文章来源：《科学技术哲学研究》2013第1期
贺天平，卫江
(山西大学科学技术哲学研究中心，太原030006)
摘要:量子力学多世界解释是物理学上重要的研究成果，广义地讲，是以埃弗雷特相对态解释为原型的一系列解释群。多世界解释从本体论、认识论、方法论三个层面坚持了决定论的思想，并否定严格决定论、扬弃非完全决定论，是对决定论传统思想的坚持和超越。
关键词:多世界解释;决定论;严格决定论;非完全决定论
中图分类号:N02 文献标识码:A 文章编号:1674－7062(2013)01－0021－06
长期以来，量子力学解释是物理学及其物理哲学中重要的研究内容，具有十分重要的意义。从量子论诞生开始，先后有多种不同的量子力学解释出现，截止2005年，比较有影响的量子力学解释至少有13种之多。［1］多世界解释是其中重要且极具发展前景的一种。而国内对该领域涉猎极少，自《中国社会科学》2012年第1期发表“量子力学多世界解释的哲学审视”［2］之后，该理论日益受到国内学者关注。
作为一种量子力学解释，多世界解释涉及的哲学问题十分广泛，包括量子力学二元论问题、整体论问题、决定论问题、实在论问题以及语境论问题等。本文就多世界解释所涉及的决定论方面的问题进行讨论，澄清决定论、严格决定论以及非完全决定论之间的关系，认为多世界解释在否定严格决定论、扬弃非完全决定论的基础上，从本体论、认识论、方法论三个层面坚持并超越了决定论。
一 多世界解释及决定论的背景
随着量子理论的发展，占据统治地位多年的正统解释一次又一次地受到其他理论的挑战，在很多方面的解释不利，尤其是微观客体和宏观客体的严格划分，导致了正统解释不得不面临前所未有的困难。正统解释将观察主体和客体严格划分，将宏观和微观严格对立，然而任何观察者都无法超越宇宙成为宇宙之外纯粹的观察主体。这对于正统解释来说，在考虑宇宙学问题时，这是一个致命的打击。埃弗雷特对这一问题作了深入思考，重新考虑了量子力学的测量问题，于1957年在他的博士论文中提出了量子力学相对态解释［3］3－140，成为多世界解释的第一个模型。埃弗雷特跳出了传统思维的局限性，将微观、宏观和宇观所描述的宇宙作为量子力学研究的一个孤立系统，用薛定谔方程来描述这个大的孤立系统，从而在根本上避免了传统主客二分的局限性、消解了微观和宏观的不相通性，薛定谔方程可以描述大的孤立系统中所有子系统的状态，且该系统的演化符合决定论，避开了量子世界非决定论的泥潭。虽然埃弗雷特的相对态解释有很多物理学和哲学上的优势，但在其提出之后十年却丝毫没有受到该有的重视，成为“(20世纪)保守的最好的秘密之一”［4］509。
1967年，沉默了整整10年的相对态解释才由德·维特(Bryce de Witt)重新提及，并和他的学生格拉罕(N．Graham)一起对相对态解释进行了深入的研究和推广，迈出了多世界解释研究重要的一步。德·维特对埃弗雷特提出的“分支”作了进一步的拓展，认为测量导致了微观客体分裂成多个不相通的客观世界，观察者只处于其中一个世界里，因而无法观察到同时存在的其他世界，但它们是确确实实存在的。德·维特对相对态解释的阐述将量子测量行为的发展过程清晰地呈现出来，并将自己对相对态解释的理解以及其后的发展统称为量子力学多世界解释，收录在《量子力学多世界解释》(The Many － Worlds Interpretation of Quantum Mechanics，1973．)一书中。德·维特对多世界解释的理解深刻地体现了其实在论和决定论的哲学观念，为科学实在论的发展和重塑决定论的地位提供了很好的例证;同时，为多世界解释的研究打开了尘封已久的大门。
