初始与归宿_宇宙重构

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初始与归宿_宇宙重构 转换的主宰从初始状态到特定归宿准确性计算量与同时性的障 碍测不了原理哲学思考的困惑选择的权力属于所有物质可逆转换结构集成信息集成的经济性思维集成人类处于转折点核武器与人际关系资源危机 在毁灭之前做些什么
任何结构都可以转换,任何事物都处于转换过程之中。有些结构看起来是不变的,那是因为它的变化极其缓慢;有些人试图以不变应万变,那不过是他的一厢情愿。
事实上,任何物质都可以从有结构状态转化为无结构状态,也可以从无结构状态转化为有结构状态,还可以从一种结构状态转化为另一种结构状态(这是最常见的转换,也是研究得最多的转换)。但是,我们并不清楚转换的主宰是什么,只知道任何转换只能在一定的条件下发生,我们称这些条件为空间、时间、能量、信息、意志和各种作用力;对于一种结构来说,影响其转换的条件还包括对其产生作用的其他结构(它们提供作用力、能量、信息、意志和物质原材料)。
所谓转换只能在一定的条件下发生,通常被引伸为,在一定条件下,一种结构物只能转化为另一种特定的结构物;也就是说,当条件确定时,一种初始状态的结构,在转换之后,只能有一个特定的归宿。这种引伸,为许多人或许多科学家带来了极大的希望。他们相信,只要把事物的初始状态搞清楚,便能够准确无误的预言或预算出事物的未来状况,而这正是人们迫切希望知道的,并且比未卜先知、占卜预知来得更科学更可靠。
应当承认,科学家的这种愿望,以及工程技术实验专家的实施实现这种愿望的能力,正是推动并造就近几百年人类科学技术突飞猛进的基础,它已经能够准确无误地将人送到月球上并安全地返回。
不过,这种美好的愿望,存在着两个难以逾越的障碍,一个是技术上的,一个是哲学上的。所谓技术障碍涉及到几个问题,其一是准确性问题,即绝对精密地测定初始状态的各种性质的量,受到测量仪器精密度的限制,失之毫厘便可能谬之千里,微小的初始状态不同可以导致绝然不同的结果。前苏联学者尤·阿·里亚波夫在《天体力学浅谈》中指出,至今我们无法精确或真正解决三体或多体(指星体)运动方程问题,因为一切都取决于“初始条件”,但第一次相遏的微小差异将导致第二次相遇的巨大差异,这样“初始条件”些微不同便会导致完全不同的结果。事实上,追求准确性的愿望,至少在微观结构研究中遭到无情的否定,即著名的测不准原理。
其二是计算量的问题。追求准确性必然加大计算量,追求无限的准确性,必将导致无限大的计算量;一个复杂的事物,可能具有众多的性质,而且它将受到无数其他事物的影响,要想知道它的初始状态同样导致无限大的计算量。这种无限大的计算量,实际上否定了获得绝对准确初始状态的可能性(任何高级复杂快速的电了计算机,都是有限的结构,它不可能处理无限大的计算量)。
其三,同时性问题。所谓初始状态,是指事物在某一时刻或瞬间的状态,通常我们只能在滞后一段时间后才能获得初始状态的信息,并且必须同时处理初始状态的所有信息。但是,同一事物初始状态的不同性质是以不同的速度传递的,例如大气放电现象,其闪电是以光速传递的, 其雷击则以声速传递。因此我们不能同时获得所有的初始信息;当距离遥远时,例如宇宙星体之间的相互作用,其引力作用是瞬时传递的(科学家相信或认定引力作用不需要时间),其能量作用(光能)以每秒 30 万公里的速度传递,其问的时间差可能高达数年、数百年、数万年,在这种情况下我们根本不知道或无法同时知道遥远星体的初始条件。
