的核心問題是：意識究竟如何促成了從疊加態到確定形態的轉變？由于始終沒有令人滿意的答案，普特南與希莫尼似乎最終占了上風。他們為新的哲學方向掃清了障礙，為其他解釋途徑創造了空間，例如休·埃弗雷特（Hugh Everett）的“多世界詮釋”（Many-Worlds interpretation）。在這種詮釋中，根本不存在所謂的“坍縮”或“轉變”；疊加態中的每個分量都在不同的現實分支或平行世界中被實現為一個確定的結果。

這場辯論不僅在量子力學基礎的發展史上具有重要意義，還包含著一個被長期忽視的關鍵哲學層面。這一層面不僅可以為普特南和希莫尼的疑慮提供一種全新的回應，也可以生發出一種全然不同的量子物理理解方式。他們未曾注意到的這一層面，便是現象學的視角。

在這場辯論中，雙方并沒有引用馮·諾伊曼本人在著作中有關“鏈式論證”（chain argument）的內容原文——那本書的內容相當專業，且直到不久前才被翻譯成英文——而是引用了兩位物理學家弗里茨·倫敦（Fritz London）和埃德蒙·鮑爾（Edmond Bauer）的一本“小冊子”（維格納原話）。這本書名為《量子力學中的觀察理論》（La théorie de l’observation en mécanique quantique），最初于1939年以法文出版，是一套面向大眾、介紹最新科技進展、內容涵蓋從人類學到動物學的方方面面的系列叢書之一。這本小書只有短短的51頁，卻旨在以清晰易懂的方式闡述量子力學中“測量”的基本框架，以及意識在其中扮演的角色。雖然辯論雙方都把它當作馮·諾伊曼論點的簡要概述，但事實遠非如此。

當時，倫敦和鮑爾都在巴黎工作，前者在亨利·龐加萊研究所（Institut Henri Poincaré），而后者則任教于著名的法國學院（Collège de France）。鮑爾是一位出色的教師，也是法國第一位教授新量子理論的人。但倫敦完全在另一個層次。他用量子理論解釋了化學鍵的形成，以此贏得了在該領域的聲譽，甚至讓他的合作者沃爾特·海特勒（Walter Heitler）驚呼：“這下我們可以像用勺子吃飯一樣輕松掌握化學了！”隨后，倫敦與自己的兄弟海因茨（Heinz）成功地將量子理論應用于超導現象，并進一步用它解釋了液氮的超流行為。他隨后出版了一本關于這些現象的兩卷本著作，這本書后來成為了該領域的經典之作。

然而，倫敦不僅僅是一位杰出的物理學家。他從小就對哲學抱有濃厚興趣。作為慕尼黑大學的學生，他引起了哲學教授亞歷山大·普芬德（Alexander Pf?nder）的注意，后者是現象學創始人埃德蒙·胡塞爾的得力助手。其實，倫敦關于科學理論本質的論文曾發表在當時領先的現象學期刊《哲學與現象學研究年刊》（Jahrbuch für Philosophie und Ph?nomenologische Forschung）上，該刊的主編正是普芬德。這并非倫敦年輕時的短暫興趣；在整個職業生涯中，他一直保持對現象學的關注。在巴黎期間，他曾與朋友阿隆·古爾維奇（Aron Gurwitsch）進行有關物理學和哲學的長期交流。古爾維奇與倫敦一樣，在兩門學科上都有學術背景，后來還推進了現象學研究在美國的建立。

現象學是什么？我們可以將其概括為，針對“心理行為或經驗、這些行為或經驗所指向的對象、這些行為或經驗的內容或（在適當情況下）意義之間的關聯”所進行的根本性研究。現象學的主要方法被稱為“懸置”（epoché，源自希臘語），要求現象學研究者將周遭世界“用括號括起來”，抑制那種理所當然將世界視為客觀存在的“自然態度”。其核心理念，是打破這種態度對我們的束縛，以便揭示支撐它的基本認識論和形而上學前提。

需要注意的是，這種“懸置”并不意味著“否認存在”。采用這一方法并不等同于支持懷疑論，也不一定會導致唯我論。相反，通過懸置，我們可以同時審視所謂的客觀世界和自然態度，從而重新定位對兩者的理解。這樣一來我們便會發現，意識與世界的關系應被理解為“相關性的”（correlative），用馬克西米利安·貝克（Maximilian Beck）在1928年的話說，就是兩者都存在于一個“相互依存的存在情境”之中。這并不是說，意識和世界在相互關聯之前各自獨立存在，也不是說前者以某種方式創造了后者。恰恰相反，正是這種相關性，構成了意識和世界本身。

