霍金:我们所感知的世界是否真实

  • 菊花盛开的地方
    物理学家一直在寻求能够统一所有物理学的那个终极理论。现在看来,他们或许不得不止 步于一组理论,无法将它们合为一体。霍金:真实世界的“真实” 物理学家一直在寻求能够统一所有物理学的那个终极理论。现在看来,他们或许不得不止步于一组理论,无法将它们合为一体。

    撰文 斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)

    莱昂纳德·蒙洛迪诺(Leonard Mlodinow)

    翻译 庞玮

    几年前,意大利蒙扎市议会通过了一项法案,禁止市民将金鱼养在圆形鱼缸里观赏。提案者解释说,把金鱼关在圆形鱼缸里非常残忍,因为弯曲的表面会让金鱼眼中的“现实” 世界变得扭曲。抛开这一法案给可怜的金鱼带来的福祉不谈,这个故事还提出了一个有趣的哲学问题:我们怎么知道我们感知到的“现实”是真实的?金鱼看见的世界与我们所谓的“现实”不同,但我们怎么能肯定它看到的就不如我们真实?据我们所知,就连我们自己说不定终其一生,也在透过一块扭曲的镜片打量周遭的世界。

    在物理学中,这个问题并非纯理论空想。实际上,物理学家和宇宙学家发现他们自己眼下的处境和金鱼差不多。数十年来,我们一直上下求索,渴望得到一个终极的万有理论,可以用一套完备自洽的基本定律来解释“现实”的方方面面。但现在看来,最后我们得到的或许不是一个单一的理论,而是一大家族相互关联的理论,每个理论对于“现实”都有一套自己的描述,就像透过它自己的圆形鱼缸观察世界一样。对许多人来说,这个观点或许难以接受,其中还包括一些圈内的科学家。大多数人都相信存在一个客观的“现实”,无论是我们的感知还是我们的科学,都在直接表达有关这个物质世界的信息。经典科学就以这样一个信念为基础,即有一个外部世界独立存在,它的属性是确定的,与感知这个世界的观测者无关。在哲学上,这种信念被称为唯实论(realism)。

    不过,对蒂莫西·利里(Timothy Leary)和上世纪60年代记忆犹新的人应该知道另一种可能:“现实”的概念也可以取决于感知者的心灵。这类观点大同小异,有的称为反唯实论(antirealism),有的则称为工具主义(instrumentalism)或唯心论(idealism)。按照这些“主义”,我们所知的世界是由人类心智以感官信息为原料构建的,是由我们大脑中的解释结构塑造的。这种观点或许难以接受,却不难理解。你不可能将观测者,也就是我们自己,从我们对这个世界的感知中抹去。

    随着物理学的逐渐发展,唯实论的地位正变得岌岌可危。在经典物理学中,牛顿体系能非常准确地描述我们的日常体验,对“物体”、“位置”之类术语的诠释也在很大程度上与我们的常识(即我们对那些概念的“现实”理解)相符。然而,作为测量工具,我们人类是非常粗糙的。物理学家已经发现,平常所说的“物体”以及令我们看到它们的光,都是由我们无法直接感知到的物体(如电子和光子)构成的。这些物体遵循的不是经典物理,而是量子论。

    量子论的“现实”与经典物理的“现实”截然不同。在量子论体系中,粒子既没有确定的位置,也没有确定的速度,只有当一个观测者去测量那些量时,它们的值才会确定。有些情况下,单独的物体甚至无法独立存在,只能作为整体的一部分出现。量子物理还极大地挑战了我们对“过去”的认识。在经典物理中,所谓的“过去”就是一系列已成为历史的明确事件,而在量子物理中,“过去”是不确定的,仅仅是一系列事件发生的可能性,跟“未来”没什么两样。甚至连作为一个整体的宇宙,都没有一个明确的过去,或者说历史。因此,量子物理暗含了不同于经典物理的另一种“现实”——虽然经典物理与我们的直觉相符,而且在我们设计建筑、桥梁之类的东西时仍然可以帮上大忙。

    这些例子让我们得出一个结论,为诠释现代科学提供了一个重要框架。在我们看来,“现实”不可能脱离图景或者理论而独立存在。相反,我们采纳了一种新观点,称之为“取决于模型的唯实论”(model-dependent realism)。这种观点认为:每一个物理理论或世界图景都是一个模型(通常本质上是一个数学模型),是一套将模型中的要素与观测联系起来的法则。按照取决于模型的唯实论,追问一个模型本身是否真实没有意义,有意义的只在于它是否与观测相符。如果两个模型都与观测相符,那就不能认为其中一个比另一个更加真实。谁都可以根据具体情况选取更方便的那个模型来用。

