霍金想要告诉我们什么

    经典科学依然是人类坐井观天的产物，井壁就是我们的日常思维，而量子力学却突破了这一限制，“实在”可以不再与我们的感官经验相对应，而只是一种“图像或理论”。这正是霍金想要表达的重要主题。

    两种“实在观”

    数学家哈代曾这样说过：当一个数学家坐下来谈论“关于”数学是什么时，则表明他已经老了。对此或许可以这样来解读：当一位科学家愿意谈论关于科学是什么，或者说反思科学时，表明他有回到科学源头的冲动，他的精神家园在向他发出召唤，那就是哲学。对于西方哲学这棵大树来说，科学就是其分枝上结出的果实而已。

    霍金的新著《大设计》就是这样一本书。开篇首章，先讨论一个基本的哲学概念——“实在”。眼下你正在读这篇文章，手上的报纸或眼前的屏幕就是某种实在，你完全可以相信，即便你放下报纸或离开屏幕，它们依然存在，而不会无缘无故地“人间蒸发”。这就是常识意义上的实在。但若进一步追问，我们就会发现，对实在的感知，首先要通过我们的感官，贝克莱的名言“存在就是被感知”强调的就是这一点。但事实上还有大脑，大脑负责对感官信息进行必要的处理，用霍金的话来说，“我们的头脑以构造一个世界模型来解释感官的输入”（P5）。当这一模型能够成功地解释事件，我们就认定这一模型具有“实在”的品格。比如当我放下报纸去泡茶，回来之后再重新拿起这张报纸。我可以认定，在我离开时，报纸依然存在；但我也可以认定，在我离开时，报纸消失了，只是在我回来时，它又出现了。这就是两种不同的模型，显然前者更方便实用，常识意义上的实在观，或者说永恒客体概念即源于此。

    在此基础上，霍金强调，科学理论同样是一种模型。比如，日心说和地心说，作为模型具有同样有效的解释能力，但前者的优势在于，它的运动方程要简单得多。因此霍金的结论就是，“不存在与图像或理论无关的实在概念”（P34）。就此而言，爱因斯坦也完全认同这一观念。比如，爱因斯坦谈到，有两种空间概念，一种把空间看作是一种位置的确定，如河边有棵树；另一种把空间看作是物质的容器，如箱子里放有东西那样。前者的逻辑推论就是，不存在虚空；后者则允许虚空（或绝对空间）的存在。在爱因斯坦看来，这两种空间概念都是人类对经验提升后得到的认知产物，而牛顿力学恰好也只能基于后一种空间概念。

    两种物理学

    那么，经典物理与量子物理的分歧在哪里呢？先看爱因斯坦的表达：“在牛顿的理论中，实在是由空间和时间里的质点来表示的；在麦克斯韦的理论中，是由空间和时间里的场来表示的。在量子力学中，可就不是那么容易看得清楚了。”（《爱因斯坦文集》，第一卷，商务印书馆，1994年，P36）爱因斯坦的意思是，量子力学中的波函数，对应的却是一个几率而非确定的值，因此这正是量子力学的不完备之处。用一句通俗的话来说，上帝决不可能玩掷骰子的游戏。

    霍金在本书中详细介绍的双缝实验，正是对此问题的回应。假设有一道墙，墙上有两道缝，每道缝的宽度正好比一个球略大些，墙的后面放有一张与墙平行的网。再假设有一个球员，站在前面对着墙射球。尽管大多数时候射出的球会被墙弹回，但总有球会刚好通过缝隙落在后面的网上，其路径形成一道扇面。现在想象一下，在仅打开一道缝隙的情况下，相应地就会形成一道扇面；当两道缝隙都打开时，就相当于每道缝隙分别打开时观察到的两种情况的简单相加。注意这一想象基于并且符合我们的日常经验。

    但这一想象在量子世界中不再适用。假设现在射出的是粒子，当双缝都打开时，两条路径会彼此影响，结果当然不再是两种情况的简单相加。若套用日常经验，就是想破脑袋也无法解释这一现象。但它却符合光的干涉现象。亦即，若射向墙的是两道光束，屏幕上得到的即是这一现象。这就是说，粒子表现出波的行为。难怪费曼说，双缝实验“包含了量子力学的所有秘密”。

