后设小说与平行宇宙

一直对某一类小说和电影的结构有着特别的兴趣。故事中有故事,梦境中有梦境。当时间、梦境和记忆交织嵌套在一起,究竟什么才是真相?绚烂旖旎的故事竟然是场梦吗?平淡熟悉的生活又隐藏了怎样可怕的真相?《十三度凶间》的世界外还有世界吗?《苏菲的世界》,我们自己是否也是书中的人物呢?《黑客帝国》里Matrix之外的Zion又是另一个虚拟现实吗?其实,这类所谓的后设小说(又称元小说,metafiction)与后设电影之所以打动人,就在于它们以某种程度上的自指,成功将读者和观众自身编织进一个更高层次的叙事结构里。毕竟,我们自己也可能只是更宏大故事里的一角。又或者,一切的一切也不过是一场梦而已。

当我们合上书本走出影院的时候,请不要忘了,现实世界远比小说和电影来得复杂神奇。在我看来,平行宇宙正是一种与之类似的“后设”理论。它不得不让我们怀疑、思索自身存在的位置与真实性。只不过这一次,我们不是观众,而是故事中的一员。

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  • 平行宇宙

平行宇宙(multiverse),或称多重世界(many-worlds)理论,它不仅是科幻小说家的最爱,也是物理学家和宇宙学家思考和研究的主题。早在1957年,美国物理学家Hugh Everett就提出了对量子理论的多重世界解释(many-worlds interpretation, MWI),却未被主流物理学界所重视。50多年来,伴随着超弦理论(目前最有可能统一相对论和量子理论的终极理论)的发展,多重世界理论重新被认识和发展。理论物理学家加来道雄(Michio Kaku)甚至这样说道,平行宇宙已不是存在与否的问题,而是存在多少个层次的问题。

宇宙学家Max Tegmark在2003年的科学美国人杂志中,将现有的平行宇宙理论分为四类:

  1. 存在于我们可观测宇宙边界(Hubble volume)之外的平行宇宙。这些宇宙中的物理常数和我们所处的宇宙相同,只是粒子的排列与我们不同。然而由于这类平行宇宙无限的数量,概率决定了,最终会有和我们相同的宇宙存在。(Tegmark推测这样的宇宙离我们约有10^10^115米)
  2. 气泡中平行宇宙。一个泡泡中可能包含了第一类平行宇宙,而在一个泡泡之外,有无数多个(可能多达10^10^10^7的量级)与之相并列、相独立的泡泡。这些泡泡可能有着互不相同的时空维度和物理常量。
  3. 基于量子理论的平行宇宙。这一类平行宇宙基于Everett对量子理论的多重世界解释(MWI)。宇宙状态最终取决于其全部粒子的位置和速度。根据量子理论,粒子的状态取决于波函数。传统的哥本哈根学派认为,粒子的波函数在观测时发生了“坍塌”,从量子叠加状态“坍塌”成现实中的确定状态。而多重世界解释则认为,量子的叠加状态最终导致了宇宙发生了分叉,从而分裂成两个叠加态的伴生宇宙。而我们所身处的只是宇宙分叉中的一支。无穷多的事件不断在宇宙中发生——甚至一个人的一个决定(组成神经元细胞亚原子粒子的量子行为)——最终造就了无穷多个不断分叉的平行宇宙。
  4. 最后一类平行宇宙由Tegmark本人提出。前三类平行宇宙仅是初始条件或物理常数不同,而物理法则也可能不同的平行宇宙,被Tegmark归为了第四类。

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  • Zooming Out

想象一下宇宙的浩瀚与无限吧!众所周知,我们生活在太阳系第三颗的蓝色行星上。出于种种原因,环球旅行仍是生活在其上的极少数人们的奢侈梦想。然而即便是这个人们略微有所了解的太阳系,其大小和尺度仍远远超出了普通人的直观体验。

太阳系最远的行星海王星,自从1846年被发现至今,还没有绕太阳运行一整圈,过完一个海王星年。1977年发射的“旅行者号1号”和“旅行者2号”,每天飞驰160万千米。若是以太阳风层顶作为太阳系的边界,两艘飞船直到今年——2010年——才能飞离太阳系。然而若是以太阳引力的边界——奥尔特云——作为太阳系的边界,那么它们还需要20,000年才能真正告别太阳系,驶向无限的星空深处。

整个太阳系,不过是位于银河系第三旋臂外边缘的毫不起眼的恒星系。像太阳这样的恒星,整个银河系拥有数千亿之多。太阳系的大小只在整个银河系中占了约0.0032%。我们可见的宇宙,约有1700亿个星系。银河系在其中也并不特殊。就直径而言,离我们最近的仙女座星系就比它要至少大2倍以上(100,000光年 Vs. 220,000光年)。

然而宇宙中的星系相对于巨大的星际空间来说,又是极其渺小的。宇宙中大部分的星系直径约为一千至一万秒差距(1秒差距约为3.26光年),而星系间的距离则以百万秒差距的单位来计算。如此一来,我们几乎可以认为整个宇宙几乎是空的。

好了,打住。请停下来认真地想一想。我们的镜头一路不停的拉远,无限广阔的星际空间,数千亿计的星系,千亿之千亿计的恒星,恒星系统里众多的行星、卫星和小行星,行星上可能蕴含的历史、生命、知识和记忆——包含所有这一切的我们的宇宙,也仅仅是无穷多个平行宇宙中的一个而已。由于四类平行宇宙的层次并不相同,那么在每一个层次上都可能有着无穷多个独立于我们宇宙之外的平行宇宙。人们总说,200万年的生物演化史,数千年的人类文明史,和宇宙的尺度及历史相比,不过是沧海一粟。然而这个蕴含了全部时间和空间的宇宙,相对于更高一级的平行宇宙结构来说,又何尝不是渺小得微不足道呢?

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  • 一沙一世界

不过且慢,这些甚至都还远不是尽头。

人体约有50至75万亿个细胞,其中约1/4为血红细胞。每一个血红细胞又包含了约2亿7千万的血红蛋白。血红蛋白又是由3032个碳原子4816个氢原子812个氧原子780个氮原子8个硫原子和4个铁原子组成的。其中碳原子核由6个质子6个中子组成,而质子和中子又分别由夸克这样的基本粒子所组成(分别为2个上夸克1个下夸克,和1个上夸克2个下夸克)。

基本粒子是物质的基本组成部分。黑洞——相对而言却是另一个极端,它们是天体中的巨无霸,是大质量恒星(10至50倍于我们的太阳)死亡后坍缩的产物。然而物理学家如今却猜测:黑洞,可能本来就是巨大的基本粒子。在超弦理论中,时空共有11个维度(10个空间维,1个时间维)。除去我们可见的4个维度,其余的维度以卡拉比-丘成桐空间的形态卷缩在普朗克尺度(10^-35m)内。今天的超弦理论甚至建立起了黑洞与基本粒子两者间明确的定量关系:当卡-丘空间经过空间破裂锥形变换,大质量的黑洞就会越来越轻,最后转化为一个没有质量的基本粒子(光子)。换句话说,黑洞或是基本粒子,仅仅是以不同的形态表现出的某些相同的物理结构而已。

如果宇宙在高维空间里是闭合的(这也符合第二类平行宇宙的理论),光也不能从中逃离出去,那么,宇宙可能也只是一个黑洞而已。而这个黑洞又是否只是一个更高层次世界中的基本粒子呢?

依照超弦理论,弦的能量分为振动能与缠绕能两个部分,具体的分配关系和空间维度的半径R有关。弦的质量和力荷决定了基本的物理现象,而与这个总能量(质量=质能)在振动能和缠绕能之间的分配关系无关。这就意味着,在物理上,我们不能区分一个尺度是R的维度和一个尺度是1/R的维度。也就是说,在我们看来尺度如此广阔的宇宙,从物理定律上是无法和一个极小的微观世界区分开的。

超弦理论更进一步指出,尺度的测量取决于我们用哪一种弦(轻弦还是重弦)作为探针。在我们通常所说的这个世界里,轻弦是普遍的,因此看到的宇宙的尺度是巨大的。而当宇宙处于大爆炸的初始阶段,或是宇宙大收缩末尾阶段时,随着维度半径R的变小(接近于普朗克长度时),弦的缠绕能与振动能的分配关系发生了反转。此时的轻弦,变成了彼时的“重弦”,而现在的重弦,变成了那个时候普遍意义上的“轻弦”。于是,从我们今天意义上所理解的大收缩,实际上是另一种测量模式(现在的重弦,那个时候的轻弦)下的大膨胀。我们所理解的大膨胀,却是另一种测量模式下的大收缩。

一至多,内与外,大和小,竟是如此的相容和统一。

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  • Reflection

现代物理学、宇宙学的进展,不仅极大革新了我们的宇宙观时空观,也以出乎意料的方式介入了哲学与神学的传统领域。平行宇宙中一切都是概率吗?一件事情在概率上若是可能,那就意味着在无穷的平行宇宙深处,这件事是必然发生的。自由意志还存在吗?精神、自我、生命和知识又意味着什么?

