惠勒延迟选择实验的真实性哲学解释
附录一
惠勒延迟选择实验的真实性哲学解释
1978年，美国物理学家约翰·惠勒的《量子理论基础》一书出版。在这本书中，惠勒提出了一系列想象的实验，以证明量子力学的哥本哈根解释。一开始其并没有引起多少人的注意。
1979年，在纪念爱因斯坦100周年诞辰的研讨会上，惠勒把这些实验再度提出来，并补充了更为具体的方案，其被称为“延迟选择实验”。这一次终于在科学界引起重视，因为如果惠勒的延迟选择实验被证明，爱因斯坦和尼尔斯·玻尔有关量子力学的哲学争论就有了最终结论，即玻尔是正确的。
自20世纪80年代至今，所有版本的惠勒延迟选择实验都通过了经验的检验。正是基于这一系列受控实验，物理学家认为，量子力学的研究对象不是独立于观察者的存在。离开观察者的选择，讨论独立于观察者存在的对象毫无意义。例如光具有波粒二象性，但如果没有观察者，认为光是粒子还是波是没有意义的。
惠勒认为，延迟选择实验证明观察者决定了光是以粒子的身份现身还是以波的身份现身。为此，惠勒曾引用玻尔的话：“没有一个基本量子现象可算作现象，直到它被一个不可逆的行动所实现了之后。这一切无疑给出一种印象：量子力学的哥本哈根解释已被证明，虽然物理学家不喜欢其主观唯心论（唯我论）的味道。不同版本的惠勒延迟选择实验对客观实在论的真实观形成致命一击。然而，否定客观实在论一定要接受主观唯心论（唯我论）吗？
我不同意量子力学的哥本哈根解释。其实，惠勒延迟选择实验只是证明了实验对象离不开受控实验中的控制条件（它是通过装置和一系列控制实现的）。它在推翻客观实在为真的同时，肯定了受控实验普遍可重复为真。据此，可以提出一种新的真实观，我把基于这种真实观的哲学称为真实性哲学。
真实性哲学认为，真实性只是对象和主体、受控变量之间的一种最基本的关系，作为三者之间的关系，离开其中任何一个都无意义。表面上看，这是一种精致的唯我论，事实上，真实性哲学和主观唯心论（唯我论）完全不同。
在本书前11章，我反复强调，对科学真实而言，主体被悬置，对象的真实性必须在普遍可重复的受控实验（或受控观察）中才能被证明。也就是说，一旦离开控制变量（主体选择的实验条件），所谓研究对象为真就毫无意义。虽然主体为真是主体选择控制条件的普遍可重复之前提，但科学研究对象和主体的关系必须通过受控变量。这里的关键在于，受控变量中不包含主体，这是主体被悬置的准确定义。这样一来，抽离受控变量，将其归为对象和主体的直接关系是错误的。
因此，主张对象和主体无关的客观实在论与主张对象直接取决于主体的主观唯心论（唯我论）都是不正确的。真实性既不是客观实在，也不是心灵的投射，它作为主体、主体控制的受控变量和对象三者之间最基本的关系，只有依赖横跨符号世界和经验世界的拱桥才能不断扩张。
惠勒延迟选择实验有很多版本，且使用了不同的装置仪器。下面我会集中介绍以马赫—曾德尔干涉仪为基础的版本，并用真实性哲学的基本观点对其做出解释。
惠勒延迟选择实验之一：验证光的粒子性
这一实验本质上和第三编第一章讨论的双缝实验相同，但用半透镜来代替双缝。一个光子有一半可能性通过
，一半可能性被反射。半透镜和光子入射途径摆成45度角，那么一种可能性是光子通过半透镜直飞，经过全反射镜
，最终被探测器
捕捉到；另一种可能性是光被半透镜反射，沿和射入方向呈90度角的方向传播，经过全反射镜
，最终被探测器
捕捉到。把这两种可能性交会到一起，就是图5-1所示的实验装置。
一是通过半透镜，经过反射镜
进入探测器
；
二是半透镜不让光子通过，这时光子被半透镜折射成90度角，该光子经过反射镜
进入探测器
。
因此，实验结果是：当收到光子时，
收不到光子，反之亦然。根据哪一个探测器接收到光子，可以确定它究竟是通过路径1还是通过路径2飞来的。如果我们看到
和
交替收到光信号，就知道光到达半透镜
，有时光子通过了半透镜，有时光子没有通过。这一切显示了光的粒子性。
换言之，这个实验可以证明光具有粒子性。通常人们认为，粒子性是光的客观实在的性质。为了质疑这一观点，惠勒提出另一个证明光是波的实验，这就是“延迟选择实验”之二。
