AI OUTLINE · BEFORE READING
《存在主义物理学》AI 大纲
全书视角AI 生成含原文摘录
本大纲由 AI 读书（阅读端智能大纲）生成，是全书结构与要点的机器梳理， 不等同于已亲读；其中第 4 层条目为书中原句摘录。章节可展开查看。
章节目录
一则警告
作者的身份和信仰
- 作者是一名不可知论者和异教徒，从未加入过任何有组织的宗教。
- 作者对宗教信仰本身并不反感，认为探索的过程要尊重科学事实。
对待信念的态度
- 如果你的信念与有经验事实支撑的知识相冲突，那么你所做的就不能被称为寻求意义
- 也许你宁愿坚持自己的错觉，那么这本书不适合你。
科学事实对人们的影响
- 有些科学事实令人难以接受，可能会对读者的心理健康产生负面影响
- 有时候会有人联系到我，告诉我他们在偶然读到我的某篇文章之后大受震撼，以至于不知道该如何继续生活下去。
- 他们看上去相当不安：没有自由意志的生命有什么意义？如果人类的存在只是偶然和侥幸的结果，那么人类的存在还有什么意义？在知道宇宙随时都有可能毁灭之后，你怎么可能不惊慌失措呢？
科学的价值
- 科学所给予我们的，远比我们为其付出的要多
- 最后，我希望你们可以因以下事实而感到宽慰：你并不需要为了给希望、信念和信仰腾出空间而压制自己的理性思维。
01 过去依然存在吗？
时间的相对性和四维时空
- 爱因斯坦相对论改变了我们对时间的理解
- 爱因斯坦相对论指出时间的流逝取决于我们的运动。
- “现在”就仅仅是一个我们在描述自身体验时用起来比较称手的词了。
- 时间是一个维度，它与空间的三个维度组合成为一个整体，即四维时空
- 将时间和空间结合为时空的想法可以追溯到数学家赫尔曼·闵可夫斯基。
- 爱因斯坦首次充分掌握了其背后的物理学规律，他在他的狭义相对论中总结了这些研究成果。
时间延缓和同时的相对性
- 加速度越大，固有时就过得越慢，这种效应被称为时间延缓
- 你可能会想，这是不是意味着，我们只要绕着圈跑，就会衰老得慢一些？理论上来说的确如此，但这样做实际上收效甚微。
- 在狭义相对论中，“两个事件同时发生”这一说法是没有意义的
- 小苏认为同时发生的两件事在你看来并未在同一时刻发生。
- 你可能没有耐心去等待激光脉冲在100亿年之后终于归来，但这就是你所认识到的理论物理。
块状宇宙和时间的不确定性
- 块状宇宙中，未来、现在和过去都以同样的方式存在
- 如果你认可某个东西现在存在于某处，哪怕你要晚些时候才会看到它，你也不得不承认宇宙中的一切现在都存在。
- 量子力学中的测量以及黑洞的蒸发是时间不可逆的
- 量子力学中的测量并不需要有意识的观察者。
- 黑洞的蒸发是时间不可逆的：很多种不同的初始状态都会导致同一个最终状态。
永恒的信息
- 演化规律可以将任意时刻的初始状态转换为任意其他时刻的状态
- 我们从粒子的一种排列方式起步，用方程进行计算，最终得到粒子的另外一种排列方式。
- 整个过程中的信息都被完整地保存下来，若要恢复之前的状态，只要运用刚刚用过的演化规律进行逆运算即可。
- 除了量子测量和黑洞蒸发这两种尚存争议的情况之外，信息是无法被破坏的
- 一旦你的祖母过世，她的一切信息——包括她独特的生活方式、她的生活智慧、她的善解人意、她的幽默风趣——都会随风而去，我们在现实中永远无法挽回这一切，它们会迅速分解成我们无法与之沟通的形式，也不再拥有自我意识。
- 然而，只要你相信我们的数学计算，那么这些信息就依然存在于某个地方，以某种方式散布在宇宙中，并且永远留存。
超凡脱俗的数学
- 数学在自然科学中有着“不合常理的有效性”
- 无论你是在通过屏幕阅读电子书，还是在看借助激光打印技术制成的纸质书，你都是在享用物理学家带来的研究成果，而他们正是在深入钻研了现代技术所依赖的量子力学数学之后才得以实现自己的想法。
- 现实即数学的观念在许多物理学家的脑海中根深蒂固
- 时空是一种特定的数学结构，而粒子是一种特定的数学对象。
- “所有数学都是真实的”就是一个不科学的、多余的假设
- 我们用不上那些数学也不意味着它们不存在，假设它们不存在对于我们的描述而言也是多余的。
- 科学不能判断所有数学是否存在，就像它不能判断上帝是否存在一样。
02 宇宙是怎样诞生的？它会如何终结？
将某件事情解释清楚意味着什么？
- 科学的任务是寻找对世界的有效描述，解释越是简单，就越有效
- 对于一个科学理论来说，这种解释力可以用多种方式来量化，归根结底就是计算出一个理论需要输入多少内容才能使一组数据符合一定的准确性。
- 一个好的科学理论应当能让我们通过很少的假设计算出很多观测结果
- 比如量子理论就可以让我们计算出化学元素的性质。
- “世界是由造物主在6000年前事无巨细地创造出来的”这样的假设确实无法证伪，但也是无效的
- 我们可以通过量化看看它有多复杂：你需要在初始条件中输入大量数据。
现代版本的创世神话
- 如果宇宙起源是一个科学问题，我们就应该会拥有一些数据能够用于辨明究竟哪个假设才是正确的
