奇怪的科学：比我们想象的更奇怪 by 理查德.道金斯

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宇宙不仅比我们想象的更奇怪，而且比我们能够想象的更奇怪。视角独到


红猪 发表于 2008-04-29 12:59 http://songshuhui.net/archives/37.html
　　这是理查德.道金斯在TED上做的演讲。中间听漏了几句，但大意应该都在。演讲中提出了几个有意思的问题，比如：一块石头中，空间占据的体积肯定比粒子占据的体积大，可是，我们为什么都认为石头是物体，不认为它是空虚呢？又比如：对大多数人而言，量子力学为何显得如此高深莫测呢？

http://www.ted.com/index.php/talks/view/id/98
　　
　　
　　比我们想象的更奇怪
　　
　　理查德.道金斯

　　红猪译
　　
　　我演讲的题目是《比我们想象的更奇怪：奇怪的科学》。说出“比我们想象的更奇怪”的，是著名的生物学家J.B.S 霍尔丹，他说：“我本人怀疑，宇宙不仅比我们想象的更奇怪，而且比我们能够想象的更奇怪。我怀疑在天地间存在比任何哲学想象到或能够想象到的更多的东西。”量子理论在某种意义上必然是正确的，可是量子理论赖以提出这些预测的前提是如此神秘，以至于费曼本人都不得不说出这样的话：如果你认为自己明白了量子理论，你就没有明白量子理论。它是如此奇怪，物理学家提出了这样那样自相矛盾的解释。大卫.多奇，这个讲座的主讲人之一，在他的《真实世界的脉络》中，接受了量子理论的多世界解释，因为你能对这种解释做出的最坏评价，就是说它古怪而无用。它预设了数量巨大、越来越多的平行宇宙，除了通过量子力学实验中打开的狭窄门户之外，它们彼此之间无法相互观测。理查费曼就说到这里。生物学家Lowis Wolpert相信，量子力学只是诸多例子中比较极端的一个。科学不像技术，它违反了人类的直觉。他指出，每次你喝一玻璃杯的水，你喝下的水分子中就有可能有一个曾经通过奥利佛.克伦威尔的膀胱。这只是概率论初阶。一个玻璃杯中的水分子数量比世界上玻璃杯的数量和膀胱的数量都多得多。 当然了，克伦威尔和膀胱并没有什么特别的地方。
　　
　　比我们想象的更奇怪。是什么使我们能够想象任何事物？它能告诉我们关于我们想象出来的事物吗？ 是不是会有这样的事物：它们永远超出我们的理解，却能被拥有更高智力的生物所理解？是不是会存在一些有关宇宙的事物，它们在原则上就是不可理解的，无论是对多高的智力而言。 科学的历史是一长串风暴，一代又一代的科学家进入了宇宙中越来越奇怪的层面。我们已经习惯认为地球是围绕太阳转动的，要理解那在认识上是多大的革命就显得困难了。很明显，地球看上去巨大而静止，太阳看上去渺小而运动，有必要回忆一下维特根斯坦对这个主题讲的话。 “告诉我，”他有一次问一个朋友，“为什么人们总觉得是太阳在围着地球转，而不是地球本身在转动呢？”他朋友回答说：“嗯，很明显，看上去就是太阳在绕着地球转呀。”维特根斯坦反问道：“那么，要让地球看上去是在转动，那看上去应该是什么样子的呢？”科学告诉了我们一个违反直觉的事实：诸如晶体和岩石这样的实心物体，几乎完全是由虚空组成的。我们熟悉的一个例子就是：一个原子的原子核就像是足球场中的一只苍蝇，相邻原子的原子核是隔壁球场中的另一只苍蝇。所以说，看上去最最坚硬密实的岩石，其内部几乎完全是空的，这虚空偶尔被粒子隔断，而粒子之间的空间大到了可以对它们忽略不计的地步。可为什么岩石看上去如此密实坚硬，如此不可穿透呢？作为一名演化生物学家，我得这样说：我们的大脑经过演化，能够帮助我们在自身活动的大小和速度范围内获得生存机会。我们没有演化出在原子世界中漫游的能力，如果我们有的话，我们的大脑有可能真会把岩石看作是空心的。岩石在我们的手中有坚硬和不能穿透的感觉，原因正是我们的手掌和岩石无法彼此穿透。因此，我们的大脑建构出“坚硬”和“不能穿透”的概念就显得很有用了。因为这些概念帮助我们在我们需要航行的、中等大小的世界中航行。在尺度的一端，我们的祖先无需用接近光速的速度在宇宙空间中航行，如果他们曾经需要这样做的话，我们的大脑理解起爱因斯坦来就会更容易。
　　
　　我想把我们在其中演化的中等尺度的环境命名为“中观世界”（middle world）。（和《魔戒》的“中土世界”没有关系，是“中观世界”）我们是中观世界中的居民，想象力受到了限制。我们在直觉上很容易把握这样的事件：一只兔子以中等速度移动，这个中观世界的物体撞上了另一个中观世界的物体，比如一块石头，然后兔子就把自己撞晕了。
