現代物理科學的最大盲點:現實和人類體驗之間的關係

现代物理科学的最大盲点:现实和人类体验之间的关系

時間問題一直是現代物理學最大的難題之一。這個難題的第一個部分是宇宙論上的,為了理解時間,科學家們想要找到“第一原因”或“初始條件”(即對宇宙的開始、或在時間等於零的時候對宇宙的描述)。但要確定一個系統的初始條件,我們需要了解整個系統,我們需要測量系統組成部分的位置和速度,例如粒子,原子,場等。但當我們試圖解決宇宙本身的起源時,我們就碰一鼻子灰了,因為宇宙無處不在,我們沒有從宇宙外界觀察得來的看法,我們不能走出宇宙這個盒來向宇宙窺探。所以“第一原因”不僅是不可知的,而且在科學上也是難以理解的。

難題的第二部分是哲學上的。科學家已經把物理時間作為唯一的時間,而體驗時間(即人對時間的主觀感覺)則被認為只是次要的認知感覺。年輕的愛因斯坦曾經在20世紀20年代與哲學家亨利·柏格森(Henri Bergson)的辯論中明確地表達了這一立場,當時他聲稱物理時間是唯一的時間。但隨著年齡的增長,愛因斯坦變得更加謹慎,直到他去世的那一刻,他仍然對於如何在科學世界觀中為人類的時間體驗找到一席之地而深感困擾。

這些窘境的基礎是假設物理時間是一個絕對的起點、是唯一真實的時間。但是,如果時間的開始這個問題在一開始就是不恰當的呢?

我們中的許多人都喜歡認為科學可以給我們一個完整的,客觀的宇宙歷史描述,使其不同於我們和我們對它的看法。但這種科學形象其實存在嚴重缺陷。在我們對知識和控制的渴望之下,我們創造了一系列科學願景,並把這些科學願景當作為關於現實本身的發現、一種上帝對自然的看法。

這種方法不僅歪曲了事實,而且造成了我們與世界之間產生的錯誤距離感。這種差異源於我們所謂的盲點,科學本身無法看到它,而盲點正是人的體驗:生活感知的純粹存在和即時性。

在這個盲點背後,人們認為物理現實在人類知識中具有絕對的首要地位,這種觀點可稱為科學唯物主義。在哲學術語中,它結合了科學客觀主義(告訴我們關於真實的,與心靈無關的世界的科學)和物理主義(告訴我們物理現實就是存在的科學)。基本粒子,時間中的每個時刻,基因,大腦 ,所有這些都被認為是基本真實的。相比之下,體驗,意識則被認為是次要的,科學任務變成了如何將它們降級為物理上的某些東西,例如降級為神經網絡的行為,計算系統的架構或一些信息量度。

該框架面臨兩個棘手的問題,第一個問題涉及科學客觀主義。除了我們對它的觀察之外,我們從未遇到過物理現實。只有通過測量、模型和控制,我們才能看到基本粒子,時間,基因和大腦。它們只存在於科學研究中,而這種研究只發生在我們的體驗領域。

但這並不意味著科學知識是主觀的,也不意味著科學僅僅是對我們自己思想的投射。相反,一些調查模型和方法比其他模型和方法表現得更好,我們可以對此進行測試。但是這些測試從來沒有在我們看待和行動的方式之外給我們展示過自然本身。就像科學知識與其揭示的物理現實一樣,體驗對科學知識同樣也是必不可少的。

第二個問題涉及到物理主義。根據物理主義的最簡化版本,科學告訴我們,包括生命,思想和意識在內的一切都可以歸結為最小物質成分的行為。你只不過是你的神經元罷了,而你的神經元只不過是一點物質罷了。在這些場景中,生命和思想都消失了,只有無生命的事物存在。

坦率地說,世界上只有物理現實這個說法要麼是錯的要麼就是無效的。如果“物理現實”意味著物理描述的現實,那麼只存在物理現象的這個斷言是錯誤的。為什麼?因為物理科學(包括生物學和計算神經科學)並不包括對意識的描述,這不是說意識是什麼不自然或超自然的東西。關鍵是物理科學不包括對體驗的描述;但是我們知道體驗是實實在在存在的,所以存在的唯一事物是物理現實這個說法是錯誤的。另一方面,如果“物理現實”在某種未來的、完整的物理學中的確意味著現實,那麼除了物理現實之外別無其他事物的說法也是無效的,因為我們不知道這樣的未來物理學會是什麼樣子,特別是其與意識的關係。

