摘自《闖入愛因斯坦的草坪:父親,女兒,虛無的意義和萬物的起源》,作者:阿曼達·蓋弗特。版權 © 2014,阿曼達·蓋弗特。經蘭登書屋旗下班塔姆圖書部門許可摘錄。保留所有權利。未經出版商書面許可,不得複製或轉載本節選的任何部分。
如果我來到倫敦是為了思考現實的本質,那我顯然來對了地方。在我的科學哲學課上,我們無休止地討論這個問題。存在現實嗎?它是否“在那裡”,獨立於我們而存在?如果是這樣,它是由什麼構成的?我們如何將它與僅僅是表象區分開來?我們是否有希望最終了解它?
在課堂上,我們辯論了實在論和反實在論的優劣。實在論是一種常識性的信念,即科學理論描述了關於世界的真實事物——一個真實的世界,無論我們是否在觀察都存在——並且電子、夸克、暗物質以及其他出現在我們最佳理論中的任何物體,無論它們是否可以直接觀察到,都是真實的物體,是一個單一的、獨立於心智的世界的真正的本體論傢俱。
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反實在論是各種各樣以某種方式拒絕實在論的思想的總稱。有康德式的反實在論,它認為雖然存在一個獨立於我們的真實世界,但我們無法瞭解它。還有貝克萊的存在即被感知,這種更激進的說法認為,在表象背後隱藏著更多的表象,物體不是由原子構成的,而是由思想構成的。還有社會建構主義,它認為現實和真理是我們同意稱之為現實和真理的任何東西,這種理論讓我想起了我的新學院後現代主義朋友會說的話,然後辯稱它一定是真的,因為他們相信它,即使在我指出透過不同意他們,我根據他們自己的定義,證明他們是錯的之後。在更理智的一邊,是工具主義,它只是宣告科學是預測實驗結果的工具;是否存在現實,以及我們是否可以接觸到它,完全是題外話。
我已經發現工具主義是物理學家中的一種常見立場,他們似乎總是對任何提及“R字”(現實Reality的縮寫)感到不自在。擔心現實是哲學家的工作,他們會說。我們只是計算、預測和測試。
無論我聽到多少次,我都覺得這完全是胡說八道。好吧,也許如果你是電氣工程師、外科醫生或氣象學家,你只會關心預測和實驗結果,但我聽到這些話的人是物理學家。理論物理學家。處理黑洞、多重宇宙和模擬故障的人。也許當你從事理論物理學時,你需要透過假裝自己像冰箱維修工一樣務實來過度補償,但歸根結底,你在欺騙誰呢?你熬夜擔心物質在長度尺度上——萬億分之一的萬億分之一的萬億分之一釐米,在六個無法透過任何可預見的實驗檢測到的額外維度中——如何表現,但你根本不在乎現實是什麼?拜託。
考慮到我傾向於擔心模擬、陰影和蝴蝶夢,我本不會猜到我會發現自己提倡嚴格的實在論觀點。話又說回來,我是一個自稱的現實獵人,所以接受任何反實在論的想法都像是搬起石頭砸自己的腳。此外,有時反實在論的論點讓我覺得非常荒謬。荒謬的頂峰出現在一個下午,當時我班上一個女孩從女權主義的立場論證她的反實在論立場。
“等等,她剛才說了‘女權主義’嗎?”我問旁邊的那個傢伙。“女權主義物理學?”我無法想象這將走向何方。
“科學不僅是一個社會構建的企業,而且它還明確以男性為中心,”她向全班解釋道。“想想這個術語。粒子被表示為球,它們透過力相互作用。”
真的嗎?球?我咳嗽了一下以掩飾我的竊笑。從她的表情來看,這是一件非常嚴肅的事情。
“所以如果物理學是社會建構的,”一個傢伙開始說,“無論它是男性還是女性構建的,你都不認為它對應於現實嗎?”
“不,我不認為,”她回答道。
我忍不住加入了。“那麼,比如說,飛機到底是如何飛行的?”
“因為我們都同意它們會飛,”她回答道。我眨了眨眼。“你是認真的嗎?”
