試讀

前言

江河都往海里流，海卻不滿。

江河從何處流，仍歸還何處。

《圣經(jīng) ·傳道書1：7》

人類心中存有兩種相互沖突的原始沖動 一個是要將事物簡化到其基本要素，另一個則要透過這些基本要素看出其更重要的意義。我們所有人都生活在這種矛盾中，一次又一次地沉思著這些問題。例如，在海邊，我們大部分人都會陷入對世界竟如此壯觀的聯(lián)翩浮想之中，而實際上，大海不過就是一個充滿水的深坑。關(guān)于這方面的大量的文學(xué)作品 有些已是相當(dāng)古老 常常通過道德，或是通過宗教和世俗之間的張力來表現(xiàn)這種沖突。因此，像工程師那樣將大�？吹煤唵味�有限，就顯得愚昧和原始，而將它視為一種無盡的、存在各種可能性的源泉，就顯得崇高和富于人性。

但這種沖突并不僅限于感知上的，它也表現(xiàn)在物理上。自然界既被認(rèn)為是由要素組成的，又被看成是由出自這些要素的強(qiáng)有力的組織原理掌控的。這些原理是至高無上的，因為即使要素發(fā)生變化，這些原理也是始終不變的。我們關(guān)于自然的這種矛盾的認(rèn)識反映了自然本身的矛盾性，這種矛盾性由基本要素和這些要素所構(gòu)成的穩(wěn)定而復(fù)雜的有序結(jié)構(gòu)組成，不像大海本身那么簡單。

海邊自然也是休閑的好去處，當(dāng)你沿著棧橋走向海灘時，你會感到心曠神怡。生活的真正本質(zhì)其實就像上面這幅圖：你溜達(dá)得離旋轉(zhuǎn)木馬太近，結(jié)果就會遭到溜溜球的重?fù)�。幸運(yùn)的是，我們物理學(xué)家對自己的那種說教習(xí)慣保持著高度警覺，盡量不使其失去控制。我在加利福尼亞大學(xué)圣迭哥分校的同事丹·阿羅瓦在寫給幽默專欄作家戴夫·巴利的一封信中就機(jī)智地表達(dá)了這種態(tài)度：

親愛的戴夫：我是您的一名狂熱仰慕者，每天都看您的專欄。如果

能像您那樣寫作，我愿不惜任何代價。我已經(jīng)以您的名義建了一座樹上小屋并住了進(jìn)去。

您的丹

戴夫回信道：

親愛的丹：謝謝你的來信。順便問一聲，他們能讓你在核武器周圍這么做嗎？祝好！戴夫

好些年前，我有機(jī)會與我岳父 一位退休的院士 有過一次關(guān)于物理定律的集體性質(zhì)的對話。那天下午，我們剛剛打完一圈橋牌，正品著兌了奎寧汁的杜松子酒來躲避夫人們關(guān)于情感影片的討論。我的論點(diǎn)是，自然界里的可信賴的因果關(guān)系能夠告訴我們關(guān)于我們自身的事情，而這些因果關(guān)系之所以可信賴就在于組織原理而不是微觀法則。換句話說，我們關(guān)心的自然法則是通過集體自組織行為整體突現(xiàn)出來的，這里并不需要知道其組成單元的構(gòu)造和運(yùn)用等方面的知識。仔細(xì)聽完我的觀點(diǎn)，我岳父表示不理解。他過去總認(rèn)為是法則導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)，而不是相反。他甚至懷疑反過來說是否有意義。于是我問他，到底是立法機(jī)構(gòu)和公司董事會制定法則還是由法則來建立立法機(jī)構(gòu)或公司董事會？他立刻看出了問題所在，沉思了一會兒，他承認(rèn)他現(xiàn)在對事情的因果關(guān)系感到深深的迷惑，需要多加思考。的確是這樣。

有一點(diǎn)很無奈，那就是科學(xué)已經(jīng)發(fā)展到遠(yuǎn)離人類其他的心智生活，因為它不再以后者為出發(fā)點(diǎn)。例如，亞里士多德的作品盡管談不上精確，卻十分清晰，有針對性而且容易理解。達(dá)爾文的《物種起源》也是如此�，F(xiàn)代科學(xué)之所以讓人難以琢磨，正是專業(yè)化導(dǎo)致的附帶結(jié)果，為此我們這些科學(xué)家也經(jīng)常跟著挨批 也確實該批。每個人在下班回家路上打開收音機(jī)都會從《博士科學(xué)》節(jié)目中得到愉悅，這檔節(jié)目對諸如為什么奶牛吃草時總面向同一個方向（它們總要一天幾次地面向威斯康星州）的電話提問給出當(dāng)不得真的答案，而且節(jié)目總以記住，我知道的比你多，我可有科學(xué)碩士學(xué)位來結(jié)束。

