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物理學家馬塞洛·格雷澤思考科學進步的悖論

物理學家馬塞爾·格雷澤因推動“精神進步”而榮獲2019年坦普頓獎。

約瑟夫·梅林

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


坦普頓基金會,其成立宗旨是促進“精神進步”,已將其2019年坦普頓獎(價值近150萬美元)授予物理學家馬塞洛·格雷澤,他是達特茅斯學院的教授。格雷澤在巴西長大,至今仍帶有口音,他是一位具有宏大視野的人,擅長優雅甚至詩意地反思科學的哲學意義。他將自己描述為“偽裝成理論物理學家的形而上學家”。他為美國國家公共廣播電臺的部落格“宇宙與文化”撰稿,並撰寫了五本暢銷書。我在2018年瑞士的一次會議“人類意識之謎”上遇到了格雷澤。在他的演講中,格雷澤重述了他的著作《知識之島》的主題,該書冥想了我們的神秘感與我們的知識成比例增長的悖論方式。我喜歡格雷澤對科學的看法,這與我自己的觀點產生共鳴,我喜歡格雷澤,他的知識風格既大膽又溫和。會議結束後,格雷澤和我進行了以下電子郵件交流(另請參閱他最近與李·比林斯進行的對話)。——約翰·霍根

霍根:為什麼選擇物理學?

格雷澤:物理學使我能夠深入思考一些我們可以提出的最基本的問題——空間和時間的本質,心靈與現實之間的關係——同時提供物質作為不斷變化的能量模式的美麗景象。我們能夠理解其中一些模式並建立數學模型來描述甚至預測它們的行為,這對我來說絕對是令人驚歎的。我想我一直是一個偽裝成理論物理學家的形而上學家。


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霍根:在巴西長大是否讓您對科學有不同的看法?

格雷澤:我認為是這樣的,特別是因為我在里約熱內盧長大,那裡的自然風光無處不在。這座城市擠在覆蓋著奇異大西洋熱帶森林(嗯,是倖存的碎片)和海洋的非常引人注目的古老山脈之間。在科帕卡巴納海灘長大讓我每天都能看到地平線,這是一種榮幸。地平線從小就讓我著迷,遙不可及,是海洋和天空交匯的不可能的界線,既代表了我們星球的曲率,也代表了無限。它在那裡,但又不在那裡,現實以這種方式與我們的感官玩耍。在文化上,巴西生活特有的不同世界觀的融合也發揮了巨大的作用。我早就明白,看待同一事物的方式有很多種,每種方式都以自己的方式承載著意義。

霍根:您投入大量精力為公眾撰寫和談論科學。您特別熱衷於傳達什麼資訊嗎?

格雷澤:主要資訊是科學世界觀的偉大之處;我們可以用各種方式理解我們周圍的世界,這些方式一次又一次地改變了我們生活和理解我們在宇宙中的身份的方式。我將科學視為一種變革性的文化力量,並希望與儘可能多的人分享我們對世界的瞭解,以便他們不僅可以欣賞這一切的美麗,而且可以成為知情的公民,有能力對自己的生活和我們的集體未來做出明智的決定。

霍根:任何流行的科學主張或比喻真的讓您感到困擾嗎?

格雷澤:是的,實際上,相當多。例如,聲稱我們理解宇宙大爆炸,即標誌著宇宙起源的事件。我們當然不理解,我更進一步聲稱我們不能理解,因為科學的運作依賴於概念框架。科學最多隻能對萬物起源的問題給出一個不完整的答案,這個答案取決於空間、時間、能量、自然規律等概念……另一個是聲稱我們“生活在一個多元宇宙中”。我們不知道多元宇宙是否存在,更糟糕的是,我們無法知道哪種方式。科普作家經常得意忘形,將基於推測的想法當作已成定局來呈現。我們必須非常小心這一點,尤其是在科學的信譽不斷受到攻擊的時代。科學家們不希望成為那些破壞科學信譽的人,將推測性的想法當作已證實的科學事實來呈現!

霍根:在我們最近參加的會議上,馬丁·里斯推測,科學可能正在觸及極限,可能永遠無法解釋意識和其他湧現現象。您怎麼看?

格雷澤:我認為馬丁是正確的,與其說科學正在觸及極限,不如說科學有侷限性。這兩者是不同的。毫無疑問,有許多合理的科學問題我們無法回答。我在上面給了兩個例子;另一個是瞭解地球上生命是如何起源的。除非我們能證明只有一個或極少數從非生命到生命的生化途徑的定理,否則我們無法確定大約40億年前這裡發生了什麼。要欣賞科學之美,至關重要的是要理解科學是如何運作的以及為什麼它有侷限性。畢竟,它是人類的創造。我們用各種儀器測量自然現象,它們都有精度限制和範圍。我們看不到超越範圍的東西,即使我們不斷提高它們的精度,也總是還有更多要追求的。知識是永無止境的追求,至少只要我們能提出問題並獲得資金來嘗試回答它們。科學創造了一個自我完善的自然描述,但我們不能期望它會是最終的,這是我在我的書《知識之島》中探討的觀點。

霍根:我們最終會知道為什麼會有存在而不是虛無嗎?