不知何故,似乎瞬間之間,教室分成了兩隊——實在論者和反實在論者。我們甚至挪動了桌子,以表明我們究竟站在這場戰鬥的哪一邊。
反實在論似乎是一個相當瘋狂的立場,直到我感受到它最厲害的右勾拳的刺痛:科學史上以往提出的每一個科學理論,到目前為止,都被證明是錯誤的。那麼,如果我們相信我們當前的理論是例外,是人類——或女性——有史以來唯一一次做對的時候,我們會是怎樣的白痴?如果理論總是被證明是錯誤的,它們怎麼可能告訴我們任何關於現實的真正本質的東西?我瞭解到,這種相當致命的打擊在哲學界被稱為“悲觀的元歸納”,這意味著透過一些可靠的歸納推理,科學成為一個毫無希望的事業變得顯而易見。
這是一個令人沮喪的想法,但幸運的是,實在論也有自己的上勾拳準備好了,這就是我曾不知不覺地用來反駁那個對球感到憤怒的女孩的論點:如果科學理論至少沒有描述一部分真實存在的現實,那麼技術的成功——更不用說一個理論大膽、新穎的預測的成功,這些預測遠遠超出了任何最初輸入其中的觀察結果——就必須被歸結為一個奇蹟。
好吧,所以所有的理論都被證明是錯誤的,但我們基於這些理論構建的技術卻奇蹟般地奏效了。悲觀的元歸納和無奇蹟論證形成了一種僵局,哲學家們一直為此爭論不休。然而,一位哲學家找到了一箇中間地帶。他碰巧坐在走廊盡頭的辦公室裡。
我剛開啟行李,就開始聽到噪音。窸窸窣窣的聲音。沙沙聲。有幾次我發誓我從眼角余光中看到了一閃而過的動作。然後有一天晚上,躺在閣樓裡,半睡半醒之間,我聽到一種喉音,就像貓在跳躍前發出的那種聲音,有點像發動機的轟鳴聲。它嚇了我一跳,我不假思索地坐了起來,頭撞到了天花板上。等我設法開啟燈時,發出聲音的東西已經不見了。
不難猜測發生了什麼。畢竟這是倫敦。我在哪裡讀到過,在整個城市的任何地方,你離老鼠都不會超過二十碼。有五千萬隻老鼠。那就像每人七隻老鼠。七隻老鼠甚至能擠進我的公寓嗎?如果這隻老鼠大到能發出喉音,那就不行,我想。我試圖重新入睡,不令人信服地向自己保證,老鼠不會爬梯子。
早上我去了五金店,在那裡我發現了一系列令人不安的大量滅鼠裝置,整整一面牆都是。當我敬畏而困惑地凝視著它時,售貨員問我是否可以幫忙。
“我不想太殘忍,”我說。“我的意思是,我希望它們出去。如果我能和它們講道理,我會的。我只是想要一些不會讓我成為一個可怕的人的東西。”
他點了點頭。“那我就避開粘鼠板。”
他向我展示了一種陷阱,它由一個盒子組成,你可以在裡面裝上誘餌,當老鼠進去吃時,它會觸發這種像車庫門一樣的東西,門會落下,把老鼠鎖在裡面,讓它在那裡等你把它帶到外面放生。不是放到野外,但至少是送到別人的公寓。我買了兩個。
那天晚上我昏昏入睡時,我聽到它們在下面窸窸窣窣地亂竄。存在即被感知。存在即被感知。我像唸咒語一樣念著這句話,希望它能將任何本體論上有效的鼠變成我早上可以睡過去的虛幻想法。也許房地產經紀人的意思是說這間公寓既現代又依賴於心智。令人欣慰的是,我還沒有真正感知到任何活著的生物;它們的存在只不過是一種悲觀的歸納。我思故鼠在。也許程式設計師在捉弄我。也許奇怪的聲音只是模擬中的故障。或者也許我爸爸是對的,這個地方會受到量子漲落的影響,齧齒動物從一個永恆翻騰的真空中突然但短暫地出現。也許只要我不觀察它們,它們就會被困在一種量子捕鼠器中,一半真實,一半幻覺。薛定諤的鼠。
但在早上,當我觀察它們時,陷阱是空的。
約翰·沃勒爾看起來很和藹可親,就像那種可以在爭吵不休的學者之間斡旋和平的人,或者那種有一天會成為一個由科學哲學家組成的搖滾樂隊“純粹節奏批判”的領導者的人。他最初研究統計學,但被卡爾·波普爾吸引到了哲學,波普爾在這裡創立了科學哲學系。1989年,沃勒爾在《辯證法》雜誌上發表了一篇文章,論證了實在論和反實在論之間的中間立場。他稱他的觀點為結構實在論,並聲稱它兼具兩者的優點:它可以解釋科學的成功,而無需求助於奇蹟,並解釋了科學從一個錯誤的理論到下一個錯誤的理論的悲觀程序。