現象學的內容遠不止這些，也并非所有人都認同這種“相關性解釋”。但正是這一觀點，支撐了倫敦與鮑爾的那本關于量子測量的“小冊子”，而這本小冊子在關于意識在測量中作用的辯論起到了至關重要的作用。回想一下，馬根諾和維格納維護的是標準觀點，認為意識能以某種方式從量子疊加態中生成確定的觀測結果；在他們眼中，倫敦和鮑爾的工作僅僅是馮·諾伊曼論證的總結。另一邊，普特南和希莫尼質疑的是整套方法，強調目前尚不清楚意識究竟如何生成這樣的結果。然而，辯論雙方都忽略了這本“小冊子”的核心要點——其實，倫敦和鮑爾在這個問題上超越了馮·諾伊曼，采用了現象學視角；他們認為，意識并非獨立存在，而是在觀察者與世界的相互關聯中，起著形成兩者本質結構的關鍵作用。在導言中，他們便已明確指出了自己偏離標準方法之處：

物理學家們并非有意要建立一套知識論體系，他們所遵循的哲學在某種程度上也頗具爭議；但可以說，他們幾乎不自覺地被困在了一個發現里：量子力學的形式主義本身蘊含了一套關于客體與觀察者關系的明確理論，這種關系與天真現實主義所隱含的關系截然不同——但此前，天真現實主義似乎一直是所有自然科學領域不可或缺的基石之一。

倫敦和鮑爾在這里的意思是，量子力學不是和其他任何理論類似的一般理論（即關于世界的理論），而是關乎知識本身的理論，因為它“蘊含了一套關于客體與觀察者之間關系的明確理論”。它與通常理解的經典物理學之間有一個關鍵性差異。量子力學視角如今對觀察者和被觀察客體之間關系的解讀，必須與過去天真現實主義立場的解讀截然不同。天真現實主義通常被應用于經典力學，認為客體完全獨立于任何觀察而存在，并且擁有可測量的性質，無論這些性質是否被實際測量。現在，這種觀點必須被拋棄。倫敦和鮑爾后面文本的核心部分，則在試圖闡明觀察者與被測客體或系統之間關系的本質。

在這個關鍵節點上，倫敦和鮑爾極大地偏離了馮·諾伊曼的論證。在鋪陳那一連串關聯鏈條——從“探測器+系統”到“觀察者的身體+探測器+系統”——的過程中，他們并未在觀察者的意識處停下，而是將意識也納入整個量子疊加態之中。正是這一舉措，使現象學中“相互依存的存在語境”（mutually dependent context of being）的思想在物理學中得到了表達：在量子層面上與被研究的系統相互關聯的，不僅僅有觀察者的身體，還有他們的意識。

我們該如何從那種通過量子疊加體現出來的關聯，轉變為一種確定的、可以對應我們對某個測量結果的觀察的信念？對此，倫敦和鮑爾堅持認為：

在測量過程中為系統生成了新的“波函數”的，并不是儀器與被測對象之間某種神秘的相互作用。真正起作用的，是那個能夠將自己與原先函數區分開的“我”的意識。正是憑借這種觀察，意識得以為被測對象賦予一個新的函數，從而重新構成（法語原文為“constituer”）一種新的客觀性。

換句話說，從疊加態到確定態的轉變，并不是由觀察者的意識以某種神秘的方式觸發的，因此，普特南和希莫尼關于“意識如何導致確定態生成”的疑慮，可以被直接規避。取而代之的，是意識與疊加態的分離，這會導致一種“新的客觀性”；也就是說，觀察者形成了確定的信念，而系統則被賦予了一個確定的狀態。

在倫敦和鮑爾的解釋的中，這種分離的實現，是通過：

一種特別而又熟悉的能力，我們稱之為“內省能力”。（觀察者）能夠每時每刻持續追蹤自身的狀態。憑借這種“內在的知識”，他賦予自己創造自身客觀性的權利——也就是說，他可以切斷統計相關性的這條鏈。

而倫敦在自己的手稿副本中也寫道：

相應地，我們將這種創造性行為稱為“賦予客觀性”。通過這一行為，觀察者可以建立自身的客觀性框架，并獲得關于所觀察對象的新信息。

正是這種特別而又熟悉的內省行為，切斷了量子理論中一系列嵌套疊加所表現出的統計相關性鏈條，并使相關性在現象學意義上的兩端——觀察者的意識和外部世界——得以保持各自獨立。于是，一方面，系統被客觀化，或者說“被賦予了客觀性”，也就是被賦予了一個確定的狀態；另一方面，觀察者通過這種賦予客觀性的反省行為，獲得了一個確定的信念狀態。

倫敦和鮑爾并非沒有意識到他們觀點有多激進。在作品的最后部分，他們承認，這樣一來，科學客觀性本身的概念似乎會受到動搖。事實上，對于所有否認系統狀態獨立于觀察者存在的觀點來說，這是一個普遍問題：觀察者如何能夠跳出自身的視角，進入他者的視角，從而建立倫敦和鮑爾口中關于研究對象的”科學感知共同體“？作為回答，他們強調，“人總有權忽略觀察者的‘審視’（scrutiny）對儀器的影響”。

要想理解他們的意思，我們首先應該注意，這段引文中的“審視”翻譯自原法語文本中的“regard”（下文統一譯為‘注視’），而原文將該詞置于引號之中，本身就表明了它的重要性。在現象學里，這種“指向性注視”（regard-to）是一種基本的反省行為；指向性注視某物，則可以理解為意識對該物進行把握或捕捉。心理過程的存在，正是因為這種“注視”而成立。然而，盡管物理實體也同樣被這種“注視”納入意識的視域，它們的存在當然并不因此得到保證（注意，現象學并不等同于唯我論）。

