第三節(jié)
我對不可觀察之物的討論將通過如下方式來進行：我要求諸位回憶一下如何探究純粹的不可見之物，這對物理知識會有重大影響，或許還會產生意義深遠的結果。狹義相對論的根據(jù)以及物理學的現(xiàn)代進化論的開端達到這樣一種認識，即“以太的速率”是觀察不到的。如果我們說月球的距離是240，000英里，我們實際上是在宣稱，如果進行一種觀察程序，就會導致這樣一種結果。但是，如果我們說在某一個區(qū)域以太的速率相對于地球是每秒80公里，我們并不是在宣稱任何實際的或者假設的觀察程序的結果。
且讓我首先消除一種常見的錯誤理解。我并不是指實驗物理學家的獨創(chuàng)性不足以設計一種觀察程序來測量以太的速率。設計觀察程序來最終檢驗科學論斷的真理性，這從來不是實驗者的任務，而一定是這個論斷本身關于其中所使用的那些術語的定義中明顯表示出來的；否則，就不可能提交給裁判庭，并且不可能被作為一項物理知識。通常，哪里要求實驗者具有獨創(chuàng)性，哪里就會設計一個與這一論斷所參照的程序相同卻更為實用的程序。有一個發(fā)現(xiàn)曾經是狹義相對論的根據(jù)，這個發(fā)現(xiàn)就是斷言以太具有每秒80公里的相對速率，但經過仔細審查之后，證明這個斷言根本不能具體地說明任何觀察程序。注11這里不需要實驗者的獨創(chuàng)性，因為不可能要求他設計一個從未得到詳細說明的實用程序。
如果我們對以太速率定義中的邏輯矛盾視而不見，那么就有可能把其不可觀察性看作通常的物理假設，就像它已經有可能檢驗其結果一樣由觀察所提出并且由觀察來確認。因為以太不是物質，我們不能先驗地假定物質通常所具有的屬性——密度、硬度、動量等等——也是以太的屬性。因此，有待檢驗的假設是這種速率不是以太的屬性之一，雖然速率是眾所周知的物質屬性。以這種方式來看，它就不再是一個可以先驗地預見的真理了；這就可以后驗地從為探測到所期望的結果而設計的無結果的實驗中推導出一種結果，仿佛這里存在著具有那種結構的發(fā)光以太，速率可以歸結于這種以太——這個結論令人有點兒吃驚，但顯然是有可能的。
這種態(tài)度在那些不喜歡與物理學的新發(fā)展相聯(lián)系而進行認識論研究的人中是很流行的。對于人們不想理解的論證，要想阻止它很容易，可以這樣說：“我對你的理由不感興趣，但是我非常愿意嘗試你根據(jù)由觀察檢驗過的假設達到的任何結論。因此，如果這個假設已得到確證，它就會與其他已得到確證的物理學假設屬于同一行列，因而我們不需要你的論證?！蓖ㄟ^這種捷徑，對這個主題的思考就不再很難了；我們可以立刻徑直開始數(shù)學推論，根據(jù)觀察檢驗的觀點推導出這個假設的各種結果。這樣一來，新酒裝入舊瓶之中。雖然不會使舊瓶子爆炸，然而新酒令人陶醉的香味卻會失掉一大半——我的對手可能會說，這些新酒不再令人興奮了。
我們可以再體驗一下新酒的鮮活性。不管是通過邏輯審查還是通過實驗檢驗，我們至少可以看到，如果一個不可觀察之物偽裝成經典物理學體系中的可觀察之物，那么，對于這個不可觀察之物的檢驗，以及從這個檢驗中獲得的各種重要結果，應當緊隨其后再對其他冒充者進行系統(tǒng)研究。人們已經發(fā)現(xiàn)了另外一些冒充者——在每一種情形下其結果都有深遠意義。最著名的是海森堡的發(fā)現(xiàn)，即精確的位置與精確的速率是不可能同時觀察到的；這一發(fā)現(xiàn)構成了著名的“不確定性原理”。
再舉一個例子，十年前有人指出，當我們處理諸如電子這樣的粒子時，我們不可能在觀察上把它們彼此區(qū)分開來，通常一個粒子相對于另一粒子的坐標ξ=x2-x1而言是不可觀察的；在這種情況下，可觀察的是一種先前的分析中所不熟悉的量，即“沒有表示出來的坐標”η=+ξ。直到目前，量子物理學家對這個騙局都選擇了視而不見；現(xiàn)代的教科書仍然堅持這種錯誤的理論，即在一個體系中包含有兩種這樣的粒子，并假定可觀察的東西是ξ。因此，向他們敞開的十分需要的進步大門被他們錯過了。