    别去评判真实

    另类现实(alternative realities)已经成为今日大众文化的主流。例如在科幻电影《黑客帝国》(The Matrix)中,人类就毫无察觉地生活在一个由智能计算机生成的虚拟现实中,计算机通过这种方式让人类保持安定并心满意足,以便从他们的肉身实体上抽取生物能量(姑且相信有这么种能量)。我们怎么能知道自己不是一个由计算机生成的角色,此刻就生活在一个黑客帝国那样的世界中呢?如果我们生活在一个虚拟的、想象的世界中,事件之间就没有必要存在任何逻辑,不必自圆其说,也不用遵循任何规律。掌控这个虚拟世界的外星人说不定仅仅因为有趣或者好玩,纯粹为了看看我们的反应,就会让全世界突然对巧克力深恶痛绝,或者一夜之间消除战争实现世界和平——可是这种事情从来没有发生过。如果外星人坚决不肯违背自洽规律,那我们就没有任何办法确定在这个虚拟现实的背后还存在另一个现实了。你当然可以说,外星人生活的那个世界是“真实”的,计算机生成的世界是假的。然而,生活在虚拟世界里的生物无法从外部观察他们的宇宙(我们也一样),也就没有理由怀疑自己生活的世界并非“现实”。

    金鱼的处境也是如此。它们在圆形玻璃缸里看到的景象与我们在鱼缸外看到的显然不同,但这并不妨碍它们发展出一套科学定律,来描述它们观察到的鱼缸外物体的运动。比方说,由于光在由空气进入水中时会发生偏折,在我们看来做直线运动的一个不受外力的物体,在金鱼看来就应该沿曲线运动。尽管身处一个扭曲的参考系,金鱼仍然可以从中总结出一套始终都很正确的科学规律,让它们能够对鱼缸外的物体未来的运动做出预言。它们的规律会比我们的规律复杂得多,但简单与否只与品味有关。如果金鱼能够发展出这样一套理论,我们就必须承认金鱼的观点也是对“现实”的一个有效描述。

    还有一个发生在真实世界里的著名例子,同样说明对“现实”可以有不同的描述,那就是托勒密的地心说和哥白尼的日心说之争。尽管人们通常都说,哥白尼证明了托勒密是错的,但事实并非如此。哥白尼和托勒密就好比我们和金鱼,选择任何一种描述作为宇宙模型都可以,因为无论假设是地球不动还是太阳不动,我们都能很好地解释我们观察到的天象变化。抛开哥白尼的日心说在有关宇宙本质的哲学争论上所起的作用不论,它的真正优势只不过在于运动方程在太阳静止不动的参考系中更为简洁而已。

    取决于模型的唯实论不仅对科学模型适用,对我们创造出来表述和理解周围世界的意识和潜意识心智模型也同样有效。例如,人类大脑从视觉神经接收原始信息,将来自双眼的信息综合起来,增强细节并填补诸如视觉盲点之类造成的信息缺失。不仅如此,大脑还从视网膜接收到的二维信息中创造出了三维空间感。你觉得自己看到了一把椅子,实际上不过是利用椅子上散射的光,建立起了一个心智图像,或者说是椅子的模型。人类大脑非常擅长这种模型构建,如果给人带上一副特殊眼镜,让呈现在他眼睛里的图像上下颠倒,大脑会改变这个模型让他看到上下不颠倒的物体——但愿在他想坐下来之前,这种改变就已经完成。

    管窥深层理论

    在追寻终极物理理论的探索中,从未有哪个理论像弦论(string theory)这样让人满怀希望,又如此饱受质疑。弦论是20 世纪70 年代被首次提出的一种尝试,目的就是要将自然界中所有的作用力都统一到同一个理论框架中去——确切地说,是要把引力并入量子物理体系。然而到了20 世纪90 年代初,物理学家发现弦论遇到了一个尴尬的问题,那就是同时存在5 种不同的弦论。对于鼓吹弦论是唯一可行万有理论的那些人来说,这确实相当难堪。到了90 年代中期,研究者开始发觉,这些不同的理论,以及后来才出现的所谓超引力论(supergravity),其实都是在描述同一个现象,这给了他们一些希望,认为这些理论最终可以统为一体。确实,这些理论通过物理学家所说的“对偶性” (duality)彼此关联,这种对偶性就像是在不同概念之间来回变换的某种数学词典。但很可惜,每种理论只能很好地描述某一特定条件范围内的现象——比如说低能现象。没有哪个理论能够描述宇宙的方方面面。

