《【硬核科学观1】混沌、量子、熵：现代科学革命如何颠覆所有人的认知？》文本版
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【硬核科学观1】混沌、量子、熵：现代科学革命如何颠覆所有人的认知？
序言
为什么哪怕精准地掌握了许多科学观念和原理，现代人甚至是训练有素的工程师和科学家都有可能对科学这个宏观范式的理解产生偏差？亦或者说有多少人只能够使用科学工具，而无法真正的认识科学这门学科。这背后的原因很简单，因为大多数人，包括绝大多数我们能用得上的科学知识，包括几乎所有工程师和非理论科学家做出科学进步所需要的科学框架，都可以停留在一种牛顿式的、18世纪的、决定论的、还原论的、实在论的确定性思维框架里，
因此，我们无法也不需要理解20世纪以来全新的科学革命所带来的冲击性的世界观，也因此我们更无法接受科学无法为这个世界提供绝对确定性的道标。这一范式僵局最深刻的影响，是诱使我们在逐渐缩小的范围内，寻找并不存在的意义，从而使我们走向荒漠。
人类的存在是意外吗？
著名的稳态经济学家赫尔曼·戴利曾在一次学术会议里谈到科学决定论与道德价值之间的对抗。他说到，"萨根、威尔逊和古尔德赞同牛顿时代的科学决定论宇宙观。他们认为宇宙是一个荒谬的意外，宇宙中出现的生命只不过是另一场意外，这些生命最终可还原为运动中的死物质。在他们看来，除了短期的生存与繁殖，生命并不存在任何客观意义上的价值或目的，生命纯粹是一种本能。因此其在根本上是机械的。在这样的世界里使用道德罗盘，就好比在不存在磁北的世界里，使用磁罗盘一样荒谬。
若没有外部引力的吸引，即使是最灵敏的指南针也会变得毫无价值；若没有客观价值的牵引与劝导，具有强烈道德感的人，就如同不受外部磁力吸引的指南针一样，本质上是不运动的。有人可能会回答说，客观价值并不存在于外部，而是由人类或仅由人类的上帝内部创造，并投射或强加于外部世界，这是一种典型的二元论的解答。自笛卡尔提出后，该理论一直占人类社会的主导地位。这种理论认为，目的、 思维与价值是在历史或精神层面上不连续地进入人类世界的，而人类世界的其他部分，则是各种机械。无论是物理的、 化学的、 生物的机制，
换言之，他提出了一种精神和物质二分的，互不相关的形而上学假设。这也符合基督教世界观下的科学探索的需求，那就是悬置一切的伦理和价值判断，而从科学的角度只研究各种自然机制。然而，随着科学的不断发展，它注定会进入到人类的生命领域，无论是生物的、环境的、意识的还是更广阔的、社会的、物种的。这种观点与科学证实的人类与其他生命形式的亲缘关系的进化观念相反，思维、价值与目的要真正存在。从进化的角度来看，它们需在某种程度上从进化链条的最初便业已存在于人类世界中，否则它们就一定是特殊创造的对象，后者当然是科学与被曲解的进化论拥趸所不能接受的。科学决定论通过彻底否认人类与外部世界的自的思维与价值的现实，来解决这一难题。
他声称，我们称之为目的或价值的主观感受，只不过是附带现象，最终可以用潜在的物理结构与运动来解释。牛顿式的科学决定论始终重视科学的实在价值。然而，最新的量子力学和意识科学试图告诉我们，我们对自的和自由的内在体验，并不受感官或抽象概念的影响。相反，这种体验是最具体、最直接的。许多人将主体对目的性的即时体验，解释为抽象行为偶然产生的附带现象。这是怀特海所说的"错位的具体谬论"的例子之一。
