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面向综合的时代
——兼评《复杂》
现代专业知识分子感到头疼的纠缠在一起的几个问题是:一方面,我们每一个人必须深入到专业细节中去才有机会为人类增加新的知识,另一方面,我们不得不为了理解我们所获得的新知识在人类知识中的位置和意义而急剧增加与其他专业知识分子进行交往的时间。难怪在每一个专业的最前沿和其他专业之间,出现了一批"二道贩子",专业化地从事"科普"工作;而在沟通各种专业知识的"二道贩子"与社会公众之间,还需要一些"三道贩子"去从事"知识性地大众化"的工作。在作为生产力的知识的支配者手里(知识的支配者不必是那些工作在知识前沿的专业分子,正相反,在国民收入达到小康阶段通常会冒出来的满足大众突然增长的精神需求的"书商"、"策划"、"媒体"才是知识的支配者),于是聚集了权力(经济的、政治的、话语的)。而权力在各种专业知识分子当中极其不平衡的,有时令人感到不健康的分布(例如在坚持"发展是硬道理"的转型社会里的经济学家们的权力相对于哲学家们的权力,或者美国联邦储备局局长格林斯潘对世界股票市场的"上帝般的"话语权力),让人觉得福柯提出的问题不仅仅是"后现代"问题,而且是正在现代化的前现代社会的问题。互联网络的普及和极端发展只会让上面的那个困境极端地凸现出来:我在网上,我可以随意进入任何一个节点从而发现一个套着一个的几乎无法穷尽的专业知识的传统。我茫然不知,因为我的全部知识在这张"网"上仅仅只是一个细小的"局部",它仅仅是那些"二道贩子"、"三道贩子"以及横七竖八地"综合着"各个节点上的局部知识的"书商"、"策划"、"媒体"们建造雄伟大厦的一块可有可无的砖头。
认知科学家们早就在建构"神经网络"计算机程序,并且提出反柏拉图哲学的"互联主义(con-nectionism)"理论。事实上,我的一位朋友(他在中科院系统所的博士导师是我在那儿时的硕士导师),他使用一些微观构造很简单的"神经元"(只有一个可调整的参数)互相连接成几层(通常只有两层)网络,就可以在极短的学习时间里准确跟踪给定的信号序列。这个简单的系统有这样几个特点:(1)每一个神经元参数的调整都是一个试错过程;(2)评价函数只关心终端信号跟踪给定信号的误差;(3)算法收敛极快;(4)算法收敛后所得的神经元参数数值敏感地依赖于初始参数值的设定,并且系统通常可以从不同的初始参数值收敛到不同的神经元系统,每一个系统都同样理想地跟踪给定信号;(5)一旦收敛,神经元系统通常不可能在跟踪新的信号序列时自己改变参数结构,故需要操作人员强迫系统"跳离"原有的参数值。作为一个制度经济学家,我很容易地从中辨认出来我所熟悉的"多均衡状态"(特点(4),演化道路的"路径依赖性"(特点(1)),以及著名的"锁人效应"(特点(5))。至于"评价函数"的社会含义(特点(2)),我觉得那通常意味着"组织"和特定组织的目标函数。因此,防止锁人效应的有效办法是允许各种组织之间的竞争。当然,这样一来,上面那个简单系统就变成了多元开放的系统,而算法的收敛性(特点(3))也就消失了。在经济学语言里,如果一个算法竟然不收敛,那它一定不是均衡的,从而一定不是合理的(因为"合理的东西在其展开过程中表现为必然",也就是"存在")。可是在关于"复杂系统"的语言里,正是这种"不收敛性"标志着系统的开放性。多元性。和使其永远地演化下去的生命力。
八十年代中期我在东西方中心做学生时,碰到过一个在计算机上研究"微观模拟(micro-simulation)"的社会学博士。现在回想起来,他使用的一定就是这种神经网络算法。同他交谈几次以后,我开始意识到经济学研究也可以使用这种算法。为什么不让每一个微观经济主体自行决定做什么呢?为什么非要从新古典理论里推导出一组最优解的"比较静态分析"公式,然后只能在宏观层次上"计算"一个经济呢?这导致我后来在文章里反复提到的、最早被艾智仁提出的、"理性"与"演进"的等价性。