德·维特的工作激发了多世界解释研究的热潮，其后越来越多的科学家和哲学家如斯奎尔斯(Squires)、格里菲斯(Griffiths)和巴雷特(Jeffrey Barrett)等以埃弗雷特的相对态解释为基础，结合新的量子力学认识论和方法论，提出不同的量子力学解释，它们都是以相对态解释为其理论渊源，被统称为多世界解释;同时它们各自也有不同于其他解释的独特视角和思维方式，因而有着各自不同的名称，如多视域解释、多心灵解释、多历史解释、多纤维解释等，它们都是以相对态解释为基础，所不同的是“分支”的概念，分别指称视域、心灵、历史等。这成为多世界解释的新形式和发展趋向。因而多世界解释作为以埃弗雷特相对态解释为原型的解释群，其基本的哲学观、认识论和方法论是一致的。
决定性问题是量子力学解释中不可避免的话题。“决定论—非决定论”(因果性—非因果性)本身属于认识论的哲学范畴，而或在20世纪与量子力学的发展紧密联系在一起。量子力学正统解释告诉我们，量子系统在两种情况下遵循不同的方式演化:①在非测量过程中，态函数按照薛定谔方程演化;②在测量过程中，态函数发生突变。第一种演化是熵不变过程，是决定性的;第二种演化是熵增加过程，是非决定性的。对于第二种演化方式，有人用更数学化的语言表达为“投影假设(projection postulate)”，强调它作为冯·诺依曼建构的量子力学数学形式体系中的五个基本假设之一;有人用更物理化的语言表达为“波包塌缩(the collapse of wave packet or wave－function)”，形象刻画测量前后系统不连续，非因果的状态突变;也有人喜欢用“态”来表述，称为“态缩简(the state－vector reduction)”，强调波函数从多个本征态的叠加缩简为单个本征态的过程。总之，该演化使“测量”成为微观世界独立、难以理解而又神秘的物理现象，其结果导致众所周知的“测量难题”(measurement problems)。［10］
首先需要澄清一下决定论与非决定论、严格决定论与非严格决定论、非完全决定论的关系。①决定论与非决定论。决定论是有赖于因果律的一种关联的序列事件的判决性，因果律是最基本的、终极的自然律，是自然本体运行的一种内在机制和基本方式。每个事件都有一个原因，相同结果有相同的原因。量子力学领域微观粒子不可捉摸的特性打破了严格决定论一家独大的局面，有人提出非决定论观点，成为决定论的逻辑非。②严格决定论与非严格决定论。严格决定论是牛顿—拉普拉斯信条的决定论，也就是波普尔所讲的物理决定论或完全决定论，即可以精确预测所有未来或者精确地推断出所有过去的状态。非严格决定论是严格决定论的逻辑非。③非完全决定论。在决定论和非决定论矛盾不可调和之际，非完全决定论作为决定论和非决定论的调和结果而出现，认为客观世界的演化就像量子力学所描述的一样，是必然性和偶然性并存，是不完全的决定论。事实上，某种意义上讲，非完全决定论等价于非严格决定论。
决定论与严格决定论的关系类似于波普尔所讲的哲学决定论与物理决定论或者完全决定论的关系。决定论相对于严格决定论而言是一种弱得多的论断，经典物理学经验的严格决定论和量子物理学经验的机遇律成为决定论的不同表征，它们被雅默誉为“同样古老的”两种观念［4］73－74。如果从纯粹数学虚拟的视角来看，严格决定论也可以被认为是机遇律在概然性上的必然性终极退缩。
二 多世界解释的决定论思想
