金观涛：“客观存在” 存在的条件 | 双体实验室

双体实验室接着《金观涛：理性在困境中》《金观涛：建构主义的尝试》《金观涛：量子力学的黑箱解释和鱼龙混杂的哲学遗产》《金观涛：对经验可靠性标准的重新考察》《金观涛：同一性疑难和结构稳定性》《金观涛：我们仍在笼中谈哲学》系列文章给大家推荐金观涛老师所著《人的哲学》第四章前两节内容。

我们通常认为，世界是客观存在的。在哲学上，对“客观存在”的承认与否是唯物论和唯心论的根本分歧，两派对此存在绝对的对立。然而，金老师提出：客观既非无条件地存在，也并非如唯心论认为是人的虚构，它只是需要满足条件的“存在”。也就是说，“客观”在某些条件具备的情况下是“存在”的。判定“客观存在”需要考察两个事物是否无关，从而确定一方的“客观”。

在这个判定过程中，我们无法忽视观察者发挥的作用。什么是观察者？我们该如何定义观察者？观察者能全然理性地认识事物吗？依赖观察者的存在和客观的存在又有何区别？金老师认为，人力图成为近乎上帝的观察者。

“客观存在”存在的条件

文/金观涛

本章一开始就碰到一个奇怪的问题，我们竟然认识为有必要去探讨“客观存在”存在的条件。在直观的唯物主义哲学那里，客观存在不需要条件，它是第一性的，是用于说明其他一切的前提。而主观唯心论却视客观为无意义。今天，我们终于可以超越长期来这无望的争论和对立，提出第三种观点：客观既非无条件地存在，也并非如唯心论认为是人的虚构，它只是需要满足条件的“存在”。在某种条件下，它确实存在，在某些条件下，它又不存在。

首先我们必须准确地定义什么是客观存在？众所周知，所谓客观是指独立于观察者。“独立”的含义是两者无相互关系。在科学上我们常说两个变量或事件是互相独立的，其意义是说，一个变量的取值不会影响另一个变量的取值。因此我们可以用两组状态是否相关来给客观以一个准确定义：当某一个观察对象(或集合)O(i)与相应的观察者b(i)所处的一切状态(行为)无关，则O(i)可以认为是独立于观察者b(i)的客观存在。

必须注意，我们这里对客观的定义与唯心论是不同的，在主观唯心论看来，当作为观察者的我不存在，我对世界的所有知觉和印象都消失了，因而当b(i)不存在时，O(i)是否受影响永远是一个不可知的问题。如果我们总是停留在这种靠主观思辨设制的魔障中，那么研究的深入是不可能的。

现在让我们改变问题提法，我们让一个新的观察者b(i)来研究观察者b(i)观察某一对象的过程。对于这个研究观察过程的观察者b(i)来说，他显然比观察者b(i)高了一个层次。他如何判断观察者b(i)观察的对象不是b(i)的建构而是独立于b(i)的客观存在的呢？毫无疑问他只能用一个标准：这就是O(i)和b(i)是否相关。当它们不相关时，O(i)就是独立于观察者b(i)的。我认为，无论是利用神经网络封闭性来说明视觉机制，还是建构主义哲学分析，都恰好是用类似方法来研究客观性问题的，所以他们的出发点是科学的，而不是思辨的。

我们已经详细讨论过，建构主义在分析O(i)是否客观之前，首先必须描述某一由观察者b(i)和对象O(i)组成的认知结构，这个结构当然是对类似于b(i)这种更高层次的观察者而言的。由于b(i)和认知对象O(i)构成封闭认知结构，而观察者b(i)对对象的认识是本征态，它必须满足如下本征方程：

So＝F(So，b(i))

其中So为本征态，b(i)是和观察者神经系统有关以及其它规定这个认知结构的参数。显然b(i)发生变化，意味着整个认知结构改变，功能函数F形式必然变化，方程的解So也必然不同。这样建构主义推出，对于b(i)有关对象的认识和b(i)本身结构有关，所以纯客观是不存在的，人对一切的认识都包含了人的建构和发明。

十分有趣的是，这里，正因为建构主义是用我上面提出的有关客观性的定义来科学地研究独立于观察者的客体是否可以存在，虽然表面上，建构主义得到了否定的即和主观唯心论相差无几的结论，但由于出发点不同，它又使我们可以超出主观唯心论和建构主义本身。因为我们可以考察这样一个特定的命题：对于什么样的认识结构，O(i)可以和b(i)无关呢？这就是客观性存在的条件。