沃勒爾解釋說,問題在於實在論者對錯誤的事物持實在論態度。事實上,“事物”正是問題所在。“事物”正是問題所在。實在論者談論一個真實的、獨立於心智的世界,在那裡,由原子、桌子和老鼠等真實事物組成。但是當你仔細觀察時,科學理論根本不是關於“事物”的。它們是關於數學結構的。
數學結構是一組同構元素,每個元素都可以完美地對映到下一個元素。符號 25、52 和 (27 − 2) 都共享相同的數學結構。該結構不是任何特定的數字——它是數字的所有等價表示的集合,是眾多純粹表象背後的穩定、獨特的真理。集合比數字本身更基本。
所有的數學——所有的結構——都歸結為集合?我寫在筆記本上。我記得在哪裡讀到過,整個數軸可以從空集構建出來:包含虛無的集合。空集內部是虛無。零。但是包含空集的集合不是空的。它包含一個元素:空集。它是數字 1。不僅僅等於 1,而是數字 1 的確切定義。包含空集和包含空集的集合的集合是 2。以此類推,直到無窮大。或者直到虛無。
數軸只不過是一系列巢狀集合,而在其隱藏的中心是虛無。沃勒爾說物理學是關於數學結構的。集合論說數學結構是關於虛無的。
你可以從空集構建數軸的想法——這是一個聰明的技巧,還是它在告訴我們一些關於宇宙的深刻的東西?它是在告訴我們如何將虛無變成有嗎?給它加上括號。一個邊界。存在感從視角的改變中產生。從內到外。
我不確定你如何將這個教訓應用到像宇宙這樣的東西上,宇宙沒有外部。單面硬幣,事物的一面。你如何用它來製造東西?即使你可以,你仍然會被羅素悖論困住。理髮師給所有不給自己理髮的人理髮——那麼誰給理髮師理髮呢?如果他給自己理髮,他就不是給自己理髮,如果他不給自己理髮,他就是給自己理髮。問題不在於面部毛髮。而在於如果集合可以包含自身,就會出現的悖論。當你從括號外面看,並試圖將其推回內部時。
沃勒爾將結構實在論歸功於亨利·龐加萊,龐加萊在 1905 年寫道:“方程表達關係,如果方程保持為真,那是因為關係保持了它們的現實……。這些真實物體之間的真實關係是我們唯一可以達到的現實。” 理論只是數學關係的集合——透過同構相關聯的方程。透過等號。量子場論不是談論被稱為粒子的堅硬小(咳嗽)球;它談論的是“龐加萊對稱群的不可約表示”。如果將這些不可約表示想象成小球更容易,那是你的權利。但如果這種圖景在新的證據面前站不住腳,不要對理論生氣。量子場論是一組數學結構。電子是我們告訴自己的小故事。當然,我們需要故事。“42”不是對生命、宇宙和一切令人滿意的答案是有原因的。僅結構並不能滿足我們存在的渴望。我們想要意義。對於我們的大腦來說,意義以故事的形式出現。
儘管如此,重要的是將理論對我們的意義與它們實際表達的意義分開。這就是沃勒爾的觀點。理論從不談論物體——只有我們對理論的解釋才這樣做。理論本身只談論數學結構。如果我們對結構持實在論態度,那麼悲觀的元歸納就不再適用。
沃勒爾說,當理論被證明是錯誤的時,通常是我們的解釋性故事是錯誤的——而不是結構。以引力為例。根據牛頓的說法,引力是一種質量從遠處相互施加的力。根據愛因斯坦的說法,它是時空的局部曲率。這兩種觀點是矛盾的。兩者不可能都是正確的,因此顯然,反實在論者說,牛頓的理論根本沒有描述現實,這一事實使得很難解釋他如何能夠預測行星的運動。沃勒爾不同意。如果你去掉解釋,只看數學,那將是一個完全不同的遊戲。當引力較弱且速度較低時,愛因斯坦的方程讓位於牛頓的方程。牛頓引力是廣義相對論的低能量極限。牛頓的故事講錯了,但結構是對的——只是結果證明它只是一個更大更大的東西的微小角落。我們不需要奇蹟來理解為什麼牛頓引力有效;它之所以成功,是因為它鎖定了現實結構的一小部分。愛因斯坦發現了一個更大的部分,還有更多的東西有待發現。
