|
（1932年8月在哥本哈根国际光疗学会议开幕式上的演讲，刊于 Nature，131，421（1933）。）
作为一个只限于研究无生物体的属性的物理学家，我在接受盛情的邀请来在这样一个科学家的集会上发表演说时是不无踌躇的。今天，诸位科学家会聚一堂，为的是推进我们关于光在治疗疾病上的有益效果的知识。对于这一门美好的、对人类福利如此重要的科学，我实在不能有所贡献。我最多只能谈谈纯无机的光现象；这种现象多少年来特别吸引了物理学家们的注意，其最大原因就在于光是我们的主要观察工具这一事实。然而，我曾经想到，借此机会通过这样一次谈话来接触一个问题也许是有兴趣的，那就是：在较狭窄的物理学领域中得到的结果，可以在多大程度上影响我们对于生物在自然科学大厦中所占地位的看法：尽管生命之谜有着很微妙的性质，这一问题却在科学的每一发展阶段中都出现过；科学解释的本义，就在于将比较复杂的现象分析为比较简单的现象。在目前，使得老问题又获得了新兴趣的，是对自然现象进行力学描述的根本局限性；这种局限性是由原子理论的最近发展揭示出来的。这一发展恰恰就起源于光和物体之间的相互作用的较深入的研究；这种相互作用表现了一些特色，它们不满足一向认为一种物理解释所必须满足的要求。正如我将尽力阐明的，物理学家们为了掌握这一情况而作的努力，在某些方面颇像生物学家们向来就多多少少直觉地对生命特征所抱的态度。但是，我愿意同时强调一下，只有在这种形式的方面，光和生命才显现一种类似性。光，这或许是一切物理现象中最不复杂的一种；生命，它却表现着一种科学分析所难以捉摸的多样性。
按照物理学的观点，光可以定义为在隔着一个距离的物体间进行的能量传递。如所周知，这种效应在电磁理论中得到了一种简单解释，而电磁理论则可以看成为了缓和超距作用与近距作用之间的矛盾而对经典力学作出的一种合理的引申。按照这种理论，光被描述为耦合着的电振荡和磁振荡，它和通常的无线电波之间的区别，只在于振荡频率较高和波长较短而已。光的传播，在实际上可说是直线的；当用肉眼或适当仪器来确定物体位置时，就是以这种直线传播为根据的。而事实上，光的直线传播完全依赖于光的波长远小于所涉及的物体线度及仪器线度这一事实。同时，光传播中的波动特点，不但是我们说明色现象的基础，而且它对于光学现象的任何精密分析来说也是不可缺少的——在光谱学中，色现象曾经提供了有关物质结构的十分重要的报道。作为上述这种光学现象的一个典型例子，我只要举出干涉图样就可以了；当光可以从光源沿着两条不同的路程传播到一个屏上时，这种干涉图样就会出现。这里我们发现：在屏上，在两个波列的周相一致的那些点上，也就是说，在两个光束中的电振荡、磁振荡具有相同方向的那些点上，两个光束所将分别引起的那些效果是加强的；在这种振荡具有相反方向而两个波列又被称为具有异周相的那些点上，二光束的效果减弱甚至可以消失。这种干涉图样给光传播的波动图景提供了如此彻底的验证，以致这种图景不能看成通常意义下的假说，而应该看成所观察现象的恰当解释。
但是，大家知道，由于在能量传递的机构中发现了原子性的基本特色，而且从电磁理论的观点看来这种原子性十分难以理解，因此，近年以来，光的本性问题又重新被人们讨论起来。事实上，任何的光能传递过程都可以追溯到一些个体过程；在每一个这样的个体过程中，有一个所谓的光量子被交换；光量子的能量，等于电磁振荡频率和普适作用量子（或称普朗克恒量——planck's
con-stant）的乘积。在光效应的原子性和电磁理论中能量传递的连续性之间，存在着明显的矛盾；这种矛盾给我们提出了一个两难推论，它是物理学中从未遇到过的。例如，尽管光传播的波动图景显然不够完备，但却绝不存在把它换成某种以普通力学概念为基础的其他图景的问题。特别是，必须强调，光量子不能被看成可以具有通常力学意义下的确定轨道的一种粒子。如果我们用一个不透明的物体把其中一个光束挡住，以保证光能只经过光源和屏之间的二路程之一来进行传播，那么干涉图样就会完全消失；与此同样，在必须重视光的波动结构的任何现象中，要想追寻个别光量子的路径而不致严重地扰乱所研究的现象，也是不可能的。事实上，我们的光传播图景的空间连续性和光效应的原子性，乃是两个互补的方面；这种说法的含意是，它们说明着光现象的同等重要的两个特点，这两个特点绝不能被置于直接矛盾的情况下，因为在力学上对它们进一步加以分析时就要使用互相排斥的实验装置。同时，正是这种情况迫使我们放弃光现象的完全的、因果性的说明，并迫使我们只好满足于几率规律；这些规律所根据的事实是：能量传递的电磁描述，在统计意义上仍旧是正确的。这就形成所谓对应论证的一·种典型应用；所谓对应论证，就是表示要在最大程度上力求应用经典力学理论及经典电磁理论中的概念，尽管这些玛论和作用量子是矛盾的。
