皇帝新腦：有關(guān)電腦、人腦及物理定律

　　牛津大學(xué)的羅杰·彭羅斯的《皇帝新腦》一書(shū)的出版是國(guó)際書(shū)界的一件大事。劍橋大學(xué)前年曾為它專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了一次學(xué)術(shù)會(huì)議。這本洋洋大觀的貫穿了電腦科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、宇宙學(xué)、神經(jīng)和精神科學(xué)以及哲學(xué)的巨著體現(xiàn)了作者向哲學(xué)上最重大的問(wèn)題之一“精神——身體關(guān)系”挑戰(zhàn)的大無(wú)畏精神。迄今為止的科學(xué)基本上都可納入形而下學(xué)的范疇，而這本書(shū)可認(rèn)為是首次對(duì)形而上學(xué)進(jìn)行的嚴(yán)肅嘗試。歷史上曾重復(fù)地出現(xiàn)過(guò)還原主義的思潮，最近代的便是人工智能專(zhuān)家的斷言：電腦最終能代替人腦甚至超過(guò)人腦。彭羅斯的論斷卻是：正如皇帝沒(méi)有穿衣服一樣，電腦并沒(méi)有頭腦。電腦具有智慧嗎？人們的共識(shí)是用通過(guò)圖靈檢驗(yàn)來(lái)定義智慧。彭羅斯認(rèn)為要制造出滿(mǎn)意地通過(guò)這種檢驗(yàn)的機(jī)器還是非常遙遠(yuǎn)的事。即使它真的通過(guò)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(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力地表明，用圖靈檢驗(yàn)來(lái)定義智慧還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠充分的。希爾伯特曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)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(yīng)該能被推導(dǎo)出來(lái)。著名的哥德?tīng)柖ɡ硎惯@個(gè)規(guī)劃的宏圖化為泡影。以算法來(lái)獲取真理的手段是非常受局限的，在任何一個(gè)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?？低嘘P(guān)于無(wú)理數(shù)集合的不可列性、羅素集論的理發(fā)師佯謬、哥德?tīng)柖ɡ硪约半娔X停機(jī)問(wèn)題都是一脈相承地沿用了康托對(duì)角線(xiàn)刪除法而給予證明的。一言以蔽之，世界萬(wàn)花筒般的復(fù)雜性不可能用可列的算法步驟來(lái)窮盡。靈感和直覺(jué)在發(fā)現(xiàn)真理方面比邏輯推導(dǎo)重要得多。彭羅斯和柏拉圖相認(rèn)同，發(fā)現(xiàn)真理是精神和數(shù)學(xué)觀念的柏拉圖世界進(jìn)行接觸。正如詢(xún)問(wèn)宇宙在大爆炸之前是什么樣子的問(wèn)題是沒(méi)有意義的一樣，柏拉圖世界是超越時(shí)空的，具有“遺世獨(dú)立”的品格。柏拉圖世界至少和物理世界一樣地具有實(shí)在性甚至兩者是合二為一的。他認(rèn)為著名的孟德勒伯洛特集合一定是棲息在這個(gè)世界中，否則的話(huà)何以這么美麗呢？真可謂“此曲只應(yīng)天上有，人間能得幾回聞？”牛頓力學(xué)、馬克斯韋電磁學(xué)、愛(ài)因斯坦相對(duì)論和量子力學(xué)給人類(lèi)帶來(lái)了神速的技術(shù)進(jìn)步，在使人們充滿(mǎn)了自信心的同時(shí)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(dòng)所決定。過(guò)去人們將第一推動(dòng)歸于上帝。而量子宇宙論卻把第一推動(dòng)也都摒除了，宇宙在時(shí)空上是有限無(wú)界的！這肯定是自以為具有自由意志的人類(lèi)所不能忍受的，什么人愿意生活在這種宇宙中呢？遠(yuǎn)離平衡態(tài)的熱力學(xué)耗散結(jié)構(gòu)也許是生命現(xiàn)象的雛形，動(dòng)力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的混沌之中又隱含著新的秩序，這些是對(duì)理解生命的努力，也是半個(gè)世紀(jì)前人們始料不及的，但這還不是形而上學(xué)的精神。彭羅斯猜測(cè)，宇宙也許的確是宿命論的，但同時(shí)是不可計(jì)算的。我們的宇宙究竟有自由意志的存身之所嗎？人類(lèi)智慧的最偉大工程之一是愛(ài)因斯坦的統(tǒng)一場(chǎng)論。其主要困難在于量子力學(xué)和相對(duì)論之間的不協(xié)調(diào)。絕大多數(shù)物理學(xué)家都是責(zé)備相對(duì)論，認(rèn)為廣義相對(duì)論只是一種唯象的理論。