試讀
前言
江河都往海里流，海卻不滿。
江河從何處流，仍歸還何處。
《圣經 ·傳道書1：7》
人類心中存有兩種相互沖突的原始沖動 一個是要將事物簡化到其基本要素，另一個則要透過這些基本要素看出其更重要的意義。我們所有人都生活在這種矛盾中，一次又一次地沉思著這些問題。例如，在海邊，我們大部分人都會陷入對世界竟如此壯觀的聯翩浮想之中，而實際上，大海不過就是一個充滿水的深坑。關于這方面的大量的文學作品 有些已是相當古老 常常通過道德，或是通過宗教和世俗之間的張力來表現這種沖突。因此，像工程師那樣將大�？吹煤唵味邢蓿惋@得愚昧和原始，而將它視為一種無盡的、存在各種可能性的源泉，就顯得崇高和富于人性。
但這種沖突并不僅限于感知上的，它也表現在物理上。自然界既被認為是由要素組成的，又被看成是由出自這些要素的強有力的組織原理掌控的。這些原理是至高無上的，因為即使要素發生變化，這些原理也是始終不變的。我們關于自然的這種矛盾的認識反映了自然本身的矛盾性，這種矛盾性由基本要素和這些要素所構成的穩定而復雜的有序結構組成，不像大海本身那么簡單。
海邊自然也是休閑的好去處，當你沿著棧橋走向海灘時，你會感到心曠神怡。生活的真正本質其實就像上面這幅圖：你溜達得離旋轉木馬太近，結果就會遭到溜溜球的重擊。幸運的是，我們物理學家對自己的那種說教習慣保持著高度警覺，盡量不使其失去控制。我在加利福尼亞大學圣迭哥分校的同事丹·阿羅瓦在寫給幽默專欄作家戴夫·巴利的一封信中就機智地表達了這種態度：
親愛的戴夫：我是您的一名狂熱仰慕者，每天都看您的專欄。如果
能像您那樣寫作，我愿不惜任何代價。我已經以您的名義建了一座樹上小屋并住了進去。
您的丹
戴夫回信道：
親愛的丹：謝謝你的來信。順便問一聲，他們能讓你在核武器周圍這么做嗎？祝好！戴夫
好些年前，我有機會與我岳父 一位退休的院士 有過一次關于物理定律的集體性質的對話。那天下午，我們剛剛打完一圈橋牌，正品著兌了奎寧汁的杜松子酒來躲避夫人們關于情感影片的討論。我的論點是，自然界里的可信賴的因果關系能夠告訴我們關于我們自身的事情，而這些因果關系之所以可信賴就在于組織原理而不是微觀法則。換句話說，我們關心的自然法則是通過集體自組織行為整體突現出來的，這里并不需要知道其組成單元的構造和運用等方面的知識。仔細聽完我的觀點，我岳父表示不理解。他過去總認為是法則導致了結構，而不是相反。他甚至懷疑反過來說是否有意義。于是我問他，到底是立法機構和公司董事會制定法則還是由法則來建立立法機構或公司董事會？他立刻看出了問題所在，沉思了一會兒，他承認他現在對事情的因果關系感到深深的迷惑，需要多加思考。的確是這樣。
有一點很無奈，那就是科學已經發展到遠離人類其他的心智生活，因為它不再以后者為出發點。例如，亞里士多德的作品盡管談不上精確，卻十分清晰，有針對性而且容易理解。達爾文的《物種起源》也是如此。現代科學之所以讓人難以琢磨，正是專業化導致的附帶結果，為此我們這些科學家也經常跟著挨批 也確實該批。每個人在下班回家路上打開收音機都會從《博士科學》節目中得到愉悅，這檔節目對諸如為什么奶牛吃草時總面向同一個方向（它們總要一天幾次地面向威斯康星州）的電話提問給出當不得真的答案，而且節目總以記住，我知道的比你多，我可有科學碩士學位來結束。
還有一次，我岳父說，經濟學很糟糕，恐怕只有到成為科學后，這種狀況才會改變。他說到點子上了。