决定论是伴随着科学发展的一种哲学观，从牛顿力学开始，决定论的观念便系统地形成，并被逐渐应用到社会科学中。从大科学的角度来讲，决定论是不局限于某一类学科或某一种理论的，但是随着科学和哲学的发展，决定论在各个不同的学科或理论中的作用便有所差异，甚至背道而驰，这并非是决定论自身的缺陷或问题，而是人类认识世界的思维方式和方法的不同造成的，问题的根源在于认识论和方法论。
长期以来，哥本哈根解释或正统解释所持有的哲学观点也在很大程度上影响了现代科学观和哲学观，对决定论的批判以及非决定论的泛起也在这个时候涌现出来。1927年，海森堡和玻尔不约而同对决定论的首要因素因果律进行了批判，他们表示“因果律的失效是量子力学本身的一个确立的结果”，［5］“在这种意义下的因果性问题也就不复存在了”。
多世界解释作为量子力学中极具潜力的一种解释，其对决定论问题的看法具有很强的代表性，他们认为量子力学现象表面上的不确定性并非是决定论或因果性的失效，而是源自认识论和方法论的局限性。多世界解释在否定严格决定论、扬弃非完全决定论的基础上坚持并超越了决定论。多世界解释的决定论思想体现在以下几个方面。
首先，多世界解释承认微观世界本体论上的决定性演化，消解了“波包塌缩”，奠定了量子力学决定论的基础。多世界解释用一个大的波函数描述宇宙的状态，认为宇宙的状态是遵循薛定谔方程决定性地演化的，在本体论上坚持了量子力学的决定论，消解了令人头疼的“波包塌缩”，为量子力学的决定论奠定了坚实的基础。
“波包塌缩”是量子力学中很多争议问题的源头，是测量难题的根源，是诸多量子力学解释极力想解决的问题，因而对“波包塌缩”的消解意义非常重大，为决定论在量子力学中的恢复起到了决定性的作用。埃弗雷特认为，在量子测量的过程中，所谓的“塌缩”实际上是观察者观察状态分裂成了多个同时存在的分支，每一个分支对应于客体系统的一个本征值，而态函数从未发生塌缩，依旧遵循薛定谔方程的演化，是一个线性的和决定性的过程，这就意味着只要对态函数的初始条件有充分的认识，就可以预测到系统未来的状态，是十分明确的决定论特征。在此基础上，德·维特、斯奎尔斯、格里菲斯、巴雷特等人所阐述的多宇宙、多视域、多心灵、多历史和多纤维等多世界解释的分支均没有改变埃弗雷特的初衷，不论是宇宙的分裂、视域或心灵的分裂，还是历史的分裂都坚持了系统遵循薛定谔方程演化的决定性，分裂方式的不同并不影响多世界解释的决定论观念。可以说，多世界解释在承认微观世界自身的决定论演化方面做到了极致。
其次，在坚持量子世界本体论决定性演化的基础上，运用合理的认识论对微观系统进行分析是多世界解释坚持决定论思想的关键。量子世界自身的演化是否是决定论的取决于微观系统自身的属性，是系统自身所固有且不可改变的，而研究者是否承认微观系统的决定性或是否持一种决定论的信念，是认识论的问题，即前文所述的“问题的关键所在”。埃弗雷特在考察量子系统演化的过程中，预设了量子力学的普遍有效性，认为薛定谔方程对物理系统普遍适用，决定论的、线性的动力学方程是对整个宇宙的物理状态的完备而精确的描述。［3］8埃弗雷特在对微观系统的决定论演化有很强的信念的基础上，运用了合理的认识论对量子世界进行剖析，彻底清除了以往对立的主客体以及宏观微观的界限，将它们放在一个大的孤立系统中来考虑，将测量过程视为子系统之间的相互作用，从而消解了“波包塌缩”，提出了极具潜力的无塌缩的相对态解释。
