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  2010年6月20日,加拿大滑铁卢,霍金造访圆周理论物理研究所(Perimeter Institute),发表了关于生命和时光研究的演讲。

  作者: 吴忠超/译

  "如果存在两个都和观测相符的模型,正如金鱼(眼中)的图像和我们(眼中)的图像,那么人们不能讲这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下,哪个更方便就用哪个。"

  从金鱼的视角看

  几年前,意大利蒙札市议会禁止宠物的主人把金鱼养在弯曲的鱼缸里。提案的负责人解释此提案的部分理由是,因为金鱼向外凝视时会得到实在的歪曲景色,将金鱼养在弯曲的缸里是残酷的。

  然而,我们何以得知我们拥有真正的没被歪曲的实在图像?难道我们自己不也可能处于某个大鱼缸之内,一个巨大的透镜扭曲我们的美景?金鱼的实在的图像和我们的不同,然而我们能肯定它比我们的更不真实吗?

  金鱼的实在图像和我们自己的不同,但金鱼仍然可以表述制约它们观察到的在鱼缸外面物体运动的科学定律。例如,由于变形,我们观察到的在一根直线运动的一个自由物体会被金鱼观察成是沿着一根曲线运动。尽管如此,金鱼可以从它们变形的参考系中表述科学定律,这些定律总是成立,而且使它们能预言鱼缸外的物体的未来运动。它们的定律会比我们参考系中的定律更为复杂,但简单性只不过是口味而已。如果一条金鱼表述了这样的一个理论,我们就只好承认金鱼的风景是实在的一个正确的图像。

  哥白尼对,托勒密错?

  托勒密(约公元85年-约公元165年)在公元150年左右提出一个描写星体运动的模型,这是一个实在的不同图像的著名例子。托勒密的研究发表在一部十三册的论文中,这部论文通常以阿拉伯文题目《天文学大成》而众所周知。《天文学大成》从解释为何认为地球是一个球形的静止的位于宇宙中心,并与星空的距离相比是小到可以忽略开始。虽然阿利斯塔克提出日心模型,但至少自亚里士多德时代开始,大多数希腊有教养的人都持有这些信仰,亚里士多德由于神秘的原因相信地球应该是位于宇宙的中心。

  天主教会采用托勒密的宇宙模型当作正式教义达十四世纪之久。直至1543年,哥白尼才在他的著作《天旋论》中提出一个另外的模型。虽然他已花了几十年来研究此理论,该书在他逝世那年才出版。正如大约早十七世纪的阿利斯塔克,哥白尼描写其中太阳处于静止,而行星以圆周轨道围绕着它运转的一个世界。尽管这个思想并不新,其复活却遭到激烈的抵制。哥白尼模型引起关于地球是否静止不动的狂烈辩论。这个辩论于1633年因伽利略受到异端审判而达到高峰。

  那么,托勒密系统或哥白尼系统,哪个是真实的?尽管人们时常说哥白尼证明了托勒密是错的,但那不是真的。正如在我们的正常观点和金鱼的观点相比较的情形下,人们可以利用任一种图像作为宇宙的模型,对于我们天空之观测,既可从假定地球处于静止,也可从假定太阳处于静止得到解释。尽管哥白尼系统在有关我们宇宙本性的哲学辩论中的作用,然而它的真正优势是在太阳处于静止的坐标系中,运动方程要简单得多。

  他人梦中的想象物

  在科幻影片《黑客帝国》(Matrix)中发生了不同类型的另外实在。影片中的人类不知不觉地生活在由智慧电脑制造的模拟实在之中,当电脑将他们的生物电能(不管为何物)吸吮时,使他们保持平静而满意。这也许没那么牵强,因为许多人宁愿在网络的虚拟实在中消磨时日,例如“第二人生”。

  我们何以得知,我们不仅是一部电脑制作的肥皂剧中的角色呢?如果我们生活在合成虚世界中,事件就不必具有任何逻辑或一致性或服从任何定律。进行操控的外星人也许在看到我们反应时会觉得更有趣更开心,例如如果满月分开两半,或者在这世界上每个节食的人显示对香蕉奶油饼的毫不节制的渴望。但是如果外星人实施一致的定律,我们就无法得知在这模拟的实在背后还有另一个实在。