在起初，这种情况可能显得令人很不舒服；但是，正如科学上常常发生的情况那样，当新的发现使我们认识到一向认为不可缺少的那些概念也有其本质的局限性时，我们就获得了这样的报酬：我们得到更全面的看法和更高的能力，可以把过去甚至可能显得互相矛盾的那些现象联系起来。确实，作用量子所表示的经典力学的界限，曾经给我们提供了理解原子内在稳定性的一个线索；自然现象的力学描述，就是以这种稳定性为其根本依据的。当然，原子的不可分性无法用力学术语来理解，这从来就是原子理论的基本特征；甚至在原子的不可分性被组成原子及分子的基本带电粒子（电子和质子）的不可分性所代替以后，这种情况实际上也未改变。我所要涉及的，不是这些基本粒子的内在稳定性问题，而是由它们组成的原子结构的内在稳定性问题。如果我们从力学观点或电磁理论观点来处理这一问题，我们就找不到充分根据来说明各元素的特殊属性，甚至找不到充分根据来说明刚体的存在——我们用来在时间和空间中整理各种现象的一切测量，归根结底是依赖于刚体的存在的。这些困难，现在被一种认识所克服了；人们认识到，一个原子的任何一次确定的变化，都是一个单独的过程，代表着原子从它的一个所谓定态到另一个所谓定态的完整跃迁。而且，既然在原子发射光或吸收光的跃迁过程中恰恰有一个光量子被发射或被吸收，那么，通过光谱学的观察，我们就能直接测定每一个定态的能量。通过研究原子碰撞中及化学反应中的能量交换，这样得出的知识也曾经很有教益地得到了证实。
近年以来，沿着对应论证的路线，原子力学曾经得到了显著的发展；这种发展给我们提供了计算原子定态能量及计算跃迁过程几率的适当方法，于是就使我们对原子属性所作的说明，变得像利用牛顿力学来对天文经验所作的标示一样可以理解了。尽管原子力学的一般问题比较复杂，但是，对于上述发展来说，我们在分析较简单的光学现象时所得到的教益，却曾经是最为重要的。例如，在定态概念的无歧义应用和原子内在运动的力学分析之间，存在着一种互补关系，就如同光量子和辐射的电磁理论之间的互补关系一样。事实上，追索跃迁过程之细致历程的任何企图，都将涉及原子和测量仪器之间的一种不可控制的能量交换，这种能量交换将完全打乱我们所要研究的能量平衡。只有在所涉及的作用量远远大于一个作用量子、从而可以把现象划分得更细的情况下，才能够对经验进行因果性的力学描述。如果这个条件并不满足，那么测量仪器对所研究客体的作用就不能被忽视，而这种作用就会在作通常形式的完备力学描述时所需的各种报道之间引起互斥性。这种原子现象的力学分析所具有的表观不完备性；归根结底是起源于忽视了任何测量过程中都固有的客体对测量仪器的反作用。正如相对性这一普遍概念表明任何现象都和用来在时间。空间中标示它的参照系有着本质联系一样，互补性这一概念也可以用来表示原子物理学中所遇到的根本界限：现象的客观存在和观察它们的方法有关。
力学基础的这一修正，一直扩展到物理解释这一概念本身；这一修正，不但对于充分理解原子理论的现状来说是必不可少的，而且它也提供了一种按照和物理学的关系来讨论生命问题的新背景。这绝不是说，我们在原子现象中会遇到一些比普通的物理效应更和生物属性相近的特点。初看起来，原子力学的本质上的统计性，甚至是和出奇精致的生物器官相矛盾的。然而，我们必须记得，正是这种互补性的描述方式为原子过程中的规律性留下了余地；这种规律性是力学中所没有的，但在我们说明生命机体的行为和无机物质的特性时都是同等重要的。例如，在植物的碳素同化过程中——动物的营养也大量依赖于这个过程——我们遇到的是这样一种现象；在理解该现象时，光化学过程的特殊性显然是不可缺少的。同样，原子结构的非力学的稳定性也惹人注意地表现在叶绿素或血红蛋白这一类高度复杂化合物的特性中，而叶绿素及血红蛋白在植物的同化及动物的呼吸中是起着根本作用的。但是，比起认为生物和钟表之类的纯机械装置相类似的那种看法来，从一般化学经验得来的类似性（例如古代人们把生命和火相比拟的作法），并不能提出有关生命机体的更加令人满意的解释。事实上，生物的主要特征必须到一种奇特的有机体中去找；在这种有机体中，可以用普通力学来加以分析的一些特点和典型的原子论的特点交织在一起，其交织程度是无生命物质中的交织程度所无法比拟的。