這次關于物理學法則的談話讓我開始思考，對于像法則、法則的組成和源于組織的法則這些顯然是先有雞還是先有蛋的非科學問題，科學上過去究竟是如何對待的。我開始注意到，許多人對這個問題有著鮮明的觀點，卻說不清為什么要持這種觀點。近來這個問題之所以不斷出現在腦際，是因為我曾不止一次地與同事就格林的《宇宙的琴弦》（
The Elegant Universe）一書展開討論。這是一本描述某些空間量子結構新奇概念的科普作品。討論的焦點集中在物理學到底是大腦的邏輯產物還是基于觀察的綜合這種問題上。當然每次討論的緣起都不是有關存在的問題，而是錢，缺錢是當前國際科學界普遍存在的 問題。但討論的主題很快從錢的問題轉向不相干的構建世界模型這種漂亮但無實驗預見的問題上，或轉向科學是什么的問題上。在西雅圖、臺北和赫爾辛基，我曾一再討論過這事兒，結果讓我認識到，格林此書引發的這一爭論本質上與我那天打完橋牌后討論的屬同一個問題。不僅如此，它還是一種意識形態之爭：看上去它好像與什么是真的沒有關系，但實際上每件事情都涉及真的是指什么。
物理學里流傳著這么一句話：好的符號體系推進科學，而壞的符號體系阻礙進步。事實確實如此。語音符號掌握起來就比圖像符號來得快，因此也更易上手。十進制計數用起來也要比羅馬數字方便些。意識形態領域同樣如此。我們將自然理解為一種數學結構所得出的推論就完全不同于將它視為經驗綜合時的推論。一種觀點將我們視同宇宙的主宰，而另一種觀點則將宇宙視為我們的主宰。毫不奇怪，我的xiii
那些從事實驗科學的同事談到這個問題都會變得興奮異常。這個問題的核心已不是科學所能回答的，而是關乎人們的自我意識以及對人在世界中的位置的認識。
這兩種世界觀的聯系非常深入。當我還是孩子時，我曾隨父母去約塞米蒂1見伯父和伯母，他們駕車從芝加哥來。我伯父曾是一位了不起的成功的專利律師，似乎這世界上沒有他不知道的，而且還唯恐人不知這一點。例如，他曾在得知我剛聽了激光發明人查爾斯·湯斯的一個主題講座后立馬又給我上了一堂長長的有關激光工作的課。顯然，他對激光知道的比湯斯教授還多。這次他和伯母住進了當地最闊氣的愛瓦尼（Ahwahnee）飯店，和我們一起聊趣聞軼事，一起享受豐盛的早餐，然后離開當地，驅車前往圖奧勒米帕斯，穿越沙漠回家。我不認為他們這趟來看到過附近的瀑布。其實這無關緊要，因為他們以前早就看過瀑布，明白是怎么回事。他們走后，我們一家遠足，去了莫塞德河，在河水激越的低吼聲中來到了內華達瀑布，并在滿是野花的草地附近的巨型花崗巖上進行了野餐。我們同樣明白大自然是怎么回事，但并不把這種理解看得太重。
促使我伯父對待約塞米蒂之行的世界觀和飽受爭議的促使格林看待物理學的那種世界觀，在約翰·霍根的《科學的終結》一書中有過十分清楚的表達。霍根認為，所有基本問題現在都已清楚，除了細節完善之外，科學上已無事可做。這使我的那些實驗方面的同事大為不滿，因為這種觀點不僅極其錯誤，而且非常不公正。對新事物的研究永遠都像在迷霧中摸索，直到有所發現為止。如果原因明顯地擺在那兒，那還要研究干什么！
不幸的是，這種觀點還很有市場。我曾與晚年的戴維·施拉姆 芝加哥大學的一位著名的宇宙學家 有過一次關于星系噴流的交談。這些噴流是從星系核噴出的細鉛筆狀等離子體射流，其噴射距離可達星系半徑的幾倍，能量可能源自星系核的旋轉能。在這么大的尺度上，它們為何能保持如此纖細至今仍是個謎，這些事我覺得特別有意思。但戴維卻將整個效應斥之為天氣的影響。他只對早期宇宙和能對早期宇宙演化解釋有意義的天文觀察結果感興趣，哪怕這種觀察是相當間接的。他把噴流看成是惱人的本底噪聲，對他來說，