    弦论学家现在相信,这5 种不同的弦论只是对更基本的一种理论的不同近似,后者被称为M 理论。[似乎没有人知道这里的M 代表什么,可能是Master(统领),可能是Miracle (奇迹),也可能是Mystery(神秘),或者兼而有之。]尽管人们还在努力参详M 理论的本质,但看上去长期以来期待的单一终极理论或许不会出现,要描述宇宙万物,我们必须针对不同情况选择不同的理论。因此,M 理论不是通常意义上的单个理论,而是众多理论组成的一个网络。这有点类似于地图。要将整个地球如实记录在二维平面地图上,人们必须使用一套地图,其中每一张只覆盖一个有限区域。这些地图会互有重叠,在这些重叠的区域,不同地图都展示出相同的地貌。与此类似,M 理论大家族中的不同理论看上去可能千差万别,但都可以看成是同一个底层理论的某种版本,在适用范围相互重叠之处,它们都会预言相同的现象,但没有哪个理论能够涵盖所有情况。

    只要我们发展出一个描述世界的模型,并且发现它大获成功,我们就会说这个理论描述了“现实”,或者说绝对真理。但就像金鱼那个例子一样,M 理论表明同样的物理场景可以用不同的模型来描述,每个模型都有一套不同的基本要素和基本概念。或许,要描述整个宇宙,我们必须在不同情况下使用不同的理论。每个理论对于“现实”或许都有各自不同的理解,但根据基于模型的唯实论,“现实”的这种多样性是可以接受的,不可以说哪一种“现实”比其他“现实”更真实。这不是物理学家传统意义上期待的大统一理论,跟我们日常对“现实”的理解也相去甚远。但这或许正是宇宙的本来面目。(本文来自科学美国人杂志中文版《环球科学》11月号:原题:真实世界的“真实”)
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    wolwey
    神马斗士浮云
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    copper641
    the Matrix
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    aegis7k
    宇宙就是鱼缸,我们比金鱼还不如
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    Verhoffin
    霍金的陀螺停不下来了,233
  • 阿当
    想起了球形闪电
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    aaafffei
    Leonard什么时候改姓了?
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    lee733
    头都看大了
  • 真三国无双3
    太长了 懒得看。 谁来总结下
  • s
    smilemiles
    绕了几百年,结果休谟早就讲烂了的东东还要霍金顶着天才物理学家的帽子出来再讲一遍………………我说这物理学哲学从来它就没发展过么?
  • 激骚专用马甲
    他看佛经了
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    Dogfight
    没什么新东西,终极理论M理论越来越玄学了
  • 娇生冠养
    把你的财产给我吧,那都是不真实的
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    wohaihao
    咱们是三次元生物,被关在四次元笼子里
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    loveCK
    m理论是5种弦理论的统一,五种弦理论需要宇宙有10个维度,而当宇宙维度达到11的时候,这5种弦理论就被m理论统一了。
  • m
    maidofhonor
    连特斯拉都是修行吠陀经的。

    物理学最终还是玄学。

    他说的,佛陀在2600年前似乎已经说过了....
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    yzh
    不是就有这么一说嘛,科学家越研究知道的越多,也才发现不知道的越来越多,所以最后都信教去了,只有宗教才能解决不知道
  • r
    rebirthofukuro
    说错了,物理学最终是数学。所以到了后来,想要从日常视角去理解深层次的物理实在会变得非常困难。

    主文的意思很明白,大统一理论也许只是惯性思维的一厢情愿,很可能物理并不是以这种方式存在的,而是具体到某些问题上时候去套上专用的物理。但他举的例子不好,又是金鱼又是黑客帝国的,让人以为是在扮哲学家说佛经。

    当然这一思想很可能早就已经被佛陀、哲学家们凭过人的聪慧参透了,哪怕他们数学很差。哲学思维对于物理学是有指导意义的,所以物理学家们基本上都是哲学家。

    佛经也很重要,特斯拉就是念佛修行,才成为大魔法师,曾在俄国成功召唤出巴哈姆特的。可惜这招威力太大只使用过一次,一度失传,直至上世纪末摩根家族后人整理资料时才重新发现这本佛经,并立刻移交给美国政府,美国政府当即秘密组织科学家集体剃度,念佛吃素,重现了召唤术,由于威力实在太大,试验场地必须放在木星轨道外才能确保地球安全。当时美国政府以科学探测的名义发射的伽利略号卫星,实际目的也是监测这次召唤术的进行。
  • 在N城奔跑
    5种弦论不早被witten从数学上统一了么

    顺推一部浅显易懂的纪录片《优雅的宇宙》
  • m
    maidofhonor
    还有一个重点没有被提出来探讨,

    那就是意识(Consciousness)的重要性与主导性,

    远超过当今科学所愿意承认的;