此外,测不准原理表明,对于微观粒子,我们无法同时测定它的位置坐标和它的动量,当我们准确测定它的位置时,便无法得到它的动量的准确值,反之亦然。显然,我们根本不可能真正知道微观粒子的初始状态,这是因为测量仪器的测量行为已经干扰或改变了微观粒子的初始状态,或者说在这种测量状态下微观粒子丧失了独立性而与测量仪器密不可分。
其四,干扰性问题。所谓测不准原理,其实是测不了原理,它的本质在于微观结构与宏观结构之间缺少恰当的通信载体(在字观结构与宏观结构之间同样存在这个问题);在这种情况下,测量者的测试行为,不可避免地改变被测物的初始状态,甚至破坏摧毁了被测物的原有结构。在生命状态的研究中,物理学家试图将其归结为分子结构,但是要想知道一个活的生物个体内的分子结构状态,必须进行各式各样的测量,而这些测量将导致生物个体的生命活动受到干扰甚至死亡。
即使所有的技术障碍都能够克服(对于某些自然结构的转换来说,似乎不需要测量与计算,便能够准确地演化,泛滥的河水会自动地找到低凹地聚集起来),仍然存在着许多逻辑障碍。
首先,我们无法在理论上证明,条件相同时一种结构物只能转化成另外一种特定的结构物(所谓“另外一种”不够严格,实际上应为“另外几种”,例如冰在零度以上时,可转化为液体水,也可转化为气体水,其他物质在分解时转化的结构形式就更多了,但它们都是特定的)。事实上,在可逆化学反应中,相同的条件,物质结构可以同时向两个方向转化。对于大爆炸理论来说,宇宙蛋的物质是相同的,它们在相同的条件下开始转换,其结果却形成了千奇百怪的结构物。可见在条件相同时,一种结构物可以转化成许多不同的结构物。
其次,如果条件相同时一种结构物只能转化成另外一种特定的结构物,那么必将导致机械决定论和宿命论,即一切事物都是命中注定的,它诞生的那一时刻就已经决定了它以后的任何遭遇,它不能够选择也不能够改变自己的命运,从太阳系形成的那一天就注定了笔者要在此时此地写这本书这一节,或某个读者要在彼时彼地阅读这本书的这一节。
许多人都相信宿命论,因为宿命论是建立在因果律的基础之上的,什么样的前因导致什么样的结果,它实际上就是我们这里讨论的问题(条件相同时一种结构物只能转化成另外一种特定结构物),也就是只承认必然性而否定偶然性。这些人希望能够找到一部天书或一本密码簿,那里记录着末来所有事物的归宿,或者希望能够跨越时间障碍,亲眼看到过去的事情和未来的事情。
许多人不相信宿命论,对他们来说,宿命论太可怕太荒谬太不现实了,因为他们有自己的意志,对每一件事物都可以有一种以上的选择,决定他们未来的不仅有客观条件,还有机遇和自我选择,既有必然性,也有偶然性和选择性。这些人很快就会发现,选择的权利不仅属于人类, 也属于其他生物,甚至属于所有的物质;不过很多人并不总是使用自己的选择权,其他物质似乎也是如此。
在结构转换中存在许多有趣的现象,一种是可逆转换,冰可以化为水,水可以结为冰,从理论上说这种转化可反复进行无数次;对比之下,蓄电池的冲电和放电转化只能进行有限的次数,超过一定限度转换就不能进行了。显然,还存在一种不可逆转换(从根本上说任何事物都是可以转换的,所谓不可逆实际是说不能够直接进行可逆转换,而必须经过多级转换之后才能够使终结状态转换为初始状态,而多级转换之链是如此的复杂和漫长,以致在实际上常常是不可能的或遥遥无期的),例如接通电源的灯泡放出光来,但是四面八方的光射到灯泡上却不能够使它放出电来。
