惠勒的去世，意味著(zhù)哥本哈根時(shí)代的徹底終結
2008年4月13日，哥本哈根學(xué)派最后一位大師約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler，1911-2008）在家中去世，享年97歲。
一
惠勒是美國著(zhù)名的物理學(xué)家、物理學(xué)思想家和物理學(xué)教育家。與其同時(shí)代的物理學(xué)家相比，他的名氣遠遠不如他的博士后合作導師玻爾，他的同事愛(ài)因斯坦，也遠遠不如他的學(xué)生物理頑童費曼。在霍金流行全球之后，很多人都知道了“黑洞”這種奇怪的天體，但是很少有人知道，“黑洞”這個(gè)名字出自惠勒之手。
惠勒雖然沒(méi)有得到中國人看重的諾貝爾獎，但是他無(wú)疑是美國最重要的物理學(xué)家之一。作為物理學(xué)家，惠勒最重要的工作是與玻爾合作，在1942年共同揭示了核裂變機制，并參加了研制原子彈的曼哈頓工程。他還是美國第一個(gè)氫彈裝置的主要設計者之一。作為物理學(xué)教育家，惠勒培養出了幾代美國物理學(xué)家，他指導過(guò)的博士達50位之多——當下美國宇宙學(xué)或者天體理論物理的一線(xiàn)人物有相當一部分是惠勒的學(xué)生。
在我看來(lái)，惠勒更深遠的影響是他作為物理學(xué)思想家的工作。晚年，惠勒傾力關(guān)注終極問(wèn)題，從物理學(xué)家成為哲學(xué)家。他說(shuō)：“我無(wú)法阻止自己去琢磨存在（existence）之謎。從我們稱(chēng)之為科學(xué)之根本的計算和實(shí)驗，到這個(gè)最宏大的哲學(xué)問(wèn)題，其間連接著(zhù)一個(gè)不間斷的鏈條。在這個(gè)鏈條上不會(huì )存在這樣一個(gè)特殊的點(diǎn)，一個(gè)真正有好奇心的物理學(xué)家會(huì )說(shuō)：‘我就到這兒了，不再往前走了?！?br> 第一次閱讀惠勒是在二十多年前，當時(shí)我在南京大學(xué)物理系讀研究生，一部薄薄的小冊子《物理學(xué)與質(zhì)樸性》，讓我的后腦挨了一棍。很多潛意識中理所當然的觀(guān)念，忽然間遭到了毀滅性的打擊。比如關(guān)于實(shí)在是什么？人們一般認為存在一個(gè)外在的不以人的意志為轉移的客觀(guān)的實(shí)在，但是惠勒說(shuō)，所謂實(shí)在，只有一些被觀(guān)察到的鐵柱是相對結實(shí)的，而其中的部分，則是由理論和想象構成。比如說(shuō)歷史是什么？人們一般認為存在一個(gè)客觀(guān)的已經(jīng)發(fā)生過(guò)的歷史，但是惠勒則說(shuō)，并沒(méi)有一個(gè)歷史存在在哪兒，除非它被今天所觀(guān)察到。甚至，我們今天的觀(guān)察，能夠對過(guò)去的歷史產(chǎn)生影響，一直影響到宇宙的創(chuàng )生。值得一說(shuō)的是，惠勒的思想不是建立在哲學(xué)思辯，而是建立在物理學(xué)研究上的。
去年，我到美國東海岸漫游了六個(gè)星期，預訂行程的重要一項，就是前往普林斯頓拜訪(fǎng)惠勒。在惠勒的學(xué)生肯尼斯·福特（Kenneth Ford）的幫助下，我終于夙愿得償。2007年6月27日，福特楊鍵教授開(kāi)車(chē)帶著(zhù)我前往惠勒所在的療養院，與惠勒做了短暫的會(huì )見(jiàn)。當時(shí)惠勒已經(jīng)96歲，福特教授說(shuō)，他已經(jīng)不能集中一個(gè)話(huà)題十分鐘以上?；堇盏穆?tīng)力嚴重下降，我需要對著(zhù)他助聽(tīng)器的麥克風(fēng)大聲說(shuō)話(huà)，他才能聽(tīng)見(jiàn)。福特教授事先把我的情況寫(xiě)在了一張紙上，告訴他，我是他At Home in the Universe（中文名《宇宙逍遙》）一書(shū)的譯者。