量子力學也是如此。儘管它對世界的描述與經典力學截然不同——在經典力學中,粒子同時具有確定的位置和動量,貓的訃告要直接得多,而惡魔可以無限精確地預測未來——但當物理系統與普朗克常數的大小相比很大時,它的數學結構會簡化為經典力學的數學結構。隨著一個理論讓位於下一個理論,物理學解釋被拋棄在廢墟中,但數學結構仍然存在。科學進步不是一場奇蹟般錯誤的理論的遊行——而是一個樂觀的雪球,隨著它的滾動,它收集著現實的結構。又經歷了幾個窸窸窣窣的夜晚,隨之而來的是又幾個沒有老鼠的早晨。
我在公寓裡四處搜尋,尋找任何老鼠大小的入口。我用膠帶封住了牆壁上最細小的裂縫,並用鋼絲絨堵住了管道周圍的開口。為了格外小心,我在房間四周堆滿了書。以防它們能跳過書,我在另一邊為它們設定了各種障礙。整個裝置變得非常複雜,包括臨時搭建的堡壘和護城河,以及位於中心的車庫門陷阱。我想,老鼠可能很聰明,適應力也很強,但我有物理學書籍、膠帶和靈巧的拇指。
儘管如此,窸窸窣窣的聲音仍在繼續,有一天晚上,我被一本書從堡壘上掉下來的砰的一聲驚醒了。早上我看到那是朱利安·巴伯的《時間盡頭》。我想知道老鼠是否想告訴我什麼。
根據沃勒爾的說法,我不必對個別老鼠賦予任何本體論上的可信度——我所要擔心的只是它們之間的結構關係。這讓我感覺稍微好了一點,但我仍然希望自己有成為社會建構主義者的能力。那樣的話,我就可以透過拒絕相信它們的存在來擺脫這些該死的東西——哲學上的消滅。不幸的是,我相信物理學是讓飛機飛行和老鼠亂竄的原因。鑑於窸窸窣窣的聲音、余光中的運動、書本掉落、末日資訊和倫敦這些資料點,我不得不面對現實:老鼠的存在,無論是量子的還是其他的,都是最簡單的解釋。
如果我不能用奧卡姆剃刀來剔除它們,我就不得不求助於更傳統的方法。“好吧,”我告訴五金店的人,“給我能殺死它們的那種陷阱。但要快點殺死它們,這樣它們就不會受苦。”
他幫我把一籃子捕鼠器裝滿——標準的彈簧式捕鼠器,只是更大。我買了七個。
我回到家,設定了陷阱。這並不像看起來那麼容易。它們本應是完美、不可能改進的發明,但我差點失去一根手指。最終我把它們都設定好了,並用花生醬作為誘餌。我在哪裡讀到過,老鼠喜歡花生醬。然後我抓起手提箱,逃離了那裡。
我正坐在倫敦市中心霍爾本的一家日本餐館裡,等待著邁克爾·布魯克斯。
放下陷阱後,我在諾丁山門附近的一家酒店辦理了入住手續,離我的公寓只有幾個街區遠。我不想在老鼠發現花生醬時待在那裡,而且我估計我會喜歡多出幾平方英尺的空間。安頓好之後,我給布魯克斯發了一封關於《新科學家》文章的電子郵件,並提到我現在住在他所在的那片池塘的這邊。“既然你來到倫敦了,”他回覆說,“我們何不一起吃午飯呢?”
布魯克斯和瓦萊麗·傑米森一起來到餐廳,瓦萊麗·傑米森是《新科學家》的另一位物理學編輯,她用悅耳的蘇格蘭口音介紹了自己。我們點了飲料和壽司,壽司放在一個大木船上送到我們的餐桌上。當我們用筷子從甲板上夾起魚時,我們聊起了在倫敦和在廣闊宇宙中的生活。
“你對暴脹的看法是什麼?”布魯克斯問我。
我剛把一塊鮭魚塞進嘴裡,我有一瞬間思考。暴脹。一方面,我理解它的吸引力。正如古思喜歡說的那樣,這是終極的免費午餐:一個宇宙從一些原始種子中綻放,並不斷生長,引力的負能量抵消了無限空間的無限創造,無限空間將量子漣漪拉伸成天文靜脈,成為恆星和星系的引力生命之血。
另一方面,暴脹無法解釋宇宙為何存在。原始種子從何而來?它從一開始就假設了暴脹的存在,更不用說物理定律本身了,而且從本質上講,它不是量子的。它沒有解釋內部觀察者可能看到什麼,也沒有解釋為什麼虛無看起來像有。它的邏輯是布林邏輯,它的視角是上帝視角,它的方法是自下而上的;它在量子龍面前束手無策。此外,還有那個令人不安的低四極矩。WMAP 沒有發現任何大規模的溫度波動——這不是你對暴脹宇宙的期望。
