思考不可能性——《科学的界限与极限的科学》
2010-06-13
思考不可能性——《科学的界限与极限的科学》2008/06/13 14:08英文名 impossibility—the limits of science and the science of limits
中文名 不论——科学的界限与极限的科学
作者：约翰·巴罗（英国）（John Barrow)
翻译 李新洲等
出版社:上海科学技术出版社
精彩部分摘要：
“一个已设计好的世界是不稳定的。在环境变化时，为保持其与环境的最佳适合状态，它需要不断的调整。为了根上自然的所有变化，需要一个复杂的反馈过程-——这就是自然选择过程。”
“我们所有的试图就是描述自然界的原理，并预测或控制未来的事件。这些试图使建立在构造描写部分自然界的模型的科学方法之上的。……我们的自然模型总是带有数学化的特征。这一特征并不像初听起来的那么狭隘。尽管在外行看来数学以一种周密的分析方式看待世界，实际上它要深刻得多。它与人类对这个世界的其他图像紧密联系在一起。从根本上来说，数学使我们给所有可能模式及其相互关系的集合所起的名字，其中有一些是关于形状的，另一些是关于数列的，同时还是更抽象的结构之间的关系。数学的本质在于数量与质量之间的相互关系。……一旦世界的某一方面用一个模型，即用某组数学规则来描述，我们马上就会面临如下的深沉次问题：现实与数学描述之间的差距是无害的吗？使用的数学模型是否会引人某种限制，使我们无法导出更多的结果吗?……”
“人类大脑的本性是否给我们理解宇宙的能力加上了什么限制？……我们相信，如果大脑不是为了遥远的未来所预先设计的，那么在未来寻找对宇宙的理解时，它就不是最优的。”
“科学死亡的这种模式与人类老化和死亡的理论十分相似。…….将此应用于可靠的知识时，得到一种不引人注目的死亡景象：世界末日不是伴随着一次爆炸，而是悄然来临，它源于不断增长的不确定性和微小的错误。”
“最终，甚至于发现，当我们大脑使自身进入自组织临界状态时，我们的意识思维也存在着一些临界性。神经元一个接着一个激发，触发了其他神经组织的活动，这与沙粒崩落十分相似。大脑的功能随时间发展，很可能会达到一个临界状态。在这种状态下，大脑将是最有能力的，对小的变化也是最敏感的。体系迫切需求这种易于受外界干扰的特征，也学它与意识的出现有着某种深刻的关联。”
“我们关于宇宙的知识是有限的，最终我们甚至会发现，我们关于宇宙的知识边缘部分比它的主体部分更好的确定它的特征，不可知的比可知的更具有启示力。”
评论
这是一本叛逆的书，在一个科学技术取得瞩目成就，科学渗透生活各个角落，甚至你我毛孔中的时代，大谈科学的极限，需要独特的视角，更需要勇气。一位天文学教授在科学理论的理解上有深邃的见地不足为奇，可是对宗教、文学、音乐、哲学、逻辑、语言、生物学都能涉猎颇深，在这个时代就难能可贵了。也正是这种广博的知识使得全书趣味盎然，论述富有立体感。如在举例不可能的种类中，作者不仅说到了宇宙学中光速的限制和物理学中测不准原理，也谈宗教学中的自由意识、社会学的阿罗不可能定理、以及美术中的视觉悖论。更为人惊叹的是：这些看似不相关的知识被安排得逻辑紧密，丝毫不觉突兀。全书使用递进分析安排各章内容，从举例简要介绍不可能性，到回顾历史上人们对科学进步的看法，到探讨科学的未来，再从论述人类自身的极限，技术的极限，宇宙学的极限到深层次的极限，最后总结认识不可能性的意义。全书最精彩的是第七、八章，深层次的不可能性给予我们的启发不仅是科学上的，更是哲学思想上的。歌德尔定理、自由意识、阿罗不可能定理设定的不可能性是科学永远不能解决的，这无疑给那些过分崇敬科学的人们当头一棒。而将它们的结论推广到更广泛的领域，似乎不可避免的产生一种悲观的情绪：科学与理性思维决不是万能的，个人命运也更不是个人能够决定的。但再经仔细思考却会发觉结论是可以接受的：世间大多事情本就该如此，无所不能只在神话中；不可能性设定了边界，边界内就是科学和人类能达到的高度，这种对科学与人在自然面前能力的重新思考，或许会让狂妄的人类谦逊些。全书有的瑕疵或许某些内容的重复说明，如数学模型与自然的关系。为使论述的主体更精炼紧凑，某些内容似乎可以删除。
主要内容：
第一章 总的概括不可能性的含义。提出人类追求完美统一的倾向，并以人的面孔和游戏来说明；同时以无所不能的神，悖论，确定性的极限和宇宙速度的极限初步讨论了不可能性的概念。