我們的談話(huà)純粹是禮節性的。拜訪(fǎng)惠勒，只是表示我對這位物理英雄的崇敬。在惠勒去世后，《紐約時(shí)報》發(fā)表了長(cháng)篇文章。麻省理工學(xué)院的宇宙學(xué)家泰格馬克（Max Tegmark）說(shuō)：“對我來(lái)說(shuō)，惠勒是最后一位巨人，惟一一位依然挺立的物理學(xué)超級英雄?！?br> 在療養院，我還看到了惠勒的妻子，當時(shí)99歲。她撫摸著(zhù)我送給她的披肩說(shuō)：太美了，太美了！然后望著(zhù)窗外，大聲地自言自語(yǔ)。在我們走出很遠之后，我還能聽(tīng)到她的聲音。
董光璧先生提出了“后哥本哈根時(shí)代”的概念，用以指代玻爾逝世之后的物理學(xué)。而惠勒則是承前啟后的人物。一方面，惠勒繼承了量子力學(xué)哥本哈根學(xué)派的思想，并把哥本哈根學(xué)派的思想推到了極致，如延遲選擇實(shí)驗、參與的宇宙等；另一方面，他又超越哥本哈根學(xué)派，如其萬(wàn)物源于比特、理論的變易性等思想，并提出了未來(lái)物理學(xué)的某種可能性。當然，惠勒是否真能算得上承前啟后，需要等未來(lái)的大事件發(fā)生之后才能回溯。
總體來(lái)看，當前物理學(xué)正處于一個(gè)相對平穩的時(shí)期，用惠勒本人的話(huà)說(shuō)：“新的發(fā)現，有；但是新的定律，沒(méi)有?！倍乙呀?jīng)沒(méi)有了四五十年了。雖然有超弦理論、膜理論等新鮮事物不斷涌現，但與上個(gè)世紀此時(shí)的波詭云譎相比，只能以平庸無(wú)奇來(lái)形容。若以庫恩的科學(xué)革命說(shuō)來(lái)衡量，現在的物理學(xué)無(wú)疑處于常規時(shí)期，或曰下一場(chǎng)科學(xué)革命的前夜。
惠勒的去世，意味著(zhù)哥本哈根時(shí)代的徹底終結。
二
作為一位出色的教育家，惠勒對于教育有特殊的理解?！按髮W(xué)里為什么要有學(xué)生？”惠勒說(shuō)，“那是因為老師有不懂的東西，需要學(xué)生來(lái)幫助解答?！?970年代初期，惠勒的學(xué)生貝肯斯坦（Bekenstein）提出，黑洞的視界面積正比于黑洞的熵，這個(gè)思想與當時(shí)的霍金等人“黑洞無(wú)毛”的觀(guān)點(diǎn)相悖，幾乎所有的黑洞物理學(xué)家都站在霍金一邊，只有惠勒支持貝肯斯坦，他說(shuō)：“這個(gè)想法足夠瘋狂了，所以它很有可能是對的?！倍惪纤固沟拇_對了。早逝的費曼曾經(jīng)說(shuō)：“有人說(shuō)惠勒晚年陷入了瘋狂，其實(shí)惠勒一直都瘋狂?！?br> 作為20世紀最重要的物理學(xué)成就，量子論和相對論在其基本理念上存在著(zhù)嚴重的沖突，至今沒(méi)有統一起來(lái)。作為哥本哈根學(xué)派的一員，惠勒對量子力學(xué)有深刻的理解，也作出了重要的貢獻。但對于相對論，尤其是廣義相對論，則知之不多。于是，1950年代，惠勒在普林斯頓開(kāi)了一門(mén)討論班課程，廣義相對論?；堇沼钟畜@人之語(yǔ)曰：要想了解一個(gè)新的領(lǐng)域，就去開(kāi)一門(mén)這個(gè)領(lǐng)域的課程。后來(lái)又說(shuō)：要想了解一個(gè)新的領(lǐng)域，就寫(xiě)一本關(guān)于那個(gè)領(lǐng)域的書(shū)。這就是他與他的學(xué)生基普·索恩合寫(xiě)的大部頭著(zhù)作《引力》。
惠勒具有超人的物理學(xué)直覺(jué)，能夠從簡(jiǎn)單的類(lèi)比，來(lái)獲得深邃的洞察?！邦?lèi)比引發(fā)洞察”，這是他的方法論夫子自道。其深邃在于，這些類(lèi)比經(jīng)他一說(shuō)，似乎極為平常。
