阿尔弗雷德·诺斯·怀特海德（二）

1920年，怀特海先在一篇报纸文章（转载于《科学与哲学论文集》）中，然后在一次演讲（发表于《自然概念》第八章）中，公开阐述了他替代爱因斯坦GTR的方案。1921年，怀特海有机会与爱因斯坦本人讨论此事。最终，在1922年，怀特海出版了一本书，更详细地阐述了他的替代引力理论（ATG）——《相对性原理》。

根据怀特海德的观点，麦克斯韦-洛伦兹电动力学理论（不同于爱因斯坦的广义相对论）可以被认为与我们的基本直觉相一致——即使在其四维格式下，即通过阐述闵可夫斯基的电磁世界观。因此，怀特海德以与电动力学理论密切相关的方式发展了他的广义相对论。他用类似电动力学的解释取代了爱因斯坦的几何解释。怀特海德将自由质量粒子的引力运动解释为场作用，该场作用由从源质量到自由质量粒子的均匀时空中传播的减速波势决定。

需要强调的是，怀特海德无意改进爱因斯坦广义相对论的预言内容，而只致力于改进解释内容。然而，怀特海用另一种解释取代爱因斯坦的解释，意味着用另一种公式取代爱因斯坦的公式；而这些不同的公式意味着不同的预测。因此，认为怀特海的超重力引力模型（ATG）在经验上等同于爱因斯坦的广义相对论（GTR）是不正确的。然而，可以断言的是，长期以来，怀特海的理论在实验上与爱因斯坦的理论难以区分。

事实上，与爱因斯坦的广义相对论一样，怀特海的超重力引力模型（ATG）作为第一近似，可以导出牛顿引力理论。此外（正如爱丁顿在1924年和J. L. 辛格在1952年所表明的），爱因斯坦和怀特海的引力理论对于确定单个、静态、球对称物体的引力场问题，都导出了相同的解——史瓦西解。例如，这意味着爱因斯坦广义相对论和怀特海德广义相对论不仅对水星近日点的进动和太阳引力场中星光的弯曲做出了完全相同的预测（怀特海德在1922年和威廉·坦普尔在1924年已经证明了这一点），而且对太阳引力场中原子发射光谱线的红移也做出了完全相同的预测（这与怀特海德在1922年基于一个高度图式化且很快过时的分子模型得出的结论相反）。此外（正如R. J. 拉塞尔和克里斯托弗·瓦瑟曼在1986年证明并于2004年发表的论文所述），爱因斯坦和怀特海德的引力理论也为确定单个旋转轴对称物体的引力场问题得出了一个完全相同的解——克尔解。

然而，爱因斯坦和怀特海的预测有所不同，当考虑多个天体时，爱因斯坦的引力方程是非线性的，而怀特黑德的方程是线性的；这种数学上的分歧意味着在两个或多个天体的情况下预测的分歧。例如（正如G. L. Clark在1954年所指出的），这两种理论对双星运动的预测不同。然而，在两个天体的情况下，预测的分歧相当小，直到最近，实验技术还不够完善，无法证实爱因斯坦或怀特黑德的预测，例如关于双星的预测。2008年，基于对赫尔斯-泰勒双星系统中脉冲星B1913+16的精确计时，爱因斯坦关于双星运动的预测得到证实，而怀特黑德的预测被推翻（由加里·吉本斯和克利福德·威尔）。从科学哲学的角度来看，重要的事实并非自20世纪70年代以来，时不时会有物理学家站出来声称实验驳斥了怀特海的广义相对论（ATG），而是几十年来，它在实验上与爱因斯坦的广义相对论（GTR）难以区分，从而驳斥了两种现代教条。首先，理论选择完全基于经验事实。显然，除了事实之外，价值观——尤其是审美价值观——也在发挥作用。其次，科学史就是对我们误导性直觉大军的一系列胜利，科学的每一次成功都必须被解读为直觉的一次失败，而真理除非损害了人类的直觉，否则就不可能是科学的。当然，我们无需驯服直觉的权威，也无需参与这场灾难性的、使自然和人类祛魅的竞赛，就能保持科学性。

