泡利和量子物理学

我敢说没有人理解。
——理查德· 费曼

在前科学时代，当时对物质世界的理解，主要是通过论及神的影响（“上帝痛恨真空”），以理性的方式研究科学曾一度被人——比如炼金师罗伯特· 弗拉德——看作是对自然的一种侮辱。然而，在最近的几个世纪中，科学知识已经成功地把世界图景连贯起来，以至于在很大程度上，人类声称自已是自然的主宰。其实，科学在构建一个有序而理性的世界图景方面真的是无比的成功，使得许多理性主义者相信，自然界几乎每一个方面的性质最终都将为人所理解。

但是现代物理学表明，这个假设在亚领域是站不住脚的。这一认识最初产生在20 世纪早期，在1900年马克斯· 普朗克发现量子之后。量子所表明的自然界的特征，只能在微观或亚原子领域才能够被认识到。例如， 根据我们的直觉，辐射能量（如来自太阳的辐射）是一股来自辐射源的连续的流，但是在原子水平上，人们发现能量是被分解成包，或量子。在这件奇怪的事实以外，人们还发现，能量的量子级别，在数学上是与它相关联的辐射的频率相关的。这种能量和频率的关系经由对光的研究而被揭示出，并被证明是了解原子结构的关键。

量子物理学中的其他一些特点也与古典物理学（或称牛顿物理学）形成了鲜明的对比。举例来说， 根据牛顿运动定律，如果作用在物体上的力，以及它的初始状态（位置和动昼）是已知的，那么在理论上，就有可能确定其未来的路径，比如一颗行星的轨道。然而，在量子物理学中，情况却并非如此。在量子物理学中，基本粒子（如）的确切状态是不可确定的， 因为观察粒子的行为本身就会干扰它所处的状态。这被称为海森堡不确定性原理。

在量子物理学中，因果关系的原则也是受到了挑战。在牛顿力学中， 每一个结果都有其原因。然而，在量子物理学中， 结果可能无因而发生。例如，原子内的一个电子，只能有一定的能量状态， 并且其从一个量子态变化到另一个量子态是不可预测的。牛顿运动定律对于确定其行为没有任何帮助。

这就导致了一个让人不舒服的结论，在亚原子水平上，有一种内在的不可预测的随机性。在亚原子的水平上，自然界有一大批不安分的基本粒子，其行为只能用概率来描述。

这些基本粒子还唯恐其构成的世界不够乱，同时还可以被视为具有波的性质。1905 年，爱因斯坦确定光既可以是粒子，也可以是波。这波粒二象性提出了一个看似无解的悖论。玻尔提出的互补性概念提供了一个解决冲突的办法。它指出， 为了完整性，两种性质都是必需的，但是两种属性绝不会同时出现。换句话说，就是“故而两者永不相见。”人们还发现，光到底是被看作是粒子还是波取决于观察者。观察所采用的方式决定了哪方面的属性会出现。因此，观察者的是被观察的过程的不可分割的一部分。在经典物理学中，情况完全不是这样的：观察者对于被观察的过程没有明显的影响。

尽管量子物理学中遇到的现象只是间接可见的，它一直在诱惑人们以图形的形式来描述量子世界。例如， 一个电子可能被想象成绕原子核的粒子。然而，坚持认为， 因为我们没有视觉方面的线索，因此这样的过程只能以数学加以描述。泡利把对符号的定义扩展到量子物理学领域，他认为数学为量子现实提供了符号上的表达，这本身就超越了物理的表达。正是从这个象征性的认识出发，泡利试图寻求构建一种中性的语言， 来弥补心灵与物质之间的差距。