关于这种有机体的发展程度，眼的构造和机能提供了一个有教育意义的例证；在探讨眼的构造和机能方面，光现象的简单性又曾经是最有帮助的。我不准备在这儿涉及细节问题，我只想提醒大家，眼科学如何对我们揭示了作为一种光学仪器的人眼的理想属性。确实，不可避免的干涉效应对成像所加的限制，实际上是和一些网膜分区的大小相一致的，这些网膜分区各自有其独立的神经和脑部相联。不但如此，既然每一网膜分区吸收单独一个光量子就能造成视觉印象，那么，眼的灵敏度就可以说已经达到了光过程的原子性所规定的极限了。在这两个方面，眼的效率实际上和在下述装置中所得到的效率相同；这种装置就是，把一个良好的望远镜或显微镜和一个适当的放大器联接起来，使得每一个单独过程都可以被观察到。诚然，利用这样的仪器可以大大地增强我们的观察能力，但是，由于受到光现象的基本性质的限制，比眼更有效地适应其本身目的的仪器是不可设想的。现在，通过物理学的最近发展而认识到的这种眼的理想精密性就使我们想到：其他的器官，不论是用来从环境接收信息的还是用来对感觉发生反应的，也都会对其本身目的显示同样的适应性，而且，在这些器官中，用作用量子来表示的那种个体性的特点，也会在和某种放大机构的关系方面显示出具有决定意义的重要性。在眼中追索这种极限是可能的，而在任何其他器官中则迄今为止是不可能的；其所以如此，不过是由于以上曾经谈到的光现象的极端简单性而已。
然而，认识到原子论特色在生命机体的机构中的根本重要性，还绝不足以得到有关生物学现象的概括解释。因此，当前的问题是，在我们根据物理经验而对生命有所理解之前，是不是在自然现象的分析中还缺少某些基本的要素呢？尽管千变万化的生物学现象实际上可以说是不可穷尽的，但是，如果不对“物理解释”所应有的含义进行比作用量子这一发现所要求的更为深入的检验，那么上述问题的答案就是无法得出的。一方面，在生理学研究中经常出现的那些和无机物质的特色如此不同的奇妙特色，曾经把生物学家引向一个信念，认为不可能按照纯物理的概念来正确理解生命的重要特点。另一方面，设想有一种奇怪的、物理学所不知道的“生命力”控制着有机生命，也很难使所谓活力论（vitalism）的观点得到清晰的表达。事实上，我想我们大家都同意牛顿的看法：科学的终极基础，就是关于大自然将在相同条件下显示相同效应的预期。因此，如果我们竟然能把关于生命机体的机构的分析推进到原子现象的分析的地步，那么，我们就不应该期望找到无机物质所没有的任何特点。然而，在这个两难推论中必须记住，生物学研究的条件和物理学研究的条件是不能直接相比的，因为保持研究对象的活命的必要对前一种研究加了一种限制，这种限制在物理学中找不到它的对应。例如，如果我们企图研究一个动物的各种器官，直到能够说出单个原子在生命机能中起什么作用的地步，那么我们就无疑地要杀死这个动物。在有关生命机体的每一实验中，必然要在各机体所处的物理条件方面留下某种不确定性；而这种想法也就提示说，我们所必须留给机体的最小自由，将刚好大到足以使该机体对我们“保守其最后秘密”的地步。按照这种观点，生命的存在，恰恰就应该被认为是生物学中的一种基本事实，就如同作用量子的存在应该被认为是原子物理学中不能从通常的机械物理学推出的基本事实一样。事实上，原子稳定性在本质上不能用力学来加以分析，作为生命之特征的那些奇特机能也不能用物理学或化学来加以解释，而在这种不可分析性和不可解释性之间是存在着一种切近的类似性的。
