吴道平:从那个不可思议的图书馆说起一一《天使的精确性》介绍之三 (下)

四. 宇宙之谜

康德的第一悖论说,我们单纯靠理性,既能推导出时空无穷,也能推导出时空有穷。时空是否有穷?这是宇宙之谜之一。人类探索宇宙的种种奥秘,探索越深,发现奥秘越多。

很少有人会否认,我们的宇宙充满了神奇。但神奇到什么程度,不同个体的认识却会有极大的不同。在这个问题上,感受最为深刻的,大概无过于宇宙学家: 我们宇宙能够像今天这样存在,能够有生命、有人类,如果其初始参数是随机生成的话,其概率实在小得不可思议!

要理解概率上的这种不可思议,我们假设有一个训练有素的射手,在无风、视野无障碍的情况下、用人类能够造出的精度最高的步枪射击1公里外的靶子,其命中靶心的概率是多少?我不知道答案,因此请教了AI Grok。 它的答复如下:

“对于专业狙击手使用顶级狙击步枪(如配备高倍瞄准镜的.338 Lapua),在无风、理想条件下,命中10厘米靶心的概率可能在20%-50%之间(取决于具体训练水平和设备)。真实环境下(有风等干扰),概率可能降至10%或更低。

世界级狙击手的记录,如加拿大狙击手在2017年用.50 BMG在2.47公里外击中目标,是极端特例,但那不是靶心,而是较大目标。”如果距离是10公里呢?它回答“人类用步枪在10公里外射中靶心的概率几乎为0。”从Grok的答复来推算,在100公里的距离上,命中率无限趋于0!

如果有人说,有个射手从宇宙的一端向另一端发射枪弹,居然也命中了靶子,你是不是会感觉那是精神病患者的梦呓?

然而,我们宇宙能够像现在这样存在,如果其初始参数完全是随机设定的,其概率比上述疯狂的设想还要小!宇宙初始状态的“相空间体积”(phase-space volume) — 读者暂时不需要弄清“相空间体积”的意义,不妨碍理解 —,只是可能的相空间总体积的 (Penrose 2010 p.126)!熵小到难以想象。这个数远大于宇宙中原子的总量 — 之间。说得直观一些,这个概率是一个分数,其分子是1,分母是1之后跟随大大超过全宇宙原子总量数目的0!

支持我们存在的自然法则看起来几乎不可能产生,这似乎与我们确实存在这一事实格格不入。我们何其幸运!如果那些参数只有极微小的一点差异,就不会有生命产生,当然也就没有人类了。这似乎说明我们的宇宙产生的初始参数经过微调(fine tune)。

Egginton(2023)第三部分的第三章就以这个问题开始。

对这种“宇宙微调”,当然各界要试图作出解释。神学会解释为这是上帝或其他宗教的神创造宇宙的证据。科学也要解释。物理学的解释主要有两种:人择原理(anthropic principle)和多重宇宙(multiverse)说。人择原理的一个弱版本主张,宇宙的观测条件必须允许观察者在其历史的某个时刻存在。这差不多是一个循环论证:我们看到一个适合生命的宇宙,因为一个不适合生命的宇宙不会让我们在其中观察。强版本则主张,宇宙必须具有必然导致生命和有意识的观察者出现的特性,表明宇宙以某种方式“设计”或“注定”产生生命。这已经和神创论相距不远。多重宇宙说则提出存在数量无穷的宇宙,每个具有不同初始的参数,人类恰巧出现在一个适合其产生的宇宙中。就如我们去商店买衣服,如果一个商店只有一套衣服而自己恰恰合适,那么很神奇;如果商店里有很多不同的衣服,其中有一套适合于你,有什么奇怪的(p.191)?