让我们想象一个这样的网络,它由许许多多各自具有独立评价函数的子网络构成,所有这些子网络,虽然初始参数结构互不相同,都试图跟踪同一个给定的信号序列("生存竞争")。当他们各自的算法收敛时,我们可以看到许许多多参数结构互异的神经元系统。现在我们让这些达到均衡的子网络跟踪一个新的信号序列(环境变迁)。显然,会有一些子网络由于已经被寻优过程"锁人"在特定参数结构里而无法跟踪新的信号序列。同样显然的是,另外一些子网络上一次收敛的参数结构会恰巧处于能够跟踪新信号序列的初始参数值附近,于是它们成为生存竞争的胜利者。我们可以让这些生存者之间互相"联姻",他们生出来的子女占据了那些失败者的位置。但是我们必须允许新一代子网络在参数结构上随机地偏离他们父母们的结构,有时这种偏离巨大到完全不再像父母的程度("遗传变异")。然后再改换一次被跟踪的信号序列,再淘汰一些被锁人的子网络。如此演化,直到永远。在这个图像中,每一个子网络的每一次计算都是收敛(达到了均衡)的,而且每一个生存下来的子网络都经历着一个局部知识的历史,积累着自己的知识传统(由实现了的均衡点列构成)。每一个这样的子网络,相对于其他子网络而言,构成一个"差异",一个"它",一个"反题"。而每一轮竞争所达到的"世界",都是一次新的综合。只要"存在",只要"生存",只要生存竞争总是将系统逼迫到不得不超越正题和反题达到新的综合与新的差异,系统演化就不会停止,系统就永远是开放的和多元的。这就是我所谓的关于知识的收益递增经济学。这里关键性的概念是知识沿着时间与空间的互补性(参见汪丁丁:《知识:互补性与本上性》,北京大学中国经济研究中心,1997年4月"内部讨论稿")。
由陈玲女士翻译的这本《复杂:诞生于秩序与混沌边缘的科学》(MitchellWaldrop,Complexity,北京,三联书店,1997年4月版)之所以立即吸引了我的注意,是因为这里出现的第一位人物,Brian
Arthur,正好是我曾经介绍过的,也是制度经济学家们熟悉的人物。他的竞争性技术进步理论,尤其是他的"锁入效应"的观念,已经被诺斯(因制度经济学研究而得到诺贝尔经济学奖)接受并且像诺贝尔奖那样广为人知。书中经常出现的另一位诺贝尔经济学家阿罗,也由于写了"'从干中学'的经济学意义"而成为制度经济学。技术进步理论,以及收益递增经济学的经典作家。但是当我继续读下去时,我立即意识到我必须一口气读完这本书;不仅仅是由于那些引人人胜的传记情节和思想发展脉络,更重要的,是著者通过描绘这一小群跨学科研究的精英分子的个人史,烘托出一幅极具魅力的复杂系统的图像。在这里,物理学、经济学、生物学、化学、天文学、计算机与认知心理学,甚至哲学、社会学和政治学,在它们各自知识传统的边缘上,通过这群"边缘人"的交往而激发出强烈的创新冲动。但是这里描绘的交往包含了比"交往"这个汉语语词丰富得多的内容。首先是一群在各自的知识传统内部"功成名就"的大学者,他们都对自己的传统持比较强烈的批判态度。批判,这是传统转化的第一步。其次是非常难得的开放心态,你必须像任何一个外行那样,坐在听众席上全神贯注地倾听一个对你所从事的专业相当外行的学者尖利地(不无偏见地)批判你的专业。最后是一个组织,一个能够吸引各个知识传统的核心人物并且把他们吸引到各自局部知识的边缘上的组织。著者描写的是桑塔费研究所,描写这个研究所的筹划者们是怎样从不同的领域相当偶然地(也是必然地,如果经过足够长时间的寻找)互相认识了,并且如何像企业家那样调动各自关系网内的资源,终于在美国那种令人异化到窒息的分工细密的研究体制下实现了研究制度的创新。
《复杂》一开始就讲述了阿瑟关于"收益递增"的探索和历经十几年的挫折。是的,凡熟悉经济学理论的人都可以想象在经济学基础中引进"收益递增"假设会导致什么样的灾难性后果以及何等丰富的可能前景(参见汪丁丁:《近年来经济发展理论的简述与思考》,《经济研究》,1994年10月)。恰恰是收益递增,能够突破死气沉沉的新古典"秩序",将经济系统逐渐带到"复杂"世界中去,虽然那同时也是"混沌的边缘"。
熟悉"混沌"理论的人都记得逻辑曲线所描述的那个经典的动力方程式:dx/dt=kx(1-x)。当正的参数k