在自然转换中,人们最津津乐道的不可逆转换是,热量只能从高温物体流向低温物体,而不能够自动地从低温物体流向高温物体;或者说任何其他能量(光能、电能、机械能)可以百分之百地转化成热能,而热能却不可以百分之百(通常仅百分之几到百分之几十)地转化成其他形式的能量。这种现象被描述成物理学第二定律,并引伸为宇宙演化的归宿——热寂(宇宙各处的温度相同,从而停止变化)。
但是,宇宙经过 150 亿年,非但没有进入热寂状态,反而呈现出生机勃勃的景象,其中最明显的标志就是出现了高度有序化的结构,如地球上的生命和人类(有人认为,局部的有序化是以全局的无序化为代价的,因此整个宇宙仍在走向热寂)。如果不存在上帝,那么生命的出现,表明某些物质存在着自组织能力,它们自动地从简单结构组织成复杂结构。在自组织过程中,存在着结构集成和信息集成,它们构成了结构物的不断扩展与升级。
所谓结构集成,即形成了结构功能块,它类似于电子计算机的集成电路块,由它们可以更方便地搭配出复杂的结构物。所谓信息集成,是指自组织过程中形成了集中的信息密码或指令块,由它们指导着自组织过程中的每一步变化,例如生物的遗传基因,它记录着该生物的生长程序。
显然,信息集成是神奇的,因为它实现了一种非常经济的转换,即用非常少的物质(遗传基因)来对应非常多的物质(生物个体),这种转换是不守恒的(通常一种结构物转化成另外的结构物都是守恒的,即物质不灭定律;或许也可以称为信息守恒定律,即这种结构信息一对一的转化为那种结构的信息)。从这个角度来说,思维集成(大脑)则是玄妙的,因为我们对万事万物的认识或理解,实际上是在用思维重构宇宙,即用 1000 克物质来对应所有的宇宙物质,这可能是一种更经济的转换。
让我们先抛弃那些神奇的玄妙的事情,对于结构转换来说,最现实的问题即生存还是毁灭?
几百年前,莎士比亚似乎预见到了人类今天的窘境,他钟爱的主人公沉重地问道:生存还是毁灭?稍后一段时间,曹雪芹无限悲凉地预言:白茫茫大地真干净!现代稍有责任感的科学家或学者,无不严肃地指出:人类处于转折点。悲观的学者认为,任何人类的进步都加快了自己的灭亡;乐观的学者认为,如果人类及时采取行动,那么一切都还来得及。 人类遇到的危机,归根到底是人性的危机,或者说是人类生存目的与生存条件的危机,它表现在人与人的关系上面和人与物的关系上面。一般来说,人性是复杂的多方向的,每个人都可以有不同的生存目的;但是,对于绝大多数人来说,他们的生存目的是占有和使用尽可能多的资源,以使自己生存得更好并且更能够充分地展现自己的个性。这样,在人际关系方面,他们首先要扩展或维护自己的利益,其次才是承认他人的利益。历史经验一再证明,当利益发生尖锐冲突时,人类很容易采取战争的手段来扩展或保卫自己的利益;为此,人类不断地发明发展先进的大杀伤力的武器,直至发明制造出化学武器、细菌武器、核武器。
目前全世界的核武器总量,使地球上每一个人都分配到数十吨甚至数百吨的炸弹。显然,这充分表明人类在谋利问题上的坚决态度,他们不惜以同归于尽的方式来捍卫自己的利益;不过,同归于尽毕竟是痛苦的,而且是不可挽回的。因此,人类的第一个十字路口,向左是不择手段争夺利益而走向毁灭,向右是通过协商分配(或瓜分)利益而维持生存。
在人与大自然的关系方面,人类把大自然的一切资源都当成利益并试图无限地占有和使用,从而造成了资源危机。资源危机主要表现在能源与环境两个方面,我们已经说过,人类目前使用的主要能源石油、天燃气、煤,是地球在几十亿年里储存下来的太阳能,按目前的储量和消费速度,乐观的估计也只能够再用几十年到一百年;到那时,已经习惯于汽车、火车、飞机代步的人类,由于没有汽油柴油而陷入一片混乱和痛苦之中,以致他们可能会为了争夺所剩无几的石油而甘冒战争或毁灭的危险(目前人们寄希望于找到新的能源,最有希望的是太阳能转化为电能,其技术包括太阳能光电池、水力发电、风力发电,以及高效率的蓄电池;不过,对人类来说,并不是所有的愿望都能及时地实现)。