对此古尔德指出，只有对自然建立情感纽带，人类才能真正赢得这场拯救物种与世界的战斗。因为，我们不会因为拯救不爱的事物而战斗，但是人类会爱上一个意外吗？或者说一个意外会爱上另一个意外吗？一个意外会拼命去拯救另外一个意外吗？对于宗教徒而言上帝的世界是可爱的。但事实是科学家往往比神学家更爱上帝，或者说他们更爱那种稳固的，像上帝一样兼顾、稳定、有序的科学秩序，但他们不该承认这份爱吗？他们是否该问问自己为什么会爱上科学认为是意外的事物。在日常生活中，他们对随机事件对混乱是持喜欢还是厌烦态度呢？生物学家可能在每周一三五讲授包括我们的价值观与理性在内的一切，都是遗传偶然性与环境必然性的机械产物，这些机械产物没有任何目的，他却在周二和周四试图说服公众热爱这个毫无意义的谜题中的某个偶然部分，为拯救其进行战斗并作出牺牲。
从根本上来说，这些行为是荒谬、愚蠢且自相矛盾的。而当科学家们意识到只有他们认为毫无依据的宗教或政治价值观，才能唤起公众的支持，才能来拯救他们作为意外的个体的生存时，这种荒谬感被进一步加强了。换言之，沉浸在牛顿的机械宇宙范式的落后科学家们，其实正是在以自己刚砍掉的那棵树的果实为生。诚如古尔德所说："大量的思想家认为，宇宙中任何关于自标的愿景都是过时且虚幻的。"
事实上，很少有科学家、文人或哲学家公开宣称宇宙存在的意义，或声称任何超自然自的会影响宇宙的演变。但是，这种宇宙悲观主义能否充分滋养这些思想家如今与政治家们携手呼吁的各种运动？这的确是一个悖论，即那些自称信仰没有驱使其成为某种党派或主义的信徒的人，往往会更用心地拯救世界。科学家们含蓄地呼吁政治改革，因为这种改革不仅是在非道德宇宙中神奇运作的道德指南针，更是为科学家们指明公共资金拯救环境方向的指南针。
正如怀特海所说："许多科学家耐心地设计实验，以证实动物的行为不是由自的所驱使。科学家可能利用业余时节写文章来，证明人类和其他动物一样。所以无法用自的来解释人类的身体活动，包括科学家自身的活动。这些为了证实无目的论的科学家，本身构成了一个有趣的研究课题。"
我之所以详尽的引用以上段落(戴利)，是因为在这段话中，一位杰出的当代知识分子以生动的语言阐述了由我们或多或少认为理所当然的形而上学框架所传承的道德选择。大多数科学思想家，很少像戴利那样诚实坦率地面对这个问题。那他们不得不解决这个问题时，他们往往倾向于尴尬的模糊对抗的界限，寻求两全其美。在有效的实践中，他们几乎不可避免地站在科学决定论这边，没有给自由、目的或价值留有任何余地，作为社会科学家的戴利无法接受这个结论，但他别无选择，只能选用一种超然的宗教信仰，为其寻找一个看似最合理的思想框架，用它来维持其与现代科学的最先进成果的合理一致性。
在科学还原论和决定论的世界里，它还有什么办法可以为自由与价值保留一席之地呢？鉴于当前人类文化传承的思想框架，答案是非常明确的: 没有。这难道对于科学家们而言不是最致命的危机吗？但是这种危机的解决方法，其实早就被20世纪那从理论物理学开始延续至系统科学的人类科学思想的大革命所提出了，只不过大多数的实用科学家，即那些不需要直接接触理论本身，而以科学实验和科技创造为饭碗的科学家，他们并不需要了解这些复杂的事物，也能创造出各个领域内先进的贡献。
本质上，在我们这个小小的蓝色星球上，牛顿的世界观已经可以解决99%的科学问题，为什么要在那1%上折磨自己呢？毕竟对绝大多数科学家而言，科学研究仅仅是一份工作。我们当然尊重这种人生选择，但我们必须承认，诚如马克斯·韦伯(Max Weber)所说的那样，科学事业并不是一个自价值中立，便可以和社会进行中立切割的特立独行的群体。科学家们所给出的事实和意见对这个社会有着极其强大甚至决定性的作用，而他们本身也被各种社会思潮所影响，绝非他们声称的那般中立和特异。
