自范·弗拉森于1972年提出量子力学的模态解释以来，模态解释就成为量子力学的一枝独秀迅速地发展起来，形成可与正统解释、隐变量理论、多世界解释等相媲美的系统的量子力学理论。该理论采用了全新的分析方法和处理技巧，建构了对微观世界的全新认识^[1]。本文以拙作《量子力学的模态解释》为基础，进一步论述模态解释的全新方法和全新认识的意义。

一、模态解释的发展

1932年，冯·诺伊曼证明量子力学可以表述为希尔伯特空间中厄密算符的运算，建立了完整的量子力学数学体系^[2]，被公认为是“量子力学的标准体系(standard formulation)”。冯·诺伊曼标准体系预言了测量基本粒子的结果，这些预言与我们的观察吻合得非常好，对工具主义者来讲，这就是他们想从理论中得到的。“如果人们勉强地接受物理理论是一个严格工具主义的方法，那么标准体系就足够了。”^[3]

但是，在实在论者看来，量子力学标准体系存在一点不足：标准体系对量子系统本身的情况没有说清楚。实在论者认为，关于基本粒子的真正的物理理论，旨在描述这些粒子存在的属性(property)；而量子力学标准体系对这方面的阐释非常模糊。所以，“如果人们对量子力学采取了更实在的态度，并且认为量子力学是关于电子、光子等独立于人们也独立于测量的理论，那么标准体系仅仅是一个开端。”^[4]因此，从实在论的观点看，人们需要一种解释。

首先对量子力学做出解释并长期占据统治地位的是哥本哈根学派。他们的理论被称之为“正统解释(orthodox interpretation)”，该理论认为：①位置、自旋、能量这样的量不仅仅看作系统的可观察量，更把它们看作系统拥有的、独立于观察或测量的物理量；②恢复量子力学标准体系关于测量的预言，因为标准体系的预言真的与实验结果吻合得很好。正统解释的结论非常理想地受到科学实验的证明，长期以来，绝大多数物理学家不再去怀疑正统解释。

这时我们会想，正统解释又一次宣告了量子力学圆满结束。然而，如果有人问：正统解释给这些物理量和属性一个可靠的解释吗？那么，正统解释仍然不能令人满意。因为正统解释是建立在标准体系之上的，它所依赖的标准体系中，测量相互作用与系统之间的相互作用相比，有一个异常的特征——波包塌缩。

波包塌缩是量子理论最受关注的主题之一。第一，波包塌缩与量子力学运动方程的哲学本质相违背。正统解释所依赖的标准体系中存在两种不同的演化方式：第一种演化即运动方程是熵不变过程，是决定性演化；第二种演化即波包塌缩是熵增加过程，是非决定性演化。这两种过程是截然不同的，甚至是针锋相对的。两种不相容的演化过程居然出现在同一个系统中。第二，波包塌缩是一种不连续、非因果的变化，不能约化为连续的、因果的变化，波包塌缩形象地刻画了测量前后系统状态的改变，以至于使得“测量”成为微观世界独立的、难以理解的而又神秘的物理现象^[5]。科学家和科学哲学家不乐意这种非决定性的演化过程，也不能理解这种奇特现象的发生，更不知道这种奇特现象发生的具体缘由。第三，“波包塌缩”从提出之日起，就不断受到猛烈的抨击，最刻薄的挑战就是大家熟知的“薛定谔猫论”和“魏格纳朋友悖论”。为了给这些难题和悖论一个满意的解答，科学家和科学哲学家绞尽脑汁提出各种各样的解释模型，例如“隐变量理论”、“多世界解释”、“多心灵解释”、“系综诠释”等等。从不同视角用不同方法建构的各式各样地解释模型体现出了丰富多彩的局面。同时，以波包塌缩为核心构成的“测量难题”也成为物理学家和科学哲学家长期争论的焦点之一和科学哲学最热门的话题之一。总之，波包塌缩成了量子力学务必超越而又难以逾越的理论难题，需要我们对此做出新的解释。

在新问题的诘难之下，我们又是一无所获。经过以上分析，一个新的诠释理论必须做到三点：一是避免波包塌缩，给出一致性解释；二是满足经验适当性原则，恢复标准体系的预言；三是有一个客观实在的描述。在这样的情况下，模态解释闪亮登场，可以说模态解释是“对量子力学完美追求”的进一步锤炼。模态解释的研究仅仅有30来年的发展历程，从文献计量学的角度来看可以分为三个阶段：