我之所以提到最后這個例子，是因為在這個清晰的案例中，不可觀察性不是一個物理假設問題，而是一個認識論原理問題。為簡便起見，請考慮只有一個維度譬如東和西的粒子。如果我們有一個綠球和一個紅球，我們可以觀察到綠球譬如說在紅球的西邊5英寸遠。因此，為了描述的目的需要，我們引入一個可觀察量ξ，它表明綠球相對于紅球向西測量的距離；一個ξ的負值表示綠球是向東的。但是，如果假設我們有兩個顏色完全相同的球，并且我們觀察不到任何區(qū)別。那么，在這個系統(tǒng)中，就不存在對應于ξ的可觀察量。我們可以觀察到這兩個球在東西線上相距5英寸遠，并且我們可以引入一個觀察量η表示兩個球的距離。但是，與ξ不同，η是一個沒有標志的量。
如果把有關粒子的可觀察行為的普通理論（我們可稱之為粒子力學）應用于質子和電子，這自然是錯誤的，這樣就會忽略在那個理論的早期階段，即在引入和界定相關坐標ξ時，想當然地認為這些粒子在觀察上是可區(qū)分的。這種力學當ξ是不可觀察時就不再適用了。對質子和電子來說，我們有經過修正的、以η作為可觀察物的力學。這種力學上的根本區(qū)別必定會導致數(shù)學上的區(qū)別；并且雖然這個問題更難，我認為，可以嚴格推導出來的是，這種區(qū)別同那些實際上是著名的庫侖力的粒子之間的力是完全相同的。也就是說，電子和質子之間的靜電力（庫侖力）并非是由我們尚未知道原因的東西所產生的“另外的”東西，而不過是因我們的疏忽用ξ代替η作為可觀察之物，因而根據(jù)經驗重新提出來的術語而已，是由那些普通的公式所產生的。
那些不熟悉波動力學的人可能對可分粒子的力學與不可分粒子的力學竟然不同會感到驚訝不已。但是，量子物理學家對此并不吃驚，因為人們普遍承認，這兩種力學在統(tǒng)計學方面有區(qū)別，這并無什么神秘之處。實際上，我從來不理解為什么有些人非常了解大量相似物的不可分性具有重要的結果，卻沒有費心去審查其在較小系統(tǒng)中的精確結果。不論我們考察大量相似物眾所周知的統(tǒng)計效果，還是考察這兩種粒子系統(tǒng)的力學不太明顯的效果，其結論似乎都是難以置信的，除非我們牢記物理學所描述的世界的主體性和所有那些據(jù)說包含在其中的東西的主體性。人們自然地會反駁說，這些粒子不可能會因為我們不能區(qū)分它們而受到影響，并且如果假定它們會根據(jù)這個原因而修正自己的行為，那是荒謬的。而如果我們指的是全部客觀的粒子和全部客觀的行為，那有可能是真的。但是，我們對這些粒子的行為的概括——各種力學規(guī)律——所描述的是由我們的觀察程序所強加的屬性，正如關于可捕之魚的概括是由漁網的結構所強加的一樣。這些客觀的粒子同我們不能區(qū)分它們無關；但是，它們同樣的與部分地作為我們不能區(qū)分的結果而歸之于它們的那些行為無關。正是這種可觀察行為而不是客觀行為，才是我們所關心的東西。
讓我們再回到物理假設與認識論原理相比較的問題，可以設想的是，一個人如果除數(shù)學公式以外不愿把他的心思應用于其他任何東西，他就有可能把我們關于可觀察之物是η而不是ξ的論斷看作一種所謂的假設，這種假設一定會通過把推導出的結論與實驗相比較而決定是否成立。它在形式上類似于物理假設，并且可以同樣方式推導出其結論。但是，在這個案例中，觀察檢驗是馬馬虎虎進行的——就像對歐幾里得命題的實驗確證一樣。如果出現(xiàn)了不一致，可能會指出從這種論斷推導出的觀察結論有錯誤，或者可能會表示那些電子畢竟并非完全不可區(qū)分；但是，這將不會使我們相信如果我們做出論斷說，當A不能在觀察上與B區(qū)分開，我們有可能觀察到A在B的西面而不是東面時，我們就是自相矛盾的。
如果說以太速率的不可觀察性在認識論上同樣是明顯的，這是一種夸張——一旦我們考慮應當怎樣著手進行觀察時，我們就會看到它是不可觀察的。這是因為一提到以太，就會使我們陷入迷宮，人們幾乎忘記了以太的定義，而根據(jù)以太的定義很難使我們在言辭爭議的沙塵暴中不迷失方向。但是，如今贊同以太的人幾乎沒有了，因而我們可以把更為重要的意義賦予一個密切相關的不可觀察物，即“遠距同時性”。遠距同時性的不可觀察性在本質上同以太速率的不可觀察性是同樣的原理，但是，這個術語可能沒有古老的以太假說的模糊性?？梢钥吹?，遠距同時性的不可觀察性純粹是一種認識論的結論。