我吞下了鮭魚。“我認為它的問題比人們承認的要多。”
我感覺提出自己的觀點很奇怪,好像我不應該有自己的觀點一樣,而且隨著談話的繼續,我不禁感到有點內疚。布魯克斯和傑米森都擁有物理學博士學位,而且他們是真正的記者。我只不過是一個盡力融入的冒牌貨。但奇怪的是,我覺得我確實融入了。當我們比較對暴脹及其不滿的看法,並交換我們與古怪的宇宙學家交往的故事時,我突然意識到,那裡有一個由人組成的完整社群——作家——他們實際上想在吃壽司時談論物理學。科學新聞業本應是我的偽裝,但今天的面具戴得太完美了。
當我拿起一塊船舷金槍魚時,我不禁想知道我的父親現在在大洋彼岸在做什麼。那裡是早上。他可能正在為上班做準備。
一……二……三。轉動鑰匙。深吸一口氣。開啟門。
在酒店裡瀟灑地住了一個星期後,是時候回到我的微型公寓,重新投入終極現實的探索了。但當我僵在門外時,我突然想到,當我設定陷阱時,我並沒有充分考慮最終結果。我想要老鼠消失,但它們並沒有消失。它們就在門的另一邊,可能有七隻,脖子斷了,表情震驚,陷阱彈起並被滿足地關閉,就像觸底的斷頭臺,這是一場齧齒動物革命的可怕殘骸,一支高貴的隊伍被塞恩斯伯裡的花生醬擊倒了。我到底應該如何處理它們?舉行集體葬禮?用微型大炮鳴放二十一響禮炮?逃跑?
一……二……三……該死。裡面有什麼我不能沒有的東西嗎?
又嘗試了幾次失敗後,我終於轉動鑰匙,推開門時畏縮了一下。在裡面,我環顧了可怕的場景。這比我想象的還要可怕。最後一點花生醬都消失了,陷阱仍然架著,卻是空的。
沃勒爾的結構實在論哲學引起了我的共鳴。如果我想找到關於終極現實以及據稱從虛無中產生出的某種東西的真相,那麼將我們對世界的描述與世界本身分開,將物理學真正表達的東西與我們賦予它的意義分開,將至關重要。但我很困惑。沃勒爾曾說過,理論談論的是數學結構,而不是物體。這是否意味著物體根本不存在,或者僅僅意味著我們的科學理論永遠無法告訴我們哪些物體是真實的?這是一個關於我們能知道什麼還是關於實際存在什麼的說法?它是認識論的還是本體論的?
“認識論的,”當我問他時,沃勒爾肯定地回答道。“我對沒有相關項的關係這個概念有很多疑問。無論如何,我覺得我們通常應該對形而上學問題保持沉默。我們透過物理學來思考現實可能由什麼構成。結構實在論所做的只是堅持認為,我們不應該認為我們對現實的掌握超過我們當前的理論告訴我們的任何東西。”
起初,沃勒爾對本體論結構實在論的反對意見似乎相當合理。畢竟,談論沒有相關項的關係可能意味著什麼?如果世界是由數學關係構成的,那麼數學關係是存在於什麼之間?
也許它們不是存在於任何事物之間。也許關係就是一切存在。也許世界是由數學構成的。起初這聽起來很瘋狂,但當我思考時,我不禁想知道,確切地說,另一種選擇是什麼?世界是由“事物”構成的?“事物”到底是什麼?這是最經不起推敲的概念之一。仔細觀察任何物體,你會發現它是粒子的混合體。但仔細觀察粒子,你會發現它們是龐加萊對稱群的不可約表示——無論那意味著什麼。關鍵是,粒子,歸根結底,看起來很像數學。
如果結構是我們理論永遠可以告訴我們關於世界的全部資訊,永遠掩蓋著一些不可知的本體論,那麼我們對終極現實的追求就完全沒有希望了。接受沃勒爾的認識論結構實在論就像直接退回到波斯特洛姆的計算機中,揮舞著模擬的白旗。
另一方面,如果結構就是一切存在——如果世界真的由數學而不是事物構成——那麼物理學可以告訴我們關於終極現實的一切。本體結構實在論是我們唯一的希望。我父親和我的使命危在旦夕。
“有人認為結構實在論是本體論的嗎?”有一天課後我問我的哲學教授。
他思考了一下,然後點了點頭。“你應該和詹姆斯·萊迪曼談談。”