惠勒最有代表性的思想是1979年在紀念?lèi)?ài)因斯坦100周年誕辰學(xué)術(shù)研討會(huì )上提出的延遲選擇實(shí)驗，據此，他給出了一個(gè)顛覆我們通常時(shí)間次序的結論：“我們此時(shí)此刻作出的決定，對于我們有足夠理由說(shuō)，它對已經(jīng)發(fā)生了的事件產(chǎn)生了不可逃避的影響?！贝藭r(shí)的決定，影響了，甚至決定了光子的過(guò)去。最絕的是，這個(gè)思想實(shí)驗不但具有可操作性，而且可以在宇宙尺度上操作。藉此，惠勒反復強調：“沒(méi)有一個(gè)基本量子現象是一個(gè)現象，直到它是一個(gè)被記錄（觀(guān)察）的現象”；“并沒(méi)有一個(gè)過(guò)去預先存在著(zhù)，除非它被現在所記錄”。于是，惠勒把哥本哈根學(xué)派的整體論從空間拓展到了時(shí)間。
惠勒反對說(shuō)有一個(gè)外在于我們的客觀(guān)實(shí)在存在“在哪兒”。作為物理學(xué)家，惠勒喜歡使用圖示、模型和故事來(lái)說(shuō)明他的觀(guān)點(diǎn)。他經(jīng)常利用這個(gè)R來(lái)代表實(shí)在（Reality），他指出：“實(shí)在是由一些觀(guān)察的鐵柱及其間的理論和想象構成的?！比欢?，他又指出，先定義術(shù)語(yǔ)，再繁衍理論，這是不可能的；先有實(shí)在，再有觀(guān)察者的觀(guān)察，也是不可能的。因為理論、概念、定律和測量方法是不可分離、同時(shí)呈現的（《宇宙逍遙》第14頁(yè)）。因而，即使被觀(guān)察的鐵柱本身，也是與理論相關(guān)的。這樣一來(lái)，我們所看到的實(shí)在圖景，幾乎完全是我們的建構。
他強調觀(guān)察的意義，我們觀(guān)察到什么，（部分地）取決于我們用什么方式提問(wèn)。由此類(lèi)比，我們所見(jiàn)到的世界，也是由于觀(guān)察而成為存在的。進(jìn)一步，惠勒提出了參與的宇宙（participatory universe）這個(gè)概念，指出宇宙是一個(gè)自激回路，現在的觀(guān)察，參與乃至創(chuàng )造了宇宙之誕生。于是有“萬(wàn)物源于比特”（有生于微）的理念。純粹的客觀(guān)的觀(guān)察是不可能的，觀(guān)察者必然成為參與者。而我們現在是看到的宇宙，或者實(shí)在，正是來(lái)自于古往今來(lái)的無(wú)數觀(guān)察－參與行為。
這些思想沿著(zhù)物理學(xué)的邏輯步步深入，一直推到似乎荒謬得難以接受的程度。這種思想方式已經(jīng)成為惠勒的方法論。
三
相對論和量子論，20世紀上半葉最偉大的兩個(gè)物理學(xué)理論至今不能融合，這本身也是一個(gè)悖論。作為為數不多的同時(shí)對量子論和（廣義）相對論有深入研究的物理學(xué)家之一，惠勒同時(shí)進(jìn)行著(zhù)幾個(gè)層面的思考，既考慮物理學(xué)本性的二階問(wèn)題，也構想未來(lái)物理學(xué)可能的基本因素。他提出了關(guān)于未來(lái)物理學(xué)的“三個(gè)問(wèn)題”：存在如何，量子如何，觀(guān)察如何創(chuàng )造？并提出了解決問(wèn)題的“四個(gè)沒(méi)有”的原則和“五條線(xiàn)索”。這些思想雖然已經(jīng)構成了一個(gè)龐大的系統，各個(gè)部分之間有著(zhù)緊密的聯(lián)系，但是還沒(méi)有形成完整的體系，依然包含著(zhù)眾多的猜想和可能性。而其魅力，可能恰恰來(lái)自于這些可能性?；堇詹皇墙o出了答案，而是向我們提出了問(wèn)題。下面舉幾個(gè)例子：