在我看来,最奇妙的地方仍莫过于这其中的自指。我们,作为宇宙的一部分——甚至在最基本的意义上也是如此。人体中含有的铁以后的重元素,我们的太阳的温度并不足以产生它们。它们合成于我们的太阳产生之前爆炸的超新星。作为宇宙一部分的我们,思考起宇宙的结构、本质和意义。这本身是否是一种宇宙意识的觉醒呢?又或者,我们作为宇宙的一部分,正在经历一场深刻的协同演化?

参考资源

《真实世界的脉络》,David Deutsch(豆瓣
《宇宙的琴弦》,Brian Greene(豆瓣
《超越时空:通过平行宇宙、时间卷曲和第十维度的科学之旅》,Michio Kaku(加来道雄)(豆瓣
《时间简史》,史蒂芬·霍金(豆瓣
《上帝与新物理学》,Paul Davies(豆瓣
《宇宙》,Carl Sagan(豆瓣

《暗淡蓝点》,Carl Sagan(豆瓣
Wiki词条 – Multiverse
Wiki词条 – Metafiction
维度:数学漫步 Dimensions: A Walk Through Mathematics(豆瓣)(VeryCD
寻找隐藏的维度 Hunting the Hidden Dimension(豆瓣)(VeryCD
History Channel: Parallel Universe (YouTube 1/42/43/44/4)(优酷

Growing Up in the Universe

英国皇家学院圣诞讲座(Royal Institution Christmas Lectures)是每年一度面向公众,特别是年青人的科普讲座。自从1825年由法拉第开设以来,除1939-1942因二战暂停以外,从未中断,一直延续到今天。每年一人,每年一题,其中不乏世界闻名的科学家,例如1977年的卡尔·萨根,以及1991年的理查德·道金斯。

Growing Up in the Universe是1991年道金斯演讲的题目,长达5个小时,分为5段由BBC播出,2007年经由道金斯基金会授权发行DVD版。现在全片可在Youtube或是VeryCD上找到。

20年前的道金斯已是50岁了,然而他走上讲台,抬起双眼的一刹那仍深深地把我电到了。就这样,20年前,台下一张张青春的面孔,围在讲台四周,道金斯优雅的英音响起,一场关于进化论的精彩讲座就这样开始了。

费曼曾说,教育传授给人的,不应是知识——而是惊奇。这惊奇就像一颗种子,深深地打动着你,种在人心底。时机合适,或许就会发出芽来。虽然是20年前的讲座,但走马灯一样轮番展示的标本、图画、音视频资料实验,频频的互动,甚至连计算机虚拟现实这样的手段都用上了……让人难有片刻的分神。外加道金斯哲思般的语言,清晰的逻辑,5个小时的时间里,他把这颗惊奇的种子种的很深很深。。。

在演讲的开头第一部分Waking Up in the Universe里,他促请我们从熟悉的麻木(anesthetic of familiarity)中惊醒,在这个我们自己身处的宇宙中苏醒,睁眼打量这个世界。一张纸如果对折50次,其厚度可以从地球到达火星,一个细菌一天之内就可以繁殖50代,而生命从最原始的单细胞演化到人,花费了近3.5亿年。我们每一个人的生命本身,都是多么地稀有和珍贵!

从时间尺度上看,宇宙开始于约140亿年前,大约至少还有60亿年直到终结。过去的漫漫时光停留在巨大的历史黑暗里,未来对于我们也同样未知。当下,是这个无尽的黑暗巨尺上细小的光点。而我们身处在这2亿个世纪中的一个,其概率相当于在伦敦到伊斯坦布尔的距离上硬币,落下的时候恰好砸死了一只特定的蚂蚁。

从空间尺度上看,我们觉得一只螨虫是那样陌生,一只蜜蜂的腹部上居然还有寄生虫??微观世界对我们是如此陌生,正如我们同样难以理解宇宙这样的宏观尺度一样。

甚至于我们的人体本身,又何尝不是处处惊奇?人体的血液中有6 thousand million million million个血红蛋白,它们以每秒400 million milion的速度被销毁和再生产出来;每两个神经元细胞有约2000个连接,全部神经元首尾相连,可以绕地球25圈;人体内全部的细胞膜总面积,有2000英亩(8.1平方千米);全部的线粒体首位相连,可以绕地球2000周。。。这些都意味着什么?

卡尔·萨根在《暗蓝淡点》一书提到过一种换位思考,若我们是外星生物,驾着飞船渐渐飞抵地球会看到些什么。道金斯在这部分讲座中也用了同样的换位思考,这个世界如此令人惊奇,只不过”We didn’t arrive by a spaceship, we arrived by being born.”

我们在这个宇宙中成长,”growing up”是指每一个生命个体的成长,也是指生命从单细胞演化至今的过程;是指生命形态的演变,更是指生命对于宇宙理解的生长。每每这个时候,我都觉得自己是幸运的。

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分集

宇宙的尺度

也许你已经看过那组著名的“从10亿光年到0.1费米”照片。那么不妨也来看看Newgrounds上这个名为“Scale of Universe”的Flash。调节下方的滑块,从最小的普朗克长度到最大的Yottameter(10的24次方米),通过那些我们所熟知的物体间的比较,可以更直观地感受尺度所带来的震撼,以及宇宙这一词汇所蕴含的浩渺与无限。

由于Newsgrounds被封,我截了图贴在下面。同时加上注释和翻译,便于阅读。其中标注的长度,均表示该物体所占据的空间尺度(如长度、高度、厚度、直径等)。图片较多,若个别无法显示,刷新即可。

图1. Quantum foam,量子泡沫。爱因斯坦的广义相对论所暗含的光滑的空间几何在该尺度下是会被量子涨落所破坏的;Planck Lengh,普朗克长度,10^-35m,比它更小的程度没有物理意义。同时,这也是弦理论的维度。(Open,开弦;Close,闭弦)

图2.  Neutrino,中微子,它们很少与其他物质发生作用,可以光速轻易地穿过地球(在夸克中不行)。
1ym (Yoctometer) = 10^-24m Read more

来自土星的声音

Cassini-Huygens号,是美国和欧洲1997年联合发射的土星及土卫六(Titan)探测器。卡西尼号此次携带的主要一件科学仪器,是由美国爱荷华大学天体物理学教授Donald Gurnett所领导开发的RPWS(Radio and Plasma Wave Science,无线电与等离子波科学)设备。

2002年4月开始,当Cassini号距离土星还有3.74亿公里时,RPWS就开始工作并记录下来了自土星的高精度射电信号。这些信号被传回地球并被转换成人耳可以听到的频域范围。这就是下面你所听到,来自土星的声音。

Nov. 22, Day 324, 2003
土星极光区千米波辐射(SKR: Saturn Kilometric Radiation )的声音 – #1(频谱与详细介绍)(NASA介绍页面

Jul. 25, Day 207, 2004
土星极光区千米波辐射(SKR: Saturn Kilometric Radiation )的声音 – #2(频谱与详细介绍

Jan. 23-24, 2006
土星大气内闪电的声音(频谱与详细介绍

相关链接:

chromoscope

浩瀚的星空?无边的黑暗?关于宇宙,什么才是你心目中最狂野的想象?