所有花生醬都消失了這一事實有力地證明了老鼠在本體論上是有效的,但我知道我無法在邏輯上為我對最佳解釋的推論辯護。當然,這似乎是最可能的結論,但削弱奧卡姆剃刀的是一個不可否認的事實,即有無數種可能的不可觀察物可以解釋花生醬的消失——儘管我很難想象它們到底可能是什麼。英國花生醬特別容易快速蒸發嗎?七團反花生醬是否從真空中自發地湧出,在突然爆發的光芒中湮滅了商店購買的東西?這種理論被資料低估的情況因陷阱的無效結果而得到加強,陷阱只是空空地、架著、充滿勢能地坐在那裡,渴望變成動能。我在哲學課上了解到,歸納推理完全是站不住腳的;世界上所有的線索都無濟於事。聲稱老鼠絕對真實的唯一方法是從一組不言自明的公理中邏輯地推匯出它們的存在,使它們成為必然的而不僅僅是偶然的。當然,按照這些標準,即使一隻老鼠坐在我面前揮舞著爪子,我對存在的宣告仍然站不住腳。我能聽到那些偶然的混蛋在牆壁上抓撓,在我頭頂兩英尺的天花板上亂竄。
“好吧,”我告訴五金店的人,“我要粘鼠板。”
“我告訴你現實不是什麼。它不是由小東西構成的。”
詹姆斯·萊迪曼坐在他酒店房間的地板上。“我們忍不住這樣想,但現實不是這樣的。” 我在一把吱吱作響的轉椅上搖晃著。我們在假日酒店的酒吧裡見了面,萊迪曼在城裡參加一個關於形而上學的會議,期間就住在這裡。儘管沃勒爾警告我們應該對形而上學問題保持沉默,但似乎一大群哲學家並不準備閉口不談。酒店酒吧被證明太吵鬧,不適合討論現實的本質,所以我們退到了他的房間,他現在正坐在地板上,伸展著腿。留著一頭髒辮,幾乎垂到背部一半,很容易將萊迪曼誤認為是雷鬼樂隊的邦戈鼓手,儘管他的英國口音帶著明顯的學術韻味。“但是你如何從說‘結構是我們所能知道的一切’轉變為‘結構是一切存在’?”我問道。
“對我來說,動機是審視當代物理學,並意識到它不支援不可觀察物體的直觀圖景。你可以說粒子物理學是關於介子、夸克、重子、電子和中微子等等,但是當你超越他們繪製的圖景,僅僅審視這些理論時,很難將這些理論解釋為關於粒子的,對吧?” 萊迪曼說。“所以關於粒子的事情是,它們不是粒子……。如果你想知道本體論是什麼,看看理論在說什麼。不要試圖用某種民間、家常的意象來覆蓋數學結構。”
比如球?
“所以物理學本身引導你從本體論的角度解釋結構實在論?”我笑著說。
沃勒爾發展結構實在論是為了回應哲學家的爭吵。如果萊迪曼的版本是由物理學而不是純粹的哲學驅動的,那麼它更有可能是真的。
“量子力學和相對論都深刻地挑戰了我們關於世界是由物體構成的直觀想法,”他說。“量子粒子在它們的個體性方面存在各種各樣的問題:糾纏態、量子統計。然後在廣義相對論中,時空點似乎不是終極現實;現實更像是一個度規場。在這兩種情況下,我們都被從一種本體論中推開,根據這種本體論,你向下鑽研,發現一切都是由小東西構成的。”
這是一個很好的觀點。不僅量子統計很奇怪,而且它們幾乎不可能將粒子視為“事物”。如果你有兩個電子,就無法區分它們。電子沒有已知的亞結構;它們僅由其靜止質量、自旋和電荷定義,這對於每個電子都是相同的。根據定義,電子是相同的。當然,你可能會認為你可以僅透過它們在空間和時間中的位置來區分它們——這裡的電子與那裡的電子不是同一個粒子,因為它們位於不同的位置。這種技巧可能在經典物理學中有效,但在量子物理學中無效。量子粒子在時空中沒有明確定義的位置,只有出現在各個位置的機率,位置本身被不確定性模糊化了。結果是,量子物理學使基本粒子實際上無法區分,這一事實在計算機率時變得非常重要。如果我公寓裡的七隻老鼠最終都粘在了粘鼠板上,那麼我會說在給定的陷阱上找到給定老鼠的機率是七分之一。但如果老鼠真的是量子的,那麼在任何給定的陷阱上找到任何老鼠的機率都是 100%。如果你要下注,知道你是在處理經典統計還是量子統計會產生很大的不同。如果一隻老鼠沒有可以固定其“物性”的個體性,那麼稱它為“事物”又有什麼意義呢?