表面上看，对于任何一种认知结构，只要它具有封闭性，那么它总是本征态，因而总是不能独立于观察者的。而人从来是在改造世界中认识世界的，观察者为了得到研究对象的信息，必须和研究对象耦合起来，对认识对象进行某种操作(输入)，然后收集有关对象对这一输入的反应(输出)的信息，从输出与输入的关系来认识研究对象。因此认知结构的封闭性无法打破。

其实，我们已经简单谈到过打破认知结构封闭性的办法。我们曾指出，当如下两个条件满足时，观察者b(i)收到的信息已不再是这个认知结构的本征态：

条件1：b(i)在研究某一对象时，使所有输入保持恒定，即把我们为了获得信息的所有操作(输入)保持固定不变，这样可以中断由b(i)和输出之间的封闭性构成的对输入的连续变换。

条件2：输入对研究对象的作用可以忽略不计，即作为观察对象的黑箱状态O(i)是与输入不相关的变量。

当这两个条件满足时，认知结构封闭性只是表面的，与b(i)耦合的黑箱变成一个由输入和与b(i)无关状态O(i)决定输出的系统。这时本征方式不再满足，b(i)收到的信息不再是本征态。这时我们可以认为黑箱状态O(i)与b(i)互相独立，即是某种客观存在。下面我们用严格的推导来证明这一点。

首先我们来考察一下，使所有的输入保持恒定是什么意思？显然，观察者b(i)为了获得黑箱信息，必须进行某种输入，我们用变量系{A(i)}来刻画它。保持输入为恒定无非是意味着我们在实验时控制{A(i)}为内稳态(图4.1)。由于我们可以把内稳态集合{A(i)}等价于认知结构的某种参数集，这样我们马上可以发现，第一个条件相当于我们在做某种特殊的受控实验，或者说条件(1)只是说我们必须用某种受控实验来获得对象O(i)的有关信息。

把图(4.1)和图(3.3)进行比较，可以看到它们是相同的。而第二个条件(我们下面统称为条件②)则意味着对受控实验进行进一步限定，它要求代表认知结构的参数{A(i)}(或对研究对象进行观察时的条件变量)不干扰黑箱状态(或对黑箱状态的影响可以忽略不计)。

我们知道，在大多数受控实验中第二个条件是不可能满足的，虽然{A(i)}保持恒定不变，但由于{A(i)}和O(i)之间有互相作用，这种互相作用必定带来O(i)状态的变换。例如一开始{A(i)}对O(i)的影响使O(i)变到O(i+1)，而一旦黑箱状态处于O(i+1)时{A(i)}对它仍有影响。这种影响可能使O(i+1)变到O,(i+2)，一直变到某一个特定状态O(k)，这个状态就是{A(i)}和黑箱耦合时黑箱的内稳态(它是{A(i)}和黑箱耦合系统的本征态)。这时观察者b(i)得到的信息都是有关本征态O(k)的信息。显然这个本征态是取决于{A(i)}的，而{A(i)}又是那个和b(i)耦合系统的内稳态，只要b(i)选择不同的{A(i)}，马上会影响O(i)，因此，这时黑箱的状态必定和b(i)有关，我们在一般受控实验中，不能说黑箱状态与观察者无关的客观存在。

但一旦条件二满足，情况就不同了！条件二已规定了{A(i)}集对黑箱状态O,(i)没有影响(或影响可忽略不计)。而我们在受控实验中已经预先设计好了实验结构，使得b(i)只能通过{A(i)}对O(i)发生影响，虽然{A(i)}是和b(i)有关的，但O(i)却和{A(i)}无关，这样就证明了0(i)与b(i)是独立的，O(i)可以看作一种独立于观察者b(i)建构的客观存在。

上面仅仅是一种理论分析，在实际情况中，是否真的存在着满足条件二的受控实验呢？如果这种受控实验根本不可能存在，那么建构主义之笼仍无法突破。我们发现，至少在某一类受控实验中，条件二一定满足，这就是观察者之名符其实地去观察“宏观”对象——我们用光来照亮宏观物体，然后根据反射回来的光来获得研究对象的信息。

我们知道，要观察某一对象，至少要用光来照亮它。当我们控制输入{A(i)}——即光的强度和频率——为内稳态，并排除观察者用其它途径对被观察物体进行影响时，S表示观察者收到的信息。显然，b(i)可以通过实验发现，对于宏观物体——例如月球——{A(i)}对它的状态的影响可以忽略不计，因此他可以得到月球是不依赖于他的建构的客观存在这一结论。于是我们终于有可能突破建构主义的局限，认识到控制论更为广阔的哲学基础。