這種噪聲除了分散注意力沒有太大價值。而我則對這種天氣非常著迷，而且我相信大多數人都會認為這不是大自然在玩弄騙術。
我認為，像天氣這樣的原初形態的組織現象具有深遠的重要意義，它能告訴我們更復雜的事情：這種原初形態能夠使我們確鑿地說明它們是受微觀法則支配的，而讓人捉摸不透的是，它們的某些更復雜形態則對這些微觀法則不敏感。換句話說，我們可以通過這些簡單事例證明，組織能夠獲得意義和自身的生命，并開始超越其組成要素。而物理科學必須解釋清楚的是，集體大于其組成要素之和不只是一個概念，而是一種物理現象。大自然不只受到微觀法則的支配，而且也受到一般組織原則的強有力的支配。這些原則中有些我們已經了解，但更多的則是未知數。我們不時會發現一些新的組織原則。在復雜性更高的水平上，因果關系更難描述，但是沒有證據表明，從原始世界觀察到的法則等級序列可以被其他東西所取代。因此，如果說存在一種簡單的、經由基本法則孕育產生之后就能夠明顯不再與這些法則相關的物理現象，那我們人便是如此。我們由碳元素組成，但我們不需要一直依靠這種碳攝取機制來存活。我們有超越自身元素組成的生命意義。
伊利亞·普利高津的文章曾詳述過這一看法的要點，更早的論述可以追溯到30年前P.
W.安德森的著名論文《多則不同》（More is
Different）。這篇文章今天讀起來依然清新而富于啟發性，我要求跟我工作的學生都得通讀。
但我的觀點要比這兩位前輩更為激進，因為它們已經經受了最近事實的磨礪。我越來越認為，我們所有已知的物理法則，而不是個別法則，都有著集體性起源。換句話說，基本法則和派生性規律之間的區別是個謎，正如宇宙是不是一種僅由數學支配的概念一樣，還說不清楚。物理法則一般不可能是純粹思辨的產物，而必須通過實驗才能發現，因為對自然的控制只有當這種控制措施符合自然所容許的組織原則時方能奏效。我們也許可以為這種理論配個副標題 還原論的終結（所謂還原論是指相信凡事總可以在還原到其組成要素的基礎上搞清楚），但這么做似乎不太準確。所有物理學家本質上都是還原論者，我也不例外。我無意通過質疑還原論來建立某種普遍理論體系。
為了維護我的觀點，我必須公開討論某些驚人的思想，諸如將時空的虛空視為物質，相對論是否有可能并非基本理論，可計算性的集體性質，理論知識的認識論障礙，實驗上可證偽性方面的類似障礙，當代理論物理中某些重要部分的神話性質，等等。當然，觀點的激進只是某種舞臺道具，隨著實驗的深入，科學發展既不可能冒進，也不會停滯不前，而只會越來越貼近事實。而這些更廣泛的、已屬于哲學而根本不屬于科學的觀念性問題之所以常常使我們大感興趣，則是因為它們常被用來衡量得失、編寫法則，我們在生活中也據此做出選擇。因此，這類討論本身并無所謂矛盾，它只會使我們更清楚地看出科學將發生怎樣的變化。為此我們有必要將科學的技術實用功能與其認識事物（包括我們人本身）的功能分離開來。與現代科學神話塑造的樂觀理想化模型不同，我們實際居住的世界充滿了未知的神奇而重要的事情，其原因既可能是我們尚未觀察到，也可能是我們現有的技 術水平還無法觀察到�？茖W的強大力量正在于它具有透過對象堅硬的外殼揭示出超出預料的真理的能力。從這一點來說，它是無價的，并且是人類創造力最偉大的動力之一。
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