    根据牛顿物理学，每个粒子从源到屏幕都有一条明确的路径；但在量子物理学中，却不存在这样一条明确路径。或者用费曼的话来说，不是没有这样一条路径，而是粒子采用连接两点之间的每一条可能的路径。当两道缝隙都开放时，粒子穿越一道缝隙的路径会和穿越另一道缝隙的路径发生影响，从而引起干涉现象。当我们把所有路径的波叠加在一起时，就得到粒子从A开始到达B的“概率幅度”，而概率幅度平方则给出粒子到达B的正确概率。

    需要指出的是，我们在日常世界中也使用“概率”这一概念。比如，向上抛一枚硬币，我们无法准确预言哪一面先落地，但我们可以给出概率层面的预测，即正或反面先落地的概率均为50%。但这种概率式的预测确实是一种不完备的描述。若我们能够精确测出每次投掷时的各项参数，比如用力情况、空气流速等等，那么从理论上来说，其结果应该是可以预测的。事实上难以做到是因为全部初始参数的准确测定是一项难以完成的工作。但对于量子事件来说，概率却是其内禀性质，它反映了自然事件本质上的随机性，而非描述的不完备。由此还可做出一个推论：给定关于此刻的完全数据，牛顿定律允许人们计算出过去的完整图像。这也符合人们的直观常识，未来可以想象，过去却无法改变。但在量子物理中，（不被观测的）过去，正如将来一样是不确定的。这就意味着，你现在对一个系统进行的观测会影响它的过去。再推而广之：“宇宙如同一个粒子，不仅有一个单独的历史，而是具有每一可能的历史，每个历史具有自身的概率；而且我们对其现状的观测影响它的过去并确定宇宙不同的历史。”（P71）

    量子物理的结论完全颠覆了我们的常识。经典物理与量子物理的分歧即在于此。爱因斯坦不能接受的正是量子世界中的随机性，在他看来这是一种不完备的描述。当然爱因斯坦也知道，这种分歧的深层根源在于信念的不同：“我不认为当代物理学家的这种信仰在哲学上是可以驳倒的…在这里，我只好信赖我的直觉。”（同前，P515）但仔细想来，更深层的根源恐怕在于，爱因斯坦无法摆脱经验常识所提供的认知框架，他称之为直觉。

    量子力学所揭示的世界，是一个常识断然无法想象的世界。要想象波粒二象性，就如想象沙粒可以喝下去那样不可思议。而爱因斯坦所谓完备性的描述，其实也基于宏观或日常世界的经验提升，因此他无法从直觉上相信量子事件的随机性是一种内禀性质。在他看来，“整个科学不过是日常思维的一种提炼”。（同前，P341）全部的症结就在这里。这就好比，经典科学依然是人类坐井观天的产物，井壁就是我们的日常思维，而量子力学却突破了这一限制，“实在”可以不再与我们的感官经验相对应，而只是一种“图像或理论”。这正是霍金想要表达的重要主题。

    哲学依然健在，死去的是自然哲学

    既然书名为《大设计》，可见霍金对于宇宙起源问题依然耿耿于怀。正如霍金所说，这本来是哲学要关注的问题，但哲学已死，因此重任就落在物理学家身上。当然，哲学依然健在，死去的是自然哲学。若假设宇宙有个开端，也就意味着无中生有是可能的。霍金在最后提到，引力作为一种负能量，为此提供了可能性。具体的专业讨论非本文所能展开。但若从哲学的角度来点评，正如海德格尔所指出的，“无”是“有”的缺席，换言之，正是在“有”的对照之下，我们才能想象“无”的存在。若循此思路，倒是“有”中生“无”呢。那么，霍金汲汲于心的那些问题，“为什么是存在，而非一无所有？我们为什么存在？为什么是这一族特殊的定律而非别的？”还有意义么？