    看过的一般主流研究也很暧昧,

    因为意识目前无法加以被量测与数据化。

    近几年来有越来越多研究者朝向超意识与超维度的方面去发想,很有意思。
  • 星之尘
    弦理论已经被M理论统一了
  • S
    SherryBirkin
    @SherryBirkin mark
  • w
    waller
    之所以量子物理会变得越来越玄乎,就是因为我们现在还没把量子物理搞通透。就和当初在经典物理的探索期是一样的。也许N年后看到这些玄乎的理论,大家就会觉得很好笑了。
  • O
    OpEth
    哲学家们只会空谈,每个人都知道苹果会从树上掉下来,但是只有牛顿给出了方程式描述这一现象,这就是哲学家和科学家的区别。。。。。
  • 小飞侠彼德胖
    @小飞侠彼德胖 mark
  • z
    zenodante
    外星姐姐难道觉得佛陀和吠陀都是可以无碍圆融的么:D
    物理学家到老了都容易神神叨叨的,这只说明他们老了,该去荣养了~
  • l
    literry1
    自从物理进入量子理论,主观认知会影响观测已经很常见了
  • s
    sneezingbee
    人类能且仅只能以其感官获取的信息来认识世界,因此感官的准确程度决定人类认识世界的准确客观程度。


    这个观点麻烦物理神汉你给我拿个公式表述一下?
  • 我爱屁挨死屁
    佛法根本不是玄学,佛法和玄学一点关系都没有
  • 菊花盛开的地方
    物理研究是以小见大,以部分推导全局.如果世界每个部分不是由同样的因素构成的,那么就无法推导了.说白了我们就是在盲人摸象.
  • z
    zcomic
    从微粒子级别的角度来看,这个公式毫无意义,根本不能表达其本质含义,仅仅只是一个宏观上的近似描述而已
    照你这么说的话,霍金也只是空谈
  • 不死鸟
    这家伙脑子秀逗了
  • m
    multikill
    我觉得没有PHD的小牌牌,谁来说弦论的是很可笑的……
  • O
    OpEth
    俺又不是物理学家,整不出公式来。。。。。


    不过通常而言,哲学家只会给事物乱下定义,知其然不知其所以然,物理学家显然要高一筹。。。。。
  • O
    OpEth
    233,这个公式毫无意义?没有这个公式,宇宙飞船能飞上月球才见鬼了。。。。。
  • s
    sneezingbee
    定义都给不出还敢说更高一筹…………近代物理学家闹的这些逻辑笑话还少??霍金所谓“时间循环”的笑话还不够搞?
  • p
    panderman
    没这个公式 哪冒出来“微粒子级别”这概念
    每顿只吃最后一烧饼就能饱了不成
  • z
    zcomic
    我发现了,科盲们的最大缺陷在于实用主义,而毫不关心到底有没有接触到事物的本质真相。
    对科盲们来说,飞机飞船电脑电视互联网才是这个宇宙的本源,任何与之没有关联的,不能
    产生拿来即用的结果的,全是无意义的空谈或者邪说。
  • z
    zcomic
    微粒子的说法比现代物理学早了上千年了,别以为这东西是现代物理学全新发现的。
  • O
    OpEth
    哲学家那种毫无根据根本不经过计算张口就下定义和神棍差不多,霍金在物理学上有成就并不说明他就不能出错,物理学家出错简直太正常了。。。。。
  • s
    sneezingbee
    歇你的菜吧,物理神棍的绝世神功数学难道不是早期哲学认识世界过程中逐渐形成基础的?人类思维和实践的内在规律逻辑学不是哲学家首先探索并创立的?你还反了天了你。没有哲学和哲学家,物理神棍连猴子都算不上。
  • s
    sneezingbee
    话说回来,哲学和物理根本不分家,哲学是向形而上,向上,向后,向本源认识世界,物理是向形而下,向下,向前,向具体表现认识世界,也只有你这个杠头整天琢磨要把哲学和物理科学对立起来。
  • r
    rinlord
    科学家和玄学家有一个共同点

    那就是都想用一个理论来解释宇宙


    区别在于科学家是厚积而薄发,玄学家不言而喻
  • 比卡丘
    送他个陀螺
  • m
    mitsu
    中间要加个数学,那就圆满完美了
  • m
    matiechan
    希格斯波色子还没撞出来,额外维也还没有被发现。基础物理学这几十年也没有什么大的进展。说不定我们真的只不过是高维空间的事件在三维空间的表现而已.....
  • O
    OpEth
    posted by wap无可否认哲学家在早期科学启蒙时代起到了不可替代的作用,不过现代科学羽翼已经丰满,哲学家可以回到棺材里去了。。。。。
  • D
    DOX
    色即是空
  • O
    OpEth
    posted by wap实用主义?派飞船去月球取回几块石头有什么实用价值?发射望远镜到外太空只为观测几百万光年外的星系有什么实用价值?
  • O
    OpEth
    posted by wap俺认为形而上的研究工作还是交给数学家比较严谨些,只会拍脑袋的哲学家和神棍也差不了多少。。。。。