　　
　　我想介绍一下陆军少将Albert Stubblebine，他在1983年的时候担任情报保卫指挥部的总司令。他注视着在弗吉尼亚阿灵顿的那堵墙，决定动身。他准备进入隔壁的办公室。他起身从办公桌后面走了出来。“原子主要是由什么组成的呢？”他想。“空间。”他开始走动。“我主要是由什么组成的呢？――原子。”他加快了脚步，简直是在小跑了。“墙壁主要是由什么组成的呢？――原子！”“我要做的，只是将空间融合。”然后，将军的鼻子就重重撞在了墙上。这位手下指挥6万士兵的将军，对自己没能穿过墙壁困惑不已。他坚信有一天这种能力会成为军中的常规技巧，这样的一支军队还会有对手吗？这个故事是我前几天在《xxx》里读到的；我相信它是真的。（我读《xxx》是因为上面登了我的一篇文章。）
　　
　　当伽利略告诉人们，轻物体和重物体同时落地的时候，没有被任何理论装备的人类直觉很难相信他的话，因为在中观世界里，空气摩擦总是存在的。如果我们的演化发生在真空中，我们就会预料到它们会同时落地了。 如果我们是细菌，总是被热运动中的分子阻挡，我们的认识就不同的。我们这些中观人体积太大，注意不到布朗运动。同样的道理，重力控制着我们的生存，而对于表面张力我们却一无所知。对于昆虫来说，这两种力的重要性和我们认为的正相反。Steve Grand，图中左边的这位（右边的是道格拉斯.亚当斯）在他的著作《创生：生命以及生命的制造》（Creation: life and how to make it）中，破坏了我们对物质本身的迷恋，我们总忍不住认为只有实心的、有实体的东西才算是物体，而波动，真空中的电磁波看上去就显得不真实。xxx时代的人认为，波动必然是在介质中的波动，他们把这种介质叫做以太。我们觉得真正的物质叫人安心，因为在我们演化的中观世界中，“物质”是个有用的虚构。Steve Grand认为，一个漩涡和一块石头一样，也是实在的物体。在坦桑尼亚的一处沙漠平原中，在伦盖火山的阴影下，有一座火山灰形成的沙丘，美妙的是：它处于整体移动中。整个沙丘在沙漠上朝着西面行走，速度大约是每年70米，它在移动中保持着半月形状，风把一侧的沙子吹到了沙丘顶端，这些沙子再从顶端滑到另一侧，沙丘就是这么移动的。Steve Grand指出：你我本人都更像是波动，而不是永恒的物体。他请我们思考一下童年的一段经历，你能清楚地记得这段经历，你能看见它、触摸它、闻到它，仿佛身临其境。无论如何，小时候的你是去过那里的，不是吗？不然你怎么会记得呢？但是问题就在这里：现在的你并没有去过那里。那段经历发生的时候，组成现在的你的分子没有一个去过那里。分子四处流动，暂时集合在一起形成了你。无论你为什么在那里，你不是组成你身体的东西。如果这没有让你脖子后面的汗毛倒竖，那就再读一遍吧！因为这很重要。
　　
　　如果一颗中微子有大脑，如果那是在中微子的祖先中演化出来的，它就会说岩石确实是由空间组成的。演化出我们的大脑的是我们那些中等身材的祖先，他们无法穿过岩石，其实，一只动物是由它的大脑塑造的。不同的物种生活在不同的世界里，于是就有了令人不快的各种现实。我们看到的并不是世界本身，而是世界的一个模型，它受到感觉材料的调节，它被建构出来是为了应付外部世界。模型的性质取决于我们是哪个物种。一只飞行的动物需要的模型，和行走，爬行或游泳的动物需要的模型是不同的。一只猴子的大脑必须有能够模拟一个由树枝和树干组成的三维世界的软件；鼹鼠的软件必须能够模拟地下的世界。一只水黾根本不需要三维软件，因为它生活在池塘的表面，一个艾德温.埃博特的平面世界（译注：指Edwin Abbott Abbott写的科幻小说Flatland，书中的人物都生活在二维世界中 ）。
　　
　　我想，蝙蝠有可能可以用耳朵看见颜色，为了在三维空间中捕捉昆虫，一只蝙蝠需要的软件肯定和日间或夜间出没的飞行动物需要的软件十分相似，比如燕子。蝙蝠在黑暗中使用回声定位来将变量输入模型，而燕子使用的是光线。我甚至认为，蝙蝠会使用红色和蓝色作为内在标签来表征回声的有用特性，比如物体表面的声学纹理；而燕子则用红色或蓝色来表征长波和短波的光，“红色”和长波之间并没有必然的联系。模型的特性取决于它是如何被使用的，而不是牵涉到的感觉通道。J.B.S 霍尔丹本人也说到了主要依靠嗅觉的动物，狗能区分两种稀释到很淡的相似脂肪酸，它们是辛酸和已酸，两者的区别是其中之一多了一对碳原子。