霍金：我們所感知的世界是否真實

　　物理學家一直在尋求能夠統(tǒng)一所有物理學的那個終極理論。現(xiàn)在看來，他們或許不得不止 步于一組理論，無法將它們合為一體。


霍金：真實世界的“真實”
　　物理學家一直在尋求能夠統(tǒng)一所有物理學的那個終極理論。現(xiàn)在看來，他們或許不得不止步于一組理論，無法將它們合為一體。
　　撰文 斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)
　　萊昂納德·蒙洛迪諾(Leonard Mlodinow)
　　翻譯 龐瑋
　　幾年前，意大利蒙扎市議會通過了一項法案，禁止市民將金魚養(yǎng)在圓形魚缸里觀賞。提案者解釋說，把金魚關(guān)在圓形魚缸里非常殘忍，因為彎曲的表面會讓金魚眼中的“現(xiàn)實” 世界變得扭曲。拋開這一法案給可憐的金魚帶來的福祉不談，這個故事還提出了一個有趣的哲學問題：我們怎么知道我們感知到的“現(xiàn)實”是真實的？金魚看見的世界與我們所謂的“現(xiàn)實”不同，但我們怎么能肯定它看到的就不如我們真實？據(jù)我們所知，就連我們自己說不定終其一生，也在透過一塊扭曲的鏡片打量周遭的世界。
　　在物理學中，這個問題并非純理論空想。實際上，物理學家和宇宙學家發(fā)現(xiàn)他們自己眼下的處境和金魚差不多。數(shù)十年來，我們一直上下求索，渴望得到一個終極的萬有理論，可以用一套完備自洽的基本定律來解釋“現(xiàn)實”的方方面面。但現(xiàn)在看來，最后我們得到的或許不是一個單一的理論，而是一大家族相互關(guān)聯(lián)的理論，每個理論對于“現(xiàn)實”都有一套自己的描述，就像透過它自己的圓形魚缸觀察世界一樣。對許多人來說，這個觀點或許難以接受，其中還包括一些圈內(nèi)的科學家。大多數(shù)人都相信存在一個客觀的“現(xiàn)實”，無論是我們的感知還是我們的科學，都在直接表達有關(guān)這個物質(zhì)世界的信息。經(jīng)典科學就以這樣一個信念為基礎，即有一個外部世界獨立存在，它的屬性是確定的，與感知這個世界的觀測者無關(guān)。在哲學上，這種信念被稱為唯實論(realism)。
　　不過，對蒂莫西·利里(Timothy Leary)和上世紀60年代記憶猶新的人應該知道另一種可能：“現(xiàn)實”的概念也可以取決于感知者的心靈。這類觀點大同小異，有的稱為反唯實論(antirealism)，有的則稱為工具主義(instrumentalism)或唯心論(idealism)。按照這些“主義”，我們所知的世界是由人類心智以感官信息為原料構(gòu)建的，是由我們大腦中的解釋結(jié)構(gòu)塑造的。這種觀點或許難以接受，卻不難理解。你不可能將觀測者，也就是我們自己，從我們對這個世界的感知中抹去。
　　隨著物理學的逐漸發(fā)展，唯實論的地位正變得岌岌可危。在經(jīng)典物理學中，牛頓體系能非常準確地描述我們的日常體驗，對“物體”、“位置”之類術(shù)語的詮釋也在很大程度上與我們的常識(即我們對那些概念的“現(xiàn)實”理解)相符。然而，作為測量工具，我們?nèi)祟愂欠浅４植诘摹Ｎ锢韺W家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，平常所說的“物體”以及令我們看到它們的光，都是由我們無法直接感知到的物體(如電子和光子)構(gòu)成的。這些物體遵循的不是經(jīng)典物理，而是量子論。
　　量子論的“現(xiàn)實”與經(jīng)典物理的“現(xiàn)實”截然不同。在量子論體系中，粒子既沒有確定的位置，也沒有確定的速度，只有當一個觀測者去測量那些量時，它們的值才會確定。有些情況下，單獨的物體甚至無法獨立存在，只能作為整體的一部分出現(xiàn)。量子物理還極大地挑戰(zhàn)了我們對“過去”的認識。在經(jīng)典物理中，所謂的“過去”就是一系列已成為歷史的明確事件，而在量子物理中，“過去”是不確定的，僅僅是一系列事件發(fā)生的可能性，跟“未來”沒什么兩樣。甚至連作為一個整體的宇宙，都沒有一個明確的過去，或者說歷史。因此，量子物理暗含了不同于經(jīng)典物理的另一種“現(xiàn)實”——雖然經(jīng)典物理與我們的直覺相符，而且在我們設計建筑、橋梁之類的東西時仍然可以幫上大忙。