第二章 讨论科学的进步的可能。著名生物学家斯腾特认为科学的心理动机会被科学之外的和平与保障所埋没，而霍根则担心“是否所有可以回答的问题会被穷尽，科学是否会被其自身慢慢掩埋起来”；就连不断进步的假定也是有待商榷的；康德揭示了关于事物的知识的一个基本限度：一条不可跨越的关于事物与我们对事物理解之间的鸿沟；在十九世纪末关于科学极限的讨论中，孔德认为人类的思维要经历三个阶段：神学阶段、形而上学阶段、实证阶段，“我们寻找所谓的原因，不论是原始的还是最终的，都是绝对不可知和无意义的”;杜布瓦-雷蒙也推出了七个不可解问题：自然界力与物质的起源，意识与感觉的起源和本质，自由意志问题等，但同时代的物理学家迈克尔孙却认为“最重要的基本定律和物理科学的事实都被发现了，物理的大厦已被坚实地建造起来了，它被将来新发现取代的可能性非常之小”
第三章 对科学未来的讨论。书中列举了科学成长图像中的四种：1潮水图像“任何一位仅看海浪拍打海岸一眼的人是不会看出潮水上涨的；他看到的是海浪升起、奔腾、伸张、遮盖狭长得海浪后又离开了这似乎已被征服的领地…在这个表面上的来回运动中，孕育着另一个更深刻、更缓慢的运动。偶然的观察者是感觉不到的”；2建筑图像“个人或者小组在做自己的事时，不受阻碍，不受控制，愿意在哪里挖就在哪里挖，并将材料加工使其适合大楼的雪要”；3树的图像“它与生命的意识一样，不能在规定的边界内受到限制或被简化为永远适用的定义，对于生命，似乎每一种元素、每个原子、每片叶子和每朵花蕾都在沉睡，但是，它们时刻准备着成为植物或动物存在的新形式”；4渗流图像“它的特征是相互联系的区域突然增大，在此之前，不同事实之间的联系是缓慢地向‘临界’水平增加。这使得知识的传播与流行病的传播和相像”；考察了科学进步不同类型的极限：选择的极限和绝对的极限。
最后分析了四种可能的未来：自然界没有极限，人的能力也无极限；自然界没有极限，人的能力有极限；自然界有极限，人的能力无极限；自然界有极限，人的能力无极限。
第四章 讨论人自身的极限给科学带来的限制。人脑的进化并不是为了适应科学研究的，而是其它更普遍目的进化选择的副产物，所以没有理由认为人脑的功能是最有利于理解自然奥秘的。大脑利用计数、因果、选择等基本概念一点点构建对宇宙的理解，但问题是即使借助计算机，在复杂性太大时，所需的时间还是人难以承担的。同样一些看似很简单的操作性问题却因计算量过大，而束手无策。同时知识的日益增长，对人的学习能力提出了挑战，科学家一生中早期有创造力的时期可能都用于消化已有的知识，而达到前沿时创造期可能已过去了。知识的广泛传播以及社会的精细分工合作极力促进了科学的进步，但结果也同样是多样向性的减少。科学越进步，人类似乎越脆弱，对科学知识的负面利用，带来的结果可能是毁灭性的。科学越发展对自身的纠错能力就越差，不断增长的不确定性和微小错误可能带来科学的终结。
第五章 具体讨论技术的极限。当我们考虑可能的未来时，容易完全理想化的去考虑进步,即认为所有能做的事都可以做到。由于人类自身尺度的大小，人类能在科学上的发展程度很可能取决于技术的限制而不是想象力的限制。人类社会自身经济和实用方面的考虑是对技术的其中一个限制，同时技术的进步也不得不接受自然界所加的极限，如我们能以多快的速度传递信息、我们所能保证的精确持续统计量有多大，为了得到信息必须消耗的能量是多少等。
第六章 具体讨论宇宙学的极限。光速的有限性将宇宙分割成没有因果联系的部分，我们仅仅能从光速为我们限定的视界内收集关于宇宙的信息。这使得我们不能发现它是否有限，时间上是否有起源，熵是否增加，是开还是闭。
第七章 列举讨论了一些深层次极限。数学是建立自然模型最最基本，最有效的方式，但数学可能有的内在局限性也会成为我们在创建自然模式和理解模式时的局限。歌德尔定律证明了：在数学体系中，任何大得足以包含算术的逻辑体系必定是不完备的或者不自洽的。自洽性是指推理结果不互相矛盾。如果自然界按一定法则运行，它就该是自洽的，但这样时间旅行似乎是难以理解的；尺规三等分任意角，求解五次以上方程的不可能性似乎展现了人类推理所能得到的与数学真理的超自然世界或上帝心目中真确东西之间的差距
第八章 讨论几种影响我们的不可能性和无规律性。歌德尔定律被拓展到物理学、宇宙学等领域，还被用于论证人脑优于电脑以及探讨自由意识与决定论的关系。它被认为是理解自然的基本障碍。量子力学揭示的测不准原理似乎表明不可判定性和随机性也是自然的属性。 反作用对策是指如果预测对结果造成影响，精确预测就变为不可能，如选举前预测，经济预测等。阿罗不可能性定理告诉我们真正反映大多数人意志的民主体制在理论上是不可能实现的，这可以称得上社会学中的歌德尔定律。
第九章 总结全书，说明理解不可能性的意义。那些不可能达到的极限，也许最终将比罗列各种可能性的东西更好的定义了我们的宇宙。科学之所以能够存在也恰恰是因为我们对自然的了解有一个极限。在语言与艺术中探索和创造不可能性，使人类的意识具备了联系和其他理性活动的能力，而这些思索对我们思考宇宙的方式产生了深刻的影响
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