- 这些故事的历史太过久远，天体物理学家能找到的数据实在太少，远远不足以将这堆五花八门的故事区分开来。
- 协调模型是爱因斯坦广义相对论的应用之一，它解释了为什么两种不同类型的数据会以非常具体的方式组合到一起
- 协调模型本质上是记录了宇宙中有多少物质，我们可以从中推断出膨胀的速度。
- 从宇宙当前的状态(宇宙不断膨胀，物质分散开来聚成星系)开始，我们可以回到过去，并推断出所有物质最初一定是被挤压到一起的。
- 星系的分布并不是我们唯一可以用于推断等离子体内部情况的观测数据。等离子体中密度稍高的区域温度也较高，而密度稍低的区域则温度更低。
- 随着宇宙的膨胀，光的波长被拉伸，于是其振动频率降低。由于频率与光的能量成正比，而平均能量又决定了温度，于是光的温度逐渐下降。这一时期产生的光一直存续到现在，只是其温度已经降至2.7开尔文(高于绝对零度2.7摄氏度)；它构成了如今的宇宙微波背景辐射。
- 大爆炸并不是协调模型的一部分，因为没有任何观测数据能让我们知道在如此久远的时间之前发生了什么
- 在发生大爆炸的时候，宇宙的密度一定是无限大的。然而，密度无限大在物理上没有意义，所以这可能表明，爱因斯坦的广义相对论在密度极高的条件下失效了。
暴胀
- 暴胀理论认为宇宙是由一种叫作暴胀子场的量子涨落创造出来的
- 宇宙最初只是一片真空，突然间出现了一个带有暴胀子场的泡沫，并且这个泡沫开始不断膨胀。
- 我们没有证据可以证明暴胀子场的存在，也没有证据可以证明今天所观测到的粒子产生于暴胀子场的衰变
- 一些物理学家声称，暴胀理论所做出的预测可能会被不久之后的观测数据证伪。
新的作用力
- 物理学家将假想中新的作用力称为第五种力
- 这个名字目前并不特指任意一种力，而是泛指由于不同原因而猜想出来的很多种作用力，其中有一种力改变了早期宇宙的假想条件。
反弹与循环
- 这一类理论认为，我们的宇宙在当前的膨胀之前经历过收缩的阶段
- 在一些此类理论的变体中，我们的宇宙最终会在下一次反弹中迎来自己的结局，而这样的过程会无限循环下去。
无边界假设
- 无边界假设将早期宇宙之外的时间替换成了空间
- 这个观点最初是由史蒂芬·霍金和吉姆·哈特尔(Jim Hartle)提出的，但最近在某些圈量子宇宙学的理论中也出现了去除时间的想法。
几何发生学
- 几何发生学的思路是，空间随着宇宙一同诞生
- 在这种方法中，科学家通常会将宇宙诞生前的阶段描述为某种网状结构，其包含的连接实在太多，以至于无法对其进行有意义的几何解释。
对宇宙起源和终结的预测的可靠性
- 我们并不知道自然规律能否一直保持不变
- 自然规律要么继续像往常一样保持不变，要么会陡生变故。
- 我们对宇宙可能会以何种方式走向终结，问题在于我们观测不到那些极为罕见或极为缓慢的过程
- 例如，许多物理学家猜测，作为原子核组成部分之一的质子可能是不稳定的，但它的寿命太长了，以至于我们目前还没观测到质子的衰变，所以我们无法确定它到底稳不稳定。
- 黑洞的蒸发也非常缓慢，以至于我们无法对其进行测量——它有可能根本不会发生，因为我们也无法获得证据。
- 我们也不知道在遥远的未来暗能量会变成什么样。我们还没有发现它的数量发生变化的证据，但是如果这种变化非常缓慢，那我们也测量不出来。
其他意见(1) 数学就是一切吗？——蒂姆·帕尔默访谈录
蒂姆·帕尔默的背景介绍
- 蒂姆·帕尔默是一位气象学家，因其在气候变化研究方面的贡献获得2007年诺贝尔和平奖。
- 蒂姆·帕尔默对量子力学中的自由意志有浓厚兴趣，曾试图与作者讨论相关问题。
蒂姆·帕尔默对科学与宗教的看法
- 蒂姆·帕尔默认为科学正在攻击一部分的传统文化，尤其是神创论
- 蒂姆·帕尔默对理查德·道金斯等科学家的观点颇有微词，认为他们把所有宗教人士都描绘成愚蠢、无知或者又蠢又无知的形象。
- 蒂姆·帕尔默认为，许多传统的穆斯林家庭也有神创论信仰，科学中的某些元素正在攻击一部分的传统文化。
- 蒂姆·帕尔默提出了一种让上帝在6000年前创造了整个宇宙这样的信念，而这既不完全违背我们对于科学的理解，也不那么愚蠢的情况
- 蒂姆·帕尔默认为，我们普遍接受的观点是，宇宙形成于6000年前的想法是极其愚蠢的，因为我们知道地球年龄高达数十亿年，而恒星的历史比地球更为悠久，各种各样的证据都清楚地表明，宇宙的历史远远超过6000年。
- 蒂姆·帕尔默认为，创造(creation)这个词究竟是什么意思？例如，我们先来看看原子是如何创造出来的。原子是什么？目前我们在科学上可以用方程式来描述原子，无论你想知道关于原子的哪一方面特性，都可以通过已知的数学定律，从方程式中推导出来。但是数学并不能告诉你原子是什么。原子只是数学吗？数学就是全部吗？还是说存在某种物质或是其他什么东西，可以让事物变得真实，而不仅仅只是现代科学准则的一部分？
蒂姆·帕尔默的宇宙无始无终理论
- 蒂姆·帕尔默认为，宇宙一直处于循环之中，这是通过物理学的方法推导出来的
- 在他的理论中，自然规律的永续结构是一种数学上的分形，具有无穷变化的模式，其中大尺度结构与最小尺度下的结构相似，但不会完全重复。