可在光谱里,人眼所能见到的光波是如此狭窄的一段,以致于宇宙的面貌远超出了我们直观的视觉想象。例如,木星发出的能量比从太阳吸收的几乎要多两倍。假如我们从红外光谱看,它完全可以看作是一颗恒星(卡尔·萨根《宇宙》)。

这个名叫Chromoscope的项目把数个不同来源的星空数据集成在了一起,让你可以看到不同波段下的星空会是什么模样。来感受一下吧~ (截的图三张图依次是可见光、Hα,和远红外波段)

chromoscope

chromoscope

chromoscope

沙漏的美

每当我注视着桌上这个一小时的大沙漏,各式各样的思考和惊叹便悄然来袭。

沙漏是极美的工艺品,它的美在于其形体。银色的不锈钢底座,透亮的玻璃漏斗,纯白的沙粒。不锈钢稳定、坚固,但却略显单调和沉闷;玻璃器皿固然脆弱、易碎,但却总是优雅、精致。这两者恰在这沙漏上得到完美和谐的统一。玻璃漏斗有着完美的曲线,无论你从哪个一个角度看过去,它都透着浅浅的、清亮的光。它的颈部细极了,好像一不小心就会折断。然而在不锈钢立柱的保护下,这担心却有些多余。一个几乎不能自己站立的玻璃形体,纹丝不动地嵌在不锈钢底座上,供你欣赏,也提醒着你它来之不易的美丽。

沙漏的美,还在于它的质感。玻璃的光洁与沙子的颗粒,你能想象吗,这两种截然不同的东西竟有着相同的化学成分——二氧化硅。粉末状的沙粒从细颈中落下,撞击到坚硬的半球形玻璃上,再四散弹开。我试着凝神去听,可终究是白费力气。沙粒是特制的粉末 ,倘若能用手抓上一捧,只怕也会从指缝中一点点溜走,飘散在风里吧。而这捧易散的粉末如今被封禁在这玻璃瓶里,颇有些原汤化原食的味道。可翻来覆去,究竟要多少年,玻璃才能化为沙,沙才能凝为玻璃呢?

沙漏的美,在于其形式感。众所周知,因为沙子的流逝,沙漏是时间的象征。然而当你真的去看一个沙漏时,你会发现,真正代表时间的不仅在于沙子流逝的过程,也在于沙子流动性与凝固性的统一。当流沙不停息地穿过玻璃的颈项,在玻璃漏斗的底部汇聚、堆积。从浅浅的,可有可无的薄薄一层,到像是一汤匙舀出的小土堆,再到偶尔有些塌陷、滑落的大沙丘。一个巨大、真实然而细节无比丰富的身躯就这样从无到有地显现出来,或者说,从流沙中凝固出来。这便是时间,以及时间所造就的历史。

沙漏的美,更在于其完美的隐喻和象征。好吧,也许我错了。因为根据现代物理的时空观,时间也是量子化的,时间的流动不过是人们的错觉,我们真正有的不过是时间片。可我却惊讶地发现,沙漏也正是如此。虽然小到难以分辨,可沙漏里的沙终究是一粒粒的,量子化的,时间片的。没有什么过去和将来,所有的沙粒都在那里。可究竟是谁启动了不对称的时间,就像使沙漏的沙开始流动;又是否可以逆转它,好像沙漏的翻转呢?一捧细沙大约有一万粒,这比我们在晴朗的夜空所能看见的星星还要多(卡尔·萨根《宇宙》)。沙粒中是否包含有另一个宇宙?我们这宇宙是否也不过是粒沙?

每当我看到沙漏的美,长久地注视着它,各式思绪纷至沓来,可这是否又是我心之沙漏翻动的结果呢?

读卡尔·萨根的《宇宙》

卡尔·萨根(Carl Sagan)是世界一流的天文学家,科幻作家和科普作家,是一个你在不同时间和场合总也不能绕过的名字。我之前看过根据他小说改编的电影《接触》(Contact),看过那张著名的暗蓝淡点(Pale Blue Dot)的照片。可真正读他的书,这本《神秘的宇宙》还是第一次。

《科学美国人》杂志当年介绍说,(这)“是时间、空间、地球、生命、人类和文明的历史,是一首真正的宇宙之史诗。从来没有任何一部科普作品能这样恢弘、优美、光彩夺人,像伟大的文学作品一样触及读者心灵深处。”读完这本书的时候,我不得不说,真是没有比这更贴切的介绍了!

作为一本1980年出版的科普书,它并没有太多最新科技的味道,甚至绝大多数的科学事实你可能都或多或少通过别的途径了解过。然而一部作品之所以伟大,往往不在于它说了些什么你不知道的东西,而在于它对那些你已经知道的那些东西的极为深刻的感受力、理解力和洞察力——《神秘的宇宙》就是这样一本书。

它用一种诗意的口吻再次唤起你对宇宙的无限好奇与向往:

“宇宙是浩淼无限的海洋,地球表面只是这个海洋的滨岸。”

“宇宙的海洋张开怀抱,向我们发出邀请,召唤着我们。人类的本能告诉我们,人类是在这个海洋里诞生的,我们急切地盼望回归故里。”

它悄悄地触动那些因为无知而产生的麻木:

“银河里大约有4千亿个各种各样的恒星,它们的运转既复杂又巧妙。对于所有这些恒星,地球上的居民到目前为止比较了解的却只有一个。”

它谈生命的进化:

(线粒体)“现在仍然存在于动植物的细胞内,但是它们本身可能曾经是独立生存的细胞。”

“地球大气层的99%源自生物,我们的天空是用生命换来的。”

“我们难以想象千万年的时间是怎么过去的,更不用说想象亿万年的时间是怎么过去的。”……“我们就像蝴蝶一样,振翅一天便以为那就是一生。”

也谈那些伟大的灵魂:

“对天体的研究给托勒密带来了一种极大的快乐。‘我是凡人’,他写道:‘我知道自己终有一死,但是当我随着繁星的圆周轨道畅游的时候,我的双脚已经离开了大地……’”

开普勒给自己写下的墓志铭:“我过去测量天空,现在测量的却是阴影。我的精神和天空密不可分,我的身体却在地上安息。”

谈太阳系:

“在整个金星的上空不停地下着硫酸雨,但是从来没有一滴硫酸降落在金星的表面上。”

“我还记得,当我看到着陆器拍摄的第一幅显示火星表面的图像时,曾惊讶得目瞪口呆。因为在我看来,那根本不像是一个外星世界,倒很像我在科罗拉多、亚利桑那和内华达州所看到的情景。也有石头、流沙和远处的山峰,其景观与地球上任何景色一样自然优美。”

“这些故事描述了一个晶体状的世界,描述了一个从南极到北极遍布蛛网状物体的星球,其周围的小行星状如土豆;这是个拥有地下海洋的世界,又是个状如意大利馅饼,散发着臭鸡蛋味的陆地,拥有充斥融化的硫的湖泊,火山不断朝空中喷出烟火;这是个叫做木星的行星。”

也谈宇宙群星:

如果有人居住在球状星团的中心,而不是像太阳系这样位于银河系的旋臂边缘,“那么,他们就会可怜我们地球上的人只能看到为数不多的星星。而在他们的天空中却布满灿烂的繁星。”……“我们的太阳,以及别的太阳都可能有消亡之日,但在球状星团的世界里,漫漫黑夜却永远不会来临。”

“而在恒星看来,人生不过只是短暂的一瞬,只是亿万短暂生命的一员,虚弱地挣扎在一个由硅酸盐和铁组成的酷寒而又坚硬的、及其遥远的星球表面上。”

谈恒星的生命:

“人体脱氧核糖核酸中的氮,牙齿中的钙,血液中的铁,以及苹果馅饼中的碳,都是在崩塌的星体内部形成的。因此我们可以说,人体是由星体物质构成的。”

更谈宇宙的演变:

“星系碰撞的结果,改变了原始球状星系团的形状,同时可能促进从椭圆形往漩涡形和无规则形演变的过程。星系的形态及其数量足以向我们讲述一个可能是最为壮观的有关古代事件的故事,一个我们刚开始阅读的故事。”

“现在,我们已经知道,宇宙要比他们在20年代所想象的大得多,光要花费比宇宙的年龄还长的时间才能环航宇宙。而星系则比宇宙年轻。但是,如果宇宙是闭合的,并且光不能从中逃离出来,那么把宇宙描绘成黑洞可能就完全正确了。如果你想知道黑洞的内幕,那就请你环顾四周吧。”

还谈我们的探险:

“我们基因中的信息非常古老,大多数已有数百万年之久,有的长达数十亿年。相反,我们书本中的信息最多不过数千年的历史,而我们大脑中的信息则只有数十年之久。”……“旅行者”号“唱片上的信息会持续10亿年。基因、大脑和书本以不同的方式对信息进行编码,存留的时间也各不相同。但是‘旅行者’号上压印在金属星际唱片中的人类记忆将持续得长久得多。”

还有永恒的记忆:知识和生命

“写作大概是人类最大的发明,它把在时间纪元上相隔遥远的人们结合在一起,书本打破了时间的桎梏,证明人类能创造奇迹。”