其實(shí)，就理論的美麗和經(jīng)濟(jì)性而言，相對(duì)論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地比量子力學(xué)優(yōu)勝。前者是人類(lèi)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(xué)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(ài)因斯坦——玻多爾斯基——羅遜“矛盾”。這些困難也許在超越過(guò)它們的量子引力中可以得到解決。廣義相對(duì)論的美麗和經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在非線(xiàn)性之中，彭羅斯曾提出過(guò)非線(xiàn)性引力子的概念，這是從他早年對(duì)引力波碰撞的研究中得到啟發(fā)的。他猜測(cè)到，發(fā)生量子波函數(shù)的坍縮的判據(jù)在于其引力效應(yīng)超過(guò)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(duì)柏拉圖觀念存在性的有力支持。這兩個(gè)例子的共同性是它們的發(fā)現(xiàn)和近代科學(xué)的進(jìn)展基本無(wú)關(guān)。準(zhǔn)晶體的五重對(duì)稱(chēng)性是這種鑲嵌的三維體現(xiàn)。彭羅斯猜測(cè)到，準(zhǔn)晶體的生長(zhǎng)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(shí)間及其方向也許是意識(shí)的最大秘密。彭羅斯提出了魏爾曲率猜測(cè)，宇宙的引力熵由魏爾曲率來(lái)度量，而在大爆炸奇點(diǎn)處它必須為零，可惜迄今連這種關(guān)系的表達(dá)式都還沒(méi)有找到，也許它必須是非定域的。他認(rèn)為時(shí)間流逝的方向是由此衍生而來(lái)的。原子時(shí)間、生物時(shí)間和宇宙時(shí)間以及時(shí)間箭頭只不過(guò)是對(duì)時(shí)間概念的粗糙近似。愛(ài)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(duì)論的定域性以及因果性相矛盾，更遑論廣義相對(duì)論了。在精神現(xiàn)象中，甚至?xí)r序都發(fā)生混亂，在靈感、直覺(jué)過(guò)程中或者在與柏拉圖世界接觸時(shí)似乎時(shí)間被不可思議地壓縮了，它們甚至不發(fā)生在時(shí)間里。我們?cè)谘笱笞缘玫耐瑫r(shí)，又發(fā)現(xiàn)科學(xué)理論的成就還是這么貧弱。要完全弄清時(shí)間的含義得有待于量子引力的成功，這也是推動(dòng)精神物理發(fā)展的關(guān)鍵。彭羅斯對(duì)引力物理有過(guò)許多重要貢獻(xiàn)，他（和霍金一道）證明了廣義相對(duì)論的奇點(diǎn)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(shí)空的拓樸結(jié)構(gòu)的主要工具即彭羅斯圖。他對(duì)類(lèi)空、類(lèi)時(shí)和零無(wú)窮的闡釋使引力輻射的圖像更具形象。他把旋量引進(jìn)引力物理，使輻射問(wèn)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(wú)窮遠(yuǎn)輻射的引力可按照其衰減方式被分成四個(gè)層次（電磁波只有兩個(gè)層次）。本書(shū)充滿(mǎn)了許多猜測(cè)，正如歷史上的許多猜測(cè)的命運(yùn)一樣，一些會(huì)存活，另一些會(huì)被淘汰。不管它們的命運(yùn)如何，這正是當(dāng)代思想家、哲學(xué)家和科學(xué)家必須去做正面沖突的問(wèn)題。本書(shū)的字里行間充滿(mǎn)了作者探索真理的靈感和激情。譯者歷經(jīng)一個(gè)寒暑的辛苦，終于把這譯本奉獻(xiàn)在讀者面前。但愿在瀏覽此書(shū)之時(shí)，會(huì)有王獻(xiàn)之行走于山陰道上目不暇接之感。人們?cè)诿β涤诙际猩钪?，抽空到蘭亭一游不也是件賞心樂(lè)事嗎？<

　　羅杰·彭羅斯（RogerPenrose）英國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家，從1973年起擔(dān)任牛津大學(xué)的羅斯·波勒數(shù)學(xué)教授，是全世界公認(rèn)的最博學(xué)和最有創(chuàng)見(jiàn)的科學(xué)家、思想愛(ài)、哲學(xué)家。許明賢，1947年出生于上海，1968年清華大學(xué)無(wú)線(xiàn)電系畢業(yè)，之后任教于中國(guó)科技大學(xué)。目前在美攻讀博士學(xué)位。吳忠超，1946年出生于福州，1968年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)無(wú)線(xiàn)電系，并任教于該校。1984年在霍金教授指導(dǎo)下，得到劍橋大學(xué)博士學(xué)位。