慎点!那些被科学家“召唤”的妖兽
2021-01-11
Nature自然科研
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导读:

  第三届世界顶尖科学家论坛上,一场别开生面的科学“马拉松”——莫比乌斯云论坛让我们窥见了来自全球各个领域的顶尖科学家的巨大脑洞。他们齐聚云端,畅想人类科技蓝图,做出关于未来的大胆“预言”。他们无穷无尽的想象力到底从何而来?一位科学史学家给出了非常特殊的答案:或许他们借助了妖兽的力量

一部妖兽潜行的思维实验史

  强大计算机的运作、演化的过程、推动全球经济的市场力量——为了将这些看不见的力量概念化,研究人员长期以来一直在利用妖、魔鬼、鬼怪或精灵做思维实验。

  这些妖兽并不是迷信和伪科学的产物。科学史学家希梅纳·卡纳莱斯认为,它们是很有用的概念,对科学的发展起着重要作用。她的最新著作《魔怔》统计了几个世纪以来被想象出来的妖兽,并梳理了它们的影响。

相关图书

《魔怔:妖兽潜行的科学史》(Bedeviled: A Shadow History of Demons in Science)

作者:希梅纳·卡纳莱斯(Jimena Canales)

出版社:普林斯顿大学出版社(2020)

物理学家麦克斯韦设想了一个可以逆转熵的妖(demon)
来源:Science History Images/Alamy

  十七世纪的法国哲学家笛卡尔(René Descartes)曾设想过一种令人不安的可能性:某个邪恶的精灵可能劫持了我们对现实的感受。这个“歹毒的恶魔”会左右我们以为我们看到、听见、闻到和触摸的东西——预示了虚拟现实如今对我们生活的挑战。笛卡尔的观点让他对自己的理智乃至存在产生了质疑。他声称“我思故我在”(cogito ergo sum),并通过这种方式回到现实。一个理智的人挫败了骗人的恶魔。

物理学的幽灵

  十九世纪初,科学家在牛顿物理学的基础上理解了自然力,从而有可能精确计算出原子和行星的运动或是蒸汽机的力。法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)顺着这些逻辑提出,如果某个恶魔知道所有粒子和所有作用力的精确位置和轨迹,它就能计算出任何事物的过去和未来。英国数学家艾达·洛夫莱斯(Ada Lovelace)知道了拉普拉斯的工作,1842年,她可以说是第一个思考计算程序是否算有思维生命体的人。从拉普拉斯的恶魔开始的辩论一直持续到了180年后的今天。

  1867年,苏格兰物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)在尝试了解气体粒子的统计行为时,“召唤”了一个更强大的恶魔。一个充满气体的容器被分为两格,中间连着一道门,麦克斯韦妖控制这道门,选择何时让分子从一边跑到另一边。麦克斯韦妖可以为移动速度较快的分子开门,让速度较慢的分子留在另一边,从而使一格升温,另一格降温——降低熵,违反了热力学第二定律。对一些人来说,麦克斯韦的想法暗示了永动机的可能性,甚至是逆转时间的可能性。

  在现实中,麦克斯韦的研究帮助提升了发动机和冰箱的效率。他的妖还展示了概率能带来的惊喜,因为每隔一段时间,确实会发生最罕见的事件,比如只有快速移动的气体分子才会自发地滑过一个洞。

  卡纳莱斯还研究了关于量子力学中不确定性的思维实验。例如,与经典物理学不同,量子世界中的粒子似乎可以同时穿过两扇门。但德国数学家格雷特·赫尔曼(Grete Hermann)和后来的美国物理学家戴维·玻姆(David Bohm)提出,如果有“隐藏变量”或未知机制决定了一个粒子是穿过一扇门还是另一扇门,这种悖论就能解决了。一些物理学家将其称为“玻姆的恶魔”(Bohm’s demon)。

纳米级恶魔

  卡纳莱斯探讨了科学辩论涉及的众多领域和社会影响,从原子弹到股市波动,无论切不切题,她似乎将过去四百年的每一个恶魔隐喻都编织了进来。她对这些前无古人的恶魔召唤术展开了非常扎实的研究,但一些发散性的历史片段确实有点偏离主题。

  今天的恶魔存在于遗传学、经济学和人工智能(AI)之中。“塞尔的恶魔”是以美国哲学家约翰·塞尔(John Searle)的名字命名的,他在20世纪80年代指出,一个强大的纳米机器人,或者说某个纳米级恶魔,可以控制人脑中哪些神经元受到刺激,哪些不受刺激,从而使大脑的基础操作与计算机程序类似。如果存在这样的恶魔,人工智能几乎就与人类智能无异。塞尔将这场关于意识与机器学习的争论向前再推一步,批评了“强人工智能”(strong AI)的想法,即机器的思维能力可与人类媲美,甚至更好,它不仅仅是工具而已,它还是它自己的大脑。(加州大学伯克利分校在发现塞尔违反了学校的反性骚扰政策后,于2019年剥夺了他的名誉教授头衔。)

  卡纳莱斯着重介绍了一些女性,包括玛丽·居里(Marie Curie),居里设想了一种能影响辐射的量子级恶魔;她也提到了其他女性,如罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)和莉泽·迈特纳(Lise Meitner),两人分别在DNA和核裂变方面做出了开创性的工作。不过,作者网罗的恶魔以文艺复兴以后欧洲男性科学家想象的为主。如果她能着墨中世纪占星学和科学之间的争端大爆发,比如波斯的阿布·拉伊汗·比鲁尼(Abu Rayhan al-Biruni)和伊本·西纳(Ibn Sina ,Avicenna)等人物之间的纷争,她的故事或许也会更出色。这些学者也探索过理论、观察和实验的局限性,以及它们与伪科学的界限。

  天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)在其1995年的经典著作《魔鬼出没的世界》(The Demon-Haunted World)中写道,由于科学家在工作中善用想象力,所以他们在冲破知识边界时不知道会发生什么。卡纳莱斯让我们得以一窥这个鬼魅的世界。

 

  *原文以The demons and devils that haunt scientists' imaginations为标题发表在2020年11月30日的《自然》书评版块。原文作者:Ramin Skibba。

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