(1)理论的提出与发展初期(20世纪70年代)。为了消除微观世界的“波包塌缩”，美国著名哲学家范·弗拉森于1972年开创性地将模态逻辑“可能世界”语义理论移植到量子力学，结合经验建构主义的哲学精髓，开拓了量子力学解释的新视角，提出“量子力学的模态解释”。之后，科学哲学家Vermaas、Disked、Kochen等在《美国科学哲学》(Philosophy of Science)和《英国科学哲学》(British Journal for the Philosophy of Science)等权威杂志上发表了相关论文，将量子力学模态解释誉为是“哲学家对量子力学的理解”。

(2)哲学思考凝练到物理学理论的高度(20世纪80年代至90年代前期)。80年代至90年代前期，Krips、Healey、Clifton等发现模态解释的方法能用来处理更多的问题，对模态解释的思考不再仅仅处于哲学的视角，而凝练到了纯粹物理学理论的高度。模态解释成了哲学家和物理学家(如著名物理学家玻姆、贝尔(Bell)、Bub、Hiley等)共同关注的一种理论与方法，相关文章除了出现在哲学类的学术期刊之外，在《物理学评论》(Physics Review)和《物理学评论快报》(Physics Review Letter)等权威物理学杂志上发表得越来越多。

(3)第一个研究高潮和研究学派的形成(20世纪90年代后期至今)。荷兰国家物理学会等研究机构于1996年6月在乌特勒支大学(Utrecht University)组织召开的首届模态解释国际会议标志着掀起了该理论的第一个研究高潮，以模态解释理论为核心思想的研究学派逐渐形成。自1990年以来，不但在物理学杂志和科学哲学杂志上的相关文章迅速增加，而且范·弗拉森、Bacciagalappi、Dieks、Vermaas等人的数本相关专著相继出版。同时，在近年来出版的介绍量子力学基础研究或量子力学解释的相关著作里，也已开始将模态解释与正统解释、隐变量解释、多世界解释等主要量子测量解释相提并论。无疑，模态解释已经成为“继正统解释、隐变量解释之后，最有发展前景的一种解释”^[6]。

国外如此倍受青睐的理论，在国内却无人问津。从文献计量学的角度可以看出，我国物理学哲学的研究主题仍旧徘徊在20世纪30年代前后的古老问题上。而这些问题在物理学上早有了新的突破，我们必须紧跟物理学发展的前沿，把握西方物理学哲学的发展趋势，才能拓展我国物理学哲学的研究领域和视野，推动国内物理学哲学的研究向纵深发展，对增强学科建设具有重要的理论意义和实践价值。

二、模态解释的认识论意义

模态解释否定了“本征值一本征态”的等价性，区分具有不同性质的态；将测量视为从可能到现实的过渡，是一种模态逻辑分析和推演；将模态逻辑的语义学理论全面移植到量子力学，从全新的角度对量子力学和测量难题做出诠释。模态解释的核心思想和基本理论具有非常重要的认识论意义。

第一，模态解释是“解决‘测量难题’的最新方法”。模态解释并不是解决“测量难题”的第一个理论。“测量难题”伴随着量子力学的诞生而诞生，近百年的发展席卷了无数的科

学家和哲学家为之奋斗，先后出现的解释理论除了通常的哥本哈根解释外，还有隐变量理论、电磁诠释、流体力学诠释、随机过程诠释、统计系综解释、多世界解释、因果解释、曲率

解释等等，加上著名物理学家个人的观点足足有一二十种。“关于量子‘测量难题’的不同解决方案，形成了不同的量子测量解释”^[7]，出现了百家争鸣、解释纷呈的局面。这种量子力学的解释问题，是当今国际物理学界和科学哲学界普遍关注的热点问题。

但是，在众多的解释当中，模态解释却是解决“测量难题”的最新的方法。众多解释要么没有物理内涵，要么经不起考验，真正能够在物理学界和哲学界共同受到重视，又产生了深远影响的，不外乎正统解释、隐变量理论和模态解释三种。模态解释作为百年史上最新诞生的一种诠释并能在短短30年左右如此迅速地发展并从影响力上超越其它大多数理论，关键在于它所采用的全新方法：①摆脱纯数学形式体系的束缚，推崇从语言体系予以思考；②摆脱数学逻辑的桎梏，推崇语言逻辑的推理；③摆脱传统观念的思维封锁，推崇推陈出新。所以说，模态解释首先是从物理学本身和哲学高度的一次理论创新。