霍尔丹猜测， 一只狗也许能够通过两种酸的不同气味来排列不同的分子量，就像一个人类能够通过不同的音高来排列一架钢琴的不同弦的长度。还有一种脂肪酸叫癸酸，它和前两种很相似，只是又多了两个碳原子。一只从来没有闻过癸酸的狗，也许能毫不费力地想象出它的气味，就像我们能够毫不费力地想象一支小号奏出比我们以前听过的音更高的音。或许对狗和犀牛这样主要依赖嗅觉的动物来说，嗅觉也是有颜色的。蝙蝠的听觉也是如此。中观世界的大小和速度使得在其中演化的我们觉得舒服，它有点像我们看作可见光的那部分电磁波的波长范围，至于这个范围之外的电磁波，我们需要仪器的帮助才能觉察。在整个实在中，中观世界是被我们认为“正常”的很小一部分，其它非常小、非常大或是非常快的部分在我们眼中都显得奇怪。
　　
　　我们同样可以列出一系列的小概率事件，没有什么事情是绝对不可能的，所谓“奇迹”只是概率非常小的事件。 一尊大理石雕像可能朝我们招手，组成它的分子都处于来回震动中，由于分子的数量十分巨大，彼此之间又不存在朝哪个方向震动的默契，所以对于我们中观世界中的观察者，雕像才显得静止不动。组成雕像手臂的分子有可能在同一个时间朝着同一个方向运动，在这种状况下，我们就会看见那条手臂在朝我们挥动。当然了，此事发生的概率是如此之小，如果你从宇宙起源的时刻开始写“0”，你到现在还不能把表示这个概率的数字写完。在中观世界中演化的我们没有应付极小概率事件的能力，我们的生命并没有那么长。而在天文学广度和地质学长度上，在中观世界中显得不可能的事件，或许倒是无可避免的了。思考这个问题的一种方式是给行星计数。我们不知道宇宙中行星的确切数字，估计值是10的20次方。这样一来，我们就知道生命出现的概率有多小了。我们可以制作某种可能性的连续谱，让它看上去就像是电磁波谱，然后在上面表出事件发生的概率。生命可能在每一颗行星上产生，或是每一颗恒星、每一个银河，或甚至是在整个宇宙中只产生一次（那样的话我们就是宇宙中唯一的生命，因为我们正在讨论这个问题）。我怀疑生命在宇宙中确实很常见。生命很常见，但仍然可能很稀有，稀有到没有一座承载生命的岛屿会与另一座相遇。（真是悲哀）
　　
　　我们应该怎么理解“比我们想象的更奇怪”呢？是在原则上就比想象更奇怪，还是比我们的想象更奇怪？ 我们能不能通过训练，把自己从中观世界中解放出来，从而对非常小和非常大的事物获得直觉上和数学上都有效的认识呢？我真的不知道答案是什么。我不知道我们能不能通过让孩子从小就玩一种模拟量子现象的电脑游戏来帮助他们理解量子理论。能不能用同样的方法帮助孩子们理解相对论？
　　
　　最后，我想把中观世界的想法运用到我们对彼此的认识上来。今天的大多数科学家都认同一种机械论的心灵理论，他们认为我们是现在的样子，是因为我们的大脑中有相应的神经回路，体内有相应的荷尔蒙。如果我们的神经解剖结构和我们的生化成分与现在不同的话，我们也会与现在不同。但是作为科学家，我们的行为是不一致的。如果我们的行为一致的话，当我们对待一个行为不当的人，比如一个杀害儿童的人，我们就应该说：“这个装置中的一个部件坏了，需要修理”。但我们不是那样说的，我们说的是：“你这禽兽，坐牢太便宜你了。”我们会寻求报复，并使矛盾升级、引发新一轮的报复。当我们探讨学术的时候，我们把人看作是精细复杂的机器，就像是计算机或是小汽车。可当我们做回人类的时候，我们会在汽车不能发动的时候将它痛打一顿。我们之所以将小汽车和计算机这样的物体拟人化，是因为我们生活在社会里，就像猴子生活在树林、鼹鼠生活在地下、 水黾生活在表面张力主导的二维世界中。我们在人山人海中穿梭，周围是中观世界的社会版本，演化让我们能够成为聪明的心理学家，让我们能够预测他人的行为。把人当作机器，或许在科学上和哲学上是精确的，但如果你要猜测某人下一秒会做的事，就会浪费许多时间。要给模拟一个人，最经济有用的方法是把他当作一个有目的、被目标驱动的个体，他有快乐、痛苦、欲望、意向和负罪感，有时候应当受到责备。拟人化并把他们的行为看成是有目的，这是模拟人类的极其成功的方法。而在我们应付其它对象的时候，这种模拟程序也会占上风，比如在我们痛打小汽车的时候，又比如那些自认为和宇宙融为一体的人。
　　
　　如果宇宙真比我们想象得还要奇怪，原因是不是自然选择让我们只能想象我们为了在非洲草原生存所需要想象的东西呢？我们的大脑是不是如此多才多艺、如此伸缩自如，以至于我们能训练自己打破演化的盒子？最后，宇宙中是不是存在如此奇怪的东西，以至于超出任何哲学家，或是任何近似神的生物的梦想？