　　這些例子讓我們得出一個結(jié)論，為詮釋現(xiàn)代科學提供了一個重要框架。在我們看來，“現(xiàn)實”不可能脫離圖景或者理論而獨立存在。相反，我們采納了一種新觀點，稱之為“取決于模型的唯實論”(model-dependent realism)。這種觀點認為：每一個物理理論或世界圖景都是一個模型(通常本質(zhì)上是一個數(shù)學模型)，是一套將模型中的要素與觀測聯(lián)系起來的法則。按照取決于模型的唯實論，追問一個模型本身是否真實沒有意義，有意義的只在于它是否與觀測相符。如果兩個模型都與觀測相符，那就不能認為其中一個比另一個更加真實。誰都可以根據(jù)具體情況選取更方便的那個模型來用。
　　別去評判真實
　　另類現(xiàn)實(alternative realities)已經(jīng)成為今日大眾文化的主流。例如在科幻電影《黑客帝國》(The Matrix)中，人類就毫無察覺地生活在一個由智能計算機生成的虛擬現(xiàn)實中，計算機通過這種方式讓人類保持安定并心滿意足，以便從他們的肉身實體上抽取生物能量(姑且相信有這么種能量)。我們怎么能知道自己不是一個由計算機生成的角色，此刻就生活在一個黑客帝國那樣的世界中呢？如果我們生活在一個虛擬的、想象的世界中，事件之間就沒有必要存在任何邏輯，不必自圓其說，也不用遵循任何規(guī)律。掌控這個虛擬世界的外星人說不定僅僅因為有趣或者好玩，純粹為了看看我們的反應，就會讓全世界突然對巧克力深惡痛絕，或者一夜之間消除戰(zhàn)爭實現(xiàn)世界和平——可是這種事情從來沒有發(fā)生過。如果外星人堅決不肯違背自洽規(guī)律，那我們就沒有任何辦法確定在這個虛擬現(xiàn)實的背后還存在另一個現(xiàn)實了。你當然可以說，外星人生活的那個世界是“真實”的，計算機生成的世界是假的。然而，生活在虛擬世界里的生物無法從外部觀察他們的宇宙(我們也一樣)，也就沒有理由懷疑自己生活的世界并非“現(xiàn)實”。
　　金魚的處境也是如此。它們在圓形玻璃缸里看到的景象與我們在魚缸外看到的顯然不同，但這并不妨礙它們發(fā)展出一套科學定律，來描述它們觀察到的魚缸外物體的運動。比方說，由于光在由空氣進入水中時會發(fā)生偏折，在我們看來做直線運動的一個不受外力的物體，在金魚看來就應該沿曲線運動。盡管身處一個扭曲的參考系，金魚仍然可以從中總結(jié)出一套始終都很正確的科學規(guī)律，讓它們能夠?qū)︳~缸外的物體未來的運動做出預言。它們的規(guī)律會比我們的規(guī)律復雜得多，但簡單與否只與品味有關(guān)。如果金魚能夠發(fā)展出這樣一套理論，我們就必須承認金魚的觀點也是對“現(xiàn)實”的一個有效描述。
　　還有一個發(fā)生在真實世界里的著名例子，同樣說明對“現(xiàn)實”可以有不同的描述，那就是托勒密的地心說和哥白尼的日心說之爭。盡管人們通常都說，哥白尼證明了托勒密是錯的，但事實并非如此。哥白尼和托勒密就好比我們和金魚，選擇任何一種描述作為宇宙模型都可以，因為無論假設是地球不動還是太陽不動，我們都能很好地解釋我們觀察到的天象變化。拋開哥白尼的日心說在有關(guān)宇宙本質(zhì)的哲學爭論上所起的作用不論，它的真正優(yōu)勢只不過在于運動方程在太陽靜止不動的參考系中更為簡潔而已。
　　取決于模型的唯實論不僅對科學模型適用，對我們創(chuàng)造出來表述和理解周圍世界的意識和潛意識心智模型也同樣有效。例如，人類大腦從視覺神經(jīng)接收原始信息，將來自雙眼的信息綜合起來，增強細節(jié)并填補諸如視覺盲點之類造成的信息缺失。不僅如此，大腦還從視網(wǎng)膜接收到的二維信息中創(chuàng)造出了三維空間感。你覺得自己看到了一把椅子，實際上不過是利用椅子上散射的光，建立起了一個心智圖像，或者說是椅子的模型。人類大腦非常擅長這種模型構(gòu)建，如果給人帶上一副特殊眼鏡，讓呈現(xiàn)在他眼睛里的圖像上下顛倒，大腦會改變這個模型讓他看到上下不顛倒的物體——但愿在他想坐下來之前，這種改變就已經(jīng)完成。
　　管窺深層理論
