从混沌到有序：不可能的证明

    结论

    从地到天——自然界的再迷惑


    在任何要把属于我们自然界的精神方面和物质方面的经验领域联结起来的企图当中，时间都占据着关键的地位。
　　A.S.爱丁顿

　　1.开放的科学

　　科学当然包括对自然界的操纵，但它也在试图理解自然，试图更深入地钻研那些曾被一代又一代人提出来的问题。其中的一个问题就像是几乎摆脱不了的主题，贯穿在本书的始终，如同它贯穿在科学与哲学史中一样。这就是存在与演化之间的关系问题，永恒与变化之间的关系问题。

　　我们已经提到过前苏格拉底的一些猜测：变化(有变化才有事物的生与灭)是由外界强加给某种惰性物质的吗？还是物质独立的内在活性的结果？必须要有一个外部推力吗？还是演化本来就是物质内所固有的呢？十七世纪的科学是在和那些自然存在物自发和自主组织的生物学模型的对立中兴起的。但它又面对着另一个基本对手。大自然本质上就是随机的吗？有序的行为只是原子及其不稳定结合体偶然碰撞的一种瞬时结果吗？

　　近代科学中魅力的主要源泉之一恰好就是这样一种感觉：认为它已经发现了在自然界变化的核心处的永恒规律，因而也就祓除了时间和演化这类“邪祟”。这种对自然秩序的发现产生了法国社会学家莱维－布鲁尔(Lévy－Bruhl)所说的那种智慧的安全感：

　　这种智慧的安全感是如此深地扎根于我们之中，以致我们从来也看不到它怎么可能被动摇。即使我们假设我们可能观察到某种看上去十分神秘的现象，我们也还是继续相信我们的无知只不过是暂时的，这现象肯定服从因果关系的总规律，这现象发生的原因迟早会被确定。我们周围的自然界是有序和有理性的，恰如人类的思维一样。我们每天的活动便隐含着对自然规律普适性的完全信赖。

　　这种对于自然界“理性”的信赖感现在已经被粉碎了，这部分地要归因于科学在我们时代里的吵吵闹闹的成长。正如我们在序言中所提到的，我们的自然观正在经历着根本性的变化，向着多重性、暂时性和复杂性的变化。其中某些变化在本书中已有论述。

　　我们过去一直在寻求能用永恒规律表达的那种包罗万象的普遍模式，但是我们却发现了时间、事件、演变着的粒子。我们也一直在寻求对称性，却由于发现了在各种层次(从基本粒子直到生物学和生态学)都存在着对称破缺过程而感到吃惊。我们在本书中已经讨论过动力学(它暗含着时间对称性)与热力学第二定律(在它那里时间是有方向的)之间的冲突。

　　一种新的统一正在显露出来：在所有层次上不可逆性都是有序的源泉。不可逆性是使有序从混沌中产生的机制。但是我们的自然观怎么能在过去几十年这相对说来是较短的时间间隔里就发生如此根本性的转变呢？我们认为这表明智力结构在我们的实在的概念中起着重要的作用。玻尔在访问克伦堡城堡时与海森堡的谈话中很好地表达了这一点：

　　只要有人想象出哈姆雷特曾住在这里，这个城堡便发生变化，这不是很奇怪吗？作为科学家，我们确信一个城堡只是用石头砌成的，并赞叹建筑师是怎样把它们砌到一起的。石头、带着铜锈的绿房顶、礼拜堂里的木雕，构成了整个城堡。这一切当中没有任何东西能被哈姆雷特住过这里这样一个事实所改变，而它又确实被完全改变了。突然墙和壁垒说起不同的语言……然而，我们关于哈姆雷特所知道的一切就是在十三世纪的编年史中出现过他的名字……但是，人人都知道莎士比亚曾经让他提出的那些问题，让他去揭露的人性深度，因而他也必须在克伦堡这里有一席之地。