对弱人择原理,赞同者如霍金(Stephen Hawking)认为这种学说有助于解释物理常数在没有“设计”的情况下产生的原因(Hawking 1988, p.124-126)。质疑者如彭罗斯(Roger Penrose, 诺贝尔物理学奖获得者),认为人择原理不能够充分说明宇宙微调,尤其是意识的出现(Penrose 1999, p.560-562)。惠勒(John Wheeler)则一方面说人择原理“不过是同语反复(tautology, Barrow & Tipler 2009, p.vii ),一方面又提出过他自己版本的“参与性人择原理”( Participatory Anthropic Principle, PAP), 认为宇宙需要有意识的观察者才能将其属性变为现实。

人类不满足于随机偶然发生的解释。那就像是读一本推理小说,对一个充满悬念的案件作出种种推测,但最后的结果,罪犯不是某一个人,而是所有人中随机的一个(p.191),“推理”的结果等于无结果!

本文作者的看法,无论是“人择原理”还是“多重宇宙说”,与其说是物理学理论,倒更像是“元”(meta)物理学。“元”物理学是个什么东西? meta-physics, 其实大家都知道就是形而上学。形而上学有形而上学的道理,形而上学在人类的精神领域也从未缺席,虽然隔三岔五就有人高喊要将形而上学从人类知识体系中驱逐出境,忽略了自己高喊的也是一个形而上的命题。但毕竟物理学无法和人的知性隔绝,毕竟离不开观察、实验、验证,远不如形而上学那样凭借纯粹理性就可以提出不可验证的理论,可以逻辑地推出互相冲突的命题。在“人择原理”和“多重宇宙说”去掉那个meta的色彩之前,我还难以接受它们作为对宇宙思考的出发点。

五. 自然之美

康德不知道宇宙微調、人择原理或多重宇宙等等。但人类对宇宙之谜的探讨远早于那些理论的出现,早就有宇宙是超自然的“设计”或宇宙有内在的“目的”等种种解释。历史上著名的基督教神学家、哲学家阿奎那(Thomas Aquinas)就说过,“存在着某种智慧,他引导自然界的万事万物朝着一个目的前进,我们称这种智慧为上帝。”事物出现或是有目的的,或是无目的随机的。既然像生命、尤其是人类的生命等等,很难通过盲目偶然地随机过程而出现,那么可以得出结论:宇宙是有目的的,这个目的就是人类生命的创造和延续(p.192)。

康德嘲笑那些“设计”的解释,对宇宙“目的论”有独特的理解。重要的是,他不同意把宇宙看成如一个钟表,其运行纯粹是机械运动,坚持因果性有超出机械论的部分。

宇宙间非机械的部分当然存在,比如道德、意识、情绪等等,勉强套用机械运动来解释, 方枘圆凿 — 大家别以为那是开玩笑,本文作者在介绍Egginton(2023)第四部分的会引用一些学者的理论,看看他们用机械运动解释一切已经走到何等荒谬的地步。但如何将这非机械的部分和机械的部分联系起来?

答案恐怕要让大家感到意外:联系的纽带是“美”,另一个无法用机械论解释的概念!爱因斯坦在以时空的几何性质来解释引力,海森堡在Heligoland岛上黑暗之夜看到自然体现的数学之辉煌的时候,他们坚信自己的理论是正确的,因为它们美(p.193)。

这正是康德的信念。他感到震撼的“头上的星空和心中的道德律”表现的正是自然之宏伟体现出的美和人性中道德律体现出的美!美是他的整个批判体系的关键之处(linchpin)。在《纯粹理性批判》中,他论证了我们具有先天的能力,能将原本令人困惑的感官混乱输入转化为时空中有序事件,从而这些事件之间的因果关系可以客观地确定。这种客观性反过来要求假设物理世界具有完全的统一性,即使我们永远无法在经验中验证这种统一性(p.196-97);在《实践理性批判》之中,他联系了“头上的星空和心中的道德律”;在《判断力的批判》中,他认为艺术之美体现的是自然的和谐。