這個問題被稱為Hempel悖論,以傑出的科學哲學家Carl Gustav Hempel(1905-97)命名。面對這個悖論,一些哲學家認為我們應該定義“物理”,使其排除激進的新興主義(生命和思想是從物理現實中產生的,但不可還原為物理現實)和泛神論(思想是根本的,它無處不在,在微觀物理水平中同樣如是)。這一舉動會給物理主義一個明確的定義,但代價是試圖提前決定“物理”這一詞意味著什麼,而不是讓物理來決定物理本身的意義。

我們拒絕這一種做法。無論“物理”意味著什麼,這都應該由物理學決定,而不是人的反思。畢竟,自17世紀以來,“物理”一詞的含義發生了巨大變化,人們曾經認為物質是惰性的,不可穿透的,剛性的,只受確定的和局部相互的作用的影響。但現在,我們知道這種定義在幾乎所有方面都是錯誤的:我們接受的有幾種基本力量,即沒有質量的粒子,量子不確定性和非局部關係。我們應該期待在未來我們的物理現實概念會進一步發生巨大變化。出於這些原因,我們不能簡單地通過定義“物理”一詞然後藉此作為擺脫Hempel悖論的一種方式。

即使得到了某些科學家的支持,客觀主義和物理主義仍然屬於哲學思想,而不是科學思想。從科學告訴我們的物理世界、或者從科學方法本身來看,它們都並不符合邏輯。科學唯物主義者忘記了這些觀點是一種哲學偏見,而不僅僅是數據點,從而忽視了直接體驗和世界永遠都是無法分離的這一現實。

在這方面我們並不孤單。我們對這個盲點的描述基於兩位主要哲學家和數學家Edmund Husserl和Alfred North Whitehead的研究成果。德國思想家Husserl製造了現象學的哲學運動,他認為生活體驗是科學的源泉,原則上認為科學可以超越生活體驗是荒謬的。人類體驗的“生活世界”是科學的“基礎”,而現代科學文化的存在主義危機和精神危機(即我們稱之為盲點的東西)恰恰是由於我們忘記了“生活體驗”的首要地位。

Whitehead從20世紀20年代開始在哈佛大學任教,他認為科學依賴於對自然秩序的信仰,但這種信仰是邏輯所無法證明的,這種信仰直接取決於我們的直接體驗。Whitehead所謂的過程哲學是基於對“自然分歧”的拒絕,自然分歧將直接體驗分為心理體驗與身體體驗,即感知與現實的二分法。相反,他認為我們所謂的“現實”,是由不斷髮展的過程組成的,這些不斷髮展的過程既是物理上的,也是體驗上的。

科學中的唯物主義偏見在量子物理學(即原子科學和亞原子粒子科學)尤其明顯。自希臘人以來,原子一直被我們認為是物質的基石。過去100年的發現似乎都在為所有那些主張原子論、還原主義、自然概念的人辯護。但希臘人、艾薩克·牛頓和19世紀科學家所謂的“原子”,與我們今天的“原子”相比,有非常大不同的。事實上,這也正是量子力學所質疑的“事物”的概念。

物質的經典模型涉及到許多“小型檯球”,這些小球聚集在一起並以各種形式和狀態推擠。然而,在量子力學中,物質具有粒子和波的特徵,並且測量的精確度也會受到限制,測量似乎擾亂了實驗者試圖確定的現實。

現在,量子力學的解釋並不同意物質的本質,以及在這方面我們的作用是什麼。這些差異涉及所謂的“測量問題”:即電子的波函數如何在被觀察時從幾個狀態的疊加情況減少到單個狀態。對於幾種思想流派來說,量子物理學並沒有對我們揭示世界的本質,相反,它只讓我們知道了物質在與我們相互作用的情況下會如何表現。

例如,根據Niels Bohr的哥本哈根解釋,波函數只有在電子和測量裝置之間的相互作用裡才存在現實。其他方法,例如“平行世界”和“隱藏變量”的解釋,試圖保持波函數獨立於觀察者的狀態,但這是以增加諸如不可觀察的平行宇宙之類的條件為代價的。一種相對較新的解釋被稱為量子-貝葉斯主義(QBism,它結合了量子信息理論和貝葉斯概率理論),則採取了不同的方法;它並沒有將量子態的不可約概率解釋為現實的一個要素,而是解釋為一個主體對測量結果的信任程度。換句話說,進行測量就像是對世界的行為進行賭博,並且一旦進行了測量,人的認識就得到更新。這種解釋的倡導者有時將其描述為“參與式現實主義”,因為人類機制也被融入到了這種物理過程中,從而作為獲取世界知識的手段。從這個觀點來看,量子物理方程不僅僅指觀察原子,而且也指觀察者和原子作為一種“觀察者-參與者”的整體。

