最前沿物理學——"時間，就是無知」（4）

19世紀的一場公開辯論

要想理解世界，物理學家們的客觀性就首先是與信息密切相關的。物理學不只是一種研究本質的本體論，它首先應該是一種方法論——它首先應該研究的是，我們是以什麼方式去了解我們所了解的東西，並且應該研究與我們的認知相關的局限。漢斯認為：「如果我們能夠理解信息的本質，並將其涵容於我們的物理世界模型之中，那將是我們朝著真正理解客觀現實這一目標邁出的第一步。」「一切皆源自信息？」（It from Bit?）這是美國物理學家在1989年提出的一個口號，巧妙的歸納了物理學家們的雄心壯志。

也許我們周遭的一切真的只是一個由0和1構成的巨大漩渦的表現？也許我們真的應該用純信息學的術語去重新定義物理學的法則、重新定義空間、時間以及物質的概念？這一思想看上去如此離奇，但其實，早在19世紀下半葉熱力學奠基之時，就已經激起了一場紛紛嚷嚷的公開辯論。熱力學研究的是蒸氣機內部的熱流，當時建立這一學科的堅實基礎就是一些可測量的物理概念（比如能量、熱、溫度和熵），以及一些簡單明確的定律（比如能量守恆定律或熵增加原理），還有就是經過證明的能夠提高機械效率的一種有效係數。

熱力學的例子

當時在物理學界一石激起千層浪的問題就是，這些主宰著宏觀物質的法則與分子的微觀屬性到底有何聯繫。奧地利物理學家路德維希玻爾茲曼是第一個通過提倡方法論的態度為解答這個問題掃清了障礙的人：他藉助統計學研究，在1875年證明熵的概念——熱力學的中心概念——能夠被解釋為對混亂程度的測量、對一個系統中每個分子位置和速度等未知信息的量的測量。然而，正如蘇格蘭人詹姆士麥克斯韋所強調的那樣，「混亂，和與其對應的秩序一樣，並非物質本身的屬性，而是取決於觀察它們的人的精神因素」。也許那些具有天賦的感知力、記憶力和計算能力的超人才有可能了解分子的所有奧秘並為熵賦予一個虛空的值。這些物理學家可謂是信息時代先驅，他們不顧當時那些現實主義定義的捍衛者的尖叫和驚呼，大膽的斷言熱力學概念是「與我們所認知的外延相關的」，這些概念只存在於「僅具有中等認知水平的人的頭腦中，這些人能夠發現某些形式的能量，同時卻忽略了其他形式的能量」。

這場辯論一直沒有定論。幾十年後，同樣的「本體論」和「方法論」之爭又隨著量子力學的誕生而展開了。在物質最深處發現的奇異性將物理學家們逼進了死胡同，他們中的許多人早早的就預感到有必要換一個角度進行思考。不過，這要一直等到20世紀50年代初洛德香農提出信息數學理論以及20世紀80年代中期該理論與量子理論發生碰撞之時，這種「信息學的態度」才漸漸成為了科學研究的一個計劃。這個計劃之所以如此吸引人，是因為香農的理論和物理學都有一個共同的目的：最大限度的對信息進行壓縮。事實上，在香農看來，這種壓縮是估算一條消息中所包含的信息量的唯一方法；而在物理學家們眼中，這種壓縮就要求我們要找到能夠歸納儘可能多的現象的、具有足夠普遍性的法則和概念。儘管信息的概念依然很難定義，但今天新一代的物理學家們已經準備好了要重新繼承麥克斯韋和玻爾茲曼的瀆聖的勇氣。

「時間，就是無知」

只不過，如今，他們要用信息術語重新詮釋的是物理學用來描述世界的所有概念：空間、時間、物質、定律。要實現這個計劃，就不可避免的要對愛因斯坦用來描述物質、時間和空間之間關係的廣義相對論進行重新詮釋。進行這樣的重新詮釋，人們還沒有什麼把握。最困難的並不是空間概念。傳統上認為，空間一詞指的是物體在其中運動的幾何環境。但在卡爾洛羅維利看來，「空間就是關係」。這位任職於馬賽地中海大學的義大利理論學家證明了從基礎的互動網路——即信息交換網路——出發，就能建構一個擁有一切空間屬性的實體。這就有點像是古代軍人穿的鎖子甲，湊近一些觀察，就會發現它並不是一個平面，而是交織在一起的許多小球。為了得出這一結論，羅維利運用了源自「球體量子引力學」（這門正在興起的學科的目的是將量子理論和相對論統一起來）的一些方法。因此，一直被當作運動的範疇的空間，可以從信息學的角度，被重新定義為無數數據本地傳送的結果。

「至於時間。人們已經有了一些奇思妙想，不過仍然很模糊」，羅維利進一步解釋道。儘管如此，他還是和法國數學家阿蘭科納一起，揭示出時間流並不存在於微觀層次，而是產生於宏觀層次上我們的那種對信息進行壓縮的必然需要。更確切的說，只有忽略各種基本態之間的信息差別，我們才有可能觀察到參數t，這個參數不隸屬於任何態，並且具有時間的所有特性。就像熵一樣，如果戴上信息學的眼鏡去考察時間這個概念，就會發現它也取決於觀察者的信息處理能力，它也是只存在於像我們這樣「僅具有中等認知水平的人的頭腦中」。可能時間並不是一個用來標記事件進度的獨立的流，而是我們沒有深入了解事件細節的能力的標誌！年輕的俄羅斯哲學家阿列克謝格蘭邦在其論文中也花了一部分篇幅來探討這個問題，他就此提出了一句令人驚駭的格言：「時間，就是無知。」

那麼，對於物質和能量的概念又該如何重新詮釋？目前，人們暫未找到任何明確的途徑。但是，就像阿列克謝格蘭邦鎖強調的那樣：「電子或原子，它們首先是一些詞語，是普通語言中的一些辭彙；有了這些詞，我們就可以不去考慮這些物體到底是由什麼構成的。」而在方法論的浩大計劃中，就必須使用信息術語對這些詞加以重新定義。也許有一天，會有一種新的理論能夠通過信息概念將量子力學和廣義相對論統一起來，到那時我們就能找到答案了。而這正是英國物理學家呂希安哈代所接受的挑戰，為此他提出了一個全新的概念：「原因曲線」，也就是理解我們所具有的為湧入大腦的信息提供邏輯解釋的意願。

儘管目前我們還無法判斷這種「通向量子引力學的新途徑」是否正確，但這種「原因曲線」可以被看作是那些方法論新概念的范型，它們的使命就是全面主導物理學。在人類進入到「信息時代」的今天，物理學的目的不再只是描述世界的本來面貌，而更多的應該是描述我們那被困在顱骨之中的大腦為了理解世界所進行的頑強努力。物理學要作的，不再是通過方程式去對在時間和空間中運動的物質進行計算，而是要以我們為了掌握數據浪潮而做的有限然而勇敢的努力為出發點，使這些概念顯現出來。

說到底，物理學正在重新定義的，不僅是外部世界，而更多的是我們人類的境遇。是的，從某種意義上說，我們的確是被關在一個類似《黑客帝國》所展示的虛擬世界之中！但和影片所表現的不一樣，這個世界並不是一個普普通通的電腦程序：在與這個世界共處時，我們所得到的，就是我們自己對信息進行計算的結果。這個結果不僅不能奴役我們，相反還能使得我們得到解放，防止我們被那洶湧澎湃於我們周圍的信息巨浪所淹沒。而且，今天，新一代的物理學家們已經下定決心要解開這個結果的密碼。

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