- 在这种分形中，我们的宇宙经历了无数个相似的时代，但是从来不会原模原样重来一遍。宇宙过去一直如此，并将永远这样持续下去。
- 蒂姆·帕尔默认为，科学对此不置可否，至少目前是这样
- 我们可以用数学来描述我们观测到的东西，但我们不知道为什么有的数学可以描述现实，有的则做不到。
- 所以我们可以将宇宙起源的瞬间归为能够用来描述我们观测到的结果的数学诞生的那一刻，这正是数学成为现实的时刻。
03 为什么我们不会变得更加年轻？
热力学第二定律的解读
- 热力学第二定律宣称熵不会减少
- 大部分东西都会损坏，而且有些东西坏了之后就无法再修复。
- 熵的增加是宇宙最有可能展现的结果
- 一个系统最有可能展现出可能性最大的结果，也就是熵增加。
熵增与时间之箭的关系
- 熵增的方向就是时间之箭指向的方向
- 时间之箭指向的正是熵增的方向，而非相反。
- 熵增是演化规律把我们从一个不大可能的状态引向了一个可能性很大的状态
- 演化规律是时间可逆的，只是演化规律把我们从一个不大可能的状态引向了一个可能性很大的状态，并且这一转变发生的可能性很大。
生命的衰老与熵增
- 我们变老是因为身体内不断积累着很可能发生但不大可能自发逆转的错误
- 细胞修复机制不能无限制地、完美地纠正这些错误。
- 衰老是熵增的结果，最终会导致死亡
- 最终，我们的身体会产生无法修复的损坏，某个重要脏器完全衰竭，某种病毒击溃了我们脆弱的免疫系统，或是某个血栓切断了大脑的氧气供应。
对熵增理论的质疑与挑战
- 热力学第二定律可能并不完全可靠
- 我们对熵的定义基于我们目前对宇宙的认知，而我认为这从根本上来说并不一定准确。
- 量子力学和引力的理论可能改变我们对熵增的理解
- 如果我们进一步理解引力和量子力学的原理，当下由该定律得出的结论可能会不再有效。
“现在”问题的探讨
- “现在”的体验对人来说有着特殊的意义，它在本质上与过去和未来不同
- 我们大多数人都经历着“当下”这一特殊的时刻，它不同于过去，也不同于未来。
- “现在”问题的根源不在于物理学，也不在于数学，而在于我们未能将存在于时间之内的主观体验与用来描述它的数学之永恒性质区分开来
- 根据卡尔纳普的说法，爱因斯坦谈到了“‘现在’的体验对人来说有着特殊的意义”。它的确对人类有着特殊意义，或者说它对所有能够存储记忆的系统都有特殊意义。
- 然而，这并不意味着数学描述中必须存在一个客观、特殊的当前时刻。在客观上，“现在”并不存在；但在主观上，我们所感知的每一个时刻都很特别。
真空中的大脑
- 我们可能只是缸中或者空无一物的宇宙里的一个孤零零的大脑
- 感官的输入为你创造了作为人类在地球上生存的幻觉。
- 熵实际上并不是总会增加，熵一旦减少，就会发生奇怪的事情
- 当你使系统的熵达到最大值，达到平衡态之后，熵有时也会降低。
- 玻尔兹曼大脑是一种通过矛盾来引导争论的论证方式
- 如果自然规律是遍历的，那么你就会观测到极不可能发生的事件。
- 你基本上不太可能是这样一个大脑。
- 结构实在论认为，在一个理论中，真实的部分是其数学结构
- 在结构实在论中，你可以认为引力是真实的，即便它只是一种近似。
- 你也可以认为时空是真实的，即便它可能有一天会被更基本的东西(也许会是一个巨大的网状结构)所取代。
04 你只是一堆原子吗？
人体的化学组成
- 人体质量大约有60%都是水，碳占人体质量的18%
- 对于一个普通成年人而言，差不多就是30磅。
- 除了碳、氢、氧、氮、钙、磷、钾、硫、钠、镁等元素外，人体内还有铁、锌、铜等微量元素。
原子的起源和演化
- 宇宙中一开始并不存在化学元素，只有氢、氦、锂
- 大爆炸发生几分钟后产生的氢、氦、锂。
- 恒星在引力作用下从氢云中诞生，较重的元素才得以在恒星内部生成
- 在恒星内部，由引力带来的压强最终引发核聚变，较轻的原子核逐渐被聚合成越来越重的原子核。
- 恒星会将所有能够用于聚变的原料全部消耗掉，在它们生命的最后阶段，大多数恒星会平静地暗淡下来，但其中有一些会迅速坍缩，进而爆发，成为超新星
- 超新星爆发会把恒星内部的物质抛向宇宙，从恒星内部热闹的环境中释放出来的原子核将捕获电子，从而成为真正的原子。
- 中子星是由核物质组成的巨大团块，其密度极大，只能勉强逃脱坍缩成黑洞的危险
- 那些最重的元素，比如金和银，只能在极其剧烈的环境中形成，比如中子星合并。
意识的起源和物质基础
- 意识是由大脑中许多粒子的相互作用产生的
- 从既往所有的观测结果来看，系统的整体是其各个部分的总和，不会多也不会少。
- 意识是涌现性质，可以从其他东西衍生出来，也就是还原成其他东西
- 我们最为耳熟能详的有效模型是用温度、压力、黏度、密度等物理量来大体上描述气体和流体，这样的描述抹平了分子层面的细节。
- 我们认为这些在有效理论中起到关键作用但在基础理论中没有出现的性质和对象是涌现性质/对象。
- 在衍生出涌现性质的过程中，我们抹除了小尺度下的细节。
世界的还原论性质