多世界解释者都自觉地坚持了埃弗雷特的认识论，始终以微观系统决定论的和线性的演化作为认识论的基础和出发点，丰富和壮大了多世界解释的内容和影响力。不论是多宇宙解释、多视域解释、多心灵解释还是多历史解释或多纤维解释，都坚守着埃弗雷特将观察者和微观系统作为一个大的系统来考察的阵地，这也是多世界解释为什么能够坚守消解“波包塌缩”的原因所在。哥本哈根解释者最初也不愿放弃客观世界的决定论，试图通过测不准原理和互补原理等来调和所面临的困难和矛盾，在一定程度上坚持了因果律和决定论，但其将主体和客体严格划分、将宏观和微观严格对立的认识论最终导致了“波包塌缩”的出现，也导致了决定论在量子世界的崩溃。虽然之后出现了如统计决定论、概率决定论和系统决定论等多种不同的提法试图挽救决定论，但都属于隔靴搔痒式的，对决定论的沦陷之势并未起到有效的阻止作用。可以说，是不适当的认识论加速了决定论的沦陷。
最后，在合理地选择认识论的基础上，运用具有决定性的方法论来处理微观系统的演化，最终在量子力学中彻底地恢复了决定论。选择合理的认识论支持微观世界自身的决定论演化在思辨层面上起到了很好的作用，但是仅有思辨层面上的决定论思想是不足以完成恢复决定论的任务的，必须予以方法论上的支持，在实际处理量子力学问题时，合理的方法论显得十分重要。
埃弗雷特把数学作为处理量子力学的理想工具，在选择方法论的问题上，为恢复决定论作了很好的保障。不言而喻，数学的演绎系统是十分严密且具有严格的逻辑性的，能够用数学公式进行完整地推演的系统必定是决定论的。埃弗雷特最初将相对态解释命名为相对态形式体系，［6］源自于其完美的数学演绎过程，因而多世界解释者尤其是埃弗雷特和德·维特声称“自己的形式体系派生了它的解释”;德·维特以及其后的多世界解释发展恰好说明了这一点:庞大的多世界解释体系包罗万象，分支的种类包括宇宙、视域、心灵、历史等各个方面，而核心均没有偏离埃弗雷特的相对态解释的形式，数学公式上的分裂是决定性的、不变的，而语义上的解释是随意的、可以选择的，从而形成了庞大的多世界解释体系。可以说，埃弗雷特运用数学化的方法论对量子系统的处理，最终彻底恢复了决定论在量子力学中的地位。
总之，多世界解释在坚持微观系统自身的决定论演化的基础上，选择合理的认识论，运用具有决定性的方法论处理量子系统，最终恢复了决定论在量子力学中的作用和地位。
三 超越决定论1:坚持决定论否定严格决定论
严格决定论，又被称做拉普拉斯信条，是经典科学时期形成的概念，以牛顿力学为基础，以经典科学为框架的概念，具体是指“遥远的未来(或遥远的过去)的每一个物理事件是可以任何预期的精确预测的(或可以追溯的)，假若我们对于目前物理世界状况具有充分知识的话”。［7］波普尔认为严格决定论是物理决定论，相对来讲哲学决定论条件并非如此苛刻，即是一种较弱的决定论。
首先，以量子力学为代表的现代科学对经典科学的否定和超越是客观上否定严格决定论的基础。严格决定论来源于经典科学，是以牛顿力学为基础的机械科学，马克思主义者称其为机械决定论。在经典科学的范式下，严格决定论自然是备受推崇的，随着科学革命的发生，以量子力学为基础的现代科学范式代替了经典科学的范式，这时的严格决定论自然应该像它的母体一样被代替，取而代之的就是决定论。现代科学并非是排除经典科学，而是将经典科学作为其理论中的一个特例，同样，决定论并不排除严格决定论，而是将其作为一个特例，即一个决定论的极限，或称为理想状态下的决定论。
多世界解释在现代科学的语境下，创造性地将微观、宏观和宇观系统作为一个整体即一个大的孤立系统来考虑，所运用的认识论和方法论完全是现代科学发展的产物，相对于哥本哈根学派将微观系统和宏观系统对立的认识论来讲已经有了质的飞跃，此时的经典科学已经退缩成为多世界解释的一个特例和极限了。因而，多世界解释所恢复的决定论绝非传统意义上的严格决定论，而是具有包容性的决定论，它是严格决定论最终的归宿。