关于怀特海参与爱因斯坦广义相对论（STR）和广义相对论的更详细描述，请参阅。Palter 1960，Von Ranke 1997，Herstein 2006 以及 Desmet 2011、2016b 和 2016c。

1925 年，怀特海德在一次洛厄尔讲座（发表于《科学与现代世界》第八章）中，公开阐述了他与玻尔太阳系物质原子观不同的理论，但他从未发表过对这一替代量子理论（AQT）更详细、更专业的阐述。怀特海德将他的 AQT 称为“灵长类动物理论”。在该理论中，灵长类动物当然不是猿类，而是驻波（或静止的）电磁波（或振动）。这些波不同于原子外部的传播电磁波。它们不是光波，而是原子内部电荷密度的驻波，实际上，原子构成了原子。

怀特海德对普朗克、爱因斯坦和玻尔的旧量子力学了如指掌。他对金斯的《辐射与量子理论报告》（1914）和爱丁顿的《引力相对论报告》（1918）一样熟悉。在1924年7月12日前往哈佛大学之前，怀特海主持了一场研讨会——“量子理论：它在多大程度上改变了数学、物理和心理学的连续性概念？”——这是亚里士多德学会和心智学会联合会议的一部分。遗憾的是，他本人并未在那场研讨会上发表演讲，关于他关于量子理论的最专业性的描述只能在怀特海在哈佛大学的学生笔记中找到，尤其是在1924-1925学年秋季学期的讲座中。然而，怀特海的讲座并非清晰的陈述，而是哲学发展历程的例证。此外，他的哲学系学生缺乏必要的数学物理知识，无法在怀特海谈论物理时完全理解他。因此，怀特海德在哈佛大学讲授量子理论的学生笔记质量很差。然而，罗尼·德斯梅特（Ronny Desmet）在其2020年的论文《怀特海德关于量子理论的高度推测性讲座》（Henning & Petek 2020: 154–181）和2022年的论文《怀特海德1925年的函数与时间观》（即将出版）中首次尝试纠正其中的一些错误，并重构了怀特海德的反量子理论（AQT）。

在反量子理论中，怀特海德将所有电子和质子设想为电荷密度驻波的电磁波组合，他称之为“原始元素”或“本原元素”。在《科学与现代世界》中，怀特海德写道：“我们将把每一个本原元素设想为一种潜在能量或活动的振动涨落”（1925 [1967: 35]）。当物质原子发射能量时，其组成驻波之一会转化为行波，即光。原子发射的能量是所发射光的能量，而所发射光的作用量是其能量与其周期（频率的倒数）的乘积。实验表明，原子光发射的能量和作用量并非构成连续的光谱，而是一个离散的光谱；它们是量子化的物理变量。事实上，存在一个最小的作用量，即作用量子，由普朗克常数给出，所有测量到的原子光发射作用量都是该作用量子的整数倍。怀特海德认为电子和质子是由驻波组成的，驻波的作用量也总是作用量子的倍数。由于他将原子能量发射设想为这些驻波转化为行波，他逐渐明白，这种辐射实际上与灵长类动物的衰变有关，而灵长类动物量子化能量和作用的损失解释了为什么发射出的光也具有类似的量子化能量和作用。

