|
爱因斯坦曾说：“这个世界最不可理解的就是它竟然是可以理解的”。他的震惊是对的。人类的大脑进化成具有适应性的器官，但自人类的祖先还在大草原漫步，接受生命所面临的各种挑战起，我们的基础神经结构几乎就没有发生过什么变化改。能理解量子和宇宙的人类大脑无疑是神奇的，尤其是这些概念远远超出了“常识”和我们熟知的这个日常世界的范畴。 但是我认为科学会在某个时候遇到它的缓冲区，原因有二。其中比较乐观的一个原因是，我们对某些领域（如原子物理）会不断地进行研究，直至没有更多的内容可以被发现；另一个原因则更加令人忧虑，那就是我们的大脑终将达到可承载的极限。或许我们无法理解一些概念，就好比猴子无法理解进化论或气象学，而这些概念很可能对完全理解物理现实至关重要。有一些见解可能势必要等待后人类智力来解决。 或许令人意外的是，科学知识实际上是“零散的”——最深奥的秘密常常存在于我们身边。今天的我们，可以自信地对距离地球十亿光年之远的两颗黑洞碰撞后的测量结果进行解释；可与此同时，却在治疗普通感冒这样的疾病上进展甚微，尽管我们在流行病学方面已取得了巨大飞跃。事实上，人类对神秘而遥远的宇宙充满信心、却受困于日常事物一事，并不像它看起来那么矛盾。与生物学和人文科学相比，天文学要简单得多。例如，黑洞对于许多人而言似乎非常神秘奇特，但却属于宇宙界中并不复杂的实体。它们可以用简单的方程式来描述。 那么，我们该如何定义复杂性呢？它的答案在一定程度上是解答“科学究竟能走多远”的关键。由几个原子组成的事物不会太复杂，大的事物也不必很复杂。例如对于一颗恒星来说，尽管它非常庞大，但它的实质却是相当简单的：它的核心炽热无比，使得复杂的分子都被撕裂，因而没有化学物质可以存在，剩下的基本上就是原子核和电子的无定形气体。我们再以由钠和氯原子组成的晶体盐为例，它们一个连一个地堆积在一起，形成一个重复的立方体晶格。如果把一个大的晶体“切碎”，它的内部结构几乎不会变化，直到它被分解到单原子尺度。即使它很大，一块盐也无法被视作为复杂。 原子和天文现象——这两个极小和极大都可以是非常基本的，复杂和棘手的是存在于它们之间一切。而其中最为复杂的就是生物。一个动物在每个尺度上都有其相应的内部结构，从单个细胞中的蛋白质到四肢和主要器官。被切碎的晶体盐能继续存在，可被切碎的动物却会死亡而不复存在。 科学理解有时会被认作成一种层级结构，像一幢建筑物的楼层那样排列。那些处理复杂的系统的科学“住”在高层，处理简单系统的住在低层，数学则在地下室、其次是粒子物理学、再往上是其他物理学、然后是化学、再然后是生物学、植物学和动物学、最后是行为学和社会科学（无疑，经济学家住的是屋顶的阁楼）。 对科学的这一“排序”并没有什么大的争议，但是“底层科学”（尤其是粒子物理学）是否真的比其他学科更深入、或更包罗万象？这是值得推敲的。从某种意义上说，它们显然是。正如物理学家史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）在《终极理论之梦》（Dreams of a Final Theory, 1992）中所解释的那样，所有的解释箭头都是朝下的。如果你像一个对世界充满好奇的孩童一样，不断地追问：“为什么？为什么？为什么？”——最终你会抵达粒子物理学的楼层。科学家几乎都像是温伯格的还原论者。他们相信，无论多么复杂的事物，也都只是薛定谔方程（在量子理论中，支配系统行为的基础方程）的一个解。 但还原论者的解释并不总是最好或最有用的。如物理学家 Philip Anderson 所说：“多而不同（More is different）”。不管是热带森林、飓风、还是人类社会.……任何东西无论多么复杂，都是由原子构成、并遵循量子物理定律。但即使这些方程可以解决大量的原子聚集问题，也无法为科学家的探寻提供真正的启示。 包含大量粒子的宏观系统表现出的“涌现”属性，这是对与系统水平相适应的新的、不可约化的概念的最佳理解。化学价、原肠胚形成（胚胎发育中细胞开始分化的过程）、铭印和自然选择都是绝佳例子。即使是像管道或河流中的水流这样的平常现象，从粘度和湍流的角度也能对其产生更好的理解，而非从原子之间的相互作用去理解。流体力学家不关心水是否由H₂O组成，他们要做的是将液体视为一个连续的统一体，这样才能理解波浪如何破裂、水流如何变得汹涌。 新概念对我们理解真正复杂的东西（如鸟类的迁徙和人类的大脑）显得尤其重要。大脑是细胞的集合体；绘画是化学颜料的集合体。但重要而有趣的是，当我们向上层走时，模式和结构是如何出现的？什么能被称为涌现复杂性？ 所以还原论在某种意义上是对的。但是从有用的意义上来说，它却很少正确。粒子物理学家和宇宙学家只占科学家的1%，另外99％的科学家都在“更高”的层级上工作。束缚他们的是学科自身的复杂性，而非对亚核物理理解的任何匮乏。 在现实中，将建筑与科学进行类比实际上是非常差的。薄弱的基底能将建筑置于危险之中；而相比之下，不牢靠的基础却并不会让处理复杂系统的“高层”科学同样陷入困境。每一层科学都有自己独特的解释。不同复杂程度的现象也必须从不同的、不可化约的概念来理解。 我们可以期待在三个极限上的巨大进展：极小、极大、和极复杂。尽管如此，我愿毫不避讳地说，我的直觉是——人类所能做到的理解是有限的。努力去理解如人类大脑这样非常复杂的系统，或许就会是我们首个触碰到的极限。也许无论是大脑还是电子机器，这些复杂的原子聚集体都不可能完全的了解自己。而如果我们试图更深入地跟随温伯格的箭头进行挖掘，可能就会触及到另一个障碍：是否这会导致弦理论家所设想的那种多维几何。物理学家可能永远不会理解空间和时间的基本原理，因为数学太难了。 我认为人类认知是有极限的，这一观点受到了理论物理学家 David Deutsch（“量子计算”方面的先驱者） 的挑战。在他刺激又精彩的著作《无穷的开始》（The Beginning of Infinity, 2011）一书中，他表示从理论上讲，任何过程都是可计算的。的确如此。但是，能够计算并不等于能产生有洞见的理解。被称为曼德布洛特集合（Mandelbrot set）的美丽分形图样可通过短短几行代码的算法来描述。最普通的电脑就能绘制它的形状： ○ ○ 曼德布洛特集合。| 图片来源：Wikipedia |
|
|
