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物理学家马塞洛·格雷泽思考科学进步的悖论

物理学家马塞尔·格雷泽因推动“精神进步”而荣获2019年坦普顿奖。

约瑟夫·梅林

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


坦普顿基金会,其成立宗旨是促进“精神进步”,已将其2019年坦普顿奖(价值近150万美元)授予物理学家马塞洛·格雷泽,他是达特茅斯学院的教授。格雷泽在巴西长大,至今仍带有口音,他是一位具有宏大视野的人,擅长优雅甚至诗意地反思科学的哲学意义。他将自己描述为“伪装成理论物理学家的形而上学家”。他为美国国家公共广播电台的博客“宇宙与文化”撰稿,并撰写了五本畅销书。我在2018年瑞士的一次会议“人类意识之谜”上遇到了格雷泽。在他的演讲中,格雷泽重述了他的著作《知识之岛》的主题,该书冥想了我们的神秘感与我们的知识成比例增长的悖论方式。我喜欢格雷泽对科学的看法,这与我自己的观点产生共鸣,我喜欢格雷泽,他的知识风格既大胆又温和。会议结束后,格雷泽和我进行了以下电子邮件交流(另请参阅他最近与李·比林斯进行的对话)。——约翰·霍根

霍根:为什么选择物理学?

格雷泽:物理学使我能够深入思考一些我们可以提出的最基本的问题——空间和时间的本质,心灵与现实之间的关系——同时提供物质作为不断变化的能量模式的美丽景象。我们能够理解其中一些模式并创建数学模型来描述甚至预测它们的行为,这对我来说绝对是令人惊叹的。我想我一直是一个伪装成理论物理学家的形而上学家。


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霍根:在巴西长大是否让您对科学有不同的看法?

格雷泽:我认为是这样的,特别是因为我在里约热内卢长大,那里的自然风光无处不在。这座城市挤在覆盖着奇异大西洋热带森林(嗯,是幸存的碎片)和海洋的非常引人注目的古老山脉之间。在科帕卡巴纳海滩长大让我每天都能看到地平线,这是一种荣幸。地平线从小就让我着迷,遥不可及,是海洋和天空交汇的不可能的界线,既代表了我们星球的曲率,也代表了无限。它在那里,但又不在那里,现实以这种方式与我们的感官玩耍。在文化上,巴西生活特有的不同世界观的融合也发挥了巨大的作用。我早就明白,看待同一事物的方式有很多种,每种方式都以自己的方式承载着意义。

霍根:您投入大量精力为公众撰写和谈论科学。您特别热衷于传达什么信息吗?

格雷泽:主要信息是科学世界观的伟大之处;我们可以用各种方式理解我们周围的世界,这些方式一次又一次地改变了我们生活和理解我们在宇宙中的身份的方式。我将科学视为一种变革性的文化力量,并希望与尽可能多的人分享我们对世界的了解,以便他们不仅可以欣赏这一切的美丽,而且可以成为知情的公民,有能力对自己的生活和我们的集体未来做出明智的决定。

霍根:任何流行的科学主张或比喻真的让您感到困扰吗?

格雷泽:是的,实际上,相当多。例如,声称我们理解宇宙大爆炸,即标志着宇宙起源的事件。我们当然不理解,我更进一步声称我们不能理解,因为科学的运作依赖于概念框架。科学最多只能对万物起源的问题给出一个不完整的答案,这个答案取决于空间、时间、能量、自然规律等概念……另一个是声称我们“生活在一个多元宇宙中”。我们不知道多元宇宙是否存在,更糟糕的是,我们无法知道哪种方式。科普作家经常得意忘形,将基于推测的想法当作已成定局来呈现。我们必须非常小心这一点,尤其是在科学的信誉不断受到攻击的时代。科学家们不希望成为那些破坏科学信誉的人,将推测性的想法当作已证实的科学事实来呈现!

霍根:在我们最近参加的会议上,马丁·里斯推测,科学可能正在触及极限,可能永远无法解释意识和其他涌现现象。您怎么看?

格雷泽:我认为马丁是正确的,与其说科学正在触及极限,不如说科学有局限性。这两者是不同的。毫无疑问,有许多合理的科学问题我们无法回答。我在上面给了两个例子;另一个是了解地球上生命是如何起源的。除非我们能证明只有一个或极少数从非生命到生命的生化途径的定理,否则我们无法确定大约40亿年前这里发生了什么。要欣赏科学之美,至关重要的是要理解科学是如何运作的以及为什么它有局限性。毕竟,它是人类的创造。我们用各种仪器测量自然现象,它们都有精度限制和范围。我们看不到超越范围的东西,即使我们不断提高它们的精度,也总是还有更多要追求的。知识是永无止境的追求,至少只要我们能提出问题并获得资金来尝试回答它们。科学创造了一个自我完善的自然描述,但我们不能期望它会是最终的,这是我在我的书《知识之岛》中探讨的观点。

霍根:我们最终会知道为什么会有存在而不是虚无吗?

格雷泽:我认为我们不能,至少不能仅通过科学。这回到了第一因的问题,即引起所有其他原因的无因之因。我们人类沿着因果链思考,无法弄清楚事物是如何产生并开始游戏的。声称量子物理学可以做到这一点,例如“无中生有宇宙”,忽略了我们必须首先假设这些理论的根本点。那么问题就变成了,为什么是这些定律而不是这个宇宙中的其他定律?如果我们求助于多元宇宙来试图回答这个问题,我们会把自己缠绕在更多的结中,因为我们无法知道多元宇宙是否存在。科学不需要解释万物的起源。它在描述许多其他自然现象方面做得非常出色,并且有很多东西需要思考。这种期望来自于试图将科学等同于某种新的宗教,在我看来这是一个严重的错误。

霍根:物理学家应该放弃对统一理论的追求吗?