与他的原子尺度量子理论（ATG）相反，怀特海德的原子尺度量子理论（AQT）很快就过时了。实验表明，基本粒子的数量比电子和质子还要多。当然，新的量子力学（薛定谔、海森堡、狄拉克、泡利等人的理论）也应运而生。怀特海德在哈佛大学专注于哲学，他的物理学知识开始过时。然而，他自己的理论与新的量子力学显示出一些相似之处。从某种意义上说，怀特海德的驻波电磁波理论预示了薛定谔的波动力学。尽管作用量子的发现是“物理学家的噩梦”（Whitehead 2021:93），怀特海德却对“作用”概念在物理学中日益增长的重要性感到欣喜。作用是一种贯穿时间的活动，因此证实了怀特海德的观点：过程，而非非活动质量的瞬时配置，才是自然界的根本。此外，由于存在最小作用量子，怀特海德将作用等于能量与周期（即持续时间）的乘积这一方程式解读为：“时间的集中会增加能量”（Whitehead 2021:93）。从某种意义上说，怀特海德的这一表述预示了两年后海森堡关于能量和时间的不确定性原理。由于他的最小作用量子理论（AQT）在两个方面预示了新的量子力学，人们不禁要问，当这个新理论出现时，他是如何看待它的。查尔斯·哈茨霍恩 (Charles Hartshorne) 写道，怀特海肯定看到了“海森堡 1927 年关于不确定性原理的著名文章”（2010：28）。哈茨霍恩对此确信无疑，因为他亲自向怀特海展示了它。但（目前）尚无证据表明怀特海认真研究过这篇论文，或总体上研究过新量子力学。

怀特海对他的学生说：“一个明确的创造行为被看作是将终极单位移交给物理学”（2021: 41），其中终极单位是普朗克常数，或者换句话说，作用量子。显然，怀特海将作用量子视为他终极形而上学基石的一个抽象方面，他的基本创造行为或“实际场合”，以及他的AQT，就像麦克斯韦-洛伦兹电动力学理论和怀特海的ATG一样，在他于哈佛发展形而上学时仍然萦绕在他的脑海中。这或许就是为什么他的形而上学——他的过程哲学——被许多作者视为一个有趣的框架，用于从本体论角度解释量子力学的数学形式主义。即使并非直接受怀特海启发的作者，也常常对量子力学做出惊人怀特海式的诠释。一个很好的近期例子是卡洛·罗韦利的关系诠释。罗韦利写道：

在量子力学所描述的世界中，除了物理系统之间的关系之外，没有任何实在。并非物本身构成了关系，而是关系奠定了“物”的概念。量子力学的世界并非一个由物体组成的世界，而是一个由事件组成的世界。事物是由基本事件的发生构建的：正如哲学家纳尔逊·古德曼在20世纪50年代写下的一句优美的名言：“一个物体是一个单调的过程。” 一块石头是量子振动的结果，它能在一段时间内保持其结构。就像海浪在消融回海之前，会暂时保持其固有状态……我们，如同波浪，如同所有物体，都是事件的流动；我们是一个个过程，在短暂的时间内是单调的……（2017：115-116）

罗韦利补充道，在量子引力的思辨世界中：

不再存在容纳世界的空间，也不再存在事件发生的时间。只有基本过程……它们不断地相互作用。正如平静清澈的阿尔卑斯湖是由无数微小的水分子快速舞动而成，被连续的空间和时间包围的幻觉，是远见卓识者对密集涌动的基本过程的想象的产物。 (2017: 158)

4. 科学哲学

怀特海对STR时空的重构及其ATG明确表明：(i) 他在科学哲学中的主要方法论要求是，物理理论应该与我们关于自然关联性（广延关系、一致性、一致性、因果关系等）的直觉相一致；(ii) 他对物理理论应是什么样的范式是麦克斯韦-洛伦兹电动力学理论。事实上，怀特海在他的科学哲学中拒绝了大卫·休谟的“感觉主义经验主义”(1929c [1985: 57])和艾萨克·牛顿的“科学唯物主义”(1925 [1967: 17])。相反，怀特海提倡（i）一种激进的经验主义方法论，它依赖于我们的感知，不仅依赖于感觉数据（颜色、声音、气味等），也依赖于各种自然关系；以及（ii）一种类似电动力学的世界观，其中基本概念不再是简单地定位的物质或物质碎片，而是内在关联的过程和事件。