足够小时,系统是稳定的并且收敛到1(假设调的初始值大于0)。但是如果你把这个简单的方程离散化并且增加k的值,你会马上看到计算机作图上出现了调的振荡曲线。进一步增加参数值会产生无限密集的振荡,而且你无法判定振荡的周期,事实上你进入了"混饨"。在我读到《复杂》以前,我从来没有想过要仔细看看当k的数值非常接近"混沌"范围时的计算机作图是什么样子。《复杂》声称:如果我把k的数值调整到足够接近发生"混沌"的临界点,我会发现调的图形呈现出稳定的周期但极其敏感地依赖于它的初始值的位置。根据《复杂》介绍的理论,我能够想象,我将可以得到任意周期的稳定图形,只要我仔细地在这个接近发生"混沌"的边缘地区里寻找合适的调的初始值。如果你的个人计算机里有一个简单好用的视窗软件例如"mathcad5+",你不妨试试这个想法。你会发现你得到的结果实际上就是《复杂》的另一个主角一朗顿,在复杂理论研究方面的一个重要发现(参见《复杂》中译本页317-320)。这本书中的人物,最令我感动的也就是这个在异化了的学术世界中历尽坎坷和不被人理解的朗顿。他在四十岁的时候居然还没有拿到博士学位,因为他所从事的研究是开创一门新科学(人工生命),他的博士论文导师应当就是他自己。朗顿的计算机仿真最终使他明白:一切生命现象都应当发生在系统从完全的有序到完全的无序的路上,具体他说,生命现象发生在系统参数充分地接近使系统发生"混饨"的那个临界点附近。而这个看法又被《复杂》的另一个角色——普·巴克从物理学方面说明了。巴克1987年发表的理论叫做"自我组织的临界性理论"。他发现大量物理现象都呈现某种"幂律"模式,即两个关键性的变量之间的关系大致符合一定阶的幂次方(《复杂》426-430页)。我马上想到阿罗1962年那篇经典性的收益递增论文引用的军用飞机制造厂的数据显示:飞机的平均成本与工厂制造过的飞机总数的1/3次方根成反比。我还想到了寻优算法理论所显示的:寻优过程总是倾向于某个凸集的边界点,或者,复变函数理论中的威尔斯特拉斯定理:连续函数在其凸定义域的边界处达到极值,或者,关于水滴表面张力的理论物理学中的"极小曲面"定理。
"生命",它的实质是什么?在我看来,对这个问题的现代的和最早的研究其实是由《复杂》这本书里较早出现的一个主要人物——考夫曼完成的(143-151页)。他在七十年代初期发明的所谓"基因算法",把一百个简单基因,每个基因只有两个可能的输入和输出状态,随机地连接在一起。然后,他观察任意输入的信号所引起的"基因"的连锁反应。他发现当这种由简单元素拼凑起来的系统复杂到一定程度时,就会出现绝非简单的现象:一百个以上基因随机连接,当每一个基因可以被两个到十个别的基因激活时,全部基因所构成的这个系统会呈现出若干个稳定的循环状态。他进一步发现,可能出现的循环状态的个数大致相当于网络内基因总数的平方根,而且,他查找了生物学资料,发现在真正的生物体中,细胞类型的数额大致等于该生物体中基因数的平方根——又一个"幂律"。如果把互相能够激活的基因数目增加到十以上,系统会进入过分的活跃而导致彻底的混乱。这样,我们看到生命现象只能发生在"混饨"的边缘处。而这时的生命,表现为从大量简单元素相互作用。的复杂连接中"突现"出来的稳定的整体结构(即所有这些简单元素被当成一个整体的时候所表现出来的特征形态),以及更重要的,大量这样的整体结构之间的进一步复杂连接并进一步"突现"出来的进一步的整体结构——更高层次上的特征形态……如此演进以致无限。同样的过程还发生在化学家所谓的"自动催化"相互作用中。不论如何,按照我的理解,这本书所论述的"生命"形态要求三个必要条件:(1)大量的机遇;(2)允许简单元素按照某种简单规则作出"选择"的空间;(3)迫使每一个简单元素作出独立选择的某种压力(例如化学自动催化过程中的外力,自然演化过程中的资源稀缺性对生物造成的生存竞争压力,心灵的创造性活动中意志的作用力)。这里存在着"生命"的度:如果选择空间太小,相互作用立即会达到单调的均衡点并且"死去";如果元素的选择自由太大,相互作用会打破任何刚刚突现出来的结构,从而系统丧失稳定性。类似地,一个生机勃勃的社会不可能除了法律之外就是无政府,社会成员的创造力只能存在于在死板的法律与完全的无政府状态之间的某个空间里,这就是哈那克所论证的"道德"管辖的空间。上面的条件(1)是非常重要的,也就是存在着"不确定性"。当存在着不确定性时,个体生存就要求根据历史经验提出一些简单的行为规则并且在不确定环境里"盲目"遵从这样的规则。这就是"规则的抽象性"。(参见汪丁丁:《经济发展与制度创新》,上海人民出版社,1995年)经济学家(Richard
