我们所感知的世界是否真实?(2)

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

  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。(本文来自科学美国人杂志中文版《环球科学》11月号:原题:真实世界的“真实”)


  本文作者简介:

  斯蒂芬·霍金的研究为今天我们理解黑洞和宇宙起源奠定了基础,不过 据他本人指出,他在动画片《辛普森一家》(The Simpsons)和科幻剧集 《星际迷航:下一代》(Star Trek: The Next Generation)中的演出也同 样精彩。从1979 年到去年,他一直是英国剑桥大学卢卡斯教席数学教授, 牛顿也曾执掌过这一教席。他的著作中包括大名鼎鼎的《时间简史》(A Brief History of Time),迄今已售出超过900 万册。

  莱昂纳德·蒙洛迪诺是美国加州理工学院的理论物理学家。他写过 7 本科普著作,包括《欧几里德之窗:从平行线到超空间的几何历 程》(Euclid’s Window: The Story of Geometry from Parallel Lines to Hyperspace)和《醉汉晃悠悠:随机性如何决定我们的生活》(The Drunkard’s Walk: How Randomness Rules Our Lives)。他还为《百战 天龙》(MacGyver)和《星际迷航:下一代》写过剧本。



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