“能知道其他智能生物可能会是何等不同,那是很有趣,为此,我们研究鲸和巨猿。为了要稍微了解还可能存在哪种其他的文明,我们可以研究历史和文化人类学。但是我们大家——我们的鲸,我们的猿,我们人类之间——关系都太密切了。只要我们调查局限于单个行星上的一个或两个进化的种类,我们对其他职能和其他文明可能的范围和光辉业绩就会永远一无所知。”

稍微岔开下话题,这本书的英文名就叫做《Cosmos》,而中文名《神秘的宇宙》无疑是利用了人们的猎奇心理做宣传、推广的手段。可这样一来,Cosmos一词(来源于希腊语κόσμος;与Chaos相对本身所蕴含的有序与和谐就全被抹杀了。我理解,这也正是原书名用Cosmos,而非Universe的原因。Cosmos不仅包括无垠的空间与璀璨的群星,包括生命在其中的孕育和进化,更包括智能的萌芽与其认识自身、认识外部的点点滴滴微薄的努力。我们向历史上所有那些先辈思想家致以极大的敬意,而与此同时,我们自己也是“产生了自我意识的宇宙局部的化身”。这才是Cosmos作为原书名全部的内涵和外延所在。

好了,这就是卡尔·萨根的《宇宙》,这就是这本书蕴含的异乎寻常的美。

沿着《真实世界的脉络》……

最后更新:2009-10-26

  • 概览

从知道《真实世界的脉络》的这本书的书名开始,我就被它吸引住了。真实性——这个我最重要的人生命题之一,又怎么能错过?可即便有着如此的期待和好奇,在我真正读了它以后,还是被震撼到了。

作者戴维·多伊奇(David Deutsch)在前言中的一些话很清楚地说明了这是一本什么样的书,摘抄如下:

“本书阐明了一种世界观。如果这样做存在一个动机的话,那么主要是由于一连串非凡的科学发现使我们现在对于真实世界的结构拥有了一些非常深刻的理论。”

“我们必须认真对待它们,不仅把它们看做各自领域的实用基础,而且把它们看作对世界的解释。”

“本书主要不是为这些理论辩护,而是探讨假如这些理论正确的话,那么真实世界的脉络应该是什么样子。”

上面提到的“理论”,不只有一个,而是四个。它们分别是:

  1. 休·埃弗里特(Hugh Everett)对量子理论的“多重世界”解释;
  2. 卡尔·波普尔(Karl Popper)的认识论;
  3. 阿兰·图灵的计算理论(图灵原理);
  4. 理查德·道金斯(Richard Dawkins)在达尔文基础上的进一步阐发的进化论。

我们怎么样去理解、认识复杂的事物,例如世界?在哲学上,一直存在着还原主义(Reductionism)整体主义(Holism)两种基本思想的分野——即整体等于部分之和,还是整体大于部分之和?作者认为,由于凸显现象(Emergence)的存在,我们不能在还原主义层次得到所有的解释;而整体主义又因为完全忽略了在低层次的理解而更不可取。所以,对于世界的最基本、最原始的理论(即所谓世界观),不是超弦理论这样在还原主义层次的“大统一理论”(GUT),而是“与我们最深刻的解释性理论最接近的理论”。

这里,“深刻的解释性理论”蕴含着全书的几个大前提:

  1. 人类知识还在经历着爆炸性的增长,尽管具体的理论越来越丰富,越来越细致,但这些知识中所蕴含的理解总是变得越来越通用,越来越深刻。深度终将战胜广度;
  2. 只有真实世界的结构是统一的和可理解的,则人类的知识结构才有可能趋于一个统一的、将万事万物普遍关联的“万有之理”。这不仅是作者的一个信仰,也是全书的主旨。否则,就不是真实世界的脉络,而是真实世界的碎片了;
  3. 以量子理论为首的四个理论由于其内在深刻而广泛的联系与一致性,已经可以彼此联合起来,初步形成对世界的解释性理解。
  • 深刻的解释性理解

下面就一起来看看书中展示的真实世界的脉络所在吧~篇幅有限,我略去了所有的讨论和思辨上的内容,这里仅列出涉及的主题和提出的观点。

  1. 亚原子粒子干涉实验的多重宇宙(multiverse)解释
  2. 这意味着真实世界存在着数量巨大(最近看到有文章说数目大约为10^10^16个)的平行宇宙。除了我们自己所处的这个宇宙以外,其余宇宙不可见,不可探测,而只通过微弱的干涉作用影响彼此。每一个宇宙的成分都类似于我们所处的这个宇宙,遵循同样的物理定律,但每个宇宙中粒子的位置有所不同。(物理学上的多重宇宙假说有很多种,在有的假说里不同宇宙是可以遵循不同的物理常数或不同的物理定律的。具体参见Tegmark对多重宇宙假说的分类

  3. 真实性的判断标准
  4. 由于形形色色唯我主义(Solipsism)的存在,真实性的判断本身成了一个问题。我们如何知道一件事物是真实的,外在于我独立存在的呢?我们又是哪里区分本质上“可理解”与本质上“不可理解”的界限呢?作者引用了约翰逊博士(Samuel Johnson)判断准则:

    如果按照最简单的解释,某实体是复杂且自主的,那么该实体就是真实的。

    并依据计算复杂性理论,将该准则改述为:

    如果需要大量的计算才能给我们以某实体是真实的幻觉,则该实体就是真实的。

  5. 关于虚拟现实生成器的讨论(与计算机领域的虚拟现实概念不同,这里讨论虚拟现实完全是广义和抽象上的)
  6. a)经过一番讨论,虚拟现实生成器的全部能力被定义为,能够为生成器编程给用户体验的所有真实和想象环境的集合。而虚拟现实的最终极限可以表达为物理定律对虚拟现实生成器施加的限制;

    b)虚拟现实生成器的三个组成部分:印象生成传感器,可以是直接作用于神经刺激信号的 (想一想电影《黑客帝国》就明白了);传感器,用于虚拟现实中的人机互动,也是可以在神经脉冲层次的;计算机,完成控制和计算;

    c)根据能力定义,虚拟现实生成器可以绘制逻辑可能(包含物理可能与物理不可能)的外部体验。对物理可能环境的准确绘制取决于对它物理性质的理解程度,反之亦然,即发现某环境的物理规律取决于能否创造一个对应的虚拟现实绘制;但虚拟现实所能绘制的物理不可能环境,恰好是那些觉察不出和物理可能环境有所区别的那类物理不可能环境。因此,物理世界和虚拟现实可表现世界之间,也许有着比我们想象的紧密、深刻得多的联系;

    d)另一方面,我们对于世界的体验从来就不是直接的,而是经由感官数据、神经传导、心智处理的。某种意义上说,我们关于外部真实世界的每一点体验都是虚拟现实的;我们每一点知识,思维和想象,都可能只是某种编码的程序,在大脑这个虚拟现实生成器上绘制出来的。而这样的虚拟现实,迄今为止,也只是在宇宙的一个叫做地球的行星周围才观察到的物理过程。(即指人这一具备感知思考能力的智慧生命形式。)“从生物学角度,人类对于环境的虚拟现实绘制是人类借以生存的独特方式。换句话说,这是人类为什么存在的原因。人类占据的生态位直接地、绝对地依赖于虚拟现实,就像考拉熊的生态位同样直接地、绝对地依赖于桉树叶一样。”(忍不住把“虚拟现实”一章的最后一段话完整摘录了下来。这里的思考无疑是深刻的,请参考我之前翻译的道金斯演讲《比我们所能料想的更加奇异:奇怪的科学》)。

  7. 虚拟现实的约束与可能
  8. a)根据图灵原理,有可能建造一台通用计算机,其全部本领包括任何其他物理对象所能完成的计算。而抛开虚拟现实生成器的传感与印象生成部分不谈(它们受限于具体的实现技术),仅就生成器的计算机部分来看,根据图灵原理:有可能建造一台通用虚拟现实生成器,其全部本领包括所有物理上可能的环境;

    b)这意味着:“物理定律使得它们自己被物理对象所认识,在物理上成为可能。因此可以说物理定律成全了自己的可理解性。”。从而也就蕴含着:“在多重宇宙的某处,物理地存在一些实体,能够无限准确地理解它们”(物理定律)。