- 大型复杂物体的行为源于其组成部分的行为
- 我们从未观察到其行为足以证伪还原论，尽管这种情况本可能出现过无数次。
- 复杂对象的功能不仅仅来自其组成部分，我们还必须了解各组分间的相互作用以及相互关系
- 特别是量子纠缠，它实际上就是一种将粒子联系在一起的相互关系，尽管它可以跨越宏观的距离，但它仍然是一种在基础层面上定义的性质。
生命的涌现和进化
- 生命是由原子按照某种方式排列而成的结构
- 例如，金属是许多微小粒子依照某种方式排列而成的结构。
- 生命的进化是由自然选择驱动的，这是生物适应环境的过程
- 在自然选择的过程中，那些能够更好地适应环境的个体将存活下来，并将它们的基因传递给后代。
人类身体的物理组分变化
- 我们身体的物理组分在不断地变化，我们就是这样一直成长到现在的
- 我们的每一次呼吸、喝水和进食，都会将体内的一些粒子替换成新的粒子。
- 成年人体内细胞的平均年龄只有7岁
- 虽然有些细胞几乎会伴随我们度过一生，但是皮肤细胞平均每两周就会更新一次，而其他细胞(比如红细胞)则是每两个月更新一次。
忒修斯之船悖论
- 一个物体的组成部分并不是唯一与其相关的东西
- 即使你已经替换了船上所有的部件，它的整体设计(建造这艘船所需的信息)仍然没有改变。
人类身份的物理基础
- 人类由粒子组成，这些粒子的行为决定了我们的行为
- 真正有趣的是涌现出的更高层级的属性：人类会走路，会说话，会写书。
- 你得以成为你的信息可以被编码成许多不同的物理形式
- 有一天，你可能会把自己上传到电脑上，并且继续在虚拟世界生活。
其他意见(2) 知识可以预测吗？——戴维·多伊奇访谈录
戴维·多伊奇简介
- 戴维·多伊奇是一位对量子计算有开创性贡献的科学家
- 2017年，他因此获得了国际理论物理中心颁发的狄拉克奖章。
- 戴维·多伊奇对科学知识如何增长、如何造福于我们的社会以及知识本质上是什么这样的问题很感兴趣。
还原论的问题
- 戴维·多伊奇不赞同还原论这种哲学思想
- 他认为还原论的解释并不是唯一正确的观点。
- 还原论分为理论还原论和本体还原论，但它们的发展在历史上一直是齐头并进的
- 理论还原论认为较高层级的理论可以从较低层级的理论中推导出来。
- 本体还原论认为我们在越小的物理尺度上得出的解释越准确。
通用计算理论与还原论
- 通用计算理论认为所有物理定律都是图灵可计算的，这不属于还原论
- 如果‘所有定律都是图灵可计算的’是一条基本原理，那么这条定律就不具备还原性。
- 有些理论不是还原论，例如通用计算理论
- 如果我们手里这台计算机是一个具有基础属性的高层级对象，那么还原论在这种情况下是错误的。
建构子理论与还原论
- 在建构子理论中，基本定律就不具备还原性
- 低层级的、微观的规律都是高层级规律的涌现性质，反之则不成立。
- 建构子理论对这类事情很宽容，设想存在这种类型的解释性理论并不愚蠢
- 我们可以尽情地假设存在具有任意大内存的通用计算机。
决定论与可预测性
- 戴维·多伊奇认为一切事物都是决定论的
- 从逻辑上讲，某一时刻的状态是由其他时刻的状态和动力学定律共同决定的。
- 戴维·多伊奇认为我们无法预测未来知识的增长
- 我们无法预测将来知识的增长，因为如果可以的话，那我们就能在试图进行预测的那一刻之前获得新的知识。
- 任何理论，无论它有多好，它都不可能预测其后继者的内容。
05 是否存在另一个自己？
量子力学的困惑
- 量子力学中的叠加态和纠缠态难以用日常语言解释
- 薛定谔方程具有这样一个性质：如果我们已经求得了两个不同初始状态的解，那么这两个解的和以及每个解与任意数字的乘积也都是方程的解。
- 只有当你试图用语言来表达数学时，这种奇怪的感觉才会出现。
- 量子力学中的测量结果具有不确定性
- 在量子力学中，我们用波函数来描述一切事物。
- 这些跳跃并非完全不可预测，我们可以预测它们发生的概率，以及它们最终将以何种方式收场的概率，但它们有一部分在本质上就是随机的。
多世界诠释
- 多世界诠释认为每次量子测量发生的时候，宇宙都会分裂，创造出多元宇宙
- 在多世界诠释中，每种可能的测量结果都会出现，但它们只会出现在各自的宇宙中。
- 宇宙在每次量子测量发生的时候都会分裂，创造出我们耳熟能详的“多元宇宙”。
- 多世界诠释的问题在于，没有人亲眼见过宇宙分裂
- 根据多世界诠释，这是因为测量仪器及其扩展(比如你和我)会和宇宙一起分裂。
- 这就意味着，就计算而言，多世界诠释与标准诠释的量子力学做出了完全相同的预测，它们来自表达方式不同但等价的假设。
多重语咒
- 多元宇宙理论包括暴胀理论、弦论景观等
- 暴胀理论认为存在一个内部随时随地都在发生大爆炸的多元宇宙。
- 弦论景观认为多元宇宙中存在着所有可能的自然常数。
- 这些多元宇宙思想在科学中的地位与多世界诠释是一样的
- 假设一些不可观测事物的真实性对描述我们的观测结果来说并无必要，因此，假设其他宇宙真实存在也一样无关乎科学。
我们是否生活在计算机生成的模拟环境中？
