撰文丨杨荣佳（河北大学教授）

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最近苹果公司发布新的 iphone12 系列的手机，最吸引大众眼球的亮点之一是芯片 A14，采用了最新的5纳米工艺技术，把上百亿的晶体管集成在一起。这在几百年、几十年甚至几年前来看，都是难以想象的事情。诸如此类的生产技术的重大突破，都离不开量子物理的发展。

在其他领域，小到激光笔、U盘的生产，大到飞机、轮船、卫星的制造，无一不受到量子物理的影响。在思想观念方面，自诞生之日起，量子物理也不断地给现代社会带来冲击。本文拟从以下几个方面，简要介绍一下量子物理对人类哲学观的影响。

1、世界不一定是连续的：离散物质观

哲学的发展，离不开物理学的推动。唯物主义哲学，从牛顿力学吸取了不少有益的养分。根据牛顿力学，描述一个系统，一般需要三个量：坐标、动量和能量，并且这些量都是连续变化的。孔子说：“逝者如斯夫，不舍昼夜”，说的就是时间不停地流逝。

牛顿时代，人们虽然已经认识到河流是由水分子组成的（离散的），不过仍认为时空、动量和能量是连续的。直到物理学天空一朵乌云的出现，能量的连续性观点才被颠覆。

这朵乌云就是黑体辐射。“黑体” 是物理学中完全吸收外来的电磁辐射的理想模型，不过，实验中的黑体辐射的能谱与经典理论给出的预言不符。为了解决这个矛盾，普朗克发现，如果假设黑体的能量是一份一份地辐射，而不是像经典理论假设的那样连续辐射，那么由此得到的黑体辐射公式就能很好地与实验一致。

在当时，能量可以分成最小份是个离经叛道的假设，不过，爱因斯坦的发现支持了普朗克。关于光的本性，一直以来有两种观点：一种是 “光的微粒说”，认为光是由许多微粒组成的，牛顿是这一观点的倡导者；另一种是 “光的波动说”，认为光是一种连续不断的波。在光的双缝干涉实验和赫兹验证了麦克斯韦关于光是电磁波的预言之后，光的波动说取得压倒性胜利。但是光电效应的发现，光的波动说无法解释。受普朗克的能量子观点的启发，爱因斯坦认为光也是由一个一个的“光子”组成，每个光子具有一定的频率和能量。爱因斯坦的光子说，发展了牛顿的光的微粒说，并成功地解释了光的波动说无法解释的光电效应。

能量的量子化，即能量拥有最小单元、不可无限细分，颠覆了人们以往的直观经验以及建立在其上的物质观。但是，量子力学并没有明确给出时空和动量是否也是量子化的。庞加莱根据量子物理基本原理推测：时空本身也是量子化。一些量子引力理论，如超弦理论和圈量子引力理论，预言时空是离散的。如是，那么动量也可能是离散的，这将进一步革新人们的物质观。

除了能量、时间、空间，微观中的电子轨道也不是连续的。实验观测发现，核外电子辐射的并非连续的光谱，而是间隔的几条光谱线。玻尔根据量子物理，提出新的原子模型：电子只能在原子核外的一些固定的轨道上运动，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会辐射或吸收相应能量的光子。

玻尔原子模型 图源：Wikimedia Commons/Bohr atom model

量子物理中还有一个重要的离散化现象，那就是粒子的自旋。比如光子的自旋为1，电子的自旋为1/2，引力子的自旋为2，等等。根据自旋，基本粒子分为两类：玻色子和费米子。玻色子的自旋为整数，费米子的自旋为半整数。

自旋，在经典物理中没有对应的概念，是量子物理的一个全新的发现。

2、只有概率，没有确定：概率因果观

因果观是重要的哲学内容。无因不能生果，有果必有其因。这是因果观的主要观点之一。反映在经典物理中，就是机械决定论：根据经典物理规律，我们可以给出粒子任何时候的诸如位置、动量和能量等物理量的相关信息。

经典物理中，当我们测某个系统的能量时，得到的结果是唯一确定的。机械决定论的代表人物法国数学家拉普拉斯有句名言：宇宙像时钟那样运行，某一时刻宇宙的完整信息能够决定它在未来和过去任意时刻的状态。

在量子物理中，情形完全不一样，机械决定论彻底失效。我们知道，光子能量是离散的，但当我们测量某个光子的能量时，我们无法确定能测到哪一具体值，而只能预言测到某个值的概率有多大。再比如，当我们观测电子的自旋时，我们无法事先确定能测到的是左旋还是右旋，我们只能预测测到左旋或右旋概率是1/2。