因此，涉及由物理學家在“自然態度”下操作的測量儀器時，我們可以忽略意識的這種“指向性注視”對儀器的影響。我們可以進一步通過量子退相干理論（quantum decoherence）來為這種“權利”提供正當性。早在1929年，就已有相關核心原理的跡象，但這一框架直到1970年代初才被明確提出。其基本思想是：當系統與測量儀器發生相互作用時，由于儀器擁有遠多于系統的物理自由度，疊加態所關聯的相干性似乎會在這些自由度中喪失。因此，即便這一過程本身不會導致系統進入確定態（疊加仍舊存在），測量儀器的行為在實際上會呈現經典行為。這樣以來，觀察者的“審視”或“注視”便可以被忽略了（不同于考慮系統轉為確定態時的情況），從而實現一種集體的科學認知。

1925年，在新量子力學的首批論文發表前不久，胡塞爾在一次講座中明確指出，現象學需要從哲學理論的抽象高地走下來，用具體的方式表達，他指出：

當前的任務，是要理解構成中的主體性與被構成的客觀性之間的關聯——不僅僅是空泛地談論它，而是要根據世界本身的普遍結構，以世間萬象的各種范疇形式加以闡明。

十多年后，在他最后一部、并未完成的巨著《歐洲科學的危機與先驗哲學（The Crisis of European Sciences and Transcendental Philosophy）》（1936）中，胡塞爾批評了“物質自然”被數學化處理的方式，并指出，它導致“物質自然”被概念化成了與意識相分離的存在。他認為，要彌合這種分裂，就必須采用現象學立場，從根本上回歸“主觀宇宙”。唯有如此，科學——尤其是物理學——的成果才能被真正理解和掌握。

遺憾的是，胡塞爾在倫敦和鮑爾的“小冊子”出版前一年去世了。如果他讀過這本書，或許會高興地發現，他們其實已經對他的兩個擔憂都做出了回應。他們將觀察者與系統之間的關系置于現象學框架之下，用量子力學所呈現的特定“世界性范疇形式”闡明了構成中的主體性與被構成的客觀性之間的關聯。此外，倫敦和鮑爾還展示了，用現象學方式理解的量子力學可以體現我們與世界之間的這種關聯關系，因此能夠彌合心身的分裂，并在物理學乃至整個科學領域重建“主觀宇宙”。

因此，倫敦和鮑爾著作的現象學本質得到了還原——這一點在普特南和希莫尼、馬根諾和維格納之間的辯論中完全被忽視了。這具有重大的意義。首先，它展示了這一哲學思潮是如何與量子物理的發展緊密交織的；其次，它揭示了這本“小冊子”在該理論哲學方法發展初期階段的地位，這種方法在物理哲學領域長期以來鮮被關注，至少直到最近才受到重視。

這并不是說，現象學傳統中的其他學者未曾將量子力學納入他們的哲學視野。古爾維奇和帕特里克·希蘭（Patrick Heelan）也強調了人類意識在測量過程中的現象學作用，并同樣引用了倫敦和鮑爾的觀點。最重要的現象學思想家之一莫里斯·梅洛-龐蒂（Maurice Merleau-Ponty）在巴黎期間也關注了量子理論，并同樣認為，觀察者不應被置于波函數作用范圍之外，而必須包含在物理學對現實的描述之中。他進一步對后來的學者產生了深遠影響，包括米歇爾·比特博爾（Michel Bitbol），后者與合作者一同發展了一種“生態現象學”（eco- phenomenology），將現象學立場與一種被稱為“量子貝葉斯主義”（QBism）的量子力學方法結合起來。量子貝葉斯主義最初由物理學家克里斯托弗·福克斯（Christopher Fuchs）提出，它同樣采用第一人稱視角，將“主體”和“經驗”的概念視為基本；在它的解讀中，波函數描述的是主體在未來可能經驗中的狀態、而不是系統自身的狀態。

近期，相關進展通過一系列學術會議得以匯聚，進而形成了兩部具有里程碑意義的論文集，由哈拉爾德·威爾切（Harald Wiltsche）和菲利普·貝爾霍費爾（Philipp Berghofer）編輯、撰寫導言：2020年的《物理學的現象學方法》（Phenomenological Approaches to Physics）和2024年的《現象學與量子貝葉斯主義》（Phenomenology and QBism）；其中，前者還包含了相對論理論的現象學方法。

由此，在現象學框架下，量子力學的一個核心問題得以解決，或者更準確地說，是通過一種微妙但關鍵的轉變而被“化解”了——即把它理解為一門關于知識的理論，因為它體現了我們與世界之間的相互作用關系。無論你是否完全認同這種哲學立場，它的視角不僅可以幫助理解現代物理最基本的組成部分、為其增添了極具啟發性和潛在價值的維度，也可以強調哲學反思在這些發展中常被忽視的重要性、提供新的啟示。

作者：Sam Dresser

譯者：Dora

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