关于绿色科技与过程文明的对话

钱旭红（以下简称“钱”）：您是研究量子力学哲学的，我是做实验科学的。我是从量子力学到量子化学再到分子设计、分子建筑，一边学习使用量子理论，一边做合成化学实验，两者互相验证。因此，我逐步对量子力学产生了兴趣。一般说来，传统化学是一门实验科学，但是自量子力学产生以来，化学就已经不再是实验科学了。

成（以下简称“成”）：我是在教过量子力学之后，才对量子力学的概念体系有了一定的理解，然后，就对哲学产生了兴趣，转向了科学哲学的领域。量子力学无论在思维方式上还是基本观念上都给传统哲学带来了很大的挑战，然而，这种挑战至今仍然没有被消化，塞尔甚至把这说成是哲学界的耻辱。相比之下，量子力学在化学、生物学和技术等领域内的应用已经有了很大的进展。长期以来，人们普遍认为，化学的根基在于物理学，化学是根据物理学的原理进一步发展起来的，这种观点走向极端就产生了物理主义。比如，逻辑经验主义者主张，所有语言最终都能够被还原为物理学的语言，所有自然科学最终都能根据物理学原理作出解释；但还一种观点认为，化学和生物学是有自主性的，不能完全还原为物理学。在这方面您持有什么样的观点呢？

钱：我认为化学和生物最终都能够用物理学的理论来解释。比如，化学元素周期律其实就是质子、中子、电子等不同的排列方式，换句话说，就是电子学与几何学的结合。美国国家科学院院刊分类中只到物理，化学论文也可以发表，但是被归为物理类。曾经有一种极端的划分方法，就是没有化学，化学被认为是物理学的一种。化学的描述方式，按照我的观点，可以通过几何学加电子学的内容覆盖掉。但复杂的地方在于，物理学中不太讲几何学，而化学是讲几何结构的（即由原子间电子云成键定向排列而成）。在不同的空间几何结构限定中，电子展现的性能是不一样的。而所有的化学反应都是依靠电子完成的。化学的所有现象都可以用量子力学来解释，并且到了可以高度精确的地步。那么，怎么能说化学一定具有自己完全独立的哲学体系？在经验科学中，化学需要实验来验证和推测，那时候还不知道它能够用理论来解释。在量子力学出来以后，特别是近几十年，计算机的计算精确度大大提高，化学现象的计算准确度可以达到很高的地步。现在量子化学几乎能够把全部的量子力学原理再现到化学现象中去了。

成：也就是说，您支持还原论的观点。现在有人用量子原理来研究人脑神经元的活动，认为神经元的信息传递过程很可能是量子化的，只不过这个量子化的过程和机制尚未明确而已。还有人认为，大脑神经元的活动在亚层次上是量子化的，但对整个人而言就不是量子化的。与基本粒子相比，细胞已经是一个宏观概念。在我看来，微观和宏观是两个不同的层次，有些宏观现象是“涌现”出来的，这种“涌现”出来的东西并不能还原为各个部分之和，而是体现了一种整体性的结构效应。

钱：是的，每一个层次确实有每一个层次特有的规律，但所有的规律都是通过微观的规律不断地变形产生的。这不能依靠一般的线性推断，所以，不能说微观是量子化的，宏观也一定是量子化的。物理学原理是基础，但不能说所有的学科都是物理的。物理学在实验领域内允许的误差很小，但在化学中的实验允许误差就开始变大了，生物学中的实验允许误差更大，这是由于其中的随机性事件增加了。此外,对人体而言,人的身体运动方式更接近经典牛顿力学描述的世界,而大脑这个超级计算机更接近量子力学描绘的世界。

成：在量子力学的基本假设中，波恩赋予薛定谔方程中的波函数的概率解释，使得量子概率具有了根本的意义。但是，许多物理学家一直很难接受这一观念，在长达几十年的时间内，从德布罗意到玻姆再到贝尔，寻找量子论的隐变量基础的努力从未间断，直到1982年，实验才最终明确证明，定域的隐变量是不存在的，但实验不能否定非定域的隐变量。尽管这样，在量子力学已经有了成功应用的今天，当代科学家们早已完全接受了量子力学的形式体系与价值观念。根据量子力学的观点，量子随机性比确定性更基本，确定性反而成为随机性等于1的一种特殊情况。从化学和生物学的角度如何理解随机性呢？

钱：化学中的随机性是物理中的量子性造成的，量子力学的原理具有根本性的作用。随机性本身就是一种规律。这种认识论态度其实正好和牛顿力学的认识论态度相反。我们有些人的意识形态也有这种机械决定论的特点。我的工作就处于生物和化学的交叉领域。我在做生物设计实验的时候接触了物理学。生物实验的特点是，今天所做的实验可能70%有效，明天所做的实验可能90%有效，后天做的实验可能只有60%有效。如果从物理学角度上讲，这是错误的。所以在生物上就出现了生物统计学的内容。这种不确定性是正常的，是必须存在的，因为这源于生物多样性和个体差异性，不同于机械产品的划一性。如果没有这种不确定性的话反而不正常。在生物学中，这种不确定性源于每个细胞的差异。而细胞就处于微观层面，再往下是亚细胞层面，就进入量子世界了。从量子层面来看，由细胞所构成的宏观组织的作用就不明显了。这个世界的确定性实际是由无数个量子世界的不确定性平均化之后导致的。只有在极微观层面，量子的不确定性才会明显，这也是细胞之间个体差异的原因。细胞在物理学中已经算是宏观的了，它的不确定性来源于亚原子层面的各种反应。越微观，量子反应就明显，所有的随机性都不停地出现在平均化之中，平均化以后随机性就会逐渐消失，但会保留一定的独特趋势。比如，我问学生，你在看河里的水，当你看到水分子层面的时候，你会发现这时的河水是怎么流的呢？他会说应该是连续的。那我可以告诉他，河水是“跳”着流的。所以，我有时候开玩笑说，怎么理解量子世界呢？去看电影胶片。微观时，电影胶片是一个一个动作按时间间隔跳跃的，待到胶片连续放映时，那就变成了连续的动作了。

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