還有一次，我岳父說，經(jīng)濟(jì)學(xué)很糟糕，恐怕只有到成為科學(xué)后，這種狀況才會改變。他說到點(diǎn)子上了。

這次關(guān)于物理學(xué)法則的談話讓我開始思考，對于像法則、法則的組成和源于組織的法則這些顯然是先有雞還是先有蛋的非科學(xué)問題，科學(xué)上過去究竟是如何對待的。我開始注意到，許多人對這個問題有著鮮明的觀點(diǎn)，卻說不清為什么要持這種觀點(diǎn)。近來這個問題之所以不斷出現(xiàn)在腦際，是因為我曾不止一次地與同事就格林的《宇宙的琴弦》（ The Elegant Universe）一書展開討論。這是一本描述某些空間量子結(jié)構(gòu)新奇概念的科普作品。討論的焦點(diǎn)集中在物理學(xué)到底是大腦的邏輯產(chǎn)物還是基于觀察的綜合這種問題上。當(dāng)然每次討論的緣起都不是有關(guān)存在的問題，而是錢，缺錢是當(dāng)前國際科學(xué)界普遍存在的 問題。但討論的主題很快從錢的問題轉(zhuǎn)向不相干的構(gòu)建世界模型這種漂亮但無實驗預(yù)見的問題上，或轉(zhuǎn)向科學(xué)是什么的問題上。在西雅圖、臺北和赫爾辛基，我曾一再討論過這事兒，結(jié)果讓我認(rèn)識到，格林此書引發(fā)的這一爭論本質(zhì)上與我那天打完橋牌后討論的屬同一個問題。不僅如此，它還是一種意識形態(tài)之爭：看上去它好像與什么是真的沒有關(guān)系，但實際上每件事情都涉及真的是指什么。

物理學(xué)里流傳著這么一句話：好的符號體系推進(jìn)科學(xué)，而壞的符號體系阻礙進(jìn)步。事實確實如此。語音符號掌握起來就比圖像符號來得快，因此也更易上手。十進(jìn)制計數(shù)用起來也要比羅馬數(shù)字方便些。意識形態(tài)領(lǐng)域同樣如此。我們將自然理解為一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)所得出的推論就完全不同于將它視為經(jīng)驗綜合時的推論。一種觀點(diǎn)將我們視同宇宙的主宰，而另一種觀點(diǎn)則將宇宙視為我們的主宰。毫不奇怪，我的xiii 那些從事實驗科學(xué)的同事談到這個問題都會變得興奮異常。這個問題的核心已不是科學(xué)所能回答的，而是關(guān)乎人們的自我意識以及對人在世界中的位置的認(rèn)識。

這兩種世界觀的聯(lián)系非常深入。當(dāng)我還是孩子時，我曾隨父母去約塞米蒂1見伯父和伯母，他們駕車從芝加哥來。我伯父曾是一位了不起的成功的專利律師，似乎這世界上沒有他不知道的，而且還唯恐人不知這一點(diǎn)。例如，他曾在得知我剛聽了激光發(fā)明人查爾斯·湯斯的一個主題講座后立馬又給我上了一堂長長的有關(guān)激光工作的課。顯然，他對激光知道的比湯斯教授還多。這次他和伯母住進(jìn)了當(dāng)?shù)刈铋煔獾膼弁吣幔ˋhwahnee）飯店，和我們一起聊趣聞軼事，一起享受豐盛的早餐，然后離開當(dāng)?shù)�，�?qū)車前往圖奧勒米帕斯，穿越沙漠回家。我不認(rèn)為他們這趟來看到過附近的瀑布。其實這無關(guān)緊要，因為他們以前早就看過瀑布，明白是怎么回事。他們走后，我們一家遠(yuǎn)足，去了莫塞德河，在河水激越的低吼聲中來到了內(nèi)華達(dá)瀑布，并在滿是野花的草地附近的巨型花崗巖上進(jìn)行了野餐。我們同樣明白大自然是怎么回事，但并不把這種理解看得太重。

促使我伯父對待約塞米蒂之行的世界觀和飽受爭議的促使格林看待物理學(xué)的那種世界觀，在約翰·霍根的《科學(xué)的終結(jié)》一書中有過十分清楚的表達(dá)�；舾�認(rèn)為，所有基本問題現(xiàn)在都已清楚，除了細(xì)節(jié)完善之外，科學(xué)上已無事可做。這使我的那些實驗方面的同事大為不滿，因為這種觀點(diǎn)不僅極其錯誤，而且非常不公正。對新事物的研究永遠(yuǎn)都像在迷霧中摸索，直到有所發(fā)現(xiàn)為止。如果原因明顯地擺在那兒，那還要研究干什么！

不幸的是，這種觀點(diǎn)還很有市場。我曾與晚年的戴維·施拉姆 芝加哥大學(xué)的一位著名的宇宙學(xué)家 有過一次關(guān)于星系噴流的交談。這些噴流是從星系核噴出的細(xì)鉛筆狀等離子體射流，其噴射距離可達(dá)星系半徑的幾倍，能量可能源自星系核的旋轉(zhuǎn)能。在這么大的尺度上，它們?yōu)楹文鼙３秩绱死w細(xì)至今仍是個謎，這些事我覺得特別有意思。但戴維卻將整個效應(yīng)斥之為天氣的影響。他只對早期宇宙和能對早期宇宙演化解釋有意義的天文觀察結(jié)果感興趣，哪怕這種觀察是相當(dāng)間接的。他把噴流看成是惱人的本底噪聲，對他來說，