因此，弥合科学与大众乃至弥合科学内部的先进与落后、理论与实践，最后弥合科学和更厂阔的人文社会领域的差异，是当下学术界的当务之急，也是每一个渴望真正理解，和改变世界的公民的必修课之一。
宗教与科学：人类被撕扯的两极
在科学决定论的世界观表达中，我们经常听到研究人员表明或暗示，他们已找到导致特定人类行为的化学或神经回路。他们希望指出人类的各种行为并非由态度或个人心理或意志所驱使，而是臣服于一些特定的科学机制。的确，在自然科学的研究者和医疗工作者中，有一种日益增长的趋势，即如果他们找到了影响行为的化学或神经因素，如抑郁症、精神分裂症、多动症、攻击性等，就证明行为是由物质引起的。而态度与价值观、心理学与社会学，充其量只是表象的解释系统，是不完整的科学还原的产物。
这个方法基于一个前现代或者说前量子力学的科学世界，几乎普遍认同的观点。即事件要么是物质决定的、要么是精神决定的，它不能是两者同构的，否则它们将如何相互作用。对于大多数科学观察者来说，这些选择的明确提出，通常只是为了更好的反驳二元论与庸俗唯心主义的选择，从而确立科学还原主义解释的唯一优先权。
当然，宗教、精神与新时代思想家们(New Age Movement :70年代宗教运动)有着更广泛的通常也不那么复杂的解释，也有看另类的选择。他们试图低毁科学主义的解释，以体现一种对立的超然与精神解释。他们试图捍卫将世界解释为庸俗唯心主义的权利，这种解释认为，从个人自由客观现实的自的与价值，到转世、永生，甚至意志力、心灵感应与心灵传动等所有事物，都是合理的。当然，就其哲学根源而言，基督教、犹太教、伊斯兰教、印度教和佛教都植根于类似的庸俗唯心主义。
很显然，这两种思想都是同样偏颇且有危害的。悲剧性的是，在这两种思想的引导和撕扯下，我们都或多或少的认为，世界被分为两个完全不相容的形而上学方向，且每个方向本质上都是一元论和还原论的。除非，我们接受这个世界是难以置信的二元论混合体，亦或者根本不存在一种二元论的世界观，但是这种对世界的重新构想，需要极其强大的意志力、想象力和思维能力。它在本质上，与人类过去绝大多数时代的政治统治以及大众传播的原则是违背的。因此，从客观上来说，这个世界是被分成两极的，或者说每个人在内心深处，都被两极的价值观所撕扯。
一方面，世界上绝大多数人相信宗教性庸俗唯心主义意识形态的解释，这种解释从根本上不符合科学世界观。而科学世界观，为我们赖以生存的技术发展提供了基础。但正是这种极其唯心的方式，奠定了世界道德体系的基础，并维持着人类生活的意义感与尊严感，以及人类对日常生活进行有效控制的可能性；
另一方面，很明显，世界的制度经济政治军事与科学活动，日益受到科学或技术世界观的指导。这种世界观本质上是科学主义和还原主义的，其有效地否定了个人选择与人类自由。同时在实践中发展了越来越精细的操纵与控制人类体验的方式，并巧妙地否定了人类体验的社会合法性。我们在每个领域都看到了这一点，从对精神疾病的研究到对生命本质的解释。
但这种两极化的观点有必要存在吗？戴利提出的理论选择是唯一的可能性吗？或者它们难道不是形而上学无理地将我们置于其中的死胡同吗？
然而，现代科学尤其是现代的理论物理学和系统科学，已经可以正面且直接的解决这个问题，颇为可能的解决方案提供另一个形而上学框架，这一框架将涉及非还原性场论(Non-Reduction al Field Theory)，以及它如何为涌现的性质与能量学说提供基础，使我们对世界的理解更确定和有效。
牛顿宇宙观为什么是错误的？
人生有意义吗？难道我们不是时刻受高于我们的，不可名状的物理法则和生物机制宰制吗？我们的人生真的有自的和价值吗？