  9. 生命的意义
  10. a)依照道金斯基于基因的对生命的理解,生物体本身只是基因(复制子,Replicator)环境的一部分。基因(指广义的基因,即复制子)体现了关于其对生态位的知识 。严格的说,是否适应某个生态位的东西是一条知识,而不是物理实体。生命(广义)是知识的物理化身;

    b)图灵原理描述了知识的物理体现(通过虚拟现实的方式),而生命,或许是在自然界实现该效果的一种手段。生命,即知识,的发展可能改变天体物理,乃至整个宇宙的结构,正如人类的历史改变了地球表层和大气层的外貌一样;

    c) 生命与非生命,或者说含有知识与不含有知识的物体本质区别究竟在哪里?关于这一点,需要采用多重宇宙观做出解释。随机事件在多重宇宙间的概率分布,以及复制子的定义和性质(关于生态位的知识)这两点决定了:纵观整个多重宇宙(当然这是不可能的,但便于说明),真正具有特殊物理性质的是有知识的物质。当其余物质在横跨其他宇宙后变得渐渐模糊、无法辨认,只有在知识的承载地,存在着横跨宇宙的最大尺度的规律性结构,好像多重宇宙中的一块水晶;

  11. 量子计算机
  12. 量子计算的本质是将有用的任务通过平行宇宙间的协作来完成的技术。图灵机(现代计算机的奠基性理论模型)和经典计算理论都隐含地使用了“经典力学”的概念,但即便如此,“比特”这个计算机所能操作的最小信息量,本质上仍然和量子(即离散块)是同一个概念。David Deutsch曾在1985年证明了量子物理下存在通用量子计算机,用的仍然是类似图灵机的构造,但用量子理论替换了基础的经典力学过程。(David Deutsch, 1985, Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer, Proceedings of the Royal Society of London

  13. 关于时间
  14. a)时间也是一个量子概念。经典时空观中关于时间作为时刻的序列,或是时间流的概念都是不准确的。事实上,传统时间概念只是量子时间概念的一种近似。然而在某些类型的物理过程中,这个近似必将被彻底打破。例如:宇宙的起源——大爆炸,黑洞内部,宇宙的最后坍缩阶段(大坍缩),以及亚微观尺度下量子效应撕裂时空的结构,形成封闭的时间环——时间机器等;

    b)经典时空观蕴含的决定论(因果关系)存在着“反事实条件”悖论。然而因果概念在多重宇宙量子时间概念框架下却具有完美的意义。在此框架的特殊情况下,如黑洞内部或大爆炸,因甚至不必出现于果之前;

    c)并不存在一个贯穿所有多重宇宙的时间框架,在我们宇宙其他时间(非当前时刻)的“瞬像”(一个具体时刻的宇宙),和其他宇宙的“瞬像”没有根本的界限。所谓我们宇宙中的其他时间,与其他宇宙其他时间的这种区分本身就是完全多余的。认为只有我们知道的时刻是唯一真实,或者相对其他时刻更为真实的想法不过是另一种形式的唯我主义。“所有时刻在物理上都是真实的。整个多重宇宙在物理上是真实的,其他都不是真的。”

  15. 关于时间旅行
  16. a)关于时间旅行的“祖孙悖论”中,错误的假设不是时间机器的存在性,也非自由意志,而是传统的时间理论;

    b)如果时间旅行是物理可能的,则根据图灵原理的虚拟现实形式(参见4a),可叙述为:存在描绘时间旅行的程序。David Deutsch在书中第十二章详细讨论了该程序在虚拟现实生成器上运行时应该是什么样子。可以看到,朝向过去的时间旅行绘制程序是逻辑可能的。根据虚拟现实生成器的能力定义(参见3c)及图灵原理形式(参见4a),如果该绘制程序在逻辑上不可能的,则朝向过去的时间旅行则是物理不可能的;

    c)而该程序的逻辑形式告诉我们:“朝向过去的时间旅行必定是在几个相互作用的而且彼此交叉的宇宙中发生的过程。在这一过程中,每当参与者在时间中旅行时,他们通常是从一个宇宙旅行到另一个宇宙。宇宙相连的精确方式除了依赖于其他因素以外,还依赖于参与者的心智状态。”;

    d)关于时间旅行的“知识悖论”:即通过时间旅行,知识从无中诞生。例如莎士比亚巨作爱好者将《哈姆雷特》带到了该剧尚未被创作的年代,又例如哺乳动物,比如人,通过时间机器来到了恐龙时代(参见5a,生命是知识的物理化身。所以这也是知识悖论的一种形式)。然而从多重宇宙的观点来看,该悖论也是不存在的。如果“把所有知识产生过程、整个文化与文明以及每一个人心智中的全部思维过程,还有生物圈的全部进化过程想像成一个巨大的计算”,“这是一个描绘一切存在事物的虚拟现实程序,其精确度不断增长”,则时间机器是一种计算资源,它与量子计算机一样,将计算任务分配到不同宇宙中从而获得计算的加速,知识在多重宇宙间直接得到事实上的加速传播与交换。

  17. 关于四大理论的现状
  18. 四大领域的基本理论就其发展历史而言,有着相当多的近似之处。它们一方面广泛在实践被采用,另一方面又在理论上被贬斥和冷落,“拒绝被当作真实世界的解释”。如图灵原理、人工智能与人脑意识、自由意志的争论,如波普尔认识论与归纳主义的争论,如多重宇宙与哥本哈根学派解释的争论,进化论更是遭遇了激烈的质疑和批评。Deutsch认为,分别孤立的看,这四大理论在解释上各自存在缺陷,并显得冷酷而悲观。从广义上看,它们单独一种作为世界观的基础都只不过是还原主义的一种形式。而把它们四者相互结合作为真实世界结构的解释时,不仅各自的缺陷被弥补了(书中有讨论,此处暂略),其解释力也是惊人的。

  19. 宇宙终结的展望
  20. 在书中最后一章“宇宙终结点”,Deutsch再一次为四大理论联合起来解释真实世界结构做了辩护,并应用四大理论试探性地解释了Tipler的欧米伽点理论(Omega Point)。Ω,也就是希腊文的最后一个字母。欧米伽点最早是由法国哲学家、神学家德日进(Pierre Teilhard de Chardin,德日进是他的中文名)创造出来的词汇,用于描述宇宙演化的终点。之后广泛被宇宙学、科幻小说等引用。其中,Tipler的欧米伽点理论就是其中之一。可以看到,尽管Tipler欧米伽点理论不乏惊人之语,然而其核心思想仍然是可由四大理论联合辩护的。宇宙终结,“上帝”、智能进化、道德、美……多么恢弘伟大的一章啊!!

  • 一些读后感想

今年4月份的时候读完这本书,激动和震撼的心情真是难以言表。记得曾在豆瓣上看到过一个签名档:“喜欢所有刷新认识的书和电影”。这本《真实世界的脉络》无疑就属于此类。而让我激动和震撼的“刷新认识”之处不仅在于其见解的深刻,在于其思辨的美感,在于其逻辑的严密,更加在于一种可能性。正如作者在前言里所说(原谅我的重复引用):

“本书主要不是为这些理论辩护,而是探讨假如这些理论正确的话,那么真实世界的脉络应该是什么样子。”

以上,我用了近乎罗嗦的篇幅试着去展示这本书所谈论的内容——是的,仅仅是展示,浮光掠影的概括忽略了太多的细节——期望可以表达这些内容所涵盖的广度和深度带给我的震撼。宇宙、时间、生命……这些被思考了上千年的哲学问题,竟然有了如此清晰的表达和全新的可能性!这样的时刻,我不得不由衷赞叹,生活在现今这个时代真是一种幸运!