這種噪聲除了分散注意力沒有太大價值。而我則對這種天氣非常著迷，而且我相信大多數(shù)人都會認(rèn)為這不是大自然在玩弄騙術(shù)。

我認(rèn)為，像天氣這樣的原初形態(tài)的組織現(xiàn)象具有深遠(yuǎn)的重要意義，它能告訴我們更復(fù)雜的事情：這種原初形態(tài)能夠使我們確鑿地說明它們是受微觀法則支配的，而讓人捉摸不透的是，它們的某些更復(fù)雜形態(tài)則對這些微觀法則不敏感。換句話說，我們可以通過這些簡單事例證明，組織能夠獲得意義和自身的生命，并開始超越其組成要素。而物理科學(xué)必須解釋清楚的是，集體大于其組成要素之和不只是一個概念，而是一種物理現(xiàn)象。大自然不只受到微觀法則的支配，而且也受到一般組織原則的強(qiáng)有力的支配。這些原則中有些我們已經(jīng)了解，但更多的則是未知數(shù)。我們不時會發(fā)現(xiàn)一些新的組織原則。在復(fù)雜性更高的水平上，因果關(guān)系更難描述，但是沒有證據(jù)表明，從原始世界觀察到的法則等級序列可以被其他東西所取代。因此，如果說存在一種簡單的、經(jīng)由基本法則孕育產(chǎn)生之后就能夠明顯不再與這些法則相關(guān)的物理現(xiàn)象，那我們?nèi)吮闶侨绱�。我們由碳元素組成，但我們不需要一直依靠這種碳攝取機(jī)制來存活。我們有超越自身元素組成的生命意義。

伊利亞·普利高津的文章曾詳述過這一看法的要點(diǎn)，更早的論述可以追溯到30年前P. W.安德森的著名論文《多則不同》（More is Different）。這篇文章今天讀起來依然清新而富于啟發(fā)性，我要求跟我工作的學(xué)生都得通讀。

但我的觀點(diǎn)要比這兩位前輩更為激進(jìn)，因為它們已經(jīng)經(jīng)受了最近事實的磨礪。我越來越認(rèn)為，我們所有已知的物理法則，而不是個別法則，都有著集體性起源。換句話說，基本法則和派生性規(guī)律之間的區(qū)別是個謎，正如宇宙是不是一種僅由數(shù)學(xué)支配的概念一樣，還說不清楚。物理法則一般不可能是純粹思辨的產(chǎn)物，而必須通過實驗才能發(fā)現(xiàn)，因為對自然的控制只有當(dāng)這種控制措施符合自然所容許的組織原則時方能奏效。我們也許可以為這種理論配個副標(biāo)題 還原論的終結(jié)（所謂還原論是指相信凡事總可以在還原到其組成要素的基礎(chǔ)上搞清楚），但這么做似乎不太準(zhǔn)確。所有物理學(xué)家本質(zhì)上都是還原論者，我也不例外。我無意通過質(zhì)疑還原論來建立某種普遍理論體系。

為了維護(hù)我的觀點(diǎn)，我必須公開討論某些驚人的思想，諸如將時空的虛空視為物質(zhì)，相對論是否有可能并非基本理論，可計算性的集體性質(zhì)，理論知識的認(rèn)識論障礙，實驗上可證偽性方面的類似障礙，當(dāng)代理論物理中某些重要部分的神話性質(zhì)，等等。當(dāng)然，觀點(diǎn)的激進(jìn)只是某種舞臺道具，隨著實驗的深入，科學(xué)發(fā)展既不可能冒進(jìn)，也不會停滯不前，而只會越來越貼近事實。而這些更廣泛的、已屬于哲學(xué)而根本不屬于科學(xué)的觀念性問題之所以常常使我們大感興趣，則是因為它們常被用來衡量得失、編寫法則，我們在生活中也據(jù)此做出選擇。因此，這類討論本身并無所謂矛盾，它只會使我們更清楚地看出科學(xué)將發(fā)生怎樣的變化。為此我們有必要將科學(xué)的技術(shù)實用功能與其認(rèn)識事物（包括我們?nèi)吮旧恚┑墓δ芊蛛x開來。與現(xiàn)代科學(xué)神話塑造的樂觀理想化模型不同，我們實際居住的世界充滿了未知的神奇而重要的事情，其原因既可能是我們尚未觀察到，也可能是我們現(xiàn)有的技 術(shù)水平還無法觀察到�？茖W(xué)的強(qiáng)大力量正在于它具有透過對象堅硬的外殼揭示出超出預(yù)料的真理的能力。從這一點(diǎn)來說，它是無價的，并且是人類創(chuàng)造力最偉大的動力之一。