真实世界的“真实”

撰文 斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）  莱昂纳德·蒙洛迪诺（Leonard Mlodinow）
翻译 庞玮
原文载《环球科学》2010年第11期
本帖转自http://www.sciam.com.cn/html/guancha/guandian/2010/1105/13910.html



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）。

    不过，对蒂莫西·利里（Timothy Leary）和上世纪60年代记忆犹新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（antirealism），有的则称为工具主义（instrumentalism） 或唯心论（idealism）。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”（model-dependent realism）。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。

别去评判真实


    另类现实（alternative realities）已经成为今日大众文化 的主流。例如在科幻电影《黑客帝国》（The Matrix）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？如果我们生活在一个虚 拟的、想象的世界中，事件之间就没有必要存在任何逻辑， 不必自圆其说，也不用遵循任何规律。掌控这个虚拟世界的 外星人说不定仅仅因为有趣或者好玩，纯粹为了看看我们的 反应，就会让全世界突然对巧克力深恶痛绝，或者一夜之间 消除战争实现世界和平——可是这种事情从来没有发生过。 如果外星人坚决不肯违背自洽规律，那我们就没有任何办法 确定在这个虚拟现实的背后还存在另一个现实了。你当然可 以说，外星人生活的那个世界是“真实”的，计算机生成的 世界是假的。然而，生活在虚拟世界里的生物无法从外部观 察他们的宇宙（我们也一样），也就没有理由怀疑自己生活的 世界并非“现实”。


    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，但简单与否只与品味有关。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。


    还有一个发生在真实世界里的著名例子，同样说明对“现 实”可以有不同的描述，那就是托勒密的地心说和哥白尼的 日心说之争。尽管人们通常都说，哥白尼证明了托勒密是错的， 但事实并非如此。哥白尼和托勒密就好比我们和金鱼，选择 任何一种描述作为宇宙模型都可以，因为无论假设是地球不 动还是太阳不动，我们都能很好地解释我们观察到的天象变 化。抛开哥白尼的日心说在有关宇宙本质的哲学争论上所起 的作用不论，它的真正优势只不过在于运动方程在太阳静止 不动的参考系中更为简洁而已。


    取决于模型的唯实论不仅对科学模型适用，对我们创造 出来表述和理解周围世界的意识和潜意识心智模型也同样有 效。例如，人类大脑从视觉神经接收原始信息，将来自双眼 的信息综合起来，增强细节并填补诸如视觉盲点之类造成的 信息缺失。不仅如此，大脑还从视网膜接收到的二维信息中 创造出了三维空间感。你觉得自己看到了一把椅子，实际上 不过是利用椅子上散射的光，建立起了一个心智图像，或者说是椅子的模型。人类大脑非常擅长这 种模型构建，如果给人带上一副特殊眼 镜，让呈现在他眼睛里的图像上下颠倒， 大脑会改变这个模型让他看到上下不颠 倒的物体——但愿在他想坐下来之前， 这种改变就已经完成。

管窥深层理论


    在追寻终极物理理论的探索中，从 未有哪个理论像弦论（string theory） 这样让人满怀希望，又如此饱受质疑。 弦论是20 世纪70 年代被首次提出的 一种尝试，目的就是要将自然界中所有 的作用力都统一到同一个理论框架中 去——确切地说，是要把引力并入量子 物理体系。然而到了20 世纪90 年代初， 物理学家发现弦论遇到了一个尴尬的问 题，那就是同时存在5 种不同的弦论。 对于鼓吹弦论是唯一可行万有理论的那 些人来说，这确实相当难堪。到了90 年代中期，研究者开始发觉，这些不同 的理论，以及后来才出现的所谓超引力 论（supergravity），其实都是在描述同 一个现象，这给了他们一些希望，认为 这些理论最终可以统为一体。确实，这 些理论通过物理学家所说的“对偶性” （duality）彼此关联，这种对偶性就像 是在不同概念之间来回变换的某种数学 词典。但很可惜，每种理论只能很好地 描述某一特定条件范围内的现象——比 如说低能现象。没有哪个理论能够描述 宇宙的方方面面。


    弦论学家现在相信，这5 种不同的弦论只是对更基本的 一种理论的不同近似，后者被称为M 理论。［似乎没有人知道 这里的M 代表什么，可能是Master（统领），可能是Miracle （奇迹），也可能是Mystery（神秘），或者兼而有之。］尽管人 们还在努力参详M 理论的本质，但看上去长期以来期待的单 一终极理论或许不会出现，要描述宇宙万物，我们必须针对 不同情况选择不同的理论。因此，M 理论不是通常意义上的 单个理论，而是众多理论组成的一个网络。这有点类似于地 图。要将整个地球如实记录在二维平面地图上，人们必须使 用一套地图，其中每一张只覆盖一个有限区域。这些地图会 互有重叠，在这些重叠的区域，不同地图都展示出相同的地貌。 与此类似，M 理论大家族中的不同理论看上去可能千差万别， 但都可以看成是同一个底层理论的某种版本，在适用范围相 互重叠之处，它们都会预言相同的现象，但没有哪个理论能 够涵盖所有情况。


    只要我们发展出一个描述世界的模型，并且发现它大获 成功，我们就会说这个理论描述了“现实”，或者说绝对真理。 但就像金鱼那个例子一样，M 理论表明同样的物理场景可以 用不同的模型来描述，每个模型都有一套不同的基本要素和基 本概念。或许，要描述整个宇宙，我们必须在不同情况下使用 不同的理论。每个理论对于“现实”或许都有各自不同的理解， 但根据基于模型的唯实论，“现实”的这种多样性是可以接受的， 不可以说哪一种“现实”比其他“现实”更真实。这不是物理 学家传统意义上期待的大统一理论，跟我们日常对“现实”的 理解也相去甚远。但这或许正是宇宙的本来面目。