康德同意,当我们感受到某种事物中某种类似目的性(purposiveness)的东西时,就会觉得它美。但他指出古人如柏拉图认为这种目的性是自然本身的一个基本方面,却是一个错误。他说:“目的性,事物如此构成,就好像它们是有意如此安排而为我们所用。它最初似乎属于事物的本质,与我们的用途无关,构成了我们对大自然的崇敬。”这里的关键是“好像”这个短语。康德坚持认为,我们崇敬大自然的依据不在于外部世界,而在于理性与我们所描绘的世界图景之间的关系。这幅图景的和谐如此强大,以至于古人将其投射到外部世界本身,将我们自己内在的目的性转化为实际目的。康德回答说,我们对自然的图景确实具有目的性、结构和严谨,但这些都由理性提供的。我们必须假设存在一个完整、统一的宇宙,我们个体的观察才能连贯起来,尽管我们永远无法将整个宇宙作为一个对象来把握,系统各部分与其内部指导原则之间的和谐,不是一个可以一劳永逸建立的经验事实,而是推导规律必不可少的假设。我们无法从种子中看到橡树,然而,如果我们不想象种子在整个生长过程中受到最终目的的引导,我们也无法连贯地掌握种子如何发育成橡树。发现这种和谐会引出我们心中的美感,我们被它驱使 — 不仅在艺术作品或对自然的欣赏中,而且在科学本身中。事实上,“简单性”原则曾引导着科学,从牛顿发现运动定律到爱因斯坦将引力和时空几何关系的联系起来,这些都使得我们不再将它们视为自然本身的一部分,而是我们赋予自然,使其有意义的东西(p.197-198)。

因此,康德不同意自然自身具有目的性。自然之美,道德之美、艺术之美、数学-科学之美并不是来自它们的实际用途,而是来自我们自身感受到的一种和谐,在这种和谐中,人类知性和想象力实现了一致。这种和谐让我们体验到一种它们的存在“似乎有目的”,但又没有具体的目的强加于它,没有任何功利性,因此又是“无目的”的。这就是康德著名的“无目的的目的性”理论(purposiveness without purpose, p. 192-201, 206)。

这就又回到了Egginton(2023)一书的主旨:我们所认识的实在不是它的真实面貌,而是人类的知识。同样,我们感受到的美也是人类自身感受到的和谐,而不是自然、科学或道德本身的目的。

六 .余论

Egginton (2023) 第三部分的讨论,对我个人来说具有特殊意义。五十多年前,我深感思想禁锢的痛苦,力图通过阅读、思考,来打破那些不允许怀疑的教条。第一个被打破的命题就是“时空无穷”。之所以能打破那个教条,得益于无意中读到了爱因斯坦的一本科普书,《狭义及广义相对论》,Einstein(2015)的中译本。从那以后,我对从小被灌输的教条一个个逐条加以考察、批判,终于从那种思想禁锢中挣扎出来,得到了精神解放。这段历史我会在今后写下来与读者分享。

Egginton (2023) 在这一部分通过康德对时空的分析,联系博尔赫斯的图书馆和爱因斯坦-海森堡的争论,以及康德以美为中心联系了宇宙、道德和艺术,最后还是归结到本书的主旨上来。那就是我们对实在的认识只是我们的知识,不能说就是实在的终结面目。对这个结论,本文作者有自己的思考,也曾经向友人们介绍过。我的看法是,如果我们承认人类的知识体系是开放的而不是封闭的,逻辑将迫使我们不得不接受这个结论。下面是我的推理过程。

绝大多数人都同意,人类的知识是一个开放系统,即这个系统在不断地有新信息输入,不断扩大、更新、完善。这个过程,只要人类存在一天,就不会结束。或者反过来说,如果有一天这个系统封闭了,只有重复而没有新知,任何问题都有现成答案,寻求问题解决的过程成为一个机械性的数据搜索,不再有未知、新奇、神秘,将造成的极度无聊,使得人类自身向机械退化,人类离灭亡也就不远了。

我想绝大多数人会同意上述判断。如果承认上述判断,那么下面的问题就值得思考:既然人类知识系统永远不会封闭,永远达不到绝对完善,那么在每一个阶段上,人类的知识是否反映的是宇宙终结的“真”?