　　在追尋終極物理理論的探索中，從未有哪個理論像弦論(string theory)這樣讓人滿懷希望，又如此飽受質(zhì)疑。弦論是20 世紀70 年代被首次提出的一種嘗試，目的就是要將自然界中所有的作用力都統(tǒng)一到同一個理論框架中去——確切地說，是要把引力并入量子物理體系。然而到了20 世紀90 年代初，物理學家發(fā)現(xiàn)弦論遇到了一個尷尬的問題，那就是同時存在5 種不同的弦論。對于鼓吹弦論是唯一可行萬有理論的那些人來說，這確實相當難堪。到了90 年代中期，研究者開始發(fā)覺，這些不同的理論，以及后來才出現(xiàn)的所謂超引力論(supergravity)，其實都是在描述同一個現(xiàn)象，這給了他們一些希望，認為這些理論最終可以統(tǒng)為一體。確實，這些理論通過物理學家所說的“對偶性” (duality)彼此關(guān)聯(lián)，這種對偶性就像是在不同概念之間來回變換的某種數(shù)學詞典。但很可惜，每種理論只能很好地描述某一特定條件范圍內(nèi)的現(xiàn)象——比如說低能現(xiàn)象。沒有哪個理論能夠描述宇宙的方方面面。
　　弦論學家現(xiàn)在相信，這5 種不同的弦論只是對更基本的一種理論的不同近似，后者被稱為M 理論。［似乎沒有人知道這里的M 代表什么，可能是Master(統(tǒng)領(lǐng))，可能是Miracle (奇跡)，也可能是Mystery(神秘)，或者兼而有之。］盡管人們還在努力參詳M 理論的本質(zhì)，但看上去長期以來期待的單一終極理論或許不會出現(xiàn)，要描述宇宙萬物，我們必須針對不同情況選擇不同的理論。因此，M 理論不是通常意義上的單個理論，而是眾多理論組成的一個網(wǎng)絡。這有點類似于地圖。要將整個地球如實記錄在二維平面地圖上，人們必須使用一套地圖，其中每一張只覆蓋一個有限區(qū)域。這些地圖會互有重疊，在這些重疊的區(qū)域，不同地圖都展示出相同的地貌。與此類似，M 理論大家族中的不同理論看上去可能千差萬別，但都可以看成是同一個底層理論的某種版本，在適用范圍相互重疊之處，它們都會預言相同的現(xiàn)象，但沒有哪個理論能夠涵蓋所有情況。
　　只要我們發(fā)展出一個描述世界的模型，并且發(fā)現(xiàn)它大獲成功，我們就會說這個理論描述了“現(xiàn)實”，或者說絕對真理。但就像金魚那個例子一樣，M 理論表明同樣的物理場景可以用不同的模型來描述，每個模型都有一套不同的基本要素和基本概念。或許，要描述整個宇宙，我們必須在不同情況下使用不同的理論。每個理論對于“現(xiàn)實”或許都有各自不同的理解，但根據(jù)基于模型的唯實論，“現(xiàn)實”的這種多樣性是可以接受的，不可以說哪一種“現(xiàn)實”比其他“現(xiàn)實”更真實。這不是物理學家傳統(tǒng)意義上期待的大統(tǒng)一理論，跟我們?nèi)粘Α艾F(xiàn)實”的理解也相去甚遠。但這或許正是宇宙的本來面目。（本文來自科學美國人雜志中文版《環(huán)球科學》11月號：原題：真實世界的“真實”）
　　本文作者簡介：
　　斯蒂芬·霍金的研究為今天我們理解黑洞和宇宙起源奠定了基礎，不過 據(jù)他本人指出，他在動畫片《辛普森一家》(The Simpsons)和科幻劇集 《星際迷航：下一代》(Star Trek: The Next Generation)中的演出也同 樣精彩。從1979 年到去年，他一直是英國劍橋大學盧卡斯教席數(shù)學教授， 牛頓也曾執(zhí)掌過這一教席。他的著作中包括大名鼎鼎的《時間簡史》(A Brief History of Time)，迄今已售出超過900 萬冊。
　　萊昂納德·蒙洛迪諾是美國加州理工學院的理論物理學家。他寫過 7 本科普著作，包括《歐幾里德之窗：從平行線到超空間的幾何歷 程》(Euclid’s Window: The Story of Geometry from Parallel Lines to Hyperspace)和《醉漢晃悠悠：隨機性如何決定我們的生活》(The Drunkard’s Walk: How Randomness Rules Our Lives)。他還為《百戰(zhàn) 天龍》(MacGyver)和《星際迷航：下一代》寫過劇本。

分立的理論要想找到結(jié)合點是很困難的。統(tǒng)一的基礎是看出共同點，這種鑒別力與思辨力很重要。

寫的很不錯，受啟發(fā)了！

世界是不可知的嗎？

世界是不可知的嗎？也許吧。但是否完全不可知呢？

即使外星人操控著我們，同樣有事物操控著他們···并且會延續(xù)下去

用相對論來解釋世界是否可知這個問題比較好些，真理是相對的，任何事物都是變化的，世界還處在模糊狀態(tài)，部分可知，部分仍然未知，因為未知所以我們的物理學家才有探索現(xiàn)實的動力。