自此之后一发不可收拾,先后又读了《宇宙的琴弦》,《时间简史》,《上帝与新物理学》等几本书。豆瓣的待阅列表上也还排着长长一串。一个新的领域就此开启了,我甚至开始关心日内瓦的那台对撞机是否能找到些关于超弦理论的间接证明。:D

  • 关于对本书的一些批评

尽管这本书在豆瓣上有着8.8的高分,在亚马逊(Amazon.com)上却是出人意料的两极分化。116条评论中42条给了5星,36条给了1星。大致浏览一遍全部1星的评价(不得不说,Amazon.com上读者的书评写的还真是认真和仔细),批评大体分为以下几个方面:

  1. 理论硬伤,逻辑基础脆弱,多重宇宙部分仅仅建立在光的双狭缝实验与非随机干涉现象上;
  2. 多重宇宙内容单薄,缺乏创新性内容与领域研究成果的引用;
  3. 作者行文风格过于傲慢和自以为是;
  4. 作者的跨领域讨论实属自不量力,世界观、真实性这些形而上色彩浓厚的内容哲学家会写的更好;
  5. 自相矛盾,将一切归结到量子物理不过是另一个层次的还原主义。

仔细想想,我倒觉得这些批评都不构成什么实质性的问题。我理解这是一本哲学色彩浓厚的科学书籍,或者倒不如这是一本科学色彩浓厚的哲学书籍。在于展示新世界观框架下一个崭新的世界结构,呼吁重视四大理论的解释意义(而不仅是实践应用),及其联合起来的解释力。相信多重宇宙部分在其余书籍里一定有更深入的讨论。行文风格是属于个人喜好了,1、2、4的批评,我感觉都是对这书有着错误的期待导致的。至于最后一条,倒是有些以子之矛攻子之盾的味道。:D 可毕竟还是没有实质性的杀伤力,因为缺少可替代的更好的解释哪。

  • 关于作者David Deutsch

暂时不写了。感兴趣的话,不妨看Edge还有Wiki上的介绍。:)

《比我们所能料想的更加奇异:奇怪的科学》

理查德·道金斯是英国皇家科学院院士,牛津大学教授,著名的科普作家、生物学家,同时也是当代最著名的无神论者。著有《自私的基因》,《盲眼钟表匠》等多本科普书籍。

这次在TED网站上因为偶然的机会看到他演讲的视频。一时间,被深刻的哲思和优美的语言所打动,于是决定动手翻译成中文。也顺便趁此机会尝试了下Google新推出的翻译辅助工具Google translator toolkit。下面的这篇译文就是用这个工具辅助翻译出来的。

第一次翻译这样大段的东西,这才深刻体会到翻译是多么难的一件事。既要尊重原文的本意,又要兼顾中文的表达。更希望能把演讲中深刻的思想美以一种一唱三叹的方式表达出来。而这一点恐怕我是没法办到了。

另外,在翻译的过程中发现科学松鼠会已经有了篇现成的译文。但我还是坚持自己把这篇给翻完了。有个别地方借鉴了红猪的译文,在此表示感谢!:D

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演讲视频地址:http://www.ted.com/talks/lang/eng/richard_dawkins_on_our_queer_universe.html

《比我们所能料想的更加奇异:奇怪的科学》

理查德·道金斯

翻译:unicell
最后更新:2009-07-01

我演讲的题目是:《比我们所能料想的更加奇异:奇怪的科学》。“比我们所能料想的更加奇异”出自J.B.S. 霍尔丹(J.B.S. Haldane),著名的生物学家。他说道, “我个人隐约觉得,宇宙之奇异不仅超过我们所料想的,更超过我们所能够料想的。我疑心天地之间有着比任何哲学想象到,或是能够想象到的,更多的东西。”理查德·费曼将量子理论的精确性——基于实验的预言能力——与在头发丝的尺度来刻画北美大陆的宽度相媲美。这意味着量子理论在某种意义上一定是正确的。然而基于量子理论的预言所需的前提假设是如此神秘而难于理解,以致于费曼本人也不得不评论道, “如果你认为自己理解了量子理论,那么你就没有理解它。”

物理学家求助于这样或那样自相矛盾的解释,这本身就是件多么奇怪的事啊。大卫·多伊奇(David Deutsch),在题为《真实世界的脉络》的演讲中,采纳了量子理论的“多重世界”解释。因为这个理论你最差也只能说它有些荒谬和浪费。“多重世界”理论认为平行存在着数量巨大且不断增加的宇宙。除非是通过量子力学实验这一狭小的舷窗,否则这些宇宙彼此之间是无法察觉到对方的存在的。这就是理查德·费曼。

译注:量子理论存在经典的“哥本哈根”解释与“多重世界”解释两种。后者最早由休·埃弗雷特(Hugh Everett)于1957年提出。 -unicell

译注:最后一句是说多重世界理论能解释很多事情,尽管付出了引入更多世界的代价。-unicell

而生物学家路易斯·沃派特(Lewis Wolpert)认为, 奇异的现代物理学只是一个具体而特别的例子。相比技术而言,科学常常严重挑战着人们的常识。沃派特指出,每喝一杯水,你就有可能喝下了至少一个曾通过奥利弗·克伦威尔(Oliver Cromwell)膀胱的分子。(众笑)这只是基本的概率论。一杯水中分子的数量比全世界的杯子数量或是膀胱数量都要多的多。——当然了,克伦威尔或是膀胱本身并没有什么特别。你刚刚吸进的一个氮原子,就曾经穿过高大苏铁树左边第三只禽龙的右肺。

“ 比我们所能料想的更加奇异。”究竟是什么使得我们能够料想任何东西?而这又是否能解释我们究竟能料想哪些东西?宇宙间会不会有些事物永远地超越了我们的理解力,但同时又没有超越某些高等智慧生命的理解力呢?宇宙间又是否有事物在原则上超越了一切心智——无论它有多么高等——的理解力呢?科学史是长长一串剧烈的头脑风暴,因为新一代的理论在本质上接受了宇宙中更加奇异的层面。我们现在对于地球是在自转——而不是太阳在天空移动——这一想法是如此的习以为常,以致于我们很难意识到这曾经是多么震撼人心的思想革命。毕竟,一切都是那么显而易见,地球是大而且静止的,太阳则小而会移动。在这里值得一提的是维特根斯坦对于这一问题的评论。“告诉我”,他问道一个朋友, “为什么人们总说,是太阳绕着地球转而不是地球自转,这一想法是非常自然的呢? ”他的朋友回答道: “嗯,很明显啊,因为看起来太阳就好像在绕着地球转呀。”维特根斯坦回答说: “好吧,那要让地球看起来是在自转,看起来应该是什么样? ”(众笑)

科学已经告诉了我们一个和所有的直觉相悖的事实,那就是即便像晶体和岩石这样表面看起来是固体的东西,实际上是几乎完全由虚空(empty space)所组成。一个我们所熟悉的比喻是这样描绘的,一个原子中的原子核就好象飞在体育场中心的一只苍蝇,而相邻的下一个原子,则是相邻的下一个体育场。因此,看起来最坚硬最结实最致密的岩石,实际上几乎完全是空的。这虚空仅被微小粒子所隔断,而这些粒子彼此之间的空隙是如此之大,以致于粒子本身的大小几乎可以忽略不计。那么为什么,岩石无论在外观还是感觉上都是如此坚硬、结实、不可穿透呢?作为一名进化生物学家,我会这么说:我们的大脑经过进化,以使得我们可以在身体所处的这个数量级的尺度和速度下生存下来。我们从来没有进化出在原子世界中漫游的能力。如果有的话,我们的大脑就很可能会把岩石当作是空心的了。我们的手感觉到岩石是坚硬而且不可穿透的,完全是因为岩石和手这两样的物体彼此是不可穿透的。正因为如此,我们的大脑所构建“实心”和“不可穿透”这样的概念才是有用的。 因为这些概念可以帮助我们在中等尺度的世界里为身体导航,而这正是在这个尺度下生存必需的能力。

再来说说尺度的另一端吧,我们的祖先也从不来需要以接近光的速度在宇宙间行进。如果他们曾需要的话,我们的大脑理解起爱因斯坦会来的更加容易。这里,我想称这个我们在其中进化的、中等规模的环境为“中观世界”(Middle World)——这名字和“中土世界”(Middle Earth)无关。是“中观世界”。(众笑)我们是“中观世界”的居民,这一点限制了我们的想象力。你会发现凭直觉就很容易理解,当一只兔子以“中观世界”物体常见的中等速率移动,之后撞上了另一个“中观世界”物体,比如岩石,那么它就把自己撞晕过去了。

译注:“中土世界”源自北欧神话,意指“人类居住的土地”。因英国作家托尔金的《魔戒》系列小说而闻名。 -unicell

译注:中观世界是相对于宏观世界和微观世界而言。 -unicell

请允许我介绍陆军少将Albert Stubblebine三世,他是1983年的军事情报部门的指挥官。他有次盯着自己在弗吉尼亚州阿灵顿办公室的那堵墙,决定采取行动。这行动听起来有些吓人,因为他打算穿墙进到隔壁另一间办公室。他起身从他的办公桌后走了过来。原子主要是由什么组成的?他想着。是空间。他边想边走。我又是什么组成的?原子。他加快了脚步,这时几乎是在小跑。墙壁是由什么组成的?也是原子。我要做的只是把原子和原子之间的空间相合并。紧接着,Stubblebine将军的鼻子就重重地撞在了墙上。Stubblebine,这位手下有16000名士兵的将军,对于自己一次次的穿墙失败而困惑不已。他坚信,穿墙能力终有一天将会成为军中士兵的常规技巧。又有谁还敢和这样一支军队打仗呢?上面这个故事是我前几天在《花花公子》杂志中读到的一篇文章。(众笑)