廣義相對論只會加劇這種情況。我的父親曾教導我,為了使加速參考系和慣性參考系處於平等地位——將曲線變成直線——你必須彎曲紙張。問題在於,你可以以無數種不同的方式彎曲它併產生相同的結果,這一事實是由愛因斯坦的中心原理——廣義協變性——實現的。紙張的不同配置都可以對應於完全相同的物理學,這是一種低估,不僅使萊迪曼,而且使愛因斯坦本人都相信,紙張本身——時空的“物性”——最終不是真實的。唯一的現實在於紙張曲線所描繪的時空關係。度規。結構。
我越想越覺得,這種本體論上的低估在物理學中是普遍存在的。這讓我想起了狄拉克的空穴。在量子力學的早期,保羅·狄拉克提出了一個方程,使薛定諤方程與狹義相對論相容。唯一的問題是,該方程允許電子等粒子具有負能量,這在現實世界中顯然不會發生。為了挽救他的方程,狄拉克想象量子真空是一個海洋,其中每個可能的負能量態都已經填滿,只留下正能量態可供電子使用。但當狄拉克意識到,如果受到激發,負能量態可以轉化為正能量態,在負能量海洋中留下一個空洞時,一個新的問題出現了。這個空洞將具有電子的所有特性,但帶有正電荷。
狄拉克用他的“空穴”理論預言了反粒子的存在。狄拉克當時認為帶正電的“空穴”,現在的物理學家則認為那是正電子——它本身就是一個獨立存在的物體,而不僅僅是一個“空穴”。但關鍵是,數學公式從未改變。改變的只是解釋。物理學家完全可以堅持使用“空穴”影像,他們仍然可以推匯出所有他們可能在實驗室中測試的任何東西的預測。你可以把正電子看作一個“東西”,或者看作一種“缺失”,這是兩種截然相反的本體論,但從數學結構的角度來看,它們是完全相同的。我當時真想跑到哲學課上,告訴我的同學這個好訊息:你們不必再把粒子看作小球了!你們可以把它們看作空穴!
“你如何定義結構?”我問拉迪曼。
“我會說它是一個關係系統。但人們會說,‘嗯,關係系統是存在於被關聯的物體之間的,’” 他說道,回應了沃勒爾的批評。“但量子力學和廣義相對論似乎並非基於首先存在物體,然後關係依附於物體之上的本體論。實際上,情況恰恰相反。物體僅僅是關係結構中的節點或類似的東西。”
“球”和“空穴”僅僅是描述;它們是結構的例項化,而不是結構本身。真正的東西是數學關係。如果你是結構實在論者,那麼理論的經驗不足危機就避免了。
“那是否意味著物理世界是由數學構成的?”
“有可能在某個描述層面上,除了用數學方式,就無法充分地表徵世界。如果你閱讀量子場論的科普讀物,在某個時候作者不得不說,‘我們無法解釋這個,但事實證明是這樣的……’ 他們用來溝通的資源不足,因為他們讓人們認為我們談論的是微小的粒子,但我們不是。因此,對現實的描述越 фундаментально(fundamental),它就越數學化,抽象與具體的區分就變得有點不穩定。另一方面,我不想說具體的宇宙是由數學構成的。但它的本質可能與我們對具體物理物體的常識概念相去甚遠,以至於說它是由數學構成的可能比說它是由物質構成的更不容易產生誤導。這些是非常困難的問題。我真的不知道。”
“我理解的方式是,現實是底層,然後上面有一層數學,兩者之間存在一對一的對映,”我說。“在數學之上還有語言層,但數學和語言之間不是一對一的對映,所以有些東西在翻譯中丟失了,就像你說的。但我的問題是,如果數學和現實之間真的存在一對一的對映,那是否就定義了它們是同一件事?”