Heiner)已经证明,那些不顾"规则"而坚持在每一个具体细节上寻找"最优化"决策的个体其实无法在不确定性环境里生存。那些遵从规则井在规则的"边际"保持着灵活性的个体,当他们的社会允许这样的个体之间展开充分竞争时,这些个体作为整体具有最强大的生命力。这就是《复杂》反复强调的"共同演化"的观点。海德格尔从早期的强调"此在"转变到晚期强调"共在"。阿瑟注意到了海德格尔哲学对"存在"的关注以及东方哲学对"共在"的关注(463-468页)。
《复杂》贯穿全书提出了大量问题。正是这些问题激动着读者,也是这些问题等待读者去做进一步的研究。例如所谓"新的热力学第二定律",即与现有的热力学第二定律有相反作用方向的宇宙定律,它应当解释为什么在这个熵(混乱)不断增加的世界里不断地涌现出生命似及越来越高级(就结构的复杂性而言)的生命形态。难道我们这几百万年以来正在向着混饨边缘进化并且最终不得不进入"混沌"以及相应的大灾难(地球上显然曾经有过几次这样的大灭绝)?这样的大灭绝是否如同前几次一样,仅仅为着给灾难之后的"初始原汤"中可能突现出来的新物种准备演化的舞台?
对复杂现象的研究要求综合,这就是为什么《复杂》的主角们在最终走到一起来之前几乎一律遭到分工细密的美国学术界的冷待。大多数经济学家都觉得阿瑟关于收益递增的想法"很离奇古怪","不是经济学","并不存在","而且,即使它存在,我们也不得不宣布它不合法。"桑塔费研究所的所长考温气愤他说:"通往诺贝尔奖的堂皇道路通常是由简化论的思维取道的……这就造成了科学上越来越多的碎裂片。而真实的世界却要求我们——虽然我讨厌这个词——用更加整体的眼光去看问题。任何事情都会影响到其它事情,你必须了解事情的整个关联网……就这样几年折腾下来,强制性的狭隘视野变成了一种不被人们所意识的本能……最令人沮丧的是这种碎裂的过程对科学整体的侵害。传统学科已经顽固和相互孤立得好像要自己窒息自己。你视野所及,到处都有大多的科学良机,但大多的科学工作者似乎对这些默然无视。"也正是因为大家都有过这样的遭遇,当他们终于碰到一起的时候,他们才发觉自己不再是"疯子"。而且,为了产生这样一个研究所,仅靠"疯子"们的努力是不行的,还必须有像阿罗这样的主流学派大师的支持才行得通。一个面向综合的时代要求学术制度的创新。分析的时代则倾向于"复制自身",把人们锁定在分析的时代里。
自由,学术和思想的古典式的自由,它发生在规整的秩序与混饨的边缘之间。多元意味着"复杂",竞争意味着"生命",自由意味着"思想"。
探询"科学之终结"
最大的连锁书店巴尼斯·诺贝尔(Barnes &Noble)在"科学"一栏的书架子上同时推出五六种新书,都探讨一个主题——科学的终结。这题目引起我的兴趣,首先因为"科学"是自公元前六世纪以来西方精神的主线,而这条主线到了胡塞尔和海德格尔以后,成为批判学派主流意识中随着形而上学的终结而"终结"的对象之一。其次是因为"五四"以来中国人从"赛先生"那儿究竟学到了什么,实在是一个值得深入询问的题目。我在另一篇文章里倾向于认为:中国人的"科学"缺乏科学精神,同时也正因此,科学在中国很容易演变为"科学主义"。有这些前见,我就花费了一个多月的时间趴在巴尼斯诺贝尔书店的咖啡厅里一本接一本地读完了近年出版的几十本科学书籍(为方便国内出版社联系版权,我把1996年以来新书的出版商地址一井加以索引)。现在让我回到这篇文章的主题。