格雷泽:我喜欢你称之为“追求”。听起来很有骑士风范,对吧?科学家们将找到我们最深刻问题的答案,在某种意义上成为新的圣人,现代社会的萨满。然而,这种追求是不可能实现的。鉴于科学的运作方式,我们能期望的最好结果是找到对我们现在所知世界的统一解释。我们在引力和电磁力方面做得相当不错,但似乎在将所有四种基本力结合在一起时遇到了困难。但即使我们做到了,而且目前可能性很大,这个“统一理论”也会是有限的。因为我们怎么能确定更强大的加速器或暗物质探测器不会发现不属于当前统一的新力和粒子的证据呢?我们不能。因此,最终理论的梦想家需要重新调整他们的期望,也许,学习一点认识论。理解我们如何知道对于理解我们能知道多少至关重要。

霍根:信息论能帮助物理学进步吗?

格雷泽:当然可以。信息是现代知识货币。我们正在用信息重新构建一切,从黑洞物理学到致力于找出您接下来想买什么的数据科学。信息论可以帮助我们理解自然界中形状的复杂性和多样性,从原子到树木到星系——我喜欢称之为形状复杂性——提供一种令人难以置信的丰富方式来辨别物质的组织模式及其属性。我真的很高兴现在能从事这项工作。

霍根:您是新的意识理论——整合信息理论的粉丝吗?

格雷泽:我认为“粉丝”这个词太强烈了,但我赞赏托诺尼和合作者试图提出一种定量的方式来理解意识。当然,IIT的基本前提是意识是基本的,有点像空间和时间一样基本(假设这两者是基本的,那是另一回事了)。我发现很难理解这甚至意味着什么,因为它侧重于本体论,什么是真实的,什么是不真实的。我更倾向于将科学作为一种描述性工具,并以更务实和不那么基本的方式看待意识,将其视为非常复杂的神经元模式的涌现属性。当然,我可能是错的,我们可能确实需要对意识的本质有一个全新的视角。即便如此,我认为仅仅将其变成数学理论是不够的。与宇宙起源一样,人类意识的本质可能是我们可能无法通过科学方法完全回答的那种问题,即使我们能够通过人工智能人为地创造某种有限的意识。这并不意味着意识与超自然主义有任何关系;这仅仅意味着有些问题对于我们当前的科学框架来说是不适用的。

霍根:量子力学的怪异性会消失吗?

格雷泽:我不认为会消失。现在很明显,非定域性将继续存在,量子纠缠的概念似乎无视空间和时间,因为纠缠粒子在非常远的距离处表现得像一个整体,并且速度比光速还快。此外,量子不确定性是根本性的,因为我们无法预测我们将在量子系统中测量的价值。我很乐意接受量子力学的神秘性,而不必像一些同事那样强迫现实进入其中,他们通过将现实归因于波函数(又是本体论!)来暗示每次测量都会创造一组平行宇宙,以便所有选项都在某个地方实现。当一个谜题的解决方案更加神秘时,我们应该非常小心……我将量子力学视为描述我们可以测量的微观世界的强大方式。它是否会造成解释上的噩梦?是的,它确实会。但它也反映了我们对世界非常不完整的知识,这不是我们的敌人。我们应该继续前进吗?当然!对我来说,根本的谜题是观察者和被观察者是如何纠缠在一起的,测量如何赋予量子物体现实的问题。我们不知道当我们不看月亮时,月亮是否在那里,但我们假设它在那里。假设它在那里与知道它在那里是不同的。科学常常忘记经验对于我们所做的一切是绝对必要的。也许这就是量子力学中缺失的环节,将其理解为自我与世界互动的叙述。

霍根:您相信上帝吗?

格雷泽:我将自己定位为不可知论者。我没有看到任何超自然存在或干预的证据,但也明白我们对外界的事物部分失明,因此应该表现出一些谦逊。我认为无神论与科学方法不一致,因为它本质上是不信仰的信仰。它没有提供任何不存在的证据,因为通过科学手段做到这一点实际上是不可能的。无神论将信仰提升为一种在认识论上非常站不住脚的理性论证。您可能不相信上帝,但确定地肯定上帝不存在在科学上是不一致的。如果您是不信者,那么与科学一致的唯一立场是不可知论。

霍根:您的乌托邦是什么

格雷泽:我的乌托邦是,在未来十年,我们将看到我们人性的复兴,一场道德起义,我们与生命、人类和所有其他生物以及与我们星球的关系将成为新的普遍道德命令。我们需要快速改变我们的饮食方式以及我们与地球资源的关系。在我的乌托邦中,这仍然会在我的有生之年发生。

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另请参阅与大卫·多伊奇史蒂文·温伯格乔治·埃利斯卡洛·罗韦利爱德华·威滕斯科特·阿伦森萨宾·霍森菲尔德普里亚姆瓦达·纳塔拉詹加勒特·利西保罗·斯坦哈特李·斯莫林斯蒂芬·沃尔夫勒姆罗宾·汉森埃利泽·尤德科夫斯基泰勒·沃尔克斯图尔特·考夫曼克里斯托夫·科赫鲁珀特·谢尔德雷克谢尔顿·所罗门的问答。

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