总之，我们可以在认知结构分析中建立一条新的认识论原则。根据我在第三章提出的鉴别经验可靠性的基本原理(它们也是建构主义哲学的基础)：人只有在受控实验中才能得到可靠的知识，而对于受控实验结构必然有满足条件二和不满足条件二两种情况。只有当它满足条件二，客观性必然是存在的。

人可以把客观性当作一种可靠而真实的基本经验。因此我认为在有关客观性问题上，无论是古典理性主义的唯物论还是建构主义都犯了片面性的错误，把局部当作全体。建构主义对认知结构封闭性的分析过于笼统，他们没有考虑受控实验和认知结构的关系，因而也不能将分析精确化，没有发现这一条件，结果错误地把某些观察对象是离不开观察者建构这一结论推广到一个全称命题，这样就给本来严格清澈的科学讨论带进了主观唯心论的浊流，因而也妨害了建构主义者在控制论科学成果上建起一种真正合理的哲学。

我发现，精确地阐述“客观存在”存在的条件，可以使我们理解为什么几百年来古典理性主义会犯这样的错误：把在观察过程中可以排除个别观察者误认为可以排除一切观察者。显然，当受控实验满足条件二时，排除个别观察者必定等价于排除任何观察者，由于O(i)是不依赖观察者b(i)的(由b(j)和b(i)等价，它也可以认为是不依赖b(j)的)，则O(j)是不依赖任何观察者的。因而O(i)不是观察者的建构而是某种纯客观。

我们知道，二三百年以前，当近代科学刚刚兴起时，当时科学研究的主要对象还限制在力学和天文学，或者说，当时整个科学的轴心是力学和天文学。而在这两个领域中，受控实验的确立完全可以满足条件二。因而当时的科学家自然可以认为我们可以用排除个别观察者的办法来排除一切观察者。哲学家没有必要去严格地分清排除个别观察者和排除一切观察者之间微妙的差别，不加思考地把客观性当作整个哲学的基础。一直到20世纪，科学长驱而入到微观世界，在有关电子、生物、生态、心理等领域(甚至某些化学实验)中，条件二不再满足，于是古典理性主义的错误才暴露出来。这就造成了唯物主义哲学被近一个世纪科学新发现所震撼的局面。

什么是观察者？

现在我们再来分析电子——月球悖论，一切就十分清楚了！据说，把月球和苹果相比较曾帮助牛顿发现了万有引力定律。但把电子和月球进行比较却使某些二十世纪物理学家犯了错误。这里问题的关键在于，观察都能与月球和苹果构成同样的认知结构，因为用光观察它们带来的干扰可以忽略不计。但观察者与电子耦合起来的认知结构却和月球必然不同。

观察者无论用光还是用其它仪器认识电子时，由于{A(i)}对黑箱状态干扰不可忽略，观察者在受控实验中观察到的必然是本征态。本征态和观察者控制的条件{A(i)}有关，因此电子的状态取决于观察者b(i)对受控实验条件集{A(i)}(某种仪器)的选择。当观察者b(i)在选择某种条件时，电子的某种性质(确定的规定性)确实是不存在的，但这个结构对月球却不成立。科学哲学家无条件地将电子推广到月球，最后得到荒谬的结论。一旦我们搞清了客观存在的条件，马上发现月球和电子之间根本没有什么悖论。这一切就如亚历山大一刀砍断那个哲学家解不开的绳结一样，答案居然简单得出奇！

月球是不依赖于观察者的客观存在，这本是常识，在这个悖论中最难理解的是为何电子的性质是与观察者有关的。虽然我们之前对微观粒子的本征态以及为何这个本征态依赖于观察者对仪器的选择作了详细论述。这个结论人们听起来总有巨大的荒诞感。人们情不自禁地要问一个问题：当观察者不存在时，或者当我们不观察电子时，电子是什么样的呢？我们既然认为电子是构成一切原子和分子的基本砖块之一，观察者在某种程度上就是由电子组成的，当观察者不存在或不观察时，电子的某些确定的性质居然可以不存在，这不是十分荒谬吗？