引出这个主题的是一位职业记者,约翰·霍根(John Horgan),他也是《科学美国人》(Scientific Americans)的高级记者。众所周知,当一位《科学美国人》高级记者打来电话要求采访时,百分之九十九的学者是难以说"不"的。在十年的时间里,霍根访问了尚活在世上的各个科学与社会科学领域内最权威的科学家和科学哲学家。在采访过大约五十位权威学者之后,于1996年,他出版了这本书——《科学的终结:面对科学时代边缘处的知识极限》(John
Horgan,The End of Science:Facing the Limits of knowledge in theTwilight
of the Scicntific Age,Bantam Doubleday Books)。这是一个哲学认识论味道极浓的题目。我发现霍根有极流畅的文笔,能吸引我一口气读完他这本四百多页的书。并且他有很好的自然科学训练(据他自己说,他多年来坚持每学期到大学去选修一门数学或科学课程,以了解科学各个领域里最新的知识)。这种良好的科学训练使他能够在采访每一位权威学者之前完成阅读十几本与受访者专业有关的最新著作(就我所知,绝非每一位资深记者都能够做这类"家庭作业"的)。也正因此,他能让那些严格控制采访时间的大学者,例如卡尔·波普不知不觉地与他激辩三个多小时。作者的文学功力还表现在对受访者个人生活细节的生动刻画和对其人生经历的传记性描写方面,相当引人人胜也许因为作者的文笔,也许因为所涉及的主题,这本书马上成为1996年全国最畅销书之一。
霍根把他的这本书划分成若干互相比较独立的部分,每一部分涉及一门或几门科学的"终结"。相应地,那一部分就收录了那一领域内各位权威学者的采访报告。给我印象较深的是关于物理学的"终结",关于生物学的"终结",以及关于社会科学的"终结"。按照霍根采访过的一位神经生物学泰斗——龚特·斯坦特(Gunther
Stent,加大贝克莱分校教授,分子生物学奠基人之一,美国国家科学院神经生物学部主席)的看法,许多科学面临着"终结",是因为这些学科所处理的主题终结了,它们不再具有重大意义。例如地理学、化学、生物学等等。而且斯但特在一系列演讲中宣告"科学的终结"(讲演文集的题目是《正在到来的黄金时代》),这启发了霍根写这本书。霍根的意思很显然:如果我们承认许多主题不再重要的学科即将终结,那么剩下来需要论证的就仅仅是那些主题仍然具有重大意义的学科的终结。这些学科当中最重要的就是物理学和生命科学。更精确一些就是物理学中的基本粒子研究和宇宙发生学(宇宙起源和"引力量子"理论)和生命科学中对"意识"发生过程的研究。我觉得这个出发点还是可以接受的。在人类开发出来的各个知识领域中,确实有一些是从属性的,另外一些则是根本性的。前者的生命是从后者孕育出来的,而且当后者的生命完结的时候,前者也不得不随之完结。例如在我看来,人口学就是这样一个从属性的知识领域。
关于物理学的终结,霍根首先采访了著名的剑桥大学教授,罗吉尔·潘罗斯(RogerPenrose,广义相对论权威,致力于建立广义相对论与量子力学的统一理论,1989年以畅销书《皇帝的新脑》为世人知,1996年与"剑桥天才"斯提芬·霍金出版两人关于理论物理未来发展方向的辩论集,The
Nature of Space and Time,Princeton University Press)。不无争议地,自认是一个坚定的柏拉图主义者的潘罗斯预言:人类揭开"意识"过程秘密和宇宙起源秘密的最终希望,人类理解心与物之间联系的最终希望,在于广义相对论与量子力学的结合。我说"不无争议",是因为他的这些看法已经广受各个领域专家的批评(参见Steven
Pinker,1997,How The Mind Works,w.w.Norton &Company。作者系麻省理工学院心理学教授及认知神经科学中心主任,去麻省之前任教于哈佛大学和斯坦福大学,是世界顶尖的认知科学家之一)。不过直到我读完这本书,我也没有发现潘罗斯有哪些观点是支持"科学终结"论的,我觉得霍根也对此不了了之。事实上,潘罗斯的著名论点(《皇帝的新脑》的主要论点),也是使他倍受攻击的论点是:科学永远也无法完全了解人类意识,人类创造力来源于直觉和灵感,而不是神经网络的复杂连接。关于后一点,请读者参阅我为《读书》写的《面向综合的时代——兼评<复杂>》。