的确，在二十世纪以前，人们一直以为客观自然是按照机械定律运行的。在牛顿力学的辉煌时代，机械中一直被认为是物理相互作用的典范。大卫休谟经常使用类似的台球交互操作系统来比喻世界，这种系统的最终行为完全由惯性质量与动量所决定，并由介质的阻力修正。
从工业发展到世界战争再到太空探索，牛顿体系在实验与技术上的成功是毋庸置疑的。然而，发展了这些理论并实现技术应用的人类思维，显然应用一套不遵循任何确定性过程的意识思维过程。人们不知道如何用牛顿体系来解释艾萨克·牛顿本人具有目的性的科学研究，正如罗伊·巴斯卡所说的那样：只有非还原性主义的形而上学，才能将他自己纳入自己的世界观中。
显然和机械系统里所要表达的一切都不同，人类可以体验到思考、利弊权衡与自由选择的能力，甚至会对这些选择造成的可能后果感到焦虑。让·保罗·萨特用其自在(in-itself)与自为(for-itself)的现象学描述分类，很好地捕捉到了这种经历的二元性并进行划分。当然，在更新和颠覆笛卡尔的外延实体(extended)和思延实体(thinking )的二元论时,萨特显然回避了对这两种不同存在模式起源的解释。
他只是断言，我们在经历中发现了这两种对立且不可还原的特性。萨特的现象学本体论主要是广泛而详细地描述人类经历的相互作用模式。在描述这些存在方式时，萨特主张自在者遵循完全可预测的决定论法则，而自为者本质上被定义为一种自我意识的自由。在这种自由中，事件呈现出多种可能性。在某种程度上，萨特是正确的。这就是我们作为人类的经历所呈现的方式，而这种呈现需要得到解释。
但是，作为恰当的基础，这种表象最终是否具有理论意义？尽管传统的二元论始终无法解释思想与外延——即心灵与身体，这两种根本对立的物质之间的互动方式。但萨特试图用其非因果的方式来回避这个问题，从而也回避了对二元论起源这一棘手问题的探究。但最初的难题仍未得到解决，因为其回避了自由意识主体与身体的关系这一问题，而这似乎是其物质前提。因此，自由悬而未决，成为在这个世界上没有根基的形而上学根式(Surd)。
也许在历史上这是一种恰当的文化表达方式，因为人类的前工业化根式，已经被工业发展与世界市场撕裂。因此，人类被集体流放进了一个牛顿力学的机械宇宙，无论是精神上的还是物质上的。但这个悲剧的结尾，显然是不能让人类作为一个主体得到满足的。
因此，在另一方面，如果我们能够清醒地认识人类技术与理论能力的惊人发展，并认识到这些发展构成了现代科学力量与本质有效性的使用证明，以及这种发展和实证所带来的可怕存在论结果，我们就必须直面有效的物质主义假设。我们不能接受所谓思想，被还原为纯粹的物质主义科学术语。事实上量子力学和系统科学早就发现，既然二元论不行，那我们就提供另一个框架，使思维能够被理解为自然本身的有限特征。
拉普拉斯妖：科学家的成神野望
事实上，关于涌现的量子力学和系统科学理论，提供了一种能连贯解决主体性自由问题及其与决定论关系的方法。要讨论科学决定论所存在的问题和涌现性系统科学所给出的答案。首先我们必须简单的谈谈所谓牛顿框架下，臭名昭看的完美预测理论与其实际物理宇宙的可预测性所存在的技术局限性。
著名的天文学家和数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯是第一个旗帜鲜明地指出了牛顿世界观的确定性宇宙学意义的思想家，他也正是拉普拉斯妖这个思想游戏的始作俑者。他认为既然牛顿定律完全决定了所有物体的运动，如果我们能随时测量宇宙中每个粒子的位置与速度，那么我们就能用运动定律，完全确定粒子接下来的运动。同理，我们也可以明确宇宙的整个历史，那就不存在偶然或无知了。事实上，这也正是整个大牛顿时代所有的科学家想要做到的。