變易性。從物理學(xué)結構上，惠勒構造了一個(gè)變易性的階梯。這個(gè)階梯的最下層是最古老的彈性定律，彈性定律假設密度是不變的常量。而在我們能夠產(chǎn)生足夠的壓力之后，密度就成為變量?；瘜W(xué)價(jià)曾被認為是原子的固有屬性，可以用來(lái)為原子排序，于是有門(mén)捷列夫元素周期表。但是原子核嬗變使這一條也發(fā)生了變化。每一條物理定律，都在某種物理條件的極端狀態(tài)下被突破，被超越。依此類(lèi)推，惠勒認為，一切定律都具有變易性（mutality），都不可能是不朽的，而宇宙本身也有生有滅。
物質(zhì)的物理學(xué)和定律的物理學(xué)?；堇照J為，麥克斯韋時(shí)代的物理學(xué)是物質(zhì)的物理學(xué)，這時(shí)物理學(xué)的目的是尋找構成物質(zhì)世界的基本單元，把物理學(xué)的基礎建立在更基本的粒子之上。而此后的物理學(xué)則是定律的物理學(xué)，具體的物理粒子成為理論本身的建構結果，不再基本?；堇樟D把更多的物質(zhì)轉化成定律，前述“沒(méi)有物質(zhì)的物質(zhì)”和“沒(méi)有電荷的電荷”都是這種思想的表現。當然，這也可以用奧卡姆剃刀來(lái)解釋。
推出時(shí)間、量子和連續性。既然物質(zhì)和電荷都可以從物理學(xué)自身的結構中給出，惠勒大膽地猜想，現在從物理學(xué)之外給入的時(shí)間將來(lái)也可以從物理學(xué)中推導出來(lái)，由絕對的量變成近似的量，由基本的量變成導出的量。正如光速曾經(jīng)是外來(lái)的、絕對的量，后來(lái)則成為導出的，近似的。事實(shí)上，惠勒希望把所有外來(lái)的量，乃至把物理學(xué)本身建立在觀(guān)察之上，希望從最質(zhì)樸的觀(guān)察出發(fā)，給出量子的定義，時(shí)間的定義，并解決數學(xué)連續性和物理的分立之間的矛盾問(wèn)題。這就是所謂物理學(xué)的質(zhì)樸性。
2000年是量子理論問(wèn)世一百周年，惠勒寫(xiě)了一篇文章《量子何為？——量子物理的榮耀與恥辱》表示紀念。他說(shuō)：
這就是普朗克之后一百年的量子物理，全部化學(xué)、生物學(xué)、計算機技術(shù)、天文學(xué)和宇宙學(xué)的理論基礎。然而，如此值得自豪的基礎，卻仍不能知道其自身基礎。我們可以相信，我確實(shí)相信，對于“量子何為”這個(gè)問(wèn)題的回答也將被證明是對“存在何為”這個(gè)問(wèn)題的回答。
2001年年初，惠勒在給筆者的電子郵件中指出：“未來(lái)的物理學(xué)應該來(lái)自于我們對量子理論的更深入理解，而不是來(lái)自對量子理論的評判?！?br> 在對這些基本問(wèn)題的思考中，惠勒從物理學(xué)走到了哲學(xué)。
四
能夠集中表現惠勒思想的中文文獻在2000年前只有兩種。一是《物理學(xué)和質(zhì)樸性：惠勒演講集》（安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1982年），這是惠勒在1981年訪(fǎng)問(wèn)中國時(shí)，在北京、合肥和上海發(fā)表的學(xué)術(shù)演講。此書(shū)直接用中文出版，沒(méi)有其他語(yǔ)種的版本。中國學(xué)者了解惠勒，大多始于此書(shū)。一是《科學(xué)和藝術(shù)中的結構》（童世駿、陳克艱譯，華東師范大學(xué)出版社，1989年），這也是一部演講集。1979年在德國的克龍貝格城，二十幾位世界科學(xué)、哲學(xué)和藝術(shù)領(lǐng)域的一流人士聚在一起，就“科學(xué)與藝術(shù)中的結構”進(jìn)行了專(zhuān)題討論。會(huì )議共有四個(gè)專(zhuān)題發(fā)言，前三個(gè)發(fā)言者分別是心理學(xué)家、生物學(xué)家和小說(shuō)家，惠勒是第四個(gè)。與會(huì )者皆一時(shí)俊杰，包括國內熟悉的科學(xué)哲學(xué)家卡爾·波普爾，藝術(shù)史家貢布里希，以及三位諾貝爾獎得主。這兩種文獻綜合起來(lái)，大體上已經(jīng)包含了惠勒就實(shí)在問(wèn)題和科學(xué)走向問(wèn)題的基本思想。