我有百分之百的理由相信这是一个真实的故事。顺便说一下,我读《花花公子》,是因为上面刊载了我自己的一篇文章。(众笑)伽利略告诉我们,不考虑空气摩擦,重的物体总是和轻的物体在同一时间落地。而在“中观世界”中训练出来的人类直觉却很难相信这一点。这是因为在”中观世界“,空气摩擦总是存在的。如果我们是在真空中进化来的,我们就会认为它们是同时落地的了。而如果我们是细菌,不断地受到分子热运动的冲击,我们的认识又会有所不同,可作为“中观世界”居民的我们体积太大,根本无法注意到布朗运动的存在。同样的道理,我们的生活是由引力所主导的,以致于表面张力几乎完全被忽视了。而对一只小昆虫而言,这两种力的重要性完全是和我们相反的。

图中左边的这位是Steve Grand,右手边的是Douglas Adams。Steve Grand在他的《创生:生命及其制造》(Creation: Life and How to Make It)一书中,针对我们通常对物质一词的偏见出言尖刻。我们倾向于认为只有实心的,有实体的东西才是真正的物体。真空中电磁起伏的波动就显得就不那么真实。维多利亚时代的人认为,这波必然是发生在某种介质中的波动,他们称这种介质为以太。然而,实体的物质概念之所以能宽慰人心,仅仅是因为我们是在“中观世界”中进化并生存的。在这个世界里,“物质”这个词是个有用的虚构概念。漩涡,对Steve Grand来说,就是和岩石同样真实的物体。

在坦桑尼亚的一处沙漠平原,伦盖伊火山(Ol Donyo Lengai)的阴影之下,有一座由火山灰组成的沙丘。这沙丘的美妙之处在于,它可以整体移动。这在地理学上称为新月形沙丘。整个沙丘以每年17米的速度向西,在沙漠中移动。在移动中它始终保持着新月形状并向着号角的方向前进。当风把沙子从较缓的坡面吹向另一侧,之后当沙粒到了沙丘顶端就会滑向月牙的内侧,整个沙丘就这样移动起来了。Steve Grand指出,你、我,我们每一个人,都更像是一个波而不是什么永久性的物体。他恳请我们读者,“去回想一段自己童年的经历。——某个你记得清清楚楚的经历,某个即便你现在回想起来也还像是能看的到、摸的到甚至可以闻的到的经历。毕竟,小时候你曾亲身经历过,不是吗?要不然你又怎么会记得呢?注意,重磅炸弹来了:现在的你并没有亲身经历过那件事。当那段经历发生的时候,组成你现在身体的每一个分子都不在那儿。物质从四面八方流经而过,暂时聚合在一起,形成了你。无论你是什么,你都不是那些组成你身体的东西。如果这还没有使你脖子后的汗毛倒竖,那么再读一遍罢,直到它竖起来。因为这很重要。”

译注:事实上,新月形沙丘在顶端的沙粒滑落后,沙粒会因为气压的原因堆于月牙形的两侧。之后再逐渐被吹到顶端,如此反复。新月形沙丘是逆着风吹来的方向行进的。 -unicell

所以, “真实性”,不是一个我们可以仅凭简单的信心就去使用的词汇。如果一个中微子也有大脑,一个从中微子尺度的祖先进化而来的大脑,它就会说岩石确实是由虚空所组成的了。我们所拥有的大脑,是从中等尺度的祖先那里进化而来的,而我们的祖先是不能穿透岩石的。“真实性”,对于一只动物而言,只是它的大脑为了帮助其生存而产生的必需的概念。不同的物种在不同的世界里生活,从而也就存在着不同版本的真实性了。这一事实让人觉得不安。我们所看到的所谓“真实的”世界,并不是它的本来面貌,而只是一个模型罢了。这个世界的模型经过了感官数据的校准和调节,它被构建出来并在我们和真实世界打交道时发挥用处。

译注:中微子是基本粒子的一种。它很少与其他物质发生作用,能穿透几百亿千米厚的铅而行动几乎不受影响。 -unicell

模型的性质取决于我们是哪一个物种。飞行动物所需要的模型与直立行走、爬行或是水生的动物都不相同。一只猴子的大脑必须有软件可以模拟一个包含了树枝、树干的三维世界。一只鼹鼠用于建模的软件为在地下使用经过了特别定制。一只水黾的大脑则完全不需要三维软件,因为它生活在池塘的表面——一个艾德温·埃博特笔下的二维国。

译注:Edwin Abbott于1884年的小说《Flatland, A Romance of Many Dimensions》。书中描绘了二维国度的生物在多维世界中的经历。 -unicell

我推测,蝙蝠也许可以用它们的耳朵看到颜色。蝙蝠所需的,用来在三维空间导航以捕捉昆虫的世界模型,一定和其他在日间完成类似任务的鸟类,比如燕子,相类似。至于蝙蝠在伸手不见五指的黑暗中使用回声来作为模型的输入变量,而燕子使用光线。这种输入变量上的区别则是偶然的。我甚至怀疑,蝙蝠把感觉到的色调,比如红色和蓝色,作为内在的标签,用来标记回声中某些有用的性质。——例如物体表面的声学纹理,粗糙或是光滑等等。蝙蝠利用色调的方式和燕子,甚至我们人,在利用色调对光的波长长短做标记的方式相类似。红色与长波段的光本身并没有必然的内在联系。

重点就在于,模型的性质是由它将要被使用的方式所决定的,而不是由与其涉及的感官特征所决定。J.B.S. 霍尔丹本人也提到了生活在气味主导的世界中的动物。狗能够区分两种非常相似,并且稀释到很淡的脂肪酸:辛酸和己酸。两种酸的唯一区别,你看,只是其中之一的链上多了一对碳原子。霍尔丹进一步猜测,一只狗很可能可以通过气味将两种酸按分子量大小排列,就好像一个人可以根据发出的音符把钢琴琴弦按长度排列。请看,还有另一种脂肪酸,癸酸,它和之前的两种相当类似,只是又多了两个碳原子。一只从来没有见过癸酸的狗,或许可以毫不费力地想象出它的气味,就像我们可以毫不费力地想像一只比先前听过的高一个音的小号。或许狗和犀牛还有其他嗅觉导向的动物通过颜色来感觉气味。就好像刚才讨论过的蝙蝠的例子一样。

进化使得我们对于“中观世界”尺度、速度的范围产生了直观的舒适感——这有点类似于我们一部分狭窄的电磁频谱看作是可见光。而对可见光之外的频谱,我们却只能借助仪器进行观察。“中观世界”是整个物理实在中的狭窄的一部分,而这正是我们判断“正常”与否的范围。超过这范围的,对我们而言就异常的大,异常的小,或是异常的快。我们可以对小概率事件也给出这样的一个范围;没有什么是完全不可能的。奇迹只是可能性极低的小概率事件而已。一尊大理石雕像有可能会向我们招手;组成它晶体结构的原子可能都向着同一方向来回振动。由于原子的数量巨大,而它们之间又不存在运动方向上的默契,因此我们在“中观世界”看到的大理石,就显得岿然不动了。但雕像手掌中的原子仍然可能恰好在同一时间,以同一方式,一次又一次地移动。这种情况下,手就会挥动,我们就会看见它在“中观世界”向我们招手了。而这件事发生的概率是如此之小,以致于你如果从宇宙起源的时刻开始写0,直到今天你还没有把表示这个概率的0写完。

“中观世界”中进化并没有给予我们应对极小概率事件的能力;我们的生命没有那么长。在广袤的天文学空间和漫长的地质学时间尺度上,“中观世界”里看起来不可能的事件就变成了一种必然。我们可以通过统计行星个数来理解这一点。我们不知道宇宙中有多少颗行星,一个公认的估计值大约在1000亿亿到2000亿亿,或是到10000亿之间。这些数字提供给我们一种手段,用以表述我们对生命这一小概率事件的估计和猜测。如果我们在概率的频谱上加注上某种类似于地标的东西,那么它看起来就和我们之前见到的电磁波频谱差不多。