其次，多世界解释中接受概率论和随机性是否定严格决定论的关键。严格决定论不允许有任何不可知的内容存在，概率论和随机性对于严格决定论来说是不可接受的，是应该被完全抛弃的，而多世界解释对概率论和随机性的接受和支持恰恰是超越严格决定论的关键所在。
多世界解释消解了“波包塌缩”，排除了量子演化过程中的突变论，但是并没有排除随机性和概率论，反而证明了玻恩概率是量子力学形式体系本身的一个结论。埃弗雷特认为，概率是可观察量的各个本征值的相对频率，由观察者、仪器和被观察系统的物理态客观决定;德·维特将概率作为描述观察者所处的子世界的可能性大小;多心灵解释把概率视为测量后观察者的心灵所具有的一种信念，由精神态决定;多历史解释认为概率是可选择的粗粒历史的退相干集合，不同的历史所实现的概率不同;巴雷特将多心灵和多宇宙解释合二为一，多纤维解释继承了多心灵和多宇宙的概率论，同样支持量子世界的概率性特征。这样多世界解释接受了概率论和随机性，同时否定了严格决定论，符合现代科学语境下的哲学观，支持了决定论。
最后，坚持因果律是否定严格决定论、坚持决定论的终极边界。超越严格决定论必须以坚持决定论为基础，如果超出了决定论的边界，将会滑向非决定论的深渊，因果律就是坚持决定论的终极边界。海森堡和玻尔在量子论建立之初曾对因果律有所怀疑，量子力学的发展证明了他们的怀疑是不必要的、是多余的;波普尔脱离了因果律，仅从确定性和不确定性的角度界定决定论和非决定论，从而走向了非决定论。
多世界解释抓住了因果律这一终极边界，在不违背因果律的基础上巧妙地接纳了概率论和随机性，从而自然地否定了严格决定论，坚持了决定论，为决定论在量子力学中的恢复起到了至关重要的作用。因果律是科学发展的基本定律，是一切规律能够实现的根本保障，科学之所以能够顺利地向前发展，并以揭示客观规律为己任，是因为任何科学工作者在进行科学研究之初都预设了因果律的存在，只有在因果律起作用的地方才会有规律的可发现性和可接受性，因而只有坚持了因果律的理论才具有谈论决定论的资格。多世界解释在坚持因果律的基础上接纳概率论，认为概率论有概率性的因，才能导致概率性的果。而脱离了因果律的“波包塌缩”是应该被排除的，因为它会直接导致非决定论的出现，正如彭罗斯所说，“所有的非决定论都是从(量子力学)第二种演化而不是从第一种演化来的。”［8］
值得注意的是，多世界解释否定严格决定论，并非是全盘否定和抛弃，而是将其吸纳为决定论中的一个特例和极限。之所以要否定严格决定论，是因为严格决定论作为经典科学时代的一个哲学观念已经过时，继续加以运用必定会带来以偏概全的弊病，需要寻找符合现代科学发展的新的哲学观，多世界解释坚持的决定论是符合以量子力学为基础的现代科学发展所需求的。
四 超越决定论2:对非完全决定论的扬弃
量子世界微观粒子的不确定性促使物理哲学家对决定论重新审视，一些物理学家和哲学家提出了非完全决定论，来形象描述量子系统的演化过程，非完全决定论至今仍是科学哲学界讨论的热点。
“非完全决定论”似乎是科学哲学家波普尔认为的人类理性需要的完全偶然性和完全决定论之间的某种中间物，即处于完全的云(象征不确定性)和完善的钟(象征确定性)之间的某种中间物。虽然到目前为止，在作为自组织系统的世界在整体上依赖的因果律、必然性、偶然性的层次关系依然存在不同看法，但是多世界解释摆脱决定论的束缚又接受机遇律是没有任何争议的。
哥本哈根学派重要成员玻恩指出:“量子定律的发现宣告了严格决定论的结束，而这种决定论在经典时期是不可避免的。这个结果本身有着巨大的哲学意义。”［9］玻恩1926年提出的波函数几率解释在1954年获得了诺贝尔奖，他对量子力学的几率性有着十分深刻的认识和见解，将几率性演绎成为非完全决定论便是很自然的事情。