也许可以用来支持霍根的"终结"看法的,是潘罗斯的朋友,天才的霍金的看法。霍根采访了霍金。在1993年出版的霍金文集(Black
Holes and Baby Universese And OtherEssays)里,我找到第七章,"理论物理学的终结就要到来了吗?"(这是他就任剑桥大学牛顿数学讲座教授时的发言,1980年4月29日),这也是霍根在书中引述过的那个发言。不过我仍然没有从霍金的发言中看到科学终结的影子。霍金与一批像潘罗斯那样的数学出身的理论物理学家一样,热衷于建立物理学的大一统理论。在这篇发言里,他提出了一个完备的物理学统一理论所必须具备的两个特征:(1)一组局部法则(local
laws),使得各种物理量都必须服从之。通常这组自然律是由微分方程来描述的;(2)一组边界条件,告诉我们在宇宙的一个特定时刻和特定场合下的各种状态,以及宇宙的其他时空发生的事件如何影响这一特定时空的各种状态。由于霍金提出的这两个基本要求,那些所谓"大理论"就被排除在外了。因为,正如霍金所批评的那样,如果一个理论可以靠了随意改变若干"参数"就来解释世界上的一切事情,那么它所表现出来的任意性已经否定了它作为科学理论的合法性。在霍金看来,我们关于这个世界的任何模型里的任何参数都不应当是随意确定的。参数值必须对应着真实世界的状态,否则怎么能叫做"科学"呢?(这个批评对于我们国内的许多以数学模型来描述社会状况的人来说非常有意义。)假如质子与中子质量的比(这是一个基本参数)不是等于电子质量的大约两倍,那么我们就不可能得到构成这个世界各种化学元素的稳定原子结构,从而生物和化学现象成为不可能发生的现象。同样,如果宇宙在它爆炸的最初一瞬间的尺度稍微有所偏差,我们今天所见到的星球和物理定律就不会是这个样子,我们可能已经在一个飞速收缩的宇宙中化为乌有。不同的宇宙有不同的初始条件从而不同的物理定律(从而在意识当中发生不同的模型参数)。霍金说,在他从世界各地每天收到的来信中大约总有两个或三个这样的"大理论",它们的问题都在于参数的随意性。沿着物理科学的传统,霍金主张先发展局部理论,再把局部理论整合起来(参阅Michio
Kaku andJennifer Thompson,Beyond Einstein:The Cosmic Quest for
the Theory of theUniverse,该书第一作者是"超弦"理论的创建者之一,也是目前最活跃的亚裔科学家之一;在这本1987年出版,1995年再版的科普读物中,作者给出一棵理论进化树:静电理论与磁场理论整合为马克斯韦的电磁理论;后者与弱原子力在1968年整合为"电子一弱力"理论;后者再与强原子力整合为七十年代的统一场论;后者再与引力理论整合为八十年代的超弦理论)。霍金回顾了几十年以来理论物理学沿着这条线路的进展,最后涉及"反物质在这个宇宙中过分稀少"问题,然后开始讲述他自己关于宇宙起源的理论("热爆炸"说)。在这里,他指出唯一有希望的整合理论是所谓"N=8的扩展了的超引力理论"。为了解释目前已知的宇宙,该理论模型需要一个引力子(graviton),八个自旋为二分之三的引力作用于(gravitonos),以及另外二十八个自旋为一的基本粒子和另外五十六个自旋为二分之一基本粒子,最后加上七十个自旋为零的基本粒子。这个模型具有以下特征:(1)它是四度空间的模型(这非常符合我们的直觉),(2)它把引力整合进来了(这是多数当代理论努力要达到的),(3)它不需要做任何无穷大减无穷大的标准化运算(这是许多当代理论的缺陷之一,这造成模型参数的随意性)。看起来,这是人类可以找到的最终的也是可以解释这个宇宙的唯一的大理论了。正是在这个意义上,霍金暗示:理论物理的终结已经可以预见了。不过他马上又补充说:我们面临着三种可能性。第一,存在着一个大理论来整合所有的现象;第二,不存在这样的大理论,但是存在一个无穷系列的小理论,局部地解释世界,永远不能得到整合;第三,根本就没有理论,所有已经被理论解释过的观察仅仅是过去的观察,而那些未来的经验永远不能被确定性地预见到。而且我注意到霍金在最后一个脚注里对超弦理论这样评价说:"……这些超弦理论似乎在很低的能级上可以约简为超引力理论,不过到目前为止它们很少推导出可供检验的经验命题。"