- 模拟假说认为我们所经历的一切都是由某种具有智慧的存在所编码的，而我们只是计算机代码的一部分
- 认为我们生存在某种计算之中的观点本身并不是一种多么离谱的主张，毕竟据我们目前所知，自然规律的底层逻辑是数学，所以你也可以认为宇宙实际上只是在计算这些规律。
- 模拟假说的争议之处在于，它假设存在着另一层级的现实，某些存在或者事物在那里控制着我们眼中的自然规律，有时甚至会出手干扰这些规律。
- 模拟假说并不是严肃的科学论证
- 信奉者可能在不知不觉中对计算机可以重现怎样的自然法则做出了很大幅度的假设，而且没有对其原理进行解释。
- 想找到与我们所有观测结果相匹配的替代解释极其困难，我早该知道会是这样的结果了——我们在基础物理学中同样屡屡碰壁。
06 物理学是否排除了自由意志存在的可能？
物理学是否排除了自由意志存在的可能？
- 决定论和量子力学随机性表明，除了偶发量子事件之外，未来是确定的
- 混沌理论也包含在内，混沌规律仍然是决定论的，只是它们非常难以预测。
- 你今天所做的一切都源自宇宙昨天的状态，而昨天的一切又都源于宇宙上周三的状态……以此类推，可以一直追溯到大爆炸。
- 自由意志是一个自相矛盾的概念，如果你的意志是自由的，那就不应当有任何事物能引导你的意志
- 如果自由意志真的是一种“自因”，那么它就不是由你引导的，不论你认为“你”的含义是什么。
- 意志其实是这么一回事：我们的大脑根据输入的信息，遵循作用于初始状态的方程执行计算
- 我们所做的只是根据有限的信息来评估如何做出最优决策。
- 决策就是我们评估的结果，它不需要任何超出自然规律的东西。
- 在除了我们无法影响的偶发量子事件之外的未来已然确定的情况下，你要如何使得自由意志与自然规律相容？
- 最普遍的观点是，你的意志是自由的，因为它不可预测——在目前的实践中完全无法预测，甚至有可能在理论上也是不可预测的。
- 自由意志是自主系统所具备的属性。她的意思是说，宇宙中不同子系统的行为对外部输入和内部计算的依赖程度的相对比重会有所不同。
- 有相当多的物理学家通过在自然定律中嵌入自由意志来支持相容论。
- 理解自由意志的唯一方法就是，从微观理论发端的推导过程在某些情况下由于某种原因出错了
- 首先，我们用来求解将微观与宏观定律联系在一起的方程的数学技巧并非一直有效。
- 其次，从微观物理推导宏观行为的过程也可能由于其他原因而出错。可能是我们在计算过程中遇到了一个奇点，而无论在实践上还是在理论上，我们都无法越过这个奇点继续进行计算。
- 物理学是否排除了自由意志存在的可能？没有，它只是排除了某些关于自由意志的观点
- 因为就我们目前所知，除了我们无法影响的偶发量子事件之外，未来是确定的。
没有自由意志的生活
- 我们人类在探索自然规律方面做得相当不错
- 我们已经可以理解“现在”是一种幻觉，而且可以充分利用我们的大脑，可以对图12中的线条进行精确的测量，从而说服自己它们确实是平行的。
- 我们应该以同样的态度来对待自由意志：抛开我们的直觉感受，遵从理性得出的结论
- 你仍然会觉得自己拥有自由意志，但你心里清楚，自己实际上只是由神经处理器所运行的一套复杂的计算。
自由意志与道德
- 我们经常以这种方式将自由意志与道德责任联系在一起
- 我们中的很多人也把自由意志作为一种推理工具来评估内疚、自责、责备等个人问题。
- 如果自由意志不存在，或者说从来没有存在过，如果一直以来起作用的其实是道德责任，那么道德责任为什么会在我们现在对物理学有了更深的理解之后就突然失效呢？
- 这就好比一旦我们明白雷暴并不是宙斯扔出的闪电之后，它们就发生了改变，听上去就很荒唐不是吗？
- 对于个人来说也是一样的。当你问出“他们有可能会做出不一样的选择吗？”这样的问题时，你是在评估别人会再次犯下错误的可能性
- 如果得出的结论是这种情况不太可能再次发生(从自由意志的角度，你可能会说“他们别无选择”)，那你可能就会原谅他们(“他们没有责任”)。
- 如果你认为这类事情很可能会再次发生(“他们是故意的”)，你可能就会尽量避免与这种人接触(“他们有责任”)。
其他意见(3) 意识可以计算吗？——罗杰·彭罗斯访谈录
罗杰·彭罗斯对意识的理解
- 罗杰·彭罗斯认为意识可能不仅仅是随机事件，而是有着更深层的逻辑
- “我不知道宇宙是否有其目的，但我想说它肯定没有那么简单。在某种意义上，有意识的存在的出现可能不仅仅是随机事件，而是有着更深层的逻辑，这很难说。”。
- 罗杰·彭罗斯认为意识不能融入物理学家目前提出的框架
- “这是我长期以来的信念。当我还在读本科的时候，我就对所谓的哥德尔定理感到非常困扰，该定理似乎认为数学上有些东西是我们无法证明的。”。
罗杰·彭罗斯对量子力学的看法
- 罗杰·彭罗斯认为量子力学中波函数的修正可能表明，我们遗漏了一些信息，而遗漏的这些部分可能是不可计算的