对于他们而言，这是一条最明确的登神长阶。但是，拉普拉斯没有想到的是，如何计算每个粒子的精确位置，这几乎是一个不可能完成的任务。先让我们考虑一下气体分子的行动，空气中的分子在一秒钟内，会进行数十亿次的碰撞。
在旅行开始时分子方向的微小变化，可能只会稍微改变其第一次碰撞的方式，但会随之细微改变其碰撞后的方向与速度，并略微改变被其撞击的分子的后续运动。经历几次碰撞后，分子与其临近的分子将达到完全不同于预测的位置与速度。经过40亿次的碰撞后，该分子很可能处于与最初计算完全不同的位置。所以，初始状态的极小变化会产生看巨大的影响。我们所看到的是一个极为简单的例子。
在一些系统中，一系列事件的结果对初始条件非常敏感，以至于可能无法在实践中预测系统行为，即使其行为在理论上是可预测的。当然对于封闭的气体，我们也许能够将分子的行为平均化，以得出系统的平均行为，这对于科学与现实的分层有着重要意义，但这显然不适用于气象状况这种复杂系统。事实上，在20世纪物理学家们意识到他们遇到的问题要比这严重的多。
正如希尔弗所说："物理学家迈克尔·贝里的计算，为这种敏感性提供了一个特别的例证，他将一个电子放置于已知宇宙的边缘并提问:'如果电子不在那里，一个寂静的分子会在几次碰撞后错过一次碰撞？'现在电子应该只能通过其引力场发挥作用。正如你所知引力场小得令人难以置信，以至于所有思维健全的科学家都完全忽略了它。但大错特错，经过五十六次碰撞后，分子错过了一次碰撞，这个结果几乎令人难以置信。但我们现在可以理解，为什么在预测分子系统的微观未来时，需要保持极大的乐观，因为我们根本无法做到。"
希尔弗在其更广泛的讨论中指出：完全指定一个系统的初始状态，比如分子的位置——是不可能的。而且系统的未来发展，比如分子的路径，对其初始状态极其敏感。这是诸如此类的思考，导致了混沌理论的发展。混沌过程在实践中是不可预测的，因为它们对初始条件过于敏感，哪怕那些不可预测的过程不一定是混沌的，比如抛硬币。因此混沌理论导致了实践决定论的坍塌，并使人们意识到决定论科学的理论框架内，存在无法解决的问题。
宠加莱的论证加剧了这个问题，原则上三体问题没有分析解，对于涉及三个或更多相互作用的运动的物体的问题，没有封闭的解，也没有简单的数学表达式。这可能被视为是，现行因果思维根本不足的内在理论证明，也是场论的不可或缺性实际例证。稍后我将对其进行解释。
当然碍于篇幅所限，我们没有在此提及量子力学揭示的基本不确定性，也没有提到哥德尔证明的数学的内在不完备性，我们以后有机会希望能聊到。科学决定论在实践上的不可能性就说到这里。但其理论基础是什么呢？
上帝时刻为什么不存在？
现代世界最重要的政治哲学原则之一是：我们的生活选择自由，且在极大尺度上，主体的诸行为及其代价可被预测。正因此，自由为我们承担道德义务提供了基础，也为我们惩罚法律与道德义务的违背者，提供了正当理由。自由奠定了人们的尊严感与自我价值感，并赋予我们改善生活的期望。
与此同时，越来越多的证据表明，科学的力量不仅可以解释，并且能够创造再生并改造物质世界。正是这种力量为我们的自由选择提供了广阔的行动与抱负空间，但科学也为我们提供了干预理论与策略。这些理论与策略可以从根本上改变我们的身份与行为，医学可以修复伤口，药理学可以改变我们的情绪、思想与行为，尽管目前还没有任何明确的界限。生物工程可以重建我们的基因结构，而生物信息处理，则可以从技术上重新调整人体生物学。此外，科学在宏观层面上描述了一个物质宇宙，该宇宙可能存在于一百三十七亿年前。在浩瀚的时空中，其已拓展至真正意义上的天文维度，但几乎没有证据表明宇宙上存在其他生命，更不用说思想或精神的存在。