然而，在追索这种类似性时我们必须记得，在原子物理学和生物学中，问题表现着一些本质上不同的方面。在原子物理学领域中，我们的兴趣主要在于物质在最简单形态下的行动；而在生物学领域中，我们所考虑的物质体系的复杂性却带有一种根本性质，因为即使是最原始的机体也包含着很多很多个原子。不错，普通力学的广阔适用范围，包括对原子物理学中所用仪器的说明在内，恰恰就是根据的这样一种可能性：当我们处理包含很多很多原子的物体时，可以充分地忽视作用量子所规定的描述中的互补性。尽管原子论特色有着本质上的重要性，但是，作为生物学研究的特点的却是另一事实：我们永远不能把任一单独原子所在的外界条件，控制得像原子物理学中基本实验的条件那样细致。事实上，我们甚至不能说出哪些特定原子是确实属于某一生命机体的，因为任何一种生理机能都伴随着一种物质交换过程，通过这种过程，一些原子经常在组成生物的有机体中出出进进。事实上，这种物质交换过程在一个生物机体的所有部分中扩展到这样一种程度，以至于我们不能在原子规模下明确区分生物机构的两种特点：一种是可以用普通力学来加以无歧义说明的，另一种是肯定需要考虑到作用量子的。物理学研究和生物学研究之间的这一根本区别，意味着不能给物理概念对生命问题的适用性走出一个明确的界限，来和因果性力学描述领域及原子力学中的真正量子现象之间的界限相对应。上述类似性的这种表观局限性，其根源一直深入到生命和力学这些名词的定义，这种定义归根结底是公约性的。一方面，如果我们不来分辨生命机体和无生命物体，而把生命概念引申到一切自然现象中去，那么生物学中的物理学界限问题就不再有什么意义。另一方面，如果我们按照日常语言把力学一词理解为自然现象的无歧义的因果描述，那么像原子力学这样一个名词也就没有意义了。我不准备进一步讨论这种单纯的术语问题；我只要指出，我们所考虑的类似性，其要素也就在于两种事物之间的明显互斥性：一方面是个体的自我保存和自我繁殖这一类典型的生命特点，另一方面是任何物理分析所必需的可分性。由于存在这种本质上的互补特点，力学分析中所没有的目的概念，就在生物学中找到了一定的用武之地。确实，在这种意义上，目的论的论证可以认为是生理学描述中的合法特色；这论证适当照顾到生命的特征，就像原子物理学中的对应论证照顾到作用量子一样。
当然，在讨论纯物理概念对于生命机体的适用性时，我们曾经像看待物质世界的任何其他现象一样来看待生命。然而，几乎用不着强调，作为生物学研究之特征的这种态度，绝不能引起对生命的心理学一面的任何忽视。恰恰相反，认识到力学概念在原子物理学中的局限性，倒不如说是更适于调和生理学观点和心理学观点之间的表现矛盾的。事实上，在原子力学中必须考虑测量仪器和所研究客体之间的相互作用，这种必要性和心理分析中的一些奇特困难很类似，那些奇特困难起源于这样一件事实：当把注意力集中于心理内容的任一特殊方面时，心理内容本身就必然会改变。这种类似性为心理一物理平行论提供了重要的阐释；把这种类似性加以扩大将使我们离题太远。然而，我愿意强调一下，这儿所谈的这种性质的考虑，是和想要在原子现象的统计描述中寻找对物质行为加以精神影响的新可能性的任何企图都是完全相反的。例如，人们有时说，某一原子过程在身体中发生的几率，可能受到意志的直接影响；按照我们的观点，这种看法是不可能有什么明确意义的。事实上，按照心理一物理平行论的广义解释，意志自由应该看成和那样一种生物机能相对应的意识生活的特点，该种生物机能不但不能适用因果性的力学描述，而且甚至也不能在物理上被分析到足以明确适用原子物理学统计规律的那种程度。用不着进入形而上学的猜测，我或许可以再说一句：对于“解释”这一概念的分析很自然地要和取消对我们自己的意识活动的解释同始同终。
最后，几乎用不到强调，我在这儿所说的一切，绝没有对物理科学及生物科学的未来发展表示任何怀疑的意思。事实上，这样的怀疑主义是现时代物理学家们所不能设想的；在这个时代，正是由于认识到我们的最基本概念的局限性，才引起了物理科学的如此惊人的发展。放弃对于生命的解释，也不曾妨碍已经在生物学各分支中发生了的奇妙的进步，包括在医学上被证实为如此有益的那些进步在内。即使我们不能在健康和疾病之间画一条明确的分界线，只要我们不离开前进的大道，在作为本会议题的这一特殊领域中就不会有怀疑主义存在的余地。从芬森（Finsen）的开创性的工作开始，人们就已经沿着这一大道成功地前进了”。这一大道的突出标志，就在于把研究光疗法的医学效果和研究光的物理特点最为紧密地结合起来。 |