　　实在的意义这个问题是爱因斯坦与泰戈尔之间一场使人着迷的对话的中心议题。爱因斯坦强调科学必须和任何观察者的存在无关。这导致他否认时间作为不可逆性、作为演变的真实性。反之，泰戈尔主张即使存在着绝对真理，它也是人的思维所难以接近的。非常奇怪，当前科学的演变正朝着这位伟大的印度诗人所说的方向前进。无论我们把实在叫作什么，它只是通过我们所参加的活动结构而被揭示给我们的。这正像科塔里(D.S.Kothari)简单明了地表达的：“简单的事实是，没有一种相关的理论框架，就不可能有测量、实验与观察。”

　　2.时间与时代

　　时间基本上是一种几何参数，它使得遵循一系列动力学态的相继展开成为可能，这种主张在物理学中已经存在了三百多年了。埃米尔·迈耶森(Emi1eMeyerson)试图把近代科学的历史描述成他所认为的人类推理的一种基本范畴的逐渐实现：不同的和变化着的东西必须被约化成同一的和永恒的东西。时间必须被消去。

　　距现今再近一点，爱因斯坦似乎成了这种朝着某种物理表述发展的驱动力的化身，在这种表述中不考虑那种在基本层次上的不可逆性。

　　1922年4月6日在巴黎哲学会上发生了历史的一幕。当时，柏格森试图捍卫共存的“生活”时间的多重性的原因以反对爱因斯坦。爱因斯坦的答覆很干脆：他明确地拒绝所谓“哲学家的时间”。生活经验救不了已经被科学否定了的东西。

　　爱因斯坦的反应多少有些道理。柏格森显然是误解了爱因斯坦的相对论。但是在爱因斯坦一方也还有些片面之处：期间，也就是柏格森的“生活时间”，涉及演化的一些基本维，即爱因斯坦只在现象论的水平上乐于接受的不可逆性。我们已经讲到过爱因斯坦和卡尔纳普的谈话(见第七章)。对他来说，过去、现在与未来之间的差别是在物理学范畴之外的。

　　注意一下爱因斯坦和他年青时候在苏黎世的最亲密朋友米歇尔·贝索(Michele　Besso)之间的通信是很有意思的。尽管贝索是一位工程师和科学家，但在晚年时他却越来越关心哲学、文学和那些围绕着人类存在核心的问题。他固执地一次又一次重复着那些同样的问题：什么是不可逆性？它与物理定律之间的关系是什么？爱因斯坦也一次又一次地怀着只对这位密友才表现出的耐心回答说，不可逆性只不过是由“未必有的”初始条件产生出来的一种幻觉而已。这种对话一直进行了许多年，直到这位比爱因斯坦大八岁的贝索去世为止(在爱因斯坦逝世前一个多月［*］)。在给贝索的妹妹和儿子的最后一封信中，爱因斯坦写道：“米歇尔已经在我之前离开了这个奇怪的世界。这并无所谓。对我们这些信念坚定的物理学家来说，过去、现在与未来之间的差别只是一种幻觉，虽然是一种长久不变的幻觉。”在爱因斯坦试图理解物理学基本定律的努力中，“可以理解的”一词指的就是“永不改变的”。

　　为什么爱因斯坦如此强烈地反对把不可逆性引进到物理学中来呢？对此我们只能猜测了。爱因斯坦是位相当孤独的人，他只有为数不多的朋友、同事和学生。他生活在一个悲伤痛苦的时代：发生了两次世界大战，又兴起了反犹太主义。毫不奇怪，对他来说，科学是跨过这混乱年月走向胜利的途径。但是，这与他的科学工作形成了怎样的对照!他所在的世界充满了观察者，充满了处在各种各样互相运动着的坐标系中的科学家，处在各种具有不同引力场的星球上的科学家。所有这些观察者正在通过信号进行着整个宇宙范围内的信息交换。爱因斯坦首先想保留的是这种通信的客观意义。但我们或许可以说，爱因斯坦突然停下来了，没有接受通信和不可逆性密切相关的观点。而以通信为基础的逐渐增加知识，大概是人类思维所能接近的最不可逆过程。

