皇帝新腦：有關電腦、人腦及物理定律

　　牛津大學的羅杰·彭羅斯的《皇帝新腦》一書的出版是國際書界的一件大事。劍橋大學前年曾為它專門召開了一次學術會議。這本洋洋大觀的貫穿了電腦科學、數(shù)學、物理學、宇宙學、神經(jīng)和精神科學以及哲學的巨著體現(xiàn)了作者向哲學上最重大的問題之一“精神——身體關系”挑戰(zhàn)的大無畏精神。迄今為止的科學基本上都可納入形而下學的范疇，而這本書可認為是首次對形而上學進行的嚴肅嘗試。歷史上曾重復地出現(xiàn)過還原主義的思潮，最近代的便是人工智能專家的斷言：電腦最終能代替人腦甚至超過人腦。彭羅斯的論斷卻是：正如皇帝沒有穿衣服一樣，電腦并沒有頭腦。電腦具有智慧嗎？人們的共識是用通過圖靈檢驗來定義智慧。彭羅斯認為要制造出滿意地通過這種檢驗的機器還是非常遙遠的事。即使它真的通過了，我們還是不能斷定其真有理解力，西爾勒中文屋子的理想實驗強有力地表明，用圖靈檢驗來定義智慧還是遠遠不夠充分的。希爾伯特曾經(jīng)有過一個非常宏偉的規(guī)劃，一旦公理和步驟法則給定，一切真理都應該能被推導出來。著名的哥德爾定理使這個規(guī)劃的宏圖化為泡影。以算法來獲取真理的手段是非常受局限的，在任何一個形式系統(tǒng)中總存在不能由公理和步驟法則證明或證偽的正確的命題。康托關于無理數(shù)集合的不可列性、羅素集論的理發(fā)師佯謬、哥德爾定理以及電腦停機問題都是一脈相承地沿用了康托對角線刪除法而給予證明的。一言以蔽之，世界萬花筒般的復雜性不可能用可列的算法步驟來窮盡。靈感和直覺在發(fā)現(xiàn)真理方面比邏輯推導重要得多。彭羅斯和柏拉圖相認同，發(fā)現(xiàn)真理是精神和數(shù)學觀念的柏拉圖世界進行接觸。正如詢問宇宙在大爆炸之前是什么樣子的問題是沒有意義的一樣，柏拉圖世界是超越時空的，具有“遺世獨立”的品格。柏拉圖世界至少和物理世界一樣地具有實在性甚至兩者是合二為一的。他認為著名的孟德勒伯洛特集合一定是棲息在這個世界中，否則的話何以這么美麗呢？真可謂“此曲只應天上有，人間能得幾回聞？”牛頓力學、馬克斯韋電磁學、愛因斯坦相對論和量子力學給人類帶來了神速的技術進步，在使人們充滿了自信心的同時也給套上了宿命論的枷鎖。我們宇宙的一切都已完全為第一推動所決定。過去人們將第一推動歸于上帝。而量子宇宙論卻把第一推動也都摒除了，宇宙在時空上是有限無界的！這肯定是自以為具有自由意志的人類所不能忍受的，什么人愿意生活在這種宇宙中呢？遠離平衡態(tài)的熱力學耗散結(jié)構(gòu)也許是生命現(xiàn)象的雛形，動力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性導致的混沌之中又隱含著新的秩序，這些是對理解生命的努力，也是半個世紀前人們始料不及的，但這還不是形而上學的精神。彭羅斯猜測，宇宙也許的確是宿命論的，但同時是不可計算的。我們的宇宙究竟有自由意志的存身之所嗎？人類智慧的最偉大工程之一是愛因斯坦的統(tǒng)一場論。其主要困難在于量子力學和相對論之間的不協(xié)調(diào)。絕大多數(shù)物理學家都是責備相對論，認為廣義相對論只是一種唯象的理論。其實，就理論的美麗和經(jīng)濟性而言，相對論是遠遠地比量子力學優(yōu)勝。