模态解释仅仅有30来年的发展历程，不仅从物理学而且从哲学的角度来讲，都是一种全新的理论。对模态解释进行研究相当于随时跟踪量子力学最新的研究成果，积极把握量子力学“测量难题”的全新思想，主动挖掘模态解释解决“测量难题”的哲学精髓，具有创新性和开拓性的意义。

第二，模态解释是“人类对微观世界的最新认识”。模态解释的初衷是为了消解测量难题，但是解决一个理论问题未免要“牵一发而动全身”，模态解释在解决测量难题的同时，彻底改变了他们对量子世界的认识。

模态解释在新的思想和方法的启迪下，对量子世界有了新的看法：①扬弃了传统决定性与非决定性互相排斥的逻辑思路，是决定论与非决定论的统一。理论态永远遵循薛定谔方程决定性演化，而事件态受玻恩概率的限制具有非决定性，所以模态解释是决定性与非决定性的统一。②扬弃了“本征值——本征态”的等价关系，只接受充分性而否定必要性。传统观点认为只要微观体系处于本征态，测量一定得到本征值；只要测量有本征值，那么微观体系就处于本征态；模态解释否定这种等价关系，接受前者而否定后者。③扬弃了冯·诺伊曼的波包塌缩。理论态的演化遵循薛定谔方程，与测量无关，这样在微观系统的态就不会出现冯·诺伊曼所面临的难题。④态被分配概率、模态被认为是一种实在。模态解释中的态在传统量子图景之中，但是态被分配概率是超出传统量子思想的。

事实上，模态解释的研究者采取了一种保守的态度，他们的工作本来可以做得更加深入。所以，在我们看来，模态解释势必超越范·弗拉森等人的建构经验论思想，主张模态实在论；超越“概率是一种模态”的思想，主张“概率是一种数学量，是对物理量——模态——的定量描述”；超越模态逻辑的语义移植，将模态逻辑语义理论全面移植到量子力学；超越语言分析方法移植到自然科学的危险性思想，主张大胆尝试不同学科间的交融。这些“超越”和“主张”有待我们继续去深入思考和研究，将模态解释向更深层次推进。

第三，模态解释是“真正的哲学家对量子力学的理解”。模态解释的理论源头是众所周知的量子力学的“测量难题”，解决该难题的方法存在两种：一种是科学问题科学解，另一

类是科学问题哲学解。模态解释是“用哲学思维解决物理学问题”的一次尝试。

模态解释是科学问题哲学解的典型范例。首先，从研究者来看，模态解释的原始提出是哲学家(如范·弗拉森)，后来越来越多的物理学家关注此领域(如贝尔)。其次，从研究方法来看，起初，“模态解释”一词仅仅指范·弗拉森个人对量子力学的模态逻辑语义分析，现在，这个词指代分析量子力学结构(包括概念和数学)的大体方法。再次，从文献计量学来看，在最初，相关论文多在科学哲学权威期刊发表，而如今更多的论文在物理学期刊上才能看到。模态解释从哲学的思维出发，影射到物理学内部，这样的例子还很罕见。目前，我们甚至可以看到国外有越来越多的物理学家关注并集中到了这个解释模型上，并且已经开始了该理论在量子场论领域的探索。也许真正的科学与人文两大领域的融合即将从这里开始。在这个意义上讲，模态解释是“用哲学思维解决物理学问题”的一个典型范例。

模态解释是一股新生的力量，“直接针对的是物理哲学家而不是物理学家，在这种意义上讲，模态解释是真正的哲学家对量子力学的理解”^[8]。所以从物理学哲学的角度来看，该解释所采用的方法具有非常重要的意义。

总之，模态解释是一种全新的认识论，这种全新的认识论需要我们进一步去挖掘，更深入、更透彻地理解量子力学内涵。在认真分析和挖掘这种全新理论的基础上，反过头来考察以往的各种各样的解释理论，就会发现这样一个古老的问题已经向前迈出了大大的一步。这一步小则触动整个量子力学领域，大则给科学与人文领域带来新的契机。

三、模态解释的方法论意义

以波包塌缩为核心的“测量难题”经过近一个世纪的摸索到今天才发现一项令人振奋的结论，无疑采取了许多奇特的思考方法。从方法论的角度来讲，模态解释采用了与众不同的许多新奇方法，具有非常重要的方法论意义。