逻辑上当然不能这么说。但事实上,在人类知识系统发展的每个阶段,多数人都认为当时的知识就是实在的真实面目,只要那些知识内部自洽,没有出现足以妨碍其应用的问题。比如说,中国人一直认为“天圆地方”,因为以农业为基础的中国古人,其观察范围小,“天圆地方”和他们的观察相符,而且这一知识和农业生产不会产生冲突,比如那也不妨碍他们对二十四节气的认识,不妨碍他们“不违农时”,他们当然会认为那就是实在的真实面目。如果是航海者,就会怀疑“天圆地方”错了。

每个时代,多数人都会认为当时的知识就是实在的真实面目,怀疑者是少数。然而在后人看来,那些曾经被认为是实在真实面目的知识,就如“天圆地方”,很多是荒诞不经,十分可笑。

当代人类的知识体系,在一万年后的人类眼中,也许就是荒诞不经,十分可笑。

或许说,我们承认人的认识永无止境,但也要承认人的认识在逼近实在的真实面目。“逼近说”有三个问题。

第一个问题,新的知识不仅仅是旧知识的丰富化、精确化,虽然这些是知识发展的常态,也经常是旧知识的颠覆。比如哥白尼的“日心说”就是托勒密“地心说”的颠覆,而托勒密的“地心说”能够和观察到的现象相符,能够说明、预测天体的运行。当时的人无疑认为实在就是如此。但他们怎么能够预料到有一天会出现“哥白尼革命”?这就是为什么波普尔(Karl Popper)说,“科学的基础并不建立在坚固的岩床上。可以说科学理论引人注目的结构是建立在沼泽地之上的。它就像建立在木桩上的建筑物。那些木桩 由上而下地打在沼泽地里,但并没有达到天然的或‘确定’的基础;如果我们不再向下把木桩打得更深,那不是因为它已经探底达到了坚固的基础,只是我们相信其坚固程度足以维持结构,起码暂时如此” (Popper 1992, p.111)。

在人类知识史上,即使局限在科学范围内,被颠覆、否证的知识太多了,比如化学上的“燃素说”、物理学上的“以太说”,生物学上拉马克主义的“用进废退说”,医学上的“体液说”等等。在这些错误学说被普遍接受的时代,它们都曾被认为反映了真实的实在。

“逼近说”要回答的第一个问题就是,对任何现存的知识,我们如果承认知识系统是开放的,我们怎么能够保证将来不会出现“哥白尼革命”?谁也无法保证!

“逼近说”的第二个问题是,我们根据什么标准来判断,我们的知识是现实的真实面目?

和观察相符不是标准,因为那和观察范围、观察手段和能力密切相关。方圆十里的观察难以发现地球的弧度,认为“天圆地方”就是实在的真实面目;从欧洲航海到美洲,就会发现“天圆地方”大错!当年巴斯德(Louis Pasteur)劝大家经常洗手,因为手上会有细菌,大家笑话他:有谁看到细菌啦?待到显微镜被发明,大家一看还真是如此。

在应用上得到成功,实用主义标准,其实也不是判别标准。“天圆地方”说不妨碍农业生产,托勒密体系能够预测星体运行轨道 — 当哥白尼提出“日心说”的时候,他的理论的预测能力还不如托勒密体系。应用成功与否,也与应用的范围密不可分。“天圆地方”不妨碍种几亩田,用在航海上就要出大问题,比如算错方向、航程、航海路径,等等。

“逼近说”的第三个问题,是无法量化。 理由是,只有已经知道终极真实的状况,才能计算出“逼近”的程度。就比如只有知道从纽约的JFK机场到华盛顿的IAD机场距离416公里,我们才能够说从JFK起飞的一架飞机已经“逼近”IAD到什么程度。同样,只有我们已经知道最终的实在是什么情况,我们才能判定一种理论逼近那个真实面目的程度。

然而,如果知道了终极的状况,一个正在“逼近”的理论就已经失去了价值,计算它的逼近程度就只有知识史上的意义了。何况,根据上述第一、二两个问题,我们找不到声称已经得到终极状况的根据:我们永远不敢说,某个学科内颠覆性的理论不会出现;我们也找不到判别一个理论反映的实在真实面目的标准。既然不知道终极面目,我们有何资格谈“逼近”? “逼近”了什么?难道不可能不是“逼近”而是“远离”?我们能够说牛顿力学已经逼近实在的真实面目70%,而相对论或者量子力学已经逼近90%?