- “我确实有过这样的想法，在我退休以后——在当时看来，退休会是很长一段时间之后的事情，但现在已经过去很久了——我退休以后要写一本书。那就是后来的《皇帝新脑》，实际上我在退休前就写完了。首先，我会解释清楚我所知道的物理学知识，然后我会尝试学习一些神经生理学的内容，主要是关于突触以及它们有趣的运作方式。我以为在我了解这些知识以后，我就能找到量子态还原可以发挥作用的地方。但是我没能做到，所以这本书最终淡出了人们的视线，我是这么觉得的。我提出了一个相当愚蠢的想法，甚至连我自己都不信，于是我就放弃了这本书。”。
- 罗杰·彭罗斯认为波函数的修正会在有意识的觉知中发挥作用
- “所以不是意识导致了波函数的还原，而是波函数的还原对意识有所作用？”。
- “没错，”罗杰说，“但人们并不是这么想的。我对于只有这么少的人持有和我一样的想法而感到震惊。我认为大脑处理信息的过程有猫腻，微管可能在这一过程中发挥了作用，但它可能不是唯一的参与者。问题在于，到底是什么导致了量子态的坍缩。这肯定是一种基础的存在，并且肯定超出了标准量子力学的范围。”。
07 宇宙是为我们而造的吗？
宇宙是否专为人类而造？
- 目前已知的自然规律中包含26个常数，这些常数的数值恰好能够允许我们人类存在，这根本不可能只是巧合
- 如果改变的自然常数过多，我们所知的一些对生命诞生至关重要的过程就不会发生，我们也就不可能存在。
- 多元宇宙假说不能解释常数的值，因此需要找到其他解释
- 一个好的科学假说应该有助于计算出测量结果，多元宇宙假说却什么也解释不了。
- 如果物理学家执意根据多元宇宙假说进行计算，那么结果可能会相当滑稽。
- 自然常数是为了生命得以存在而被精细调节到如今的数值，这样的观点从科学的角度来说并不合理
- 若想量化处理概率问题，你就必须收集数据样本，比如持续不断地掷骰子。但是自然常数的概率分布却没有实证支撑。
- 没什么东西在量化意义上是出现概率极低的，因此也就没什么东西需要解释了。
我们是否生活在最好的世界里？
- 最小作用量原理是皮埃尔·德·费马在17世纪提出的，当时他发现光线通过介质的路径是用时最少的路径
- 对于你想要描述的每一个系统(比如一个摆动的钟摆)，都有一个被称为“作用量”的函数(通常会记为S)，系统在自然中实际表现出的行为会使S取最小值。
- 最小作用量原理的应用范围远远比这更广泛，我们可以从作用量取最小值的条件推导出演化规律
- 选好你想要的初始条件，接下来你要做的就“只”有求解方程式了。
- 在量子力学中，最小作用量原理略有改变，根据理查德·费曼首创的路径积分方法，量子力学系统不仅采用了作用量最小的路径，而且还要选择所有可能的路径
- 每条路径对系统的振幅都有影响，振幅绝对值的平方给出了系统到达某一端点的概率。
- 如果让我提名一个最优美、最有力、最统一的原理，那一定是最小作用量原理
- 但是那26个自然常数怎么办呢？我们就不能为宇宙找出一个更简洁的描述吗？
我们会揭开所有真相吗？
- 即使真的存在这样一个万物理论，它也不能解释一切
- 这是因为，我们在第4章讨论过，在大多数科学领域中，涌现理论(或者说有效理论)是更贴切的解释。
- 一个理论能否解释“一切”，取决于我们对自然已经了解了多少以及还想了解多少
- 即使我们拥有一个可以解释当下所有问题的理论，我们也无法确定将来它一直都能解释一切。
- 科学要求我们对自然的运作方式提出不同的假说，我们会保留那些与观测结果一致的假说，然后抛弃其他不符合的假说
- 有很多理论方方面面都很好，“唯一”可惜的就是它们不能描述我们所观察到的东西。
08 宇宙会思考吗？
宇宙与大脑的相似性
- 宇宙中的物质分布看上去有点儿像连接组，即人脑中的神经连接网络
- 意大利天体物理学家佛朗哥·瓦扎(Franco Vazza)和神经科学家阿尔贝托·费莱蒂(Alberto Feletti)在2020年的一项研究中对此进行了严格的分析。
- 他们计算了连接组和宇宙网中有多少大小不一的结构，得出的结论是两者具有“惊人的相似性”。
- 人脑和宇宙中有3/4的成分基本上可以说是惰性的
- 人脑大约有3/4的质量是水，这和暗能量所占宇宙总质能的比例大体相当。
宇宙无法思考的原因
- 宇宙无法思考是因为它太大了
- 相对尺寸反而没那么重要，真正决定某个对象能做什么的是绝对尺寸。
- 原子和太阳系在尺寸和质量等物理性质上的不同，造就了它们之间的巨大差异
- 电子并不是在环绕原子核的轨道上运行的小球，它们具有显著的量子特性，因此必须采用波函数描述。
- 太阳系中的行星与太阳之间的距离各有不同，但不是模糊的概率分布，轨道也不是量子化的，并且太阳系也不会有元素周期表。
宇宙可能拥有非定域连接
- 非定域连接可能有助于解决现有理论中的几个问题
- 例如，黑洞似乎会导致信息的丢失，这与量子力学不一致。黑洞视界禁锢了光以及速度慢于光的一切，但非定域连接可以跨过视界，帮助黑洞内的信息逃逸，于是这个问题就解决了。
- 还有一些物理学家还指出，暗物质其实是一种错误的归因，实际情况可能只是普通物质的引力会因为时空中的非定域连接而增长和扩散。
- 非定域连接从何而来？它们有可能是几何发生的过程遗留下来的