“我想目前的問題是,我們沒有一對一的對映,因為即使是我們最好的理論也不是完全準確的,”拉迪曼說。“所以,是的,你可能會想,如果我們最終確實有了一對一的對映,那麼有什麼理由否認現實是數學的呢?我真的不太確定。我想我對哲學中任何試圖解釋抽象數學和被證實的數學之間差異的東西都非常懷疑。因為歸根結底,我們可能用什麼來解釋這種差異呢?比如,我拒絕‘是什麼給方程注入了活力?’這個問題。因為你說的任何東西都只是比喻,對吧?因為你會說,‘嗯,有抽象的數學,然後實際的宇宙是所有可能結構的一種子結構。那麼未例項化的結構和例項化的結構之間有什麼區別呢?’ 哲學家會說存在一種原始的例項化關係或者什麼——你可以發明一些形而上學的語言來談論它,但在我看來,這與說某些數學中含有小精靈的灰塵沒有什麼不同。它不會起任何作用。因為它可能與什麼聯絡起來才會有意義呢?如果你在科學中提出諸如‘是什麼導致地震?’這樣的問題,你會訴諸於概念資源,而這些概念資源是非空的,因為它們與觀察有關。但數學——純粹的數學與觀察無關。如果萬物理論是一個數學理論,你將如何檢驗它?它必須有一些與數學以外的東西相關的內容。”
“我聽有些人說,如果你真的有一個萬物理論,它將是不可檢驗的,”我提出。
“對,嗯,”拉迪曼若有所思地說。“這很有意思。”
考慮到我青少年時期是一個嚴格的無神論者,我簡直不敢相信我竟然在捍衛世界是由數學構成的這種觀念。我很高興我的母親不在那裡,看不到我如此“心滿意足”。
但就像拉迪曼一樣,我看不出還有什麼其他選擇,如果我們聽從沃勒爾的建議,聽取“我們當前的理論告訴我們什麼”。在我看來,我們當前的理論確實在告訴我們,現實是由數學構成的。物體讓位於方程,物質性消融為抽象。鑑於廣義相對論和量子力學中本體論的嚴重經驗不足,拉迪曼的結構實在論版本似乎是唯一能夠讓我們在存在主義危機和矛盾的海洋中保持漂浮的救生艇。當我思考這個問題時,我意識到這有多麼令人驚訝。我的意思是,你可能會認為情況會恰恰相反——隨著我們物理理論的不斷完善,越來越接近終極現實,它們會為我們提供越來越清晰的構成終極現實的物體的影像。但實際上,它們提供的唯一明確的資訊似乎是,“物體”根本不是正確的本體論。物理學不僅在動搖我們關於世界的每一種直覺,而且還在淘汰各種哲學。從我坐在一家平淡無奇的酒店裡一間平淡無奇的房間裡的角度來看,本體結構實在論似乎是唯一剩下的。
當我在倫敦的街道上行走,灰濛濛的天空籠罩在頭頂,人行道被雨水浸溼而變得溼滑時,我環顧四周,看著這個所謂的“世界”。想到一切——雄偉的聯排別墅和雙層巴士,海德公園廣闊的綠色和大理石拱門上的白色石頭——不是由物理事物構成,而是由數學構成,這真是令人難以置信。但話說回來,這不正是惠勒一直以來所說的嗎?
“位元源於存在”:世界是由資訊構成的。不是被資訊描述,而是由資訊構成。房子是用磚砌成的,但磚是由資訊構成的。而資訊如果不是數學結構又是什麼呢?
成為一個物體實在論者有點像相信love和amor是兩個完全不同的東西,僅僅因為它們看起來和聽起來不同。你必須瞭解英語和西班牙語之間的翻譯規則,才能發現這兩個詞是等價的——從一個詞到另一個詞存在一對一同構對映,這種對映保留了一些潛在的結構,不是love或amor,而是它們都指代的概念。Love和amor是詞語。是描述。真正的是那些在翻譯中倖存下來的東西,是它們之間的結構關係。我們無法給它命名。給它命名會將結構換回描述。給它命名將需要選擇一種單一的語言,一個首選的座標系,違反廣義協變性,打破語言時空的對稱性。
科學是關於結構的。我們講述的故事和我們創造的用於描述結構的影像取決於我們自己。關鍵是不要將描述誤認為是現實。但我們如何區分它們呢?我們必須檢視所有不同的描述,找到它們的共同點,它們共享的結構,當你從一個描述轉到下一個描述時,保持不變的東西。就在這時,我突然明白了。
我幾乎是從計程車一路跑到門口,匆匆拖著我的行李箱,然後按響了門鈴。
門的那邊,卡西迪發出了她最賣力的兇猛的叫聲。“你是個好女孩,”我聽到我母親安撫她的聲音,她正朝門口走來。
“哦,我的天哪!”當我母親發現我手提著行李箱站在門外時,她驚呼道。“你怎麼會在這裡?”
她試圖擁抱我,但卡西迪擠過她,又蹦又叫,嗚咽著,她的屁股搖得太快,以至於有一秒鐘她失去了平衡。她跳起來,把爪子搭在我的胸前,舔我的下巴。“卡西迪——!”我尖叫著,抓住她耷拉下來的耳朵,在她的小鼻子用力地親了一下。她高興地扭動著身體,然後衝進院子裡去撒尿。
當我給母親一個大大的擁抱時,我看到父親從她身後的門口走了出來,試圖弄清楚發生了什麼騷動。
“驚喜!”我說。
他擁抱了我,看起來既高興又震驚。“你怎麼會在這裡?”
我咧嘴一笑。“我知道我們正在尋找什麼了。”