這種參與式現實主義是存在爭議的,但正是這種具有各種哲學含義的多種解釋破壞了唯物主義和還原主義對自然立場的清醒確定性。簡而言之,科學家的體驗還仍然未能與物理世界的特徵分離開來。

這讓我們又重新回到了盲點。當我們研究科學知識的對象時,我們往往不會看到支撐著它們的體驗,我們通常不會意識到支撐著它們存在的體驗。因為我們忽視了經驗的必要性,我們建立了一個虛假的科學幻象,並把它當作為賦予絕對知識現實的東西,而忽視了它們是如何表現出來的以及我們是如何與它互動的。

盲點也表現在意識研究中。大多數關於意識的科學和哲學討論都集中在“感受性”上,即我們體驗的性質方面,例如日落髮出的紅光或檸檬的酸味。神經科學家已經將這些感受和某些大腦狀態之間建立了的密切關聯,並且他們已經能夠通過直接作用於大腦來操縱我們可以如何體驗這些特質。但儘管如此,在大腦活動方面仍然沒有關於感受性的科學解釋——或者任何其他物理解釋過程,這樣的解釋看起來會像是什麼樣子也無從得知。

意識之謎不僅僅包括感受性,還包括主觀性的問題。體驗具有主觀性,它們出現在第一人稱身上。為什麼某種物理系統會有一種物體的感覺?科學對這個問題並沒有答案。

在更深層次上,我們可能會問了,在一開始的時候體驗是如何建立主客體結構的呢?科學家和哲學家經常使用“內部”思想、掌握外部世界的主體或客體的形象。但來自不同文化傳統的哲學家對這一形象提出了挑戰。例如,哲學家威廉·詹姆斯(他的“純粹體驗”的概念影響了Husserl和Whitehead)在1905年寫下了“在‘反思’破壞我們的本能世界之前,我們都享有的積極的生活感”。這種積極的生活意識本來沒有內外或主體客體結構,是隨後的反思將這種結構強加於了體驗。

一千多年前,公元4世紀至5世紀的印度佛教哲學家瓦蘇班杜(Vasubandhu)批評了現象在獨立主體與獨立客體之間的物化。對於Vasubandhu來說,主客體結構是現象性瞬間因果網絡的一種深層認知扭曲,這種因果網絡沒有內在主體來把握外在客體。

為了說明這一點,在某些強烈的專注狀態下(在冥想,跳舞或專業技術表演),主客體結構可以消失,我們只會留下一種純粹的感覺。在物理世界中,這種驚人的存在是怎麼發生的呢?科學對這個問題保持沉默。然而,如果沒有這種驚人的存在,科學也就變得不可能,因為存在是任何觀察或測量的先決條件。

科學唯物主義者會爭辯說,科學方法使我們能夠超越體驗並掌握世界本身。但我們現在很清楚,我們對此並不同意;事實上,我們認為這種思維方式錯誤地反映了科學的方法和實踐。

一般而言,科學方法的工作原理是這樣的:首先,我們將人類經驗的各個方面放在一邊,因為這些方面我們不能總是得到一致的意見,例如事物的外觀,味道或感受。其次,通過使用數學和邏輯,我們構建抽象、有條理的模型,將其視為公眾共識的穩定客體。第三,通過隔離和控制我們可以感知和操縱的事物來干預事件的過程。第四,我們使用這些抽象模型和具體干預來預計未來事件。第五,我們根據我們的看法來檢查這些預測事件。整個過程的一個基本要素是技術:機器(我們的設備)使這些程序標準化,放大了我們的感知能力,並允許我們控制現象來達到我們自己的目的。

當我們開始相信這種方法能夠讓我們獲得真實的現實的時候,盲點就會出現了,但每一個步驟都包含有體驗。科學模型必須從觀察中得出,而這些觀察通常由我們複雜的科學設備來進行調節。它們是理想化後的產物,並不是世界上的實際事物。例如,伽利略的無摩擦平面模型;原子的玻爾模型,即有一個小型緻密的原子核,電子會圍繞這個電子核作量子化運行,就像行星圍繞恆星;孤立種群的進化模型——所有的這些都存在於科學家的腦海中,而不是存在於真實的自然界裡。它們是抽象的心理表徵,而不是與獨立於心靈的實體。它們的力量源於這樣一個事實:它們有助於做出可測試的預測。但是,這些也從未使我們獨立於體驗,因為它們需要由訓練有素的觀察者進行特定的感知活動。