以上就是我看到的霍金的态度。不足以支持霍根在这本书中的"终结"判断。霍根转向基本粒子科学家们,他先后采访了芝加哥大学物理教授卡达诺夫(Leo
Kadanoff,我从其他书籍中没有找到关于他的个人资料),英国物理学家麦克·金(Colin McGinn,反复警告物理学的缺乏进展),诺贝尔物理学奖得主盖尔曼(Murry
Gell-Mann,将混乱无序的基本粒子分类整理并提出"夸克子"概念,此人在桑塔费研究所起着重要作用,在包括认知科学和艺术创造过程等在内的许多领域都有创见),诺贝尔物理学奖得主格拉肖(SheldonGlashow,是三位将弱原子力与电磁理论加以整合的1979年诺贝尔奖得主之一,目前任哈佛大学物理系主任),魏因博格(Steven
Weinberg,提出W与Z粒子做为弱原子力的载体,与格拉肖同获诺贝尔奖,同样热衷于"最后的大理论"),贝特(Hans
Bethe,1967年诺贝尔奖得主,曾任二战期间曼哈顿计划领导人),魏勒(John Wheeler,波尔的学生,普林斯顿大学教授,广义相对论权威,首先创立描述大质量恒星晚期演化的微分方程并且计算出介于中子星与黑洞之间的全部可能的均衡点,被认为是世界上三位推动了广义相对论天体物理学研究的重要导师之一;参见Kip
Thorne,Black Holes and Time Warps:Einstein's OutrageousLegacy,W.W.Norton,1994;作者本人是加州理工学院费依曼理论物理学讲座教授,"黑洞"理论及引力波研究的领导人之一),怀疑论者大卫·鲍姆(David
Bohm,量子理论创始人之一,其个人传记已成经典,不必引述),永远带着诡笑,公认的科学界代言人,天才的费依曼(Richard
Feynman,加州理工学院教授,1965年诺贝尔奖得主,爱因斯坦之后唯一的物理学家在连续三十年里成为理论物理界作出最重要贡献的人,晚年曾出任美国总统任命的"挑战者号航天飞机失事调查委员会"成员,向公众解释这场造成六名字航员丧生的人类悲剧的原因,并因此成为家喻户晓的科学家;参阅John
Grib-bin and Mary Gribbin,1997年著,Richard Feynman:a Life in scicnce,First
Dutton Printing,Penguin Group,Penguin Books USa Inc),以及被理论物理界公认的,可以与爱因斯坦相比的,"最聪明的人",普林斯顿大学高等科学研究院的爱德华·威顿教授(Edward
Witten,据说他的名字的出现频率大大超过了那些诺贝尔奖得主,他热衷于超弦理论的研究,认为那是目前最有希望的理论,并因研究高维空间里的曲线打结问题获得1990年菲尔斯奖金,由于诺贝尔委员会不设数学奖,菲尔斯奖金长期以来被认为相当于数学里的诺贝尔奖,并且由于是每四年颁发一次,故其竞争程度超过诺贝尔奖)。尽管霍根用了大量笔墨报导他与这些权威学者的对话,以及这些学者们著作中的观点,我仍然无法从中作出物理学"终结"的判断来。在所有这些被引述的观点中,一个比较有说服力的观点是麦克·金的看法:粒子物理学家必须建造越来越庞大的加速器才可以推动其理论发展,例如超导超级对撞器(superconductingsupercollider)的周长大约达到54英里。问题在于,为了检验超弦理论,他们需要建造的加速器的周长必须达到1000光年(整个太阳系的周长也不过是一个光年而已)。显然,用超级加速器检验超弦理论是不可能的事情。物理学离开实验验证过程是不可想象的。这是否就预示着物理学最终的完结呢?如果人类不可能找到比加速器原理更加强大的对撞原理,那么我承认上述的预见会成为现实。但是技术进步的不确定性是我们难以想象的,也许人们会找到新方法轰击粒子,也许人们会放弃加速器而使用其它工具来检验基本理论,也许基本理论会推导出不必在那么高能级加以检验的命题。谁说得准呢?
