霍金:我们所感知的世界真实吗?
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)。
“唯实论”地位岌岌可危
上世纪60年代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,有的则称为工具主义或唯心论。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。
量子论挑战对“过去”的认识
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”。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。
我们怎么能肯定金鱼看到的世界,就不如我们所谓的“现实”真实。
延伸阅读
另类现实成为大众关注点
另类现实,它已经成为今日大众关注热点。例如在科幻电影《黑客帝国》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?
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,但简单与否只与品位有关。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。
据《环球科学》