格雷澤:我認為我們不能,至少不能僅透過科學。這回到了第一因的問題,即引起所有其他原因的無因之因。我們人類沿著因果鏈思考,無法弄清楚事物是如何產生並開始遊戲的。聲稱量子物理學可以做到這一點,例如“無中生有宇宙”,忽略了我們必須首先假設這些理論的根本點。那麼問題就變成了,為什麼是這些定律而不是這個宇宙中的其他定律?如果我們求助於多元宇宙來試圖回答這個問題,我們會把自己纏繞在更多的結中,因為我們無法知道多元宇宙是否存在。科學不需要解釋萬物的起源。它在描述許多其他自然現象方面做得非常出色,並且有很多東西需要思考。這種期望來自於試圖將科學等同於某種新的宗教,在我看來這是一個嚴重的錯誤。

霍根:物理學家應該放棄對統一理論的追求嗎?

格雷澤:我喜歡你稱之為“追求”。聽起來很有騎士風範,對吧?科學家們將找到我們最深刻問題的答案,在某種意義上成為新的聖人,現代社會的薩滿。然而,這種追求是不可能實現的。鑑於科學的運作方式,我們能期望的最好結果是找到對我們現在所知世界的統一解釋。我們在引力和電磁力方面做得相當不錯,但似乎在將所有四種基本力結合在一起時遇到了困難。但即使我們做到了,而且目前可能性很大,這個“統一理論”也會是有限的。因為我們怎麼能確定更強大的加速器或暗物質探測器不會發現不屬於當前統一的新力和粒子的證據呢?我們不能。因此,最終理論的夢想家需要重新調整他們的期望,也許,學習一點認識論。理解我們如何知道對於理解我們能知道多少至關重要。

霍根:資訊理論能幫助物理學進步嗎?

格雷澤:當然可以。資訊是現代知識貨幣。我們正在用資訊重新構建一切,從黑洞物理學到致力於找出您接下來想買什麼的資料科學。資訊理論可以幫助我們理解自然界中形狀的複雜性和多樣性,從原子到樹木到星系——我喜歡稱之為形狀複雜性——提供一種令人難以置信的豐富方式來辨別物質的組織模式及其屬性。我真的很高興現在能從事這項工作。

霍根:您是新的意識理論——整合資訊理論的粉絲嗎?

格雷澤:我認為“粉絲”這個詞太強烈了,但我讚賞託諾尼和合作者試圖提出一種定量的方式來理解意識。當然,IIT的基本前提是意識是基本的,有點像空間和時間一樣基本(假設這兩者是基本的,那是另一回事了)。我發現很難理解這甚至意味著什麼,因為它側重於本體論,什麼是真實的,什麼是不真實的。我更傾向於將科學作為一種描述性工具,並以更務實和不那麼基本的方式看待意識,將其視為非常複雜的神經元模式的湧現屬性。當然,我可能是錯的,我們可能確實需要對意識的本質有一個全新的視角。即便如此,我認為僅僅將其變成數學理論是不夠的。與宇宙起源一樣,人類意識的本質可能是我們可能無法透過科學方法完全回答的那種問題,即使我們能夠透過人工智慧人為地創造某種有限的意識。這並不意味著意識與超自然主義有任何關係;這僅僅意味著有些問題對於我們當前的科學框架來說是不適用的。

霍根:量子力學的怪異性會消失嗎?

格雷澤:我不認為會消失。現在很明顯,非定域性將繼續存在,量子糾纏的概念似乎無視空間和時間,因為糾纏粒子在非常遠的距離處表現得像一個整體,並且速度比光速還快。此外,量子不確定性是根本性的,因為我們無法預測我們將在量子系統中測量的價值。我很樂意接受量子力學的神秘性,而不必像一些同事那樣強迫現實進入其中,他們透過將現實歸因於波函式(又是本體論!)來暗示每次測量都會創造一組平行宇宙,以便所有選項都在某個地方實現。當一個謎題的解決方案更加神秘時,我們應該非常小心……我將量子力學視為描述我們可以測量的微觀世界的強大方式。它是否會造成解釋上的噩夢?是的,它確實會。但它也反映了我們對世界非常不完整的知識,這不是我們的敵人。我們應該繼續前進嗎?當然!對我來說,根本的謎題是觀察者和被觀察者是如何糾纏在一起的,測量如何賦予量子物體現實的問題。我們不知道當我們不看月亮時,月亮是否在那裡,但我們假設它在那裡。假設它在那裡與知道它在那裡是不同的。科學常常忘記經驗對於我們所做的一切是絕對必要的。也許這就是量子力學中缺失的環節,將其理解為自我與世界互動的敘述。

霍根:您相信上帝嗎?

格雷澤:我將自己定位為不可知論者。我沒有看到任何超自然存在或干預的證據,但也明白我們對外界的事物部分失明,因此應該表現出一些謙遜。我認為無神論與科學方法不一致,因為它本質上是不信仰的信仰。它沒有提供任何不存在的證據,因為透過科學手段做到這一點實際上是不可能的。無神論將信仰提升為一種在認識論上非常站不住腳的理性論證。您可能不相信上帝,但確定地肯定上帝不存在在科學上是不一致的。如果您是不信者,那麼與科學一致的唯一立場是不可知論。

霍根:您的烏托邦是什麼

格雷澤:我的烏托邦是,在未來十年,我們將看到我們人性的復興,一場道德起義,我們與生命、人類和所有其他生物以及與我們星球的關係將成為新的普遍道德命令。我們需要快速改變我們的飲食方式以及我們與地球資源的關係。在我的烏托邦中,這仍然會在我的有生之年發生。

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