- 我们在第2章简要讨论过几何发生学，它认为，宇宙本质上是一个网状结构，它的近似就形成了爱因斯坦理论中的平滑空间。
- 早期宇宙的网络在创建时空几何时，可能会在其中留下缺陷。
粒子内部存在宇宙的观点
- 粒子内部存在宇宙的观点与我们目前已知的自然规律是不相容的
- 如果已知的基本粒子中存在许多不同版本的迷你宇宙，那么为什么我们只能观测到25种不同的基本粒子？
- 解决这个问题的方法之一，是把这些新粒子紧紧地束缚在一起。这样一来，即使粒子本身质量很小，要打破这些粒子间的作用力也需要很高的能量。
- 另一种使迷你宇宙与观测数据相一致的方式是，其中的粒子与我们已知的粒子之间的相互作用极其微弱，以至于它们可以穿透普通物质。
- 你也可以假设基本粒子内部的体积足够大来规避这个问题，就像《神秘博士》(Doctor Who)中的“塔迪斯”(TARDIS)一样，它们的内部空间可能比外观看上去更大。
- 问题在于，这种结构不太稳定——它的开口会闭合，进而产生一个黑洞或是一个孤立的婴儿宇宙。
粒子具有意识的观点
- 观测数据不支持粒子具有意识这一结果
- 我们可以根据量子数这一性质对标准模型中的粒子进行分类。
- 如果你想让电子拥有任何形式的体验，无论这种体验有多么原始，那么这都意味着它们必须具备多种不同的内部状态。
- 在泛心论中，每个粒子都带有原意识以及最基础的经验。在某些情况下，比如在你的大脑中，原意识会结合起来形成真正的意识。
- 泛心论的观点与物理学是相容的
- 对意识最合理的解释是，它与某些系统(如大脑)处理信息的方式有关。
- 还有一种可能是，意识是从已知的物质成分中弱涌现出来的，只是涌现的条件尚不明确罢了。这才是真正的“组合问题”。
其他意见(4) 我们能创造一个宇宙吗？——齐亚·梅拉利访谈录
齐亚·梅拉利的科学写作生涯
- 齐亚·梅拉利是一位成功的科学记者，曾为多家知名杂志撰文
- 她曾为《科学美国人》、《新科学家》、《发现》(Discover)和《自然》等杂志撰文。
- 她还与BBC(英国广播公司)和NOVA(美国公共广播公司旗下的科学纪录片系列)等媒体合作播送过科学报道。
- 齐亚·梅拉利在取得博士学位之后成功地转向了科学新闻领域
- 她为基础问题研究所做了大量宣传工作。
创造宇宙的可能性
- 暴胀理论认为，我们周遭的一切都来自弥漫在宇宙中的假想暴胀子场的量子涨落
- 如果这个场存在，我们就可以在实验室中再现类似的创世事件，孕育出一个婴儿宇宙。
- 创造这样一个婴儿宇宙需要将大量能量集中在一个很小的空间内
- 在可预见的未来，这是不可能的，但也许有一天会成为可能。
- 如果空间和时间也会经历量子涨落，那么婴儿宇宙就可以自发产生
- 这因为在量子理论中任何可能发生的事情最终都会发生。
对创造宇宙的看法
- 齐亚·梅拉利认为，创造一个宇宙需要的能量是有限而非无限的，于是这就变成了一个工程问题
- 这让她感到震惊和兴奋。
- 齐亚·梅拉利对创造宇宙的可能性表示怀疑
- 她认为，在实践中，我们短期内还做不到。
科学家对创造宇宙的看法
- 科学家认为成功创造宇宙的那一天终将到来
- 他们中有些人为此描绘了一幅非常浪漫的场景。
- 科学家对于工作中遇到的不那么科学的方面似乎比她想象中的要宽容得多
- 他们对于这些问题同样思考了很多：如果我们可以创造宇宙，那我们的宇宙是否也有创造者？你能分辨出来吗？你对有可能在你创造的婴儿宇宙中诞生的生命负有怎样的道德责任？还有一些他们在研究宇宙学、基础量子物理甚至量子引力时无意中遇到的其他发散的问题：宇宙需要有意识吗？我们是否都被嵌入了一个无所不包的更大的‘意识场’？我们有自由意志吗？
对伦理、宗教以及道德的看法
- 科学家和神学家对于伦理、宗教以及道德等问题的看法各不相同
- 科学家对于这些问题同样思考了很多，他们对此非常谦虚，承认他们有时候不知道该如何思考。
- 神学家对于这些问题的回答相当严谨，这种态度会以一种好笑的方式，毁掉这本书的精神。
- 齐亚·梅拉利希望所有人都能知道科学家对于这些问题的看法
- 她认为，既然已经选择投身于某些激情和使命，那么自然就会遇到这样的情况。
09 人类是可以预测的吗？
人类行为的可预测性
- 人类行为的许多方面都是相当容易预测的
- 例如，有时为了反应速度起见，神经反射会凌驾于意识之上掌控你的身体。
- 人类其他行为可以通过群体均值来预测，这些行为的建立来源于经济状况、社会规范、法律以及教养等因素的制约。
- 刻板印象之所以有趣，正是因为人类在某种程度上是可以预测的
- 英国人爱喝茶，爱看板球；如果你有外国口音，他们一定会向你解释英国开放水域中的天鹅全部归女王个人所有。
可预测性悖论
- 假设你现在有一个任务，是做出决定，例如我给你一块棉花糖，你要么接受，要么不接受。现在让我们想象一下，我预测了你的决定并告诉了你，那么你自然可以反其道而行之，这样我的预测就错了
- 因此，人类行为具有不可预测的要素。
量子力学与可预测性
- 量子力学从根本上来说是随机的，我们目前还不清楚量子效应在人类大脑中发挥什么作用