惠勒延迟选择实验之二：验证光的波动性
延迟选择实验之二和实验一的不同之处在于，实验者在终点即两种可能性的交会处，再插入一块呈45度角的半透镜，这会造成光的自我干涉。据此可以推断，光子是同时经由路径1和路径2到达
并发生干涉的。
在图5-2所示的实验中，有一个关键步骤。那就是要事先调整好全反射镜、
与半透镜
的距离，使射向探测器
的两个光波可以相互减弱以至抵消，而射向探测器
的两个光波就必须会相互增强。结果就是：探测器
根本检测不到光，无论做多少次实验，都是如此。与此相反，探测器
则每次都可以检测到光。
这个实验证明：光到达半透镜时，不是粒子而是波。半透镜把光波分成两个部分，它们必定互相干涉，否则就不可能观察到光的干涉图像，故图5-2所示的实验揭示了光的波动性。根据该实验，明显可见实验装置中光在抵达探测器之前是波，而不是粒子。
如果分别考察实验一和实验二，它们都没有任何反常之处。这两个实验共同证实了爱因斯坦的光具有波粒二象性的假说。物理学家早就知晓：光到底是展现出粒子性还是波动性，取决于实验装置规定的观察条件。
惠勒这两个实验的妙处正在于，证明光是波的实验装置和证明光是粒子的实验装置只差一个半透镜。也就是说，只要在实验一的装置中加一个半透镜
，就变成了实验二。这里耐人寻味的是，改变实验装置的过程也是一个受控实验。据此，惠勒设计了实验三，那就是证明光子不是客观实在的延迟选择实验。
惠勒延迟选择实验之三：快速放置半透镜
的实验
因为实验二的装置和实验一的装置之间唯一的差别是多了一块半透镜，所以只要把实验二中的半透镜
去掉，实验二就转化为实验一。如前所述，在实验一中，两个探测器交替接收到光信号，这意味着光是粒子。如果在光子即将到达探测器之前的瞬间（此时还是实验一的条件），迅速地像实验二那样增加一个半透镜
（见图5-3），这时，光将会以怎样的形式呈现呢？
按照实验一和实验二，光的性质事先取决于实验装置的安排。那么，在这个实验中，最先做实验的装置是实验一，它规定光是粒子。如果光子是一种客观实在，它只要穿过属于实验一中的装置半透镜，该光子行为将如同一开始穿过
那样，仍以粒子的形式呈现。也就是说，在快速放置半透镜
以后的极短时间内，应该看到类似实验一的结果。
惠勒相信量子力学的哥本哈根解释，他认为，由于装置最后是以实验二呈现的，中途添加半透镜这一操作对实验二没有影响，光将以波的形式呈现。换言之，在第三个受控实验中，只有探测器检测到光，而探测器
什么也发现不了。
根据常识，惠勒的预言不可思议，因为是否在终点处插入半透镜，是可以在光子实际通过了第一块反射镜，已经快要到达终点时才决定的。除非光会知晓半透镜
的临时放置，在中途从粒子变成波，否则结果不可能和实验一不同。
这个实验难度极高，要到1987年才由美国马里兰大学实验物理学家卡洛尔·阿雷完成。与此同时，慕尼黑大学的一个小组也做出了类似的结果。最后的实验结果证实了惠勒的预言。这一实验引起全球轰动。
惠勒延迟选择实验之四：量子擦除实验
进入20世纪80年代之后，物理学家进一步发展了惠勒延迟选择实验，这就是著名的量子擦除实验。
量子擦除实验的结构可以理解为实验二的延伸。
在实验一中，因为光是以粒子的方式运动的，故而和
不会探测到光的干涉；
在实验二中，和
能探测到光的干涉，因为在这一实验设置中，光是以波的形式运动的，路径1和路径2的光波会在
处相遇和叠加，形成光的干涉。
其实，以实验二的装置为基础，分别在和
、
和
之间设置两个偏振器B和E，它们通过给光标记偏振信息，能消除或重置所有的光的干涉，最终
和
都无法探测到任何光的干涉。这意味着光是以粒子的形态在运动的。
理论上，光的干涉是在形成的，而偏振器B和E已经使这种干涉不可能在
出现。如果有两台擦除器被同时设置在
左边和下边，一切都很容易理解，即擦除器提前擦除了B和E赋予光的偏振信息，并使光在
形成干涉。但只有一台擦除器D被放置在
的右边，难道光提前预知了这个擦除器的存在，所以在
处直接将自己从粒子转化为波，并被
探测吗？