“现代物理科学”，怀特海写道：

这是一项持续了三个多世纪的协调一致的努力的成果，旨在理解自然界的活动，正是这些活动导致了感知的转变。(1934 [2011: 65])

但怀特海认为，休谟的感性经验主义破坏了我们的感知能够揭示这些活动的理念，而牛顿的科学唯物主义也未能使他的运动和引力公式变得易于理解。

怀特海对休谟将感知简化为感性知觉的做法感到不满，因为正如休谟所发现的，纯粹的感性知觉揭示了颜色、声音、气味等印象的一系列空间模式（一系列感觉数据形式的过程），但它并没有揭示任何可以解释它的因果关联性（任何可以使其易于理解的过程形式）。事实上，所有“自然的关联性”，而不仅仅是其因果关联性，都被“休谟的年轻怀疑论所摧毁”（1922 [2004: 13]），并被认为是单纯心理联想的结果。怀特海写道：

感知，尽管其具有实践重要性，但在揭示事物本质方面却非常肤浅。……我与[休谟]的争论在于[他]仅仅强调感知能够提供关于自然的数据。感知并不能提供我们用来解释它的数据。(1934 [2011: 21])

怀特海也对牛顿的科学唯物主义不满，

该唯物主义预设了一个终极事实：存在着一种不可还原的、原始的物质，以不断变化的形态在空间中蔓延。这种物质本身毫无意义、毫无价值、毫无目的。它只是做它该做的事，遵循外部关系强加的固定程序，而这些程序并非源于其存在的本质。（1925 [1967: 17]）

怀特海拒绝了牛顿关于自然是物质碎片在空间分布中连续瞬间的概念，原因有二。首先：“无持续性”瞬间的概念，“不参考任何其他瞬间”，使得“瞬间速度”和“瞬间动量”的概念以及包含这些概念的运动方程变得难以理解 (1934 [2011: 47])。其次：自给自足且孤立的物质碎片的概念，具有“在空间和时间中简单定位的属性”(1925 [1967: 49])，无法“为牛顿所假设的万有引力定律提供丝毫依据”(1934 [2011: 34])。怀特海写道：

牛顿的物理学方法论取得了巨大的成功。但他所引入的力仍然使自然界缺乏意义或价值。在物质体的本质——其质量、运动和形状——中，引力定律并不存在。(1934 [2011: 23])

仅仅存在一个演替公式。但该演替公式缺乏可理解的因果关系。(1934 [2011: 53–54])

怀特海总结道：“结合牛顿和休谟的观点，我们得到的是一个贫瘠的概念，即一个缺乏任何数据支撑自身解释的知觉领域，以及一个缺乏任何理由支撑其因素并存的解释体系。(1934 [2011: 25])

怀特海写道：“两个结论”

现在已非常清晰。一是感知忽略了对自然界基本活动的任何辨别……二是科学未能赋予其活动公式任何意义。 （1934 [2011: 65]）

怀特海继续说道，牛顿和休谟的观点“存在严重缺陷”。就其本身而言，他们是正确的。但它们忽略了……我们直观的理解模式”（1934 [2011: 26]）。

然而，在怀特海看来，麦克斯韦电磁学理论的发展构成了牛顿科学唯物主义的一剂解药，因为它使他将整个宇宙设想为“一个力场——或者换句话说，一个永不停歇的活动场”（1934 [2011: 27]）。电磁学理论帮助怀特海克服了牛顿的“简单位置谬误”（1925 [1967: 49]），即将自然界视为一个由自给自足的孤立物质单元组成的宇宙。事实上，我们不能说一个电磁事件

在空间中、在时间中、或在时空中，以一种完全明确的意义存在，而不需要任何时空其他区域的指涉来解释它。（1925 [1967: 49])

电磁学理论“彻底摒弃了简单位置是事物在时空中存在的主要方式这一观念”，因为它揭示了“在某种意义上，万物在任何时候都无处不在”(1925 [1967: 91])。怀特海写道：“很久以前”，法拉第就指出“在某种意义上，电荷无处不在”，并且：