第一，模态解释是从语言形式体系(相对于数学形式体系而言)对量子力学的一种新诠释。一个数学形式体系还不是一个成熟的理论，一个物理理论除了它的数学形式体系之外，还应包括一组认识关系和一幅物理图像(解释性原理或模型)。量子力学的诠释是滞后于数学形式体系的。如果我们把后两者相对于数学形式体系而言称之为语言形式体系的话，那么模态解释可以说是从语言形式体系对量子力学的一种诠释。当然，这里所说的语言是语言学层面上的语言，是一种更狭义的理解；数学语言也是一种语言，数学体系也构成一种语言体系，但是我们并非从这个意义上来讲的。

为什么说模态解释是语言形式体系的一种诠释?(1)因为数学形式体系更多地追求科学的逻辑性、精确性和可预见性，而模态解释从“必然”、“可能”等语言命题来讨论量子力学的测量难题并试图给予解释一种新的思维和方法，这种思维和方法与数学形式体系的思维和方法是不一致的。它弱化了精确性和可预见性而强化了该理论的合理性和一致性。(2)因为也只能从语言学的角度才能建构事物的“模态命题”，离开语言学的分析，模态就失去了意义。模态逻辑经过几十年的发展未获得进展，也正是在语义学渗透的时候才有了新的发展，这足以说明模态逻辑很强的语言学渊源和语言学特征。事实上，量子力学始终深陷在语言系统的困境之中，从以上语言学意义上看，模态解释才真正地从语言系统对量子力学做出解释。(3)模态解释的初衷也就是一种语言形式体系的诠释。范·弗拉森在其著作《科学的形象》中明确表示，逻辑实证主义在表述科学的目的的经验论观点时，赋予了一种意义和语言理论，也就是说，“赋予了它语言学的向度”^[9]。虽然今天这种形式的经验论遭到了科学实在论的反对，科学实在论不仅否定了实在论者的意义观，而且否定了经验主义教条。但是经验论和逻辑实证主义正确的认识到各种被误解为本体论和认识论问题的哲学困惑归根结底都是语言问题。范·弗拉森强调，“在可能性与必然性问题上这一观点尤为正确”^[10]。量子力学的语言作为自然语言的一部分，很显然是一般逻辑哲学和语言哲学的研究项目中的一部分。所以说，模态解释是从语言形式体系对量子力学的诠释。

如此一来，就有了新的问题出现。语言形式体系的诠释能够对自然科学做出可信的、实在的回答吗？这个问题很难回答。回眸科学哲学发展的历史，模态解释的最终成熟并不是语言学的合理诠释，这种合理诠释必须在数学形式体系中得到充分的体现。所以，后期模态解释的发展并没有继承范·弗拉森移植语言学的方法，而更多的嫁接于它对量子力学属性与态的“二分法”的数学处理。但无疑语言学的处理方法给模态解释很大的启迪。

第二，模态解释是用新的逻辑方法解决量子力学的大胆尝试。包括量子力学在内的自然科学的数学形式体系和语言形式体系都离不开逻辑，逻辑可以说是自然科学、人文科学共同的可靠性基础。量子力学的发展历程也充分体现出量子力学的逻辑基础。

在20世纪30年代初，冯·诺伊曼为了建立量子力学的解释性模型，将抽象的代数结构“格”引入量子力学体系，后来，他与毕克霍夫一起进一步发展了格的演算。格的演算满足分配律适于反映经典模式的物理学逻辑；格的演算不满足分配律适于反映量子力学模式的逻辑。冯·诺伊曼所提倡的格演算是一种广义的命题演算，是一种修正的、推广的古典二值逻辑。

量子力学中的陈述似乎有导致悖论的危险，为了避免二值逻辑所导致的悖论，人们提出了具有限制性的两种解释方法：(1)玻尔一海森堡解释，把不希望的陈述定义为无意义，从而把它们排斥在量子力学语言之外；(2)莱欣巴哈在20世纪40年代提出不把“不希望说的排斥在量子力学语言范围之外”，而把它们排斥在“量子力学的断言范围之外”。这样可以赋予陈述第三个真值：不确定值。前者把量子力学的语言领域切除了一大片，后者可以说是建构了新的三值逻辑。

1953年，哥本哈根学派的冯·威扎克建立“多值量子逻辑”，认为每个基元命题的真假除了1和0之外，还可以是一个复数，复数的平方的绝对值给出陈述为真的几率，而二者择一的两部分概率之和必定为1，这是一种复数概率，冯·威扎克的逻辑是一种无穷多值逻辑。多值逻辑改变了“非此即彼”的排中法则，建构了“亦此亦彼”的新型互补关系。