环境危机实质上也是资源危机,一方面人类需要的资源不断减少,如干净的空气、干净的水、干净的食物,以及干净的太阳光(臭氧层的破坏,可使大量紫外线射到地面并危及人类和其他生物的生存)。另一方面,人类无法利用的资源和对人体有害的资源不断增加(从理论上说,任何物质材料都可视为资源,它们共同构成了生存环境和使用的对象),以致人类无法正常健康地生存。
其实,环境危机是与生命现象同时出现的,人们已经认识到,生命开始于把外界环境视为自己的组成部分,或者说生命在构造自己的同时也在构造周围的环境。因此,生命现象或生命历程,是由生物个体与它周围的环境共同构成的,当环境破坏时或出现环境危机时,依赖于这种环境的物种就有可能灭绝。
历史经验表明,许多民族的兴亡,都与环境条件有关,有些环境变化是自然造成的,有些环境变化则是人们自己造成的。在美洲的茂林中,在束埔寨的雨林中,在中国西北的大漠上,都有被人们废弃的古城,其原因都在于环境的变化使人们无法在那里继续生存,植被的破坏和城市垃圾的堆积,改变了气候污染了环境。
今天,科学技术的长足进步,使人类拥有了改变并破坏整个地球环境的能力,15%的工业发达国家排放出 77%的工业废料;人类在追求物质新结构的功能时,往往忽略了这些新结构的种种破坏环境的效应;人 类的生存目的已经远远超过了已往所有生物的生存目的,在这种情况下,人类正在以牺牲环境来满足自己的欲望。因此,人类的第二个十字路口,向左是不择手段地创造并追求利益,以致彻底破坏环境而走向毁灭;向右是约束自己的欲望,只追求有限的利益,以便修复环境而维持生存。
通常将利益分为物质财富和精神财富两类,物质财富涉及到对物质资源的占有和使用,它的分配是排他的,即某些人对某些资源的占有和使用,将排斥其他人对该资源的占有和使用。精神财富涉及到对知识学问的占有和使用,它的分配是兼容的,即某些人对某些知识学问的占有和使用,并不排斥其他人对该知识学问的占有和使用,也就是说知识财富是可以无限分配的。由于知识学问的使用往往有助于获得更多的物质财富,因此人们为了追求或占有物质财富,常常要限制知识学问的无限分配(知识产权和情报信息保密)。此外,名誉地位等精神财富往往也与物质财富有关。
不幸的是,人类至今为止,对物质利益的追求或欲望仍然是无限的,有限的资源对于无限的欲望来说,永远是不能满足的;也就是说,人类在两个十字路口上,更可能向左走。辉煌使人类忘却了毁灭的危险,利令智昏不仅适用于个人,也适用于团体、国家、人类。
看来,我们似乎有必要在毁灭之前做些什么,或者为了毁灭后的新生提前做些准备工作。例如,采用先进的技术,有意地将记录人类文明的东西(书、录相带、录音带之类)封存在密闭容器中,或许还应把许多文物、结构物(工具、生物基因、机器、仪器设备)封存在可靠的地方,那里能够经得住任何规模的核战争的考验,从而在劫难之后保留下来人类文明的种子,免得幸存者重新经历钻木取火的漫长历程。
事实上,这并不是妃人忧天或危言耸听,而是真真切切的危机。因为毁灭人类的核武器已经被人类制造出来了,毁灭生态环境的污染物正在以惊人的速度被人类释放出来。除非人类有新的选择,而新的选择取决于人类新的生存目的,人类的智慧引导人类来到了转折点,来到了十字路口。

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