在霍根采访过的其他学者当中,波普、库恩、费那本德是科学哲学三大家。从霍根的报导中,我没有发现他们对"科学的终结"表示过什么看法。不过让我接着这个话题发挥一下,波普晚年的几次演讲给我印象深刻。他在《趋向的世界》里试图说明牛顿物理学里的每一个"力"都应当被一个具有无穷多概率分量的"趋向"代替,这个世界是一个充满着各种可能性的不确定的世界。沿着这个思路,普列高津于1997年出版了英译本《确定性的终结:时间、混沌以及新的自然律》(llya
Prigogine,The End of Certainty:Time,Chaos,and the New Laws of
Nature,The Free Press)。在导言中作者明确说明该书是为了响应波普的《开放的宇宙:非决定论》(Karl Popper,The
Open Unirerse:Indeterminism)。作者在书中试图以概率分布的数学描述扩展牛顿经典力学(参阅该书第五章"Beyond
Newton's Laws")和现代量子力学(参阅该书第六章"a UnifiedFormulation
of Quantum Theory")。这条思路确实触及到了现代科学的要害问题:科学需要不断精确化其概念体系,需要不断细化其可操作的概念边界。这是科学之不同于哲学的根本处(哲学倾向于不断提出普遍概念以囊括新的经验)。但是在量子水平上出现了"测不准原理"。如果测不准原理只是与相对论并列的可供选择的理论之一,那么它的存在并不会影响科学提高精确度的进程。问题在于,目前科学进展的焦点恰恰是将量子力学与广义相对论整合为统一理论。例如在宇宙起源问题的研究中,霍金试图以量子波动来预期"黑洞"的热辐射,进而解释早期宇宙的正物质与反物质分离过程(参阅其著《时间简史》1996年扩充本,Stephen
Hawking,The Illusirated a Brief History of Time,Updated andExpanded
Edition,Bantam Book)。这样一来,测不准原理便对我们理解宇宙起源发挥了建设性的作用,成为我们宇宙观的一个基本构件。
许多论者认为,由于测不准原理以及量子力学已经成为与广义相对论并列的物理学理论基石,科学不再成为精确学科,科学不再有能力预测未来,所以"科学死了"。他们提出所谓"新科学",新科学的精神也就是"后现代"的精神,科学范式从"确定性"的改变为"不确定性"的,从"连续性"的改变为"非连续性"的,不再有非黑即白的范畴分类……。(参阅Ian
Marshall and Danah zohar,1997年,Who's Afraid of Schrodinger'sCat?——All
the New Science Ideas You Need to Keep Up with the New Thinking,William
Morrow &Company,Inc.)。这是我可以找到的第三个理由,显得科学快要终结了。至少,科学将不再是现在这个样子了。未来的科学判断有些像那只"薛定谔猫":它是活着的,同时也是死了的,只有通过观察才能确定是死是活;观察所能发现的"它",可以是活的也可以是死的,完全取决于观察者观察它的方式。在科普读物里就是这样描写未来科学的。你可以管这个叫做"科学",或者叫做"非科学",已经无关紧要。要紧的是,我完全不同意这种对测不准原理和未来科学的描述。这种描述是纯粹新闻性的。外行的,对科学理论的技术细节缺乏理解的描述。很不幸,连霍根这样的著名记者也难免流于此类的肤浅。科学已经进展到这样细致的程度,在这里,任何从基本假设(这些假设往往针对极小的尺度)草率地外推到某个直观世界的尺度都可能是致命的误导。为了避免这样的草率,科学专业以外的人需要借助哲学来把握科学。
简单他说,微观尺度上的"非决定论"并不妨碍导出直观世界里的"高度近似的决定论"。更深一些说,宇宙起源那一瞬间的"非决定论",可以导致不同的宇宙及其不同的自然律,但对已经生成了的此一宇宙而言,自然律却是被决定了的,高度确定性的。理解这个观点的关键在于对"历史时间",或时间的"历史性"的理解。在物理学里,时间是可逆的("对称性"的要求),在现实世界里,时间却有开端和可能有终结(至少在宇宙起源的"热爆炸"假说看来如此),一切星系都形成于宇宙生成的早期,否则就很难解释目前宇宙物质总含量中氢与氦如此高的比例(英国皇家科学院天文学家,剑桥教授,也是霍金的研究生同学,马丁、黎思1997年出版的《创世之前:我们的宇宙及其它》被认为是与霍金的《时间简史》井列的姐妹篇,与后者重在数学描述不同,黎思以主要篇幅解释关于宇宙起源的经验数据和物理意义;这本书成了我理解宇宙学前沿课题最好的教科书;Martin
Rees,1997年,Before the Beginning:Our Universe and Others,Helix
Books)时间在这里是不可逆的。同样地,将引力理论与量子力学整合起来,是为了解释宇宙起源,生命起源和一切过程终结时的可能状态。这里包含着的高度不确定性,不意味着目前的世界是无法确定地了解和预测的。科学的意义和功利价值在于它对目前世界(而不是创世之初和未世之时的世界)的适用性。在这个意义上说,上面给出的第三个"科学终结"的理由是不能成立的。
我对"科学之终结"的探询远未结束。上面的讨论仅仅才是开端,许多问题没有展开。例如生命起源问题,人类心智和语言问题,宇宙起源的其他假说和这些假说对"大爆炸"假说的批评等等,最后是量子力学与引力理论的现代含义。("时间"、"空间"、"质量"、"能量"……爱因斯但到底使这些概念发生了多少变化呢?)我相信只要这些问题是"永恒"的,科学便不会有终结。
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