1972年，范·弗拉森将模态逻辑引入量子力学，是一种全新的逻辑方法介入。可以说，二值逻辑的根源是排它否定，三值逻辑的基础是选择否定，多值逻辑的立足是概率逻辑，模态逻辑则是前三者逻辑的再逻辑，因为模态逻辑在前者逻辑基础上引入了新的、前所未有的新演算符“可能”、“必然”等。如果说前三者是决定性逻辑和几率性逻辑，则后者就是语义性逻辑。

总之，量子逻辑虽然发端于量子物理的特殊领域的特殊话题，却具有一定的普遍逻辑特性，模态解释将以新的逻辑方式渗透到量子逻辑的阵营，成为冲击量子理论的一支劲敌。从这个意义上讲，模态解释是新的逻辑方法的解释，量子力学的发展是逻辑运用的发展史。

第三，模态解释给我们寻找不同学科的融合提供方法论的启迪。模态解释突出体现了语言分析方法在量子力学中的应用。“模态解释源于范·弗拉森，他为了解释量子力学，将模态逻辑的语义分析移植到量子力学。”^[11]模态解释从逻辑分析找到突破口，将量子力学和逻辑学、语义学三者结合在一起，这是量子力学语言分析方法的一次重大突破。同其他量子力学解释一样，模态解释也依赖于语境建构^[12]。模态解释的语境基础是量子力学的标准体系与模态逻辑语义理论的结合，在逻辑语境内作了模态语境的语境转换，顺利地完成了从“必然”到“实然”的转化，是量子力学分析方法的一个非常重要的思路，具有重要的借鉴价值^[13]。英国科学哲学家玛丽·海西(Mary Hesse)提出的著名论断“一切语言都是隐喻性的”在量子力学模态解释中也得到了更有力的体现^[14]。正如海森堡所说：“当进入原子领域时，语言只能在诗学的意义上被使用。量子力学为我们提供了事实的显著的例证，······尽管我们只能在图像和隐喻的意义上谈论他们。’’^[15]

许多人认为模态解释中的语义移植、语境建构、隐喻介入的方法论表现为说明性、关联性和模糊性特征，这些特征是与科学研究目的的实在性、独立性和精确性相违背的。事实上，对语义移植、语境建构、隐喻介入的方法论特征的传统看法是错误的。首先，当代科学发展的特征充分表现出了理论符号需要诠释、考察对象紧密关联、测量结果随机化的特征，这是与三种语言分析方法的方法论特征相吻合的；其次，语义移植、语境建构、隐喻介入表面体现出的是说明性、关联性和模糊性特征，而在这个表面特征背后却体现出了高度的实在性、独立性和精确性。为了清晰地说明上述语言分析方法的实在性、独立性和精确性，我们以隐喻为例加以说明。例如，当我说，“下雨了”，这句话的意思实际上是模糊的，因为对方可能把这句话理解成：“快点回家”、“把外面晾的衣服收回来”、“关窗户”、“你说今天不下雨，结果你错了”等等。而我的本来意思是要求你“关窗户”。怎么才算准确理解这句话的意思呢？只有真正把握了这句话的确切含义才能算是准确把握。那么，你如何能从“下雨了”这个陈述理解“关窗户”呢？你必须而且只能通过隐喻的方式。没有隐喻，你就不可能给出原来陈述的精确含义。从这个意义上讲，正是因为有了隐喻才让我们达到科学的准确理解，如果没有隐喻我们怎么能把握科学的本质含义呢？当然，在对方从字面意思到真正意思的理解过程中肯定用了隐喻的思维，这种思维过程是一种模糊性的，在模糊性的背后隐藏的实际上真正准确含义。

模态解释在30年的发展历程中，将哲学家和物理学家融为一体，将物理方法和哲学思维合流，是未来科学发展的一个视角，也未来科学哲学发展的很好方向。在这种解释中，物理学本质和哲学内涵相一致，这种一致性是多年来科学家和哲学家共同追求的东西。

综上所述，模态解释是标准体系、正统解释的一次修正，它勾画了新的量子图景，避免了波包塌缩，模态解释中的方法与哲学思维给了我们无限的启迪，对模态解释的研究与思考无疑会推动量子力学解释进一步向纵深发展，同时通过对模态解释的研究为寻求人文与科学的方法论融合提供一些启示。

 

 （原载《科学技术与辩证法》2006年第3期。)