感谢楼主分享！
唉，人们知道的越多，就发现自己不知道的越多，最后连自己知道的对不对都不知道了

异次元骇客，谁能说自己的世界就是真实的？

我们每个人都是楚门，都在寻找墨菲斯

这篇文章的观点我不能同意，既使这里挂着霍金的姓名。

关于椅子，它是否客观，并不仅在于我们眼睛的看见和大脑的感觉，任何具有探测作用的仪器，都能感知其客观存在。既使人类不存在，其他动物仍旧能感知椅子存在。

不错，帮顶！

可能我们的宇宙只是其他世界的一颗尘埃。。。

这篇文章不错，霍金总算写篇像样的东西了。

如何看待“科学”、如何看待“客观”，每个人都有不同的思路。
不过，他的这个观点，是最“安全”的。
熊很赞同。

回复 9# gohomeman1

我不自量力，解释一下霍金关于“客观”的观点。


“无名天地之始，有名万物之母”。
“椅子”是人类为一个客观现象起的名字。

它被认为是“客观”的，是因为人们通过观察发现它不是主观的：不同的人描述的椅子都是一样的。
但它未必是“真实”的，因为人们只能通过感官去认知它，或者通过感官去认知仪器测量的它的属性，到了大脑里的都是“二手信息”。

人类能够确定的是关于“椅子”的客观现象：它看上去四条腿、摸上去有点硬、咬上去不好吃、放在称上会显示5公斤……
所以，在人类的约定下，为这种现象构造了一个概念（也就是作者所说的“模型”，只不过“椅子”不算数学模型），把它称作“椅子”。
人们为“椅子”这个概念赋予了若干性质，比如“占据了一定空间”、“不推就不倒”、“可以坐在上面”……。并把这些性质用逻辑联系起来。
然后通过实践，检验了这些性质符合观察现象（不符合观察现象的那些性质——比如“会自己跑来跑去”什么的——早已被观测否决）。

因此，我们没有足够的理由确定“椅子是真实存在的”，我们只可以说“椅子是一种符合观测现象的模型”。


仅对椅子这么说，有点矫情，似乎是文字游戏。
其实霍金想说的是：目前的科学理论，已经距离“直观的经验”非常遥远了，与其相信这些理论是“真实的”，不如认为这些理论是“符合现象的”。

我们往往把从大脑中产生的概念（比如“椅子”，是客观世界在人脑中的投影）误认为是“真相”，这在日常生活中没有任何问题。
但是，在远离日常生活的科学理论的问题上，这种思路会导致荒谬的结论，从而造成对科学理论的误解。

比如，“夸克”无法单独被观测到，那么它是否存在？正确答案是：“夸克”作为理论的一个假设，是一个假想的概念，只要利用它能够精确的解释所有已观测到的现象，它就算是抓到耗子的好猫。
如果继续问：“原子可以被扫描隧道显微镜‘摸’到，是否就是存在的？”，一个安全的答案是：其实原子和夸克没啥本质区别，因为测量的方法和评价标准是基于理论的。
椅子同理。
至于问：“那么真实的世界到底是如何的？”，答案是：天知道！


所以，“客观世界”是个黑箱。科学的目的是研究输出和输入的关系，而不是黑箱里面装了什么。
如果非要问黑箱里面装的到底是什么，科学不能给出答案，而且任何基于经验（即观测）的哲学都不能给出答案。
爱因斯坦接受斯宾诺莎的解释：“黑箱里面的东西可以被定义为上帝”，不过这个定义和《圣经》里的定义完全是两码事。

没有真正看懂说的是什么

真真假假 假假真真

回复 9# gohomeman1


   

可以说在统一爱因斯坦引力理论和量子物理、追求万有理论的道路上，斯蒂芬·霍金在黑洞和宇宙起源方面的研究是理论物理学家取得的最坚实进展。

物理学家已经有了一个万有理论的候选者---弦论，但它有五种不同的形式，每一种都只能描述特定有限范围内的物理现象。

不过，一套数学联系将不同的弦论网罗成一个完整的体系，不知为何被称为M理论：或许这个体系本身才是终极万有理论。

在一书名为《大设计》（The Grand Design）的新书中，霍金和美国加州理工大学物理学家蒙洛迪诺主张，对终极理论的追求或许得不到一个单一的方程组。他们在书中还提出，每一个科学理论对于“现实”都有各自不同的理解，谈论“现实”到底是什么可能没有意义。本文讲述的正是该书的要旨。

-----------这是《环球科学》2010年第11期第67页下面的一段小字体文字，是为《真实世界的“真实”》（即本文）一文的解读，

好神秘的说！

回复 16# 东写西涂

我好像记得，加来道雄对此的说明是：
5种弦论可以统一的，所以嘛，“M”可理解为多理论，也可理解为膜理论（都是第一个字母）

回复 18# gohomeman1


    不知道这个统一5个弦论的M理论对宇宙的诞生是否能取得一致的意见，好象原来各种超弦论对宇宙的创生有着不同的看法，看过的有两种：（1）世界是一个10维或11维的时空，本来处于一种非常小的紧缩状态，在某个时刻，有一个三维空间开始膨胀，在我们看来，这便是宇宙的诞生，当然这个时候，属于我们宇宙的时间也随之诞生，形成我们的四维时空。（2）就是所谓膜理论的观点了。


如不能取得一致意见，那就还是“横看成岭侧成峰”啊。

回复 19# 东写西涂

讨论这些没意义，至少我认为没意义。有些人以此为生，我们根本不是以此为生的。