波士顿大学曹天予教授做“物理学哲学前沿问题”报告

2010年7月12日，美国波士顿大学哲学系的曹天予教授访问哲学所，并做了“物理学哲学前沿问题”的学术报告。曹先生的研究领域包括科学哲学、物理学哲学、认知科学哲学、社会和政治哲学（与现代性和全球化相关的哲学问题）等。此次报告由哲学所成素梅教授主持，科学哲学室的全集人员和上海部分高校的科学哲学教授参加了此次论坛。

曹先生从讲座一开始就直入主题，深入分析了近年来召开的几次物理学哲学会议上各国专家学者所关注的前沿问题。首先，他介绍了上个世纪下半叶物理学哲学的简单发展历程。指出当前关于量子力学的哲学解释在理论上已经较为成熟，发展速度减慢，大量研究集中于量子理论的应用，比如量子信息等学科。但是物理学哲学的基本问题依然没有解决。

他认为，从宏观上来讲，科学依然需要形而上学作为基础，如果没有形而上学理论，我们无法更好的理解科学本身。但是这种形而上学不再是过去哲学史上那种独断论的形而上学，而是依赖于现有的科学成果，建立在现代科学的基本原理之上的科学的形而上学，哲学家的任务就是帮助科学家解决概念问题上的混淆，因此，只有一门科学的形而上学，才能为科学提供理解的基础。当前关于形而上学有两种态度：第一种态度是将在形而上学上不相容的东西抹去，缩小形而上学的范围；第二种是扩大形而上学的研究领域，承认形而上学可以为科学做出贡献。但是，我们必须在科学的基础上来讨论形而上学。因此，我们必须接受第二种态度。

基于上面前提，他指出，当前物理学哲学中最为困难的问题[之一]就是关于时间与空间的本质问题。传统理论认为绝对时间和绝对空间是某种独立存在的实体，并且可以不依赖于外界事物。但是，现在我们将时间空间看作是某些实体之间的一种关系。量子理论与广义相对论是二十世纪物理学的两大基石。量子理论让我们更深入的了解微观世界的运作机制，颠覆了经典物理学的世界图景；而广义相对论则通过其动力学的时空理论，为我们理解宇宙的结构和演化（宇宙学研究的对象），提供了一个框架。尽管量子场论综合了量子力学理论和狭义相对论，但是量子场论理论和广义相对论之间存在着难以调和的矛盾。现在摆在我们面前的难题是，如何能够将这两个理论进行综合，使得时空理论引力化和引力场量子化结合起来，使得这两个不相容的理论能够综合，形成统一的量子引力理论。通常意义上的量子场论是建立在平直的闵可夫斯基时空中的，而引力场的引入将会导致时空发生变化，小尺度空间到处都是混沌的卷曲和随机的量子力学波动，而这和广义相对论所主张的光滑的空间几何观念冲突，因此需要建立一门新的动力学，这门新的动力学不需要一个整体性的时空模型。根据量子实在论，世界本身是量子化的，但是在量子化的世界基础上经典的世界是如何出现的呢？我们如何从量子实在导出经典实在？

曹先生接着介绍了物理学家所提出的种种理论，比如曾经红极一时的弦论和圈量子引力理论，指出这些理论所存在的问题，并在此基础上进而讨论了当前学界把量子引力应用于宇宙学中的种种尝试。现代宇宙学从大爆炸理论开始走向成熟，当前大部分物理学家认为宇宙学已经较为完整，并进入了常规科学时期，对于宇宙学的基本问题已经达成共识。曹先生指出这是非常错误的，当前关于宇宙学的基本哲学问题还有着大量的分歧，关于宇宙学的基本概念还有许多问题需要解决。比如大爆炸为什么会导致银河系的存在；为什么会有众多行星系的存在；为什么会存在物质的凝聚与虚空？暗能量的假设解决了这些问题，通过大量的观察和计算，当前科学界认为在宇宙中，一般物质只占4.6%，而暗物质占到22.8%，暗能量更是达到了72.6%。但是，和过去哲学家所认为的，理论需要得到经验的证实的观点相反，正确的观点，正如爱丁顿所指出的那样，所有的数据都需要理论的证实才是有用的数据，我们首先需要的是一个理论的框架，在这个框架上来处理具体的数据。可是这样一来，就出现了一个不可调和的矛盾，如果我们用广义相对论来作为理论的框架，就需要从大爆炸理论开始，需要预设宇宙有一个起点。可是这样的话，广义相对论所有的解都将会失效，导致理论的自我矛盾。但如果认为没有起点，即采用量子理论作为理论框架，那么广义相对论就失效了。因此如何在不需要起点的基础上用量子效应来拯救宇宙的存在，来解释宇宙的起源和宇宙的命运，这些都是哲学形而上学的基本问题。

因此，他认为，我们目前面临这一个基本的二律背反：没有量子理论，就没有自洽的宇宙学：物质结构的存在必须以量子为基础，量子原理必须存在；有了量子理论，宇宙学就很困难，因为当宇宙收缩到一定程度时量子效应就会出现，作为宇宙学概念基础之一的广义相对论就会失效。

如何解决宇宙学研究中的这一二律背反，是摆在当前科学家和科学哲学家面前的一个难题，因此我们只能认为量子理论的应用一定是有边界的，或许现在的圈量子引力有可能指出了一个研究方向。

此次讲座引起了在做专家学者的强烈反响，讲座结束后大家围绕着物理实在的本质，以及科学实在论与工具主义进行了大量的争论。