　　3.熵垒

　　在第九章中，我们把第二定律描述成是一种选择原则：对于每个初始条件，都有一个“信息”与之相应。含有有限信息的所有初始条件都是可能存在的。可是要想把时间方向倒转过来，我们就必须有无限的信息；我们不能创造出一种能向我们的过去演化的情形!这就是我们已经介绍过的熵垒。

　　与作为信号传输最大速度的光速的概念有一个很有趣的类比。正如我们在第七章中已经看到的那样，这是爱因斯坦相对论的基本假设之一。光速壁垒的存在是给出因果意义所必需的。设我们能够乘坐一艘科学幻想飞船以大于光速的速度离开地球，那我们就能追上光信号，从而跑到我们自己的过去的前面去。同样，熵垒是给出通信意义所必需的。我们讲过，不可逆性与通信是密切相关的。诺伯特·维纳论述过，如果存在两种时间方向，将会有灾难性的后果。在这里很值得引用一下他那本名著《控制论》中的一段话：

　　的确，幻想一个理智动物，其时间方向和我们相反，是一个非常有趣的智力实验。这个动物和我们之间的一切通信都是不可能的。他发出的任何信号到达我们这里的时候，逻辑的顺序改变了：在他看来是结果的部分，在我们看来却是原因。这些原因应该都在我们的经验中出现过，我们很自然地就用它来解释他的信号，并不去设想这是由一个有理智的动物发来的。如果他给我们画一个正方形，我们一定会把他的最后几笔看成是最前几笔，而且他所画的正方形，在我们看来，就好像是这些笔迹的奇怪的结晶(这总是可以解释清楚的)。这个图形的意义是那么出人意外，就像我们把一个人的面孔看作高山悬崖了。这种正方形的画法对我们说来成了一种突然的变动，由于这种突然的变动，正方形不存在了。这的确很突然，但用自然定律还是可以作出解释的。我们的对方对我们也会有完全类似的想法。能够和我们通信的任何世界，其时间方向和我们相同。正是无限大的熵垒保证了时间方向的唯一性，保证了不可能把时间从一个方向切换到相反方向。

　　在本书中，我们已经强调指出，不可能性的证明是多么重要。事实上，当爱因斯坦把他的相对同时性概念建立在信息不可能以大于光速的速度传输的基础上时，他是第一个理解了这种重要性的人。相对论的整个理论就是围绕着排除一切“不可观察的”同时性而建立起来的。爱因斯坦把这一步骤看作有些像在热力学中采取的把永恒运动排除在外的那一步骤。但是他的一些同代人，例如海森堡，强调指出了在这两种不可能之间有一个重要区别。在热力学中，把某种状态定义为不可能在自然界中存在；而在相对论中，被定义为不可能的是观察，也就是一种对话，一种在自然界与描述它的人之间的通信。于是，当海森堡在排除了量子测不准原理所定义的不可观察的东西的基础上建立起量子力学时，他看到他自己是在按照爱因斯坦的样子做，虽然爱因斯坦所持的是怀疑态度。

　　只要认为第二定律不过是表达那些实际上不大可能有的事，它就没有什么理论上的用处。你可能总是希望能有足够的技术办法来克服它，但我们已经看到这是办不到的。在它的根子上是要选择一种可能的初始状态，只有选择了初始状态之后，概率解释才成为可能。确实，像玻耳兹曼首先论述过的，熵的增大表达出概率的增大、无序的增大。但是他的这番解释是根据“熵是打破时间对称性的选择原则”这个结论做出来的。只有在经过这个对称破缺之后，某种概率解释才成为可能。