我拿不出任何可行的理由来声称,我们的知识是终极实在的真实面目, 或逼近了真实面目。逻辑上我能够接受的,还是海森堡的名言,“必须记住,我们观察到的并不是自然本身,而是在我们提问方法之下显现的自然”(p.71),“对终极实在,我们无可言说”(p.25)。

人类知识的发展,不是新知更逼近实在的真实面目,而是相比较旧知,新知能解释的现象更多,范围更广,更具有预测力,应用上更方便,表达上更简约。

或许有下面这个疑问:一种科学理论,难道不能恰巧就反映了实在的真实面目吗?这种可能性当然逻辑上无法排除。问题是,即使如此,我们也无从得知,因为如上所述,不存在一种是否符合的判别标准。因此这一提问无意义。

这似乎是对人类自信心、自尊心的打击,使人沮丧。但实际上正好相反:正如Egginton(2023)指出,康德认识到,接受人类的这种内在局限性,使得科学对我们观察、测量的对象有更精确的了解,并使道德能够更准确地确定我们应该如何行事(p.115)。换句话说,这种局限性是人类发展的动力,是一种积极因素。

打破“人类认识无限”、“科学理论是客观实际的反映”之类的教条,使得我们与自然更加和谐,眼界、心胸、思想将更加开阔。

附录: 康德第一个二律背反论证纲要

正题:世界在时间和空间上是有穷的,即有一个开端和边界。
- 假设世界没有开端,即时间无穷地向过去延伸。那么,要到达现在这一刻,就必须穿越一个无穷的时间序列。
- 但无穷的时间序列是无法被完整穿越的,因为一个系列的无穷性就在于它永远不能通过相继的综合来完成。因此,世界不可能在时间上无穷,必须有一个开端。
- 类似地,如果世界在空间上无穷大,那么它将包含无穷多的部分。
- 但无穷大的整体无法被理性设想为一个完整的实体,因为我们无法通过综合将无穷的部分整合为一个无穷的整体。

反题:世界在时间和空间上无穷,没有开端或边界。
- 时间上的无穷性:假设世界有一个开端,那么在开端之前必然存在一个“空”的时间。
- 但“空”的时间本身是不可想象的,因为时间只能通过事件或变化来定义。如果没有时间存在,就没有事件,时间也无从谈起。因此,世界不可能有开端,必须在时间上无穷向过去延伸。
- 空间上的无穷性:假设世界在空间上有穷,那么它必然被某种“空”的空间所包围。
- 但“空”的空间同样不可设想,因为空间是事物的关系属性,没有事物就没有空间。因此,世界之外不能有边界,空间必须无穷延伸。

参考文献:

Barrow, John & Frank Tipler(1986), The Anthropic Cosmological Principle. Oxford University Press, Oxford,
UK.

Egginton, William (2023), The Rigor of Angels: Borges, Heisenberg, Kant, and the Ultimate Nature of Reality.
Pantheon Books, New York,NY., USA.

Hawking, Stephen (1988), A Brief History of Time:From the Big Bang to Black Holes. Bantam Books, New York, NY., USA.

Kant, Immanuel (1990), Critique of Pure Reason. Translated and edited by Paul Guyer & Allen W. Wood.
Cambridge University Press, Cambridge, UK.

Penrose, Roger (1999), The Emperor’s New Mind. Oxford University Press, Oxford, UK.
(2012), Cycle of Time. Vintage Books, New York, NY., USA.

Popper, Karl (1992), The Logic of Scientific Discovery. Routledge, New York, NY., USA.

康德(2004), 《纯粹理性批判》。邓晓芒译自Kritik der reinen Vernunft. Felix Meiner, Hamburg, Germany
1956/1976。人民出版社,北京。

2025年三月

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