由于每个电子过去的历史，空间中每个点的电磁场在每个时刻都会发生变化，这是对同一事实的另一种表述方式。(1920 [1986: 148])

怀特海从电磁学理论中汲取的教训是明确的：

基本概念是活动和过程。……自足隔离的概念在现代物理学中并未得到体现。在有限的区域内，不存在本质上自足的活动。……自然界是各种活动相互关联的舞台。万事万物都在变化，活动及其相互关系……现代物理学用过程形式的概念取代了[空间]形式（即外部相关的物质单元）的进程。它因此扫除了空间和物质，取而代之的是研究复杂活动状态中的内部关系。(1934 [2011: 35–36])

但对怀特海来说，克服牛顿并不够，因为休谟“甚至剥夺了我们相信过去为预期未来提供任何依据的理由”(1934 [2011: 65])。怀特海认为，

仅仅依靠感知而缺乏其他观察来源的科学，就其自足性而言是破产的。(1934 [2011: 66])

事实上，仅仅局限于感觉主义方法论的科学，既找不到有效的因果关系，也找不到最终的因果关系。它“在自然中找不到创造力；它只找到了一些简单的演替规则”（1934 [2011: 66]）。怀特海认为，“这种盲目的原因在于，这类科学只处理了人类经验所提供的一半证据”（1934 [2011: 66]）。

与休谟相反，怀特海认为，认为我们的知觉（其中感官知觉只是其中一个因素）不揭示因果关联性的说法是不正确的。受威廉·詹姆斯和亨利·柏格森激进经验主义的启发，怀特海对知觉进行了新的分析。根据怀特海的观点，我们的知觉是两种纯粹知觉模式的符号相互作用：纯粹感官知觉（怀特海最终称之为“呈现直接性模式的知觉”），以及一种更基本的因果关联性知觉（他称之为“因果效力模式的知觉”）。怀特海认为，考虑我们感知的整体而非仅仅纯粹的感觉感知，即考虑所有感知数据而非仅仅休谟的感觉数据，也意味着要考虑另一半证据，即我们对自然关联性、“万物一体性”的直觉。他补充道：

万物的一体性包含某种相互内在性的理论。在某种意义上……每个事件都是构成其他事件本质的一个因素。(1934 [2011: 87])

休谟推翻了自然的关联性；怀特海则将其恢复，并建立了“基于内在性理论的因果关系学说”，并写道：“每个事件都预设了先行世界在其自身本质中活跃……这就是因果关系学说”(1934 [2011: 88-89])。

怀特海还注意到，从某种意义上说，物理学家甚至比休谟更倾向于还原论。他们实际上依赖于感官数据，但在理论上，他们抽离了我们五种感官（视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉）的大部分数据，转而关注自然界无色、无声、无嗅、无味的数学层面。因此，在一种并非受物理学家实际实践启发，而是受其理论推测启发的世界观中，自然——在方法论上被剥离了其“第三”属性（美学、伦理和宗教价值）——被进一步简化为“第一”属性（数学量和相互联系，例如数学波的振幅、长度和频率）的科学世界，而这个科学世界与“第二”属性（颜色、声音、气味等）的世界分离开来。此外，前一个世界最终应该能够完全解释后一个世界（因此，例如，颜色最终只不过是电磁波频率而已。

怀特海德谈到“自然界分裂为两个实在系统”（1920 [1986: 30]），指的是一种源自伽利略、笛卡尔、波义尔和洛克的策略，即将自然界分裂为由原初品质构成的本质实在和由“精神附加物”或次要品质构成的非本质实在，最终用原初品质来解释。怀特海德赞同贝克莱的观点，认为原初/次要的区分站不住脚（1920 [1986: 43-44]），所有品质都“同舟共济，同生共死”（1920 [1986: 148]），例如，

落日的红光应该像科学家们用来解释这一现象的分子和电波一样，都是自然的一部分。 （1920 [1986: 29]）