究竟什么是观察者？我们对电子进行某种观察这是什么意义？长期以来，哲学和形而上学都是从心灵、思维等思辨玄学的角度来定义观察者的。而在我们的认知结构模式中，观察者的真正面目开始暴露出来。虽然作为有意识、有情感、有思想的人很难有一个准确的科学定义，但在由受控实验定义的科学认知结构中，我们说电子的状态依赖于观察者的建构却有着清晰的意义，这就是指实验条件{A(i)}集合对电子状态的控制作用。

因此，在这里我们又发现了一个本来是十分简单的事实：观察者的建构作用实际上和选择(维持)某种条件处于内稳态等价！因此，所谓讨论电子某些状态在不观察它时不存在实际上只是说，电子的某种性质(确定的规定性)在某些条件不满足时，必定不存在！

在120℃和一个大气压下水是蒸气，而不可能是冰，在-10℃和一个大气压条件下水是冰，而不是蒸气；纯净的水不能同时是冰又是蒸气。通常人们可以看到冰与水蒸气共存，这就因为它们已不是单组分系统，而是双组份(水和空气)或多组分系统。物理化学证明，如果容器中只有纯净的水，在确定的温度压力下(只要它们不是双相共存的条件)，水只有一个相。酚酞在酸性溶液中时是无色的，在碱性溶液中是红色的，在某一种溶液中酚酞不可能同时是无色又是红色的。这些都是一些被视为常识的废话。

其实，电子的动量的确定性在某些条件下不存在，正如水蒸气在某些条件下不存在一样，它们符合同一哲学原理。电子某些规定性的存在依赖于观察者的观察这个结论听起来很玄，其真正意义却十分简单，电子具有某种确定的性质是需要条件的，这就是{A(i)}集。因此，离开{A(i)}的存在谈电子是什么就没有意义，当内稳态{A(i)}变化时，电子具有什么性质必然是不同的，当两个{A(i)}集互不相容时，电子两种性质就不能同时作为确定的存在。

在日常生活中，人们早就熟悉在某些条件下，某物具有某一种性质，而在另一种条件下，它可以具有另一种性质。当事物具有性质A和具有性质B的条件互相矛盾(互不相容)时，A和B是不能同时存在的，任何人都不认为这里有什么荒诞的地方。但一当把这个命题换成电子的动量和位置，人们就觉得很奇怪了。

其实，电子之所以不可能同时具有确定的位置和动量(这在量子力学中称为测不准关系)也是出于同样的理由。无非在这里作为存在的条件是复杂的测量装置。我们只要去详细地分析测量电子动量和位置的装置，确实可以发现它们互相排斥或互相干扰(不相容)。测量电子的动量需要用法拉第圆筒，而测量电子的位置需用类似于让电子束穿过一个确定的小孔(或用晶格来当小孔)。这两个实验条件本身就包含了对变量选择的不相容！

总之，人们早就熟知一个事实，宇宙任何一种确定的具体事物的存在都需要条件，电子的存在也不违反这一人们熟知的原则。于是我们可以进一步将其概括为一个最普遍的哲学公理——条件性公理。即：任何一种确定的规定性都是在某些条件下成立的。月球、太阳、树木、空气等等一切存在都需要满足特定的条件。无非对于象月球和太阳这样的天体，它们存在的条件是人们至今还不能加以影响，或者说其存在的条件集不是人可以控制的变量。电子具有某些确定性质的存在的条件则是人可以控制的。

在很多时候，客观存在和依赖于观察者建构的存在的差别仅仅在于，那些代表客观存在的事物存在所需要的条件观察者至今尚不能控制，而那些依赖于观察者建构的事物存在所需要的条件是观察者可以控制的变量！

在条件性公理看来，当我们去问，人不观察电子时，电子是什么？它处于什么状态？它具不具有确定的位置和动量？这并不是去问那个无条件的客观实在是什么(形而上学的直观唯物主义经常问这类问题，其实这个问题是没有意义的。正如你问温度不存在时，水是什么状态？)，而是问在自然条件下(不是我们人为设置的受控实验中)电子是什么状态；正如问在自然条件下水处于什么状态一样！

因此，当我们考察观察者不存在时，被观察的对象是否存在，它以什么状态存在？这实际上只是在实行一种条件的变换。把人为控制的条件集{b(i)}变换成一个与人无关的自然条件集{N(i)}(4.2)。我们可以把一切条件的集合{C,(i)}分为如下几类，一类是人不可控制的变量，一类是人可控制的变量，可控变量中又可以分为人正在进行控制的变量(表明观察者是在做实验)集合{b(i)}和观察者没有进行控制的变量。只有条件{b(i)}代表观察者的建构，而集合{C(i)}－{b(i)}＝{N(i)}就相当于事物处于自然状态的条件。当我们问当观察者不观察电子时，电子处于什么状态，实际上是把条件集{b(i)}转化成{N(i)}来考察电子的状态。