經典物理學的觀點想當然地認為，一個物體在空間中任何地點的歷史上，一定出現(xiàn)過一個瞬間，這個瞬間以絕對方式等同于我們自己在此刻所經歷的那種“現(xiàn)在”瞬間。其同樣想當然的觀點是，這個程序在常識看來是顯而易見的，它必然地會決定從觀察上看哪些瞬間具有這種絕對同時性的關系。但是，如果遠距地點的同時性被用作科學的術語，我們就不能容忍定義的模糊性，并且對所要進行的觀察程序必須堅持精確的指令。人們發(fā)現(xiàn)，試圖闡述這些指令總會以某種惡性循環(huán)而結束。例如，這種指令可以通過光信號或無線電信號而把不同地點的瞬間相互聯(lián)系起來，并對經過的時間做出修正；但是，當我們探究如何決定后一種修正時，這些指令就成為測量鐘表經過的時間，而為了顯示同時性，鐘表已經調整過了。這并不需要麥克爾遜-莫雷實驗向我們證明在這個定義中存在著惡性循環(huán)——雖然如果麥克爾遜-莫雷實驗未能促使人們仔細審查，這個缺陷有可能會長期地持續(xù)逃脫我們的注意。
某一種量有可能是不可觀察的東西——其線索有時是由觀察所給予的；也就是說，當我們試圖去測量它時，它卻出人意料地表現(xiàn)為難以捉摸。但是，我們堅持它是不可觀察的這種確定的知識并不是來自我們沒有試圖去觀察它，而是來自對其定義的審查，由此我們發(fā)現(xiàn)其中包含著自相矛盾或者惡性循環(huán)或者其他邏輯缺陷。這個定義詳細闡明的東西聽起來似乎是某種觀察程序；但是，當我們仔細檢驗這些術語的意義（它們通常包含追溯一個很長系列的定義）時，我們發(fā)現(xiàn)這種闡述沒有意義。因為對不可觀察物的區(qū)分取決于研究獲得觀察知識或者所謂觀察知識的程序，而不是研究進行這種程序的結果，它是根據(jù)科學認識論而產生的；不可觀察性的原理，譬如狹義相對論原理、不確定性原理或者經過修正的關于不可分粒子的力學，是一種認識論原理。這類原理同物理假設具有完全不同的地位，雖然它們也能導致同樣的實際結論。
當不可觀察物被引入一個宣稱自己表達了物理知識的陳述時，這個陳述通常被認為是無意義的；作為一項物理知識，它必須對特殊觀察程序的結果有所斷定，并且這種沒有觀察意義的術語侵入會造成該闡述中的漏洞。但是，也可能例外地發(fā)生如下情況，即這種不可觀察物會以這種方式包含進來，以至于這個陳述的真理性并不依賴于歸屬于它的價值。因此，這并不會損害這個陳述；因為雖然可以證明這些觀察指令中有一部分是虛幻的，然而它對我們假設這一部分程序會得出什么結果并不真正地有何重要意義。例如，一個物體向北移動四尺，然后再向東移動三尺，它就會離出發(fā)點有五尺遠，這是一項物理知識。這對地球以外其他行星上的測量也是適用的。如果給予合理的解釋，這甚至也適用于一個非旋轉的行星，雖然“北方”此時是不可觀察的；因為雖然“北”和“東”這些術語被用來表達這種知識，它的真理性卻不依賴于觀察程序的結果，這兩個成直角方向的第一個方向正是根據(jù)這種程序而設定的。
因此，有兩種方式可以處理經典物理學無意中所承認的不可觀察物。一種方式是以根除它們的方式來重新闡述我們的知識。另一種方式是使它們不起作用；可以允許它們仍然假定，那些包含著參照它們的論斷不管我們給它們如何賦值——即不論我們假定所給予的虛幻觀察程序會產生什么結果——仍然是真的。雖然從哲學觀點來看有些多余，這后一種方法一般地說在物理科學的實際發(fā)展中是最方便的。它所包含的對我們傳統(tǒng)的知識表達形式的干涉較少，據(jù)此我們可以更容易地追溯不可觀察性的結果。那些包含參照不可觀察物的可能論斷在形式上受到很大限制，因為它們必須擁有“不變性”，不管我們如何改變不可觀察物的假設價值，它們仍然是真的。通常，這種限制相當于物理假設——即假設事物的實際行為與這種限制是一致的。但是在現(xiàn)在這種情形下，這種限制從根本上說是一種同義反復，因為斷言它與這種限制不符合根本沒有意義。