- 你可以用量子力学实验设备，或者打开手机上的“宇宙分裂器”来决定是否要吃棉花糖。而我，无法预测你会做出什么决定。
决策的概率是否可预测
- 我们目前掌握的自然规律而言，决策的概率是可预测的
- 就它们不可预测的程度而言，你无法完全掌控自己的决策。
计算机科学与可预测性
- 在计算机科学中，某些类型的问题是不可判定的，这意味着在数学上已经证明没有任何算法可以解决这些问题
- 王浩于1961年提出的多米诺问题是最著名的不可判定问题之一。
- 图灵指出，问题在于不存在可以判定任何给定的算法是否会停止的元算法。
哥德尔不完备性定理与可预测性
- 哥德尔不完备性定理表明，存在一些同样可以“看清所有哥德尔命题的真实性”的算法
- 我们能看清其真实性的原因在于，我们对该系统的了解比生成所有这些定理的算法更加全面。
- 如果我们把信息提供给一个新的算法，那么它就能像我们一样，看清前一个算法的哥德尔命题的真实性。
混沌与可预测性
- 混沌对可预测性的影响可能比我们想象中的还要大，因为存在蒂姆·帕尔默所说的“真正的蝴蝶效应”
- 真正的蝴蝶效应指的是，即使初始数据再怎么精确，最终也只能在有限时间内进行预测。
- 表现出这种行为的系统是决定论的，但同时也是不可预测的。
人工智能的脆弱性
- 人工智能不会很快就摆脱人类，因为它们在相当长的一段时间内还需要我们的帮助
- 人脑可能不是最好的思考装置，但它相比于我们迄今为止建造的所有机器来说都有一个显著的优势：它可以稳定运行好几十年。
- 一些人工智能研究人员甚至认为，某种类型的身体对于达到人类水平的智能来说是必要的。
- 人工智能的数量和种类起初都会很少，而且在很长一段时间内都将如此
- 通用人工智能的搭建和训练需要大量的人力和多年的时间，而且复制起来并不比复制人类大脑轻松。
- 它们一旦损坏就很难修复，因为就像人类的大脑一样，我们无法将硬件与软件分开。
预测不可预测性的实际后果
- 理解不可预测性有可能在未来产生哪些实际后果
- 我们回到天气预报的问题上来，假设纳维–斯托克斯方程的解在有限时间之外确实有的时候是不可预测的。
- 由于一条数学定理告诉我们天气预报无法得到改进，于是我们可能会得出这样的结论：投入大量资金来建设更多的气象测量站没有意义。
- 预测的可行性取决于初始状态，有些天气状况的变化趋势很容易进行长期预测，有些则不然
- 我们有必要知道什么是可以改进的，以及可以通过什么方式来改进。
- 如果可以预知麻烦什么时候会找上门来，我们也许就能及早全身而退
- 以经济系统为例，这是一种自组织、自适应的系统，其目标是优化资源分配。
- 为了创造一个能够(在有限时间内)实现想要的优化的经济系统，我们发展出了可计算经济学这一研究方向。
- 不可预测性也可能有助于优化的过程，比如小幅度的随机性有助于提高经济系统的效率
- 你可以把计算机算法想象成一种当你把它扔到山里的时候总会向上爬的装置，地形代表某个问题可能的解法，高度则代表一些你想优化的量，比如预测的准确性。
- 添加随机噪声可以防止这种情况发生，因为这样算法就有机会能碰巧发现一个更优的解。
结语 这个世界的终极目的究竟是什么？
科学家对基础物理学的反思
- 基础物理学研究人员没有对他们所做的事情进行充分的反思
- 他们使用了不科学的方法，并因此导致他们的研究陷入僵局。
- 他们所从事的一些研究从一开始就不科学，例如，大多数有关早期宇宙的假设都只是一些复杂的现代创世神话。
宗教与科学的共存
- 尽管我们在不断发现新的知识，但宗教和科学仍然会在很长一段时间内继续共存
- 这是因为科学本身存在局限性，而在科学的边界之外，我们会寻求其他的解释方式。
- 我们可能会观察到科学方法是有效的，然后总结说继续使用这些方法对我们有益，但仍然不知道它们为什么有效。
科学家可以从宗教中学到的东西
- 宗教对许多人都很重要，它能以科学做不到的方式影响人们
- 其中一部分原因在于宗教存在的时间更久，但也要考虑到有太多人认为科学是冷冰冰的、技术统治的，并且给人以不近人情的理性的感觉。
- 科学太缺少这种社会整合的过程了，这是我们可以改进，并且应当改进的方面。
科学的本质和意义
- 科学是一种理解世界的方式，能够引领我们发现真正新奇的事物
- 它拓宽了我们的视野，让我们看到了以前无法想象，更无法理解的可能性。
- 我们从与自然的互动以及对宇宙的研究中获得这些——换言之，我们从科学中汲取养分。
生命的意义
- 我们对知识的渴求无处不在，我们想要了解更多的知识，一定程度上是因为理解某些知识确实是有用的，但是我认为，主要的需求在于我们想要了解我们自己以及我们在这个世界上的位置
- 也许，宇宙正在朝向一种了解自己的状态演化着，而我们是它探索征程的一部分。
- 这种探索开始于自然选择偏向能对环境做出正确预测的物种，接下来是越来越了解自然的生物，现在则对我们(或多或少)有组织的科学事业青睐有加，无论这样的事业出自国内合作还是国际互助，无论是个人奋斗还是群策群力。