实际上，物理学家和化学家是经常处理类似问题的。例如在固体物理和量子力学(或量子化学)中一大类需要回答的问题就是求电子的定态——它们往往就是自然状态。例如我们必须计算在原子核周围、在某一类化合物中以及在某一特定的力场中电子的状态。众所周知这时物理学家必须首先去解如下本征方程：

Hψ＝ Eψ （4.2）

（4.2）式中H代表能量算符，ψ代表本征态——即电子可能处于的自然状态并非一切具有确定能量的状态都是电子的自然定态，下面我们马上要证明，自然状态是能量处于极小的状态。E代表电子相应状态具有的能量。为什么求电子的自然状态要去解(4.2)方程？我们已证明过方程4.2和通过某一仪器观察电子时形成的自耦合系统的本征方程是等价的，例如(2.4)式等价于(4.2)式。

但我们必须指出，一谈到仪器，人们就会下意识地想到人为控制条件，其实算符H的意义仅在于某一个宏观系统(可以是仪器)和微观粒子耦合起来的自耦合系统的功能算子，因此，H一方面可以看作仪器对电子作用的描述，同时又可看作电子所处的宏观环境。

人对算符的选择既可以表示人把电子放在人为的仪器中观察，也可以代表我们确定电子所处的某种特定的环境(自然条件集{N(i)})。这样根据(2.4)式，方程(4.2)的意义相当于：我们用某种特定的测量电子能量的仪器对电子进行观察，控制电子处于本征态。但也可以说电子的自然定态必定要从某一类特定宏观环境的本征态中来选择。电子的自然定态必定是具有确定能量的状态。我认为解这个方程正表示了自然条件集{N(i)}对电子状态的限制。

为什么科学家要把具有确定能量的状态当作电子自然状态必须满足的第一个条件呢？其理由是深刻而又简单的。我们知道，某物处于自然定态一般都要求这个状态处于能量曲线的洼之中(即能量极小)(图4.3)，即要求这个状态的邻近状态能量均比它高。因为自然状态往往意味着系统和它存在的环境有着人不加控制的相互作用。如果系统不处于能洼之中，只要微小干扰就会使系统离开这个状态，如果它不达到能量极小状态，这种变换会在干扰作用下不断进行下去，这样它就不会以自然的定态存在。

因此，为了求得电子的自然状态，一定先要求出电子具有确定能量的状态，只有算出电子在特定算符中具有确定能量的一切状态后，我们才能对每个状态的能量大小进行比较，最后找到那个能量极小状态，即求出能洼(例如图4.3中的S(1)，S(2)，S(3)等)。因此，求电子自然状态的第一步首先必定是解本征方程(4.2)。即必须把具有确定能量看作自然定态的必要条件，然后再在满足必要条件的状态中找到那个自然状态。熟悉量子力学的人马上会发现上述寻找自然定态的程序是量子化学家求电子云形状以判定某种化合物能否存在时必须遵循的规则。

一般说来，在量子力学中，由于算符代表仪器对微观粒子的作用，它代表微观粒子所处的宏观环境，只要算符所代表的宏观环境(或某种条件)不是人为选择和控制的结果，它们相应的微观状态ψ都代表自然状态。只要写出有关算符，就相当于明白了电子存在的条件集，就可以用本征方程算出电子存在的状态以及它有哪些确定的性质。

总之，虽然量子力学的哲学家可以一再强调当观察者不存在时电子的某种性质不存在，但这并不妨害量子力学整个内容实际上都是讨论某种和观察者无关的客观状态。长期来，量子力学科学内容是以抽象的数学公理出现的，它一直没法与哥本哈根的哲学解释进一步联系起来。这也许是哥本哈根哲学解释不够深入和不够清晰造成的。然而，只要我们认识到观察者的建构实际上和对条件的选择(控制某物存在的条件为内稳态)等价，不仅笼罩着哥本哈根解释的神秘的主观唯心主义迷雾被驱散了，从而使得整个量子力学和科学成果显得合理而清晰，甚至那复杂的数学公理也能得到简明的解释。

本文节选自《人的哲学》第四章。为方便阅读，本文在原文基础上有删减。相关学术讨论，请参阅原文。配图源于网络，如有侵权请联系后台删除。