惠勒出版的物理專(zhuān)業(yè)著(zhù)作也有很多，中文只有一種繁體字版的《引力》在臺灣出版。2000年，惠勒傳記Geons，Black Holesand Quantum Foam（真子、黑洞和量子泡沫）中譯本由臺灣商周出版社出版，題為《約翰·惠勒自傳——物理歷史與未來(lái)的見(jiàn)證者》（蔡承志譯），2004年，此譯本之簡(jiǎn)體字本由汕頭大學(xué)出版社出版。這部傳記為惠勒與其高足福特合著(zhù)。
而最能集中體現惠勒作為哲人科學(xué)家思想的則是其文集《宇宙逍遙》。這個(gè)譯名是戈革先生的建議。該書(shū)包括六個(gè)部分，共24篇文章。其中第一部分“科學(xué)的微笑”和第六部分“超越黑洞”討論的都是物理學(xué)基礎問(wèn)題以及實(shí)在本性問(wèn)題，這是其思想最為尖銳和艱深的部分。
第二個(gè)部分“熱忱與士氣”篇幅較短，其中談到了教育問(wèn)題，談到了對大學(xué)精神的理解（《普林斯頓的合作精神》），值得國內大學(xué)管理者“深長(cháng)思之”。第三個(gè)部分“玻爾和愛(ài)因斯坦”中的六篇文章都與這兩位大師有關(guān)。涉及了物理學(xué)史上的若干重大問(wèn)題，闡釋了重要的物理學(xué)思想，也談到了科學(xué)家的社會(huì )責任、科學(xué)的社會(huì )意義等問(wèn)題。第四部分“追憶偉人”與前一個(gè)部分類(lèi)似，只是對象變成了居里夫人、外爾、克拉默斯和湯川秀樹(shù)等人。第五部分“半生此生”討論的則是科學(xué)社會(huì )學(xué)問(wèn)題。
尤為讓我驚奇的是，惠勒當年還曾經(jīng)領(lǐng)導過(guò)科學(xué)的社會(huì )風(fēng)險問(wèn)題的研究。當然，相對于今日的科學(xué)社會(huì )學(xué)和科學(xué)知識社會(huì )學(xué)來(lái)說(shuō)，惠勒的觀(guān)點(diǎn)更多地反映了一位科學(xué)家對于科學(xué)和社會(huì )問(wèn)題的缺省理解。在這幾個(gè)部分之中，還散落著(zhù)惠勒獻給哥白尼、愛(ài)因斯坦等人的贊美詩(shī)，使我們看到一位物理學(xué)家多方面的才華。
惠勒的思想新奇瑰麗。就如惠勒在中文版序言中所說(shuō)，人要能夠跨越自己專(zhuān)業(yè)的狹隘視野。在該書(shū)第一篇文章中，惠勒就強調致統一概念，強調不同領(lǐng)域之間的融合。這是物理學(xué)家長(cháng)久以來(lái)的大統一夢(mèng)想（溫伯格稱(chēng)之為“終極理論之夢(mèng)”）的另一種表現。而惠勒的思想已經(jīng)超越了物理學(xué)，成為人類(lèi)文化的共同財富。
惠勒說(shuō)，茫茫宇宙中發(fā)生的奇跡，勝過(guò)人們在“最狂野的夢(mèng)里所能想象出來(lái)的最燦爛的焰火”（《我們的宇宙：已知與未知》），對我來(lái)說(shuō)，惠勒這位理論物理學(xué)家張揚無(wú)羈的思想狂歡，充滿(mǎn)激情的理性和充滿(mǎn)理性的激情，也如狂野之夢(mèng)中的焰火！
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