　　尽管我们重复了玻耳兹曼关于熵的许多解释，我们对于他的第二定律的解释的基础是根本不同的，因为我们有这样一种思路：

　　第二定律作为一个对称破缺选择原则
　　　↓
　　概率解释
　　　↓
　　不可逆性作为无序状态增大

　　只是通过引进新的选择原则而把动力学与热力学统一起来才能给第二定律赋予其作为科学进化范式的基本重要性。这一点很重要，因此我们将比较详细地来讨论它。

　　4.进化范式

　　动力学世界，无论是经典的或量子的，是一个可逆的世界。正如我们在第八章中强调的那样，任何进化都不能归因于这个世界；按动力学单位表达的“信息”仍然是个常量。所以极为重要的是某个进化范式的存在现在可以在物理学中确立起来，不仅是在宏观描述层次上，而且在一切层次上。当然，这得有一定的条件：正如我们已看到的那样，一定要有最低限度的复杂性。不过，不可逆过程的极端重要性表明，我们感兴趣的大多数系统是满足这个要求的。显然，对定向时间的理解水平随着生物组织水平的提高而提高，很可能在人类意识中达到它的最高点。

　　这种进化范式究竟有多么普遍呢？它包括孤立系统(它们要演变成为无序)和开放系统(它们要演变到越来越高级的复杂形式)。毫不奇怪，熵这种隐喻已经吸引了不少作者用它去论述社会或经济问题。显然，在这里我们必须十分小心；人类并非动力学的研究对象，向热力学的过渡不能被表述成一种由动力学所保持的选择原则。在人类生存这个水平上，不可逆性是一个更基本的概念，对我们来说，它不能与我们自身存在的意义分割开。但仍然重要的是，从这个角度看来，我们不再把不可逆性的内部感觉看作是把我们和外部世界隔开的主观印象，而是看作我们参加在一个由某种进化范式统治着的世界内的标志。

　　宇宙论的问题相当困难。我们还不知道引力在早期宇宙中的作用是什么。能够把引力作用包括在某种形式的第二定律之中吗？或是在热力学与引力之间有着某种辩证的平衡吗？在一个时间可逆的世界里，当然不能突然现出一个不可逆性来。不可逆性的起源是一个宇宙论问题，而且要求对宇宙的最初阶段进行分析。在这里我们的目标还是别太过分。我们还是只探讨：不可逆性在今天意味着什么？它与我们在我们所描述的世界中的地位有怎样的关系？

　　5.演员和观众

　　用物理学来否定演化，这就在科学内部产生了深深的裂痕，并且使科学与哲学越来越疏远。起初作为大胆的赌注来对抗占优势地位的亚里士多德的传统的那些观点，逐渐变成了一种武断主张，它直接反对一切认为在自然界中存在着定性差别的学者(化学家、生物学家、医生)。到了十九世纪末，这种冲突已经从科学内部转移到了“科学”与其他文化(尤其是哲学)之间的关系上。我们在第三章里论述过西方思想史的这个方面及其为完成知识新统一而进行的持续斗争。现象学家的“生活时间”，与科学的客观世界相对立的“生存世界”，都可以和为反抗科学入侵而建立起壁垒的需要联系起来。

　　今天，我们相信，确定性与绝对对立的时代已经过去了。物理学家已经不再掌握任何种类的“治外法权”了。作为科学工作者，他们属于他们那个文化，他们又对那个文化做出基本的贡献。我们已经达到了一种接近于在社会学里很早以前就认识了的状态：默里·庞蒂(Merleau－P0nty)早就强调过应当牢牢记住他所谓的一种“状态内的真理”。

　　只要我保持一种绝对观察者的理想，没有任何观点的知识的理想，我就只能把我的状态看成是一个错误的源泉。可是一旦我确认通过它使我适合所有活动和所有对我有意义的知识，确认它逐渐被可能是对我有关的每一事物所充满，那末在我这个状态的有限范围内，我与社会的接触就向我显示成像是所有真理(包括科学)的起点。我们所能做的事不外就是在这个状态内部定义一条真理，因为我们已经有了一些关于真理的思想，也因为我们是在真理内部而不能到它外面去。

    我们通过本书来探索的正是这种既作为参与者又作为旁观者的知识概念。
　　

    默里·庞蒂在他的《主旋律》(Themes)一书中还断言，科学中“哲理性”的发现，科学的基本概念的转变，经常是反发现的结果。