前者是人類智慧的產(chǎn)物，而后者是人們不得不接受的規(guī)則。量子力學的解釋中仍有許多困難，譬如波函數(shù)的坍縮、薛定諤貓佯謬和愛因斯坦——玻多爾斯基——羅遜“矛盾”。這些困難也許在超越過它們的量子引力中可以得到解決。廣義相對論的美麗和經(jīng)濟性體現(xiàn)在非線性之中，彭羅斯曾提出過非線性引力子的概念，這是從他早年對引力波碰撞的研究中得到啟發(fā)的。他猜測到，發(fā)生量子波函數(shù)的坍縮的判據(jù)在于其引力效應超過單引力子的閾值。彭羅斯鑲嵌是除了孟德勒伯洛特集合之外的對柏拉圖觀念存在性的有力支持。這兩個例子的共同性是它們的發(fā)現(xiàn)和近代科學的進展基本無關。準晶體的五重對稱性是這種鑲嵌的三維體現(xiàn)。彭羅斯猜測到，準晶體的生長的神經(jīng)元的行為既涉及到單引力子判據(jù)又涉及到量子引力的非定域性。時間及其方向也許是意識的最大秘密。彭羅斯提出了魏爾曲率猜測，宇宙的引力熵由魏爾曲率來度量，而在大爆炸奇點處它必須為零，可惜迄今連這種關系的表達式都還沒有找到，也許它必須是非定域的。他認為時間流逝的方向是由此衍生而來的。原子時間、生物時間和宇宙時間以及時間箭頭只不過是對時間概念的粗糙近似。愛因斯坦——玻多爾斯基——羅遜“矛盾”表明波函數(shù)坍縮是和狹義相對論的定域性以及因果性相矛盾，更遑論廣義相對論了。在精神現(xiàn)象中，甚至時序都發(fā)生混亂，在靈感、直覺過程中或者在與柏拉圖世界接觸時似乎時間被不可思議地壓縮了，它們甚至不發(fā)生在時間里。我們在洋洋自得的同時，又發(fā)現(xiàn)科學理論的成就還是這么貧弱。要完全弄清時間的含義得有待于量子引力的成功，這也是推動精神物理發(fā)展的關鍵。彭羅斯對引力物理有過許多重要貢獻，他（和霍金一道）證明了廣義相對論的奇點的不可避免性，提出了黑洞的捕獲面，以及克爾黑洞的能層概念。他發(fā)明了研究時空的拓樸結(jié)構(gòu)的主要工具即彭羅斯圖。他對類空、類時和零無窮的闡釋使引力輻射的圖像更具形象。他把旋量引進引力物理，使輻射問題的研究更新，這就是紐曼——彭羅斯形式，在此框架中他證明了剝皮定理，即向無窮遠輻射的引力可按照其衰減方式被分成四個層次（電磁波只有兩個層次）。本書充滿了許多猜測，正如歷史上的許多猜測的命運一樣，一些會存活，另一些會被淘汰。不管它們的命運如何，這正是當代思想家、哲學家和科學家必須去做正面沖突的問題。本書的字里行間充滿了作者探索真理的靈感和激情。譯者歷經(jīng)一個寒暑的辛苦，終于把這譯本奉獻在讀者面前。但愿在瀏覽此書之時，會有王獻之行走于山陰道上目不暇接之感。人們在忙碌于都市生活之余，抽空到蘭亭一游不也是件賞心樂事嗎？<

　　羅杰·彭羅斯（RogerPenrose）英國數(shù)學物理學家，從1973年起擔任牛津大學的羅斯·波勒數(shù)學教授，是全世界公認的最博學和最有創(chuàng)見的科學家、思想愛、哲學家。許明賢，1947年出生于上海，1968年清華大學無線電系畢業(yè)，之后任教于中國科技大學。目前在美攻讀博士學位。吳忠超，1946年出生于福州，1968年畢業(yè)于中國科技大學無線電系，并任教于該校。1984年在霍金教授指導下，得到劍橋大學博士學位。