如果生命在每颗行星上只能发源一次,那么生命就是极为常见的了,再或者生命在每一颗恒星只能发源一次,抑或在每一个银河系只能发源一次,或是在整个宇宙只能发源发源一次(这种情况下,它一定是我们所处的这个宇宙)。而其他的某个地方可能就出现青蛙变王子,或是类似这样魔术一样的事了。如果生命在只在整个宇宙的一颗行星上发源,那么这星球一定是我们的地球,因为我们就是正在这里讨论着这件事。这意味着,如果我们相信是这样的话,生命起源的化学事件,其发生的概率低至1000亿亿分之一。而我隐约觉得生命在宇宙在是相当常见的。当我说“相当常见”的时候,生命可能依然是稀有的,稀有到没有任何一个生命之岛曾遇上另外一个。多么令人悲哀的一件事。

我们怎样解释“比我们所能料想的更加奇异”呢?是从根本原则上就比所能料想的更加奇异?还是仅比我们所能料想到的更加奇异?因为受我们这个在“中观世界”训练、进化的大脑的限制?我们是不是可以通过训练和实践,把自己从“中观世界”中解放出来,从而可以在数学方式之外,用某种直观的方式理解非常大和非常小的事物呢?我真的不知道答案是什么。我很好奇是不是可以从小就让孩子玩模拟量子现象的电脑游戏,比如模拟一个球穿过了屏幕上的两条狭缝,或是通过计算机模拟把量子力学的奇怪现象放大到可以感知的尺度,从而让他们熟悉“中观世界”尺度下的量子流。这样培养出来的后代可以让今后的我们更好地理解量子理论吗?同样的道理,一个模拟相对论的电脑游戏,物体在屏幕上表现出洛伦兹收缩现象等等,这样可以让孩子们更好地理解相对论吗?

最后,我想把“中观世界”这一概念应用到我们对彼此的认识上来。今天的大多数科学家都赞同一种机械论的心智观:即我们是现在这个样子,是因为我们的大脑是现在这个样子,我们的荷尔蒙是现在这个样子。而如果我们在神经解剖学和生理化学上有所不同,那么我们就会和现在有所不同,我们的角色也就会有所不同。但我们科学家是自相矛盾的。如果始终一致的话,我们在面对一个行为不端,比如杀害了儿童的人的时候,我们的反应应该是下面这样:这个装置有一个部件坏了,需要修理。然而我们不会这么说。我们—这其中包括我们最朴素的机械论者,而这个人很可能就是我——我们会说:“你这禽兽不如的东西,坐牢真太便宜你了。”或者更糟糕的是,我们会寻求报复,而这又几乎必然引发新一轮升级的反报复措施。这就是我们今天在世界各地所能看到的景象。总之,当我们像学者一样思考时,我们把人看作复杂而又精细的机器,就好象是电脑或者汽车一样。而当我们恢复到作为人的那一面时,我们表现的就像是Basil Fawlty一样,他在“Gourmet Night”一集中因为汽车不能发动而狠狠地教训了它一顿。(众笑)

译注:Basil Fawlty,英国情景喜剧《Fawlty Towers》中的主角。 -unicell

而我们之所以将汽车和电脑人格化,其原因正和猴子生活在树上世界、鼹鼠生活在地下世界、水黾生活在表面张力主宰的平面世界一样,我们生活在一个社会化的世界。我们在人山人海中穿梭——一个社会化版的“中观世界”。进化使我们成为充满才华和直觉力的心理学家,从而可以更好地预测他人的行为。把人当作机器在科学和哲学意义上或许是准确的,但如果你想猜测这个人下一步会怎么行动,这就是完全是在浪费时间。要想给一个人建立模型,最经济实用的方法就是把他看作一个有目的的、目标导向的个体,他有着快乐和痛苦,也有着欲望、动机和负罪感,有时候则应当被谴责。拟人化并把人们的行为看作是有意图的,这是一个极为成功的对人类进行建模的方法。这套建模软件在我们想到其他一些不适合建模的实体时,有时占据上风。就像Basil Fawlty和他的车,或是上百万妄想狂和他们所幻想的人和宇宙融为一体一样。如此看来,这些就都不足为奇了。(众笑)

如果宇宙比我们所能料想的更加奇异,这是否仅仅因为自然选择让我们,只能去料想那些为了在更新世(Pleistocene of Africa)的非洲生存下来所需要料想的东西呢?抑或是我们的大脑如此地多才多艺,收放自如,以致于我们甚至可以训练自己,打破这个我们身处其中进化的盒子吗?又或是,无论某些生物(beings)多么接近于神,宇宙中都有些事情是如此的奇异,以致于永远地超出了它们哲思的所能梦想到的边缘?非常感谢。

译注:Pleistocene of Africa,非洲更新世,距今180万年至1万年之间,是人类出现的时期。 -unicell

英文原文:
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说说Perseus和Andromeda

珀耳修斯(Perseus)的故事是希腊神话的典型。命运,以其不可抗拒的方式来临。虽然是熟知的故事,今天再一次重读才突然有了豁然开朗的感觉。

阿 戈斯(Argos)的国王阿克里西俄斯(Acrisius)得到预言说,自己的女儿Danaë将生下对他不利的孩子,出于畏惧,他将女儿锁进深塔,与世隔 绝。然而宙斯(Zeus)还是爱上了她,并用金雨让她受孕,生下一个男孩,也就是后来的Perseus。老国王震惊之余将母子二人流放到了海上。在宙斯的 暗中保护下母子二人来到Seriphus岛,并为波吕得克忒斯(Polydectes )所收留。在岛上的漫漫岁月里,波吕得克忒斯爱上了Danaë,并开始觉得渐渐成年的Perseus碍手碍脚,于是他给Perseus一个任务:取美杜莎 (Medusa),那个可怕蛇发魔女的首级。

Perseus凭借勇气和智慧巧妙地战胜了美杜莎。骑着从Medusa头发里跳出的飞马 (Pegasus),Perseus踏上了归程。当他经过埃塞俄比亚的时候,看见一个美丽的女子被铁链拴在礁石上。细一询问才得知这个美丽的女子名叫安德 洛米达(Andromeda),是埃塞俄比亚国王的女儿。因为她的母后夸耀自己的美丽得罪了天神,国王不得不遵照神谕献出自己的女儿作为祭品。 Perseus对她的遭遇深感同情,并借助美杜莎的头颅战胜了海怪,救出了Andromeda。

两人彼此相爱并结成了夫妻。在 Seriphus岛,Perseus再次用美杜莎的头颅战胜了国王Polydectes和他的军队。之后他们双双返回Perseus的故乡Argos,在 路上Perseus参加了一次运动会,结果他掷出的铁饼意外地砸死了自己的祖父。那个预言最终还是兑现了。。。
得知真相后的 Perseus悲痛不已。他放弃Argos的王位以及所有宝物,在梯林斯(Tiryns)创建了迈锡尼(Mycenae)城。他死后宙斯将他提为星空中的 英仙座,她的妻子Andromeda成为仙女座,Andromeda的父母分别成为仙王和仙后座。当初那只海怪成了鲸鱼座,那匹Pegasus 则成了天马座。

这幅收藏于巴黎卢浮宫的17世纪油画描绘的正是这个故事。Perseus刚刚救下了娇艳可人的Andromeda,身后是那匹飞马。仙王座亲吻他的手表示感谢,仙后座则作势拥抱。脚下是那颗Medusa的头颅。好一幅群星荟萃图啊。。。

在 天文学中,我们所在的银河星系群是由三个旋涡状星云,6个椭球状星云和4个不规则星云组成的。其中离我们最近的就是仙女座星云,用肉眼就能看见。人们曾一 度把她当作银河系内的一个星群,这也不难理解,在缺少背景参照物的宇宙,人们是很难分辨大小和远近的。直到哈佛的Harlow Shapley提出通过脉动星进行测距的办法,人们才意识到仙女座星云的大小竟和银河系不相上下,是完全独立的另一个星系了。

从前只知道Perseus和Medusa,只知道仙女座这个熟悉的名字,没想到这其中还有这般的关联哪。。。

看看星空图吧,Perseus和Andromeda依旧相依相偎,可怜的Medusa也依旧被拎着呢。。。

Ref.
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仙女座@wikipedia http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%99%E5%A5%B3%E5%BA%A7
英仙座@wikipedia http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%8B%B1%E4%BB%99%E5%BA%A7
鲸鱼座@wikipedia http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%B2%B8%E9%B1%BC%E5%BA%A7
珀耳修斯@wikipedia http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8F%80%E5%B0%94%E4%BF%AE%E6%96%AF
梯林斯@wikipedia http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A2%AF%E6%9E%97%E6%96%AF
迈锡尼@wikipedia http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BF%88%E9%94%A1%E5%B0%BC
《从一到无穷大》 G.Gamov

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