  将外星人生活的世界称作“真的”,而把合成世界当作“假的”是很容易的事情。但是如果——正如我们这样——在模拟世界中的生物不能从外面注视到他们的宇宙之中,他们就没有理由怀疑他们自己的实在图像。这是我们都是他人梦中的想象物的观念的现代版本。

  从这些例子,我们可得到对本书非常重要的结论:不存在与图像或理论无关的实在性概念。相反地,我们将要采用将其称为依赖模型的现实主义观点:一个物理理论和世界图像是一个模型(通常具有数学性质)以及一组将这个模型的元素和观测连接的规则的思想。这提供了一个用以解释现代科学的框架。

  现实主义的信仰

  从柏拉图以来的哲学家长期以来争议实在的性质。经典科学是基于这样的信念,存在一个真实的外部世界,其性质是确定的,并与感知它们的观察者无关。

  根据经典科学,某些物体存在并拥有诸如速率和质量等物理性质,它们具有明确定义的值。在这种观点里,我们理论是试图去描述那些物体及其性质,并且将我们的测量和感觉与之对应。无论是观察者还是观察对象都是具有客观存在世界的部分,它们之间任何区别都是无意义的。

  换言之,如果你看到一群斑马在停车场争夺一块地方,那是因为真的有一群斑马在停车场争夺那个地方。所有其他正在看的观察者都会测量同样的性质,而且不管是否有人在看这群斑马,它们都具有那些性质。在哲学中,这一信仰称为现实主义。

  虽然现实主义也许是诱人的观点,正如我们将在下面看到的,我们有关现代物理的知识使得要为它辩护变得非常困难。例如,根据精确描述自然的量子物理原理,除非并且直到一个粒子的位置或速度被一位观察者测量,这个粒子既不拥有明确的位置也不拥有明确的速度。因此,说测量之所以给出一定的结果,是因为被测量的量在测量的时刻具有那个值是不正确的。事实上,在某种情形下,单独的物体甚至并没有独立的存在,而仅作为众多的系综的部分而存在。而且如果一种称为全息原理的理论被证明是正确的,我们以及我们的四维世界可能是一个更大的五维时空在边界上的影子。在那种情形下,我们在宇宙中的状况类似于金鱼的状况。

  彻底的现实主义者经常论证道,科学理论描绘实在的证明在于它们的成功。但不同理论可以通过全异的概念框架成功地描述同样的现象。事实上,许多已被证明成功的理论后来被其他基于全新的实在性概念之上的同等成功的理论所取代。

  反现实主义者

  在传统上,那些不接受现实主义的人被称为反现实主义者。反现实主义者相信经验知识和理论知识相互不同。他们一向论争道,观察和实验是有意义的,但是理论只不过是有用的工具,并不体现任何作为被观察现象的基础的更深刻真理。

  一些反现实主义者甚至要将科学限制于可被观察的东西。因为这个原因,十九世纪时的许多人基于我们永远看不见原子而拒绝原子的概念。乔治·贝克莱(1685-1753)甚至走至如此地步,他断言除了精神及其思想,没有任何东西存在。当英国作家兼辞典编撰人萨缪尔·约翰逊博士的一位朋友对他说,不可能反驳贝克莱的声明时,据说约翰逊的反应是,走近一块大石头,踢它并宣布,“我如此反驳他。”当然约翰逊感觉的脚痛也还是他头脑中的一个思想,所以他还未真正驳斥贝克莱的观念。但其行为确实解释了哲学家大卫·休谟(1711-1776)的观点。后者写道,尽管我们没有合理的理由信仰一个客观的实在,我们也别无选择,只好装作仿佛它真是那样的。

  依赖模型的现实主义使现实主义和反现实主义的思想学派之间所有这类争议变得毫无意义。按照依赖模型的现实主义,去问一个模型是否真实是无意义的,只有是否与观测相符才有意义。如果存在两个都和观测相符的模型,正如金鱼的图像和我们的图像,那么人们不能讲这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下,哪个更方便就用哪个。例如,如果一个人处于金鱼缸内,那么金鱼图像会是有用的,但对外界的人们而言,那么在地球鱼缸的参照系里去描述从远处星系来的事件就会非常笨拙,尤其是因为鱼缸随着地球围绕太阳公转并围绕着自己的轴自转而在运动。

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