由於這些原因,科學的“客觀性”不能離開體驗;在這種情況下,“客觀”僅僅意味著一個結果對使用某些工具的調查人員所商定的觀察結果來說是正確的。科學本質上只是一種高度精煉的人類體驗形式,並且這種形式基於我們觀察,行動和溝通的能力。

因此,科學模型與事物真實情況相符的這個信念其實並不符合科學方法。相反,它來自一種古老的衝動(常見於一神教的宗教):希望就像上帝一樣瞭解世界本身。科學揭示出一個完全客觀的“現實”這個論點,其實更具神學性,而非科學性。

最近以這種“天真的現實主義”為目標的科學哲學家認為,科學不會在一個獨立於理論世界的單一情況中達到頂峰。相反,世界的各個方面(從化學相互作用到生物的生長和發育,大腦動力學和社會相互作用)都可以通過部分模型或多或少地被成功地描述。這些模型總是受我們的觀察和行動約束,並在其應用中受到限制。

複雜系統理論和網絡科學領域通過關注整體而不是分解整體來為這些主張增加數學精度。複雜系統理論是對各種系統的研究,例如我們的大腦系統、生物體或地球的全球氣候,這些系統的行為很難建模:這些系統會如何響應完全取決於其狀態和背景。這樣的系統會表現出自組織,自發模式形成和對初始條件的敏感依賴性(初始條件非常小的變化可導致非常不同的結果)。

網絡科學通過將元素建模為節點、以及它們之間的關係作為鏈接來分析複雜系統。它通過網絡拓撲(節點和連接的排列)以及全局動態來解釋行為,而不是通過微觀層面的局部交互。

受這些觀點的啟發,我們提出了一個尋求繞過這個盲點的替代願景。我們的體驗和我們所謂的“現實”是不可分割的了。科學知識是一個不斷自我糾正的故事,由世界和我們的體驗這兩個共同發展的事物所構成。一旦我們理解了這種糾纏,科學及其最具挑戰性的問題就可以被重新定義。

讓我們回到我們開始的問題,時間問題和第一原因的存在問題。許多宗教在其神話創作敘事中都提到了第一原因的概念。為了解釋一切從何而來以及是如何起源,這些宗教假設存在一種超越空間和時間限制的絕對權力或神性。除了極少數例外,上帝或眾神都從內在進行創造。

然而,與神話不同,為了在事件的因果鏈中發揮作用,科學受到其概念框架的限制。而第一原因在這種因果關係中造成了明顯的破裂——正如佛教哲學家很久以前在反對印度教有神論的立場中指出的那樣,世上必須存在第一個神聖原因,但世上怎麼會突然出現一個第一原因呢(並且這個第一原因還不是其他原因的結果)?第一原因這個想法,就像一個完全客觀的現實這個想法一樣,從根本上來說是神學的。

這些例子表明,“時間”總具有人的維度。我們可以達到最好的目標就是建立一個科學的宇宙學解釋,這個解釋與我們可以從內部測量和了解的宇宙一致。該解釋不可能是宇宙歷史的最終或完整描述,相反,它必須是一個持續的、自我糾正的敘述。“時間”是這種敘事的支柱;我們對時間的體驗對於使敘事有意義是非常必要的。有了這種洞察力,似乎物理時間才是次要的了;它只是描述我們能夠在自然界中觀察和測量到的變化的工具,那麼,物理時間的意義只取決於我們對時間的體驗。

我們現在可以理解我們三個科學難題的深層意義了(物質,意識和時間的本質)。它們都指向了盲點、以及重新定義我們對科學的看法的需要。當我們只關注我們之外的物質事物來試圖理解現實時,我們忽略了這些事物所指向的體驗。最深刻的謎題無法用純粹的物理術語來解決,因為它們都涉及到在方程中不可避免的體驗。我們沒有辦法將“現實”與體驗分離開來,因為兩者總是交織在一起的。

最終,要“看到”盲點,就只能是從絕對知識的妄想中醒來。我們也希望能夠創造一種新的科學文化,在這種文化中我們將自己視為自然的一種表達,以及自然自我理解的一個源泉。為了人類能夠在新千年中蓬勃發展,我們需要的是一種在人類情感中滋養髮育的科學。


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