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上帝与新物理学

时间:2014-02-24 22:44:08  来源:  作者:保罗·戴维斯  [ 下载本书 ]
简介:上帝是什么、存在吗?宇宙何以存在?世界的本质是什么?,,,,诸如此类的问题在本书中将进行深入细致的讨论。《上帝与新物理学》不是谈宗教的书。《上帝与新物理学》谈的是新物理学——从牛顿经典力学到相对论再到量子力学再到大统一理论——对以前的属于宗教的问题产生的影响。《上帝与新物理学》也不是一纯科学的书。《上帝与新物理学》从哲学的角度发问,是关于科学及其广泛含义的书。...
  计算机操作人员很熟悉层面区分的重要性。现代电子计算机是由一复杂的电路和开关的网络构成的,有一系列复杂的电脉冲经过开关。但这只是从硬件层面上进行的描述。另一方面,同一个电路活动可能是代表解出一套数学方程式或分析一枚导弹的弹道。这样的描述就比硬件高一个层面,而且要使用诸如程序、运算、符号、输入、输出这一类的概念,这些概念在硬件层面上是无意义的。计算机内部某一个作为计算机部件的开关是不会通电进行诸如求平方根之类的计算的。它之所以通了电,是因为电压合适,物理定律使然。用程序来对计算机运算进行高层面的描述,这属于软件层面的事。硬件和软件的描述都描述了计算机内部正在进行的活动,每种描述在其本身所属的范围里都是前后一致毫无矛盾的,但二者是处在完全不同的概念层面上。
  道格拉斯·霍夫斯塔特写的那本不朽的书《哥德尔,埃舍尔,巴赫》,以最令人信服的方式描绘了还原论与整体论之间的紧张关系。他通过研究一蚁群的兴衰,用他那令人目眩的“蚂蚁赋格曲”清楚明白地揭示出层面混淆所造成的易犯的错误。群蚁具有一种社会结构,既复杂而且有高度的组织。其社会结构是以分工和集体负责为基础的。尽管每一个单个的蚂蚁其行为种类非常有限,或许连某些现代的微处理机都不如,但整个蚁群却显示出很了不起的智能和目的的层面。建造蚁穴牵涉到庞大而复杂的工程。显然,没有哪一个单个的蚂蚁在其脑子里装有这浩大工程的设计图。每一个蚂蚁都是一架自动机,按程序完成一套简单的动作。这就与硬件层面的描述相似。一旦把蚁群看成一个整体,复杂的图形就显现出来了。在这整体层面上(相当于计算中的软件描述),显现的特性,如具有目的性的行为、组织等等,是显而易见的。就整体而言,图形显现出来。霍夫斯塔特认为,这两个层面的描述并不冲突。诸如“我们应当通过整体论来理解世界,还是应当通过还原论来理解世界”,这样的问题被他斥为无用。运用整体论还是运用还原论,这全看你想知道什么。霍夫斯塔特指出,整体论这种看法在东方长期以来就为人们所赏识,并表现在神秘的东方禅宗哲学中。
  尽管我们习惯于认为个体的蚂蚁是首要的生物体,但从某种意义上说,整体的蚁群也是一个生物体。其实,我们自己的身体也是一些“群”,是由在集体的组织中上十亿相互合作的单个细胞组成的。众多细胞之间的联系从某种意义上说,要比蚁群中单个蚂蚁之间的联系紧密一些,但就其分工和集体负责而言,其基本原则显然是一样的。然而,这里要注意的关键问题是,正如在一蚁群中存在着显现的整体特性一样,在细胞群中也存在着同样的特性。若说一蚁群不过是一群蚂蚁而已,就是忽视了蚁群行为的实际存在,其荒谬程度就如同说计算机程序不是实在的,因为它们不过是电脉冲而已。同样,若说一个人不过是一堆细胞而已,而这些细胞本身不过是些DNA之类的片断而已,DNA也不过是成串的原子而已。于是就得出结论说生命是无意义的,这些话便是彻头彻尾的胡话。生命是一个整体现象。
  对生命的整体特性有了了解,就可以安心地放弃关于生命力的旧观念了,因为这旧观念的由来也是层面混淆所造成的。那种认为必须将某种魔力加到无生命的物质上才能使无生命的物质“活起来”的观念是错误的。其错误就如同认为组成计算机的电开关必须得到“计算力”计算机才能工作起来,或蚂蚁必须有“群体精神”蚁群才能有整体功能。假如能够把一个个原子按合适的图形组装起来,人工地造出一个完整的细菌,那么毫无疑问,这人工细菌的各个部分会跟一个“自然的”细菌一样活。
  物理学家们早就不再以纯还原论的观点来看待自然界了。尤其是在量子论中,从整体上看待测量行为,对于得出量子论的有意义的解释是很重要的(见第八章)。然而,只是在最近的几年里,整体论哲学才开始对物理科学发生较为普遍的影响。这种情况也出现在医学界。医生们把重点放在治疗“整体的病人”上。心理学家和社会学家也开始接受整体论了。整体论科学于是飞速发展成为某种信仰,可能部分是因它与东方哲学和神秘主义合拍。弗里提约夫·卡普拉的《物理学中的道》以及祖卡夫的《跳舞的物理大师们》很好地描述了这种变化的情况。这两本书都利用了现代物理学和传统的东方整体概念如“太一”之间的类似。
  人们一旦承认整体论的观点,从而消除了生命力的必要性,便立刻会遇到一个这样的问题:科学,尤其是物理学,能不能描述包括生命在内的那些整体现象?大卫·波姆在《整体与暗含的秩序》一书中,试图建立一种范围广阔的物理学。在讨论生物系统时,波姆说道:“生命本身必须被看成是在某种意义上属于一个整体”。②他继续说,生命是“包含在”一整体的系统中的,这系统包括一些无疑是无生命的部分,如我们所呼吸的空气,空气的分子说不定哪天就被吸收进我们的身体之中。
  实际上,一个世纪以前,随着热力学问题的出现,物理学就发展起来以解决整体现象。在此期间,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和路德维希·波尔兹曼所做的工作就是试图从大群大群分子的统计学性质中推出热力学性质。热力学对生命来说是一门具有头等重要意义的学科,同时也常常使生物学过程看上去具有悖论性质。
  这悖论涉及生物的本质,即有序。我们已经说过,调节有序变化的热力学第二定律规定无序总是增加。但生命的发展却是典型的有序增加。在地球的历史上,生命系统演化成为越来越复杂、越来越精致的形式,同样,有序的水平也在提高。这怎么能跟热力学第二定律相符合呢?这是不是一个与第二定律相反的证据,证明神力在起作用,将有序(以奇迹的方式)加在了生物体的发展上?
  仔细观察就可以发现,生物学与热力学第二定律之间不见得有什么矛盾。热力学第二定律总是就整个系统而言的。某处有序增加,同时可能在另一处熵增加。而生命系统的最基本、最重要的特征是,生命系统对其环境是“开放的”。生命系统不是封闭的或自足的。它们只能通过与其环境交换能量和物质才能活下去。计算一下熵的收支情况就可以发现,一个生物体中有序的增长是以更为广阔的环境中的熵为代价的。在所有的情况下,都是熵的净增长。实际上,也有很多无生命系统中有序增加的例子。无形的溶液中析出了晶体,这就说明了一处的有序增加,但仔细研究一下就会看到,在结晶的过程中会补偿性地产生热,而这使得晶体周围的物质的熵增加。
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