上述实验表明，光子在通过第一块透镜到我们插入第二块透镜这之间到底在哪里、是什么，这是一个无意义的问题，我们没有权利去谈论它，它不是一个客观真实。
真实性哲学对惠勒延迟选择实验的分析
上述四个实验证明了一个令人惊异的事实，那就是用受控实验证明光波或光子不是一种可以独立于主体进行选择（这就是实验装置）的客观实在。
因为光波和光子只要是客观实在，就一定可以独立于实验装置（虽然是某种装置产生了它）。也就是说，在某种装置产生了光波或光子之后，如果用某种迅速的新选择改变原有装置，依旧可以在某一瞬间发现和原有装置对应的光波或光子。
所谓延迟选择，就是通过极为迅速地改变装置证明光波或光子对装置的相对独立性。惠勒设计的一系列实验证明光子和光波都不是客观实在，这实际上是第一次用受控实验证明客观实在不存在。
那么，这一切是否会导致主观唯心论（唯我论）呢？即“任何一个现象的存在都依赖于观察它的主体”，这种观点正确吗？我认为不正确！问题的本质在于，延迟选择实验只证明了光波和光子对主体的选择（实验整体装置）的依赖性，它不能化约为对主体的直接依赖性。简而言之，可以对惠勒一系列延迟选择实验做如下哲学总结。
真实性 作为主体X、控制手段M和对象Y三者的关系，其完全取决于M的可重复性。离开M，直接讨论Y和X的关系以确定Y是什么，以及它是否为真，这都是没有意义的。
惠勒一系列延迟选择实验表明，通常受控实验和受控观察一旦确定，就是不变的，以至M在真实性中的核心位置被忽略。
惠勒延迟选择实验的本质是让Y的变化滞后于M的受化，如果Y可以独立于 ，那么滞后于M的Y可以被受控实验观察到。
当实验否定上述想象，仍然证明Y由M规定时，真实性作为主体X、控制手段M和对象Y三者的关系才真正显现了出来。
一旦理解了受控实验在真实性中的核心位置，所有真实性研究就必定以M的普遍可重复为核心。正因如此，当M包含主体时， 和科学真实不同，我们发现了真实性的不同领域。在每一个领域，M都可以将同样的结构映像到经验和符号上，两者的同构意味着可以建立横跨经验世界和符号世界的拱桥。在此意义上，惠勒一系列延迟选择实验实际上是用受控实验证明真实性哲学是正确的。
我认为，从惠勒的延迟选择实验可以推出量子力学中的测不准原理。
当受控实验是测量时，测量过程的不相容意味着和两个受控实验对应的对象不能同时存在。这时，对象不能同时拥有两个不同的测量值，它亦可以看作一个测量干扰另一个测量。这种情况之所以一直被忽略，是因为长期以来认为对象是先存在着，然后才有相应测量的结果。但我们从来没有认真地思考过对象客观实在需要什么前提。
根据“测量可以等同于数“数”吗”一节，测量是由如下三个环节组成的：
一是选择（或制造）测量的单位（比如尺），对应受控实验可控制变量C，
二是用受控观察规定被测量的对象（比如线段），是受控观察规定经验对象O，
三是测量方法和过程（它规定主体如何用测量单位去数被测量对象），对应受控实验中的L。
其意义是受控观察规定经验对象O，转化为控制变量C和通道L一起规定的Y。主体实行控制（测量）的结果是使对象O转化为（或在某种意义上等同于）相应受控实验中的可控制变量Y。
由此可见，测量可以严格地用受控实验和受控观察的基本结构加以定义。这样，离开受控实验和受控观察装置去想象对象是没有意义的。对象的真实性即相应的受控实验和受控观察的普遍可重复性，测不准原理的存在，是因为并非所有受控实验都是互相自洽的。当规定对象性质的两个受控实验互相矛盾时，该对象不能同时具有两个相应测量的确定值。
在第三编第一章，我曾用两种测量装置互相矛盾来解释测不准原理，当时我用的例子是电子的位置测量装置和动量测量装置不兼容，现在可以把相应的分析运用到所有测量中去。在惠勒延迟选择实验的解释中，最令人不可思议的是实验四，但只要从实验装置是否互斥来分析，实验四的结果很容易理解，因为实验装置中的擦除器D与偏振器E互相抵消，但不和B矛盾。
由此可见，测不准原理之所以成为物理世界最基本的定律，是因为其考察了真实性核心M集合中各元素是否自洽。在“真实性哲学”的建构篇中，我们可以将其推广到不同于科学真实的其他领域，得出真实性哲学的重要结论。