事实上，据我们所知，任何生命甚至是复杂或智力发达的生命形式，都只存在于这个相对较小的地球上。这个普通的行星，围绕着一颗位于普通星系边缘的普通恒星公转，而该星系只是距此一百亿光年之外的数十亿星系之一。
当然，我们在宇宙中的物质位置并不特殊，且无合理依据证明精神力量与45亿年前的地球形成的自然过程有关。广义相对论将其进化过程，追溯至其起源，并推测宇宙诞生于一场庞大的初始大爆炸。在智能密度与时空压缩无限大的初始时刻，质子与中子并不存在，更不用说原子、分子、光、物质、矿物、植物、动物或思想了，是这碗夸克汤衍生了万物。
这是一种典型的牛顿量子力学宇宙学的尝试，也是最容易被尝试和推进的科学路径。它不需要任何更深入的全局性的思考，就能满足科学家和公共资金的给予者们，对探索科学发掘技术的需求。是的，我们按照这种牛顿式的还原论范式走下去，就会发现太阳底下无新事。或者，更确切的说，一切事物包括太阳都可以被完美解释，并在本质上被还原归结，且至少在原则上由初始时刻的分析推测而来。理论上，关于那个原初时刻的研究，可以解释并预测随后发生的一切。
因此，构成宇宙的任何特性、性能、能力或属性都只是基于最初的夸克汤而已，完全可以采用解释夸克汤的术语和定律来解释它们。这也意味着任何描述涌现属性与力量的概念，都能够被只描述初始世界的概念完全取代，所有思维过程必须完全能用尚未发展，他正在被急切寻求的量子引力理论或某种等效理论来描述。然而，这些问题的特殊相关性在于，大爆炸的初始状态是一种单一的量子效应。因此，这个宇宙在原则上是不确定的。
事实上宇宙背景探测卫星，与威尔金森的微波各向异性探测器的研究都表明了，星系的存在与结构是最初大爆炸时不确定的随机量子波动的结果。因此，对还原论者而言，要么万物都在创造的最初时刻偶然出现，要么一些新事物在后来的某个时刻涌现。然而，如果是后者，那么我们需要一个理论来解释新事物与不可还原的，或最初可预测事物是如何分别出现的。同时，我们必须了解，如果有些情况只发生过一次，那么这些情况为什么只发生一次且永不再发生？
如果我们不洞悉这两个问题，我们就会陷入一个陷阱，那就只认为原则上我们只需要知道初始时刻的性质、结构及其有效的因果定律，即所谓的万物理论，其他所有事物都必然会遵循这个理论来运行。这相当于宣称量子引力理论不仅是包罗万象的统一理论，而且它还将攘括对所有事物的可能解释，所有其他理论都只是量子引力定律的简单表述。
更准确的说，来自任何更发达的科学或宗教艺术文化等概念，都必须能完全用量子引力理论的概念与规律，来进行描述与解释——即完全能被量子引力理论的概念与定律所替代。因此，诸如思维、信仰、爱、关怀、渴望、婚姻、金钱、通货膨胀、意欲、信任，当然还有意识与自由等品质原则上，必须完全能用夸克或弦来描述并解释微量子事件。
事实上，整个质量世界最终都会被视为虚幻的附带现象。然而海森堡指出，如果你将磁铁加热到足够高的温度，大约720度，磁铁就会失去磁性，将它再次冷却后它会恢复磁性。
但这时我们就无法预知其正负极，结果是纯粹的五五开的随机决定。海因斯佩格尔斯甚至更进一步提出，热力学第二定律、熵定律只适用于系统，而无法对单个分子的行为进行预测，该定律也不能还原单个分子的行为。若只参考夸克汤与大爆炸定律，我们该如何确定地解释这些过程。这种寻找决定性的一劳永逸的上帝时刻，这种渴望通过寻找一个确定性的规律和秩序的尝试，注定是要失败的。