那么，多世界解释坚持了决定论，否定了严格决定论，是否就是一种非完全决定论?答案并非如此。
一方面，作为决定论的一种现象，非完全决定论是可以接受并被采纳的。多世界解释所坚持的决定论是包容性的，具有广泛的意义，既可以容纳严格决定论成为一种特例，也可以接纳非完全决定论作为一种现象，这二者是决定论这一哲学观念的两种不同表现形式。从量子力学概率的角度来看，严格决定论是概率为1的决定论，非完全决定论是概率性的决定论，二者并不冲突，而非决定论则不是决定论的范畴，因此并不能看做概率为0的决定论。
玻恩将几率引入决定论，是决定论的一种进步，加深了决定论的内涵，有着不可磨灭的贡献。几率性是微观粒子的基本属性，在量子力学的语境下，不考虑几率性的决定论是不完整的、是过时的和不可接受的。多世界解释所坚持的决定论是包含了玻恩的非完全决定论的，因此才更加完整，具有更深刻的内涵。波普尔利用隐喻的方式将非完全决定论形象化，使其可以更好地被理解，更形象地预示了以概率为1和0之间的决定论的表述方式，因而有了波普尔的非完全决定论，多世界解释的决定论便有了更加广泛的外延。
另一方面，以非完全决定论作为现代科学决定论问题的结果是不全面的。非完全决定论以量子世界的概率性为基础，并没有涵盖量子世界的所有属性，而因果律作为科学的普遍规律并未完全体现，即使是概率也是符合因果律的，有概率的因才有概率的果。这样非完全决定论就遗漏了多世界解释决定论中的特例和极限部分，且从语义学的角度来讲非完全决定论所强调的内容是“非完全”的属性，反而忽略了本质的内容“决定论”。我们更反对的是，把非完全决定论当成一个“大箩筐”似的将统计决定论、概率决定论、系统决定论等从本质上背离严格决定论而又从语义上贴近非完全决定论的东西一股脑地“装”入非完全决定论的范畴。
用非完全决定论来代替严格决定论，从一个片面走向了另一个片面，用多世界解释的语言来讲，即以子系统的演化来代替孤立系统的演化。这样，多世界解释的认识论优势便凸显出来。而如果将非完全决定论划归到非决定论的范畴，强调了“非”的作用，认为决定论指的仅仅是严格决定论，这样就彻底忽略了决定论的包容性，从而使他的非完全决定论也成为非决定论的附属品，变成没有意义的概念了。
可以看出，多世界解释所坚持的决定论在内涵和外延方面均超越了非完全决定论，决定论对非完全决定论进行了辩证地扬弃和吸纳，成为更有实用意义的决定论。
五 结论
总之，“决定论与非决定论的分水岭不在于‘是否承认随机性’，而在于‘是否承认因果律’。随机性的系统总会保持随机性，随机性的原因必然导致随机性的结果，这是因果律的体现。所以，决定论意义下的随机性与因果律并不对立;非决定论意义下的随机性在空间上是超距的，在时间上是超时的。”［10］
多世界解释作为近年来量子力学解释的热点，其所坚持的决定论是一种包容的决定论，它超越了传统决定论、否定严格决定论并扬弃非完全决定论，它们在多世界解释的平台上整合成为哲学上具有新意义的决定论，可以涵盖现代科学发展的所有的决定论属性;多世界解释的决定论在语义学上是清晰的、没有歧义的，在哲学上具有更深刻的内涵和更广泛的外延，有望成为哲学决定论重新焕发青春的起点。
【参考文献】
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[10] 贺天平．量子力学多世界解释的哲学审视［J］．中国社会科学，2012(1):48－61．
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