第4章 认识无知——科学的极限

知识是否有边界？我们已知的一切相对未知而言，是更多还是更少？显然，没有人能对此给出答案——即使人类总会周期性地产生错觉，自以为已将自然之书尽数翻阅。从伽利略开始直到牛顿的科学革命，为我们带来了实验方法和力学原理，我们借助这些强有效的工具来探索物理最为晦涩的领域，面对最为悬殊的尺度差异。我们有理由相信，当某种智慧能够理解世界构成的每一部分和斡旋其中的各股力量时，便能够从过去的走向中准确预知未来。在17世纪，人们将神看作宇宙的钟表匠，而科学则用于揭示其奥秘，并教导人类对与自身相关的部分进行掌控——这种宇宙视角我们可称之为机械论。它至今仍普遍存在于大众认知中，而不仅限于精密科学领域。

在20世纪最初的十年间，量子力学的到来彻底改变了人类看待事物的方法，令苟延残喘的机械论陷入了危机。对微观物质（原子和亚原子粒子）的研究，迫使科学家们重新分析物理现象的测定过程，赋予其更为深层的含义。这一分析让他们惊奇地发现了物理世界那隐秘的概率论根基。此外同样令人不安的事实还有，原来，只有可观测量才能被用于物理理论论述。也正是在那几年间，海森堡提出了著名的“不确定原理”：在自然界中存在着成对的变量——例如一个物体的位置及其动量（运动物体的质量和速度的乘积）——二者无法同时在任意小的精度下被确定，而这两个量的计算误差相乘，则将无可避免地得出一个大于普朗克常数的数字。我们可以想象一颗从枪口射出的子弹，这条原理说的正是，如果你试图以高精准度去定位子弹沿弹道移动时每一瞬间的位置，那么你将失去对其速度的把控，反之同理。对于一颗子弹而言，其影响效果微乎其微，但当我们将其应用于电子上时，这一后果便会为定义电子在两点之间的移动轨迹带来难以逾越的阻碍。而电子在各种意义上都展现了与波相同的特性。

就其本身而言，量子力学是一个坚实无比的理论：原子本身的结构同样受到不确定原理的直接影响。然而，爱因斯坦却从未接受这样一个观察事物的视角——他在长达30年的时间里提出了各式各样的反对意见，而后又被一一推翻，其中一些研究甚至长达几十年，直至他去世之后才结束。

量子力学对于我们即将开启的探索之旅是极为珍贵的工具。它的基本理论使所有机械论都陷入了危机，同时推动着我们去反思，认识现实究竟意味着什么。

不过，限制我们认知的还有许多其他因素。知识的边界一直在移动，断断续续，零星分散，很难从中看出全局策略，即一个融会贯通全学科的知识领域。某些领域在飞速发展之后便进入了漫长的停滞期，而决定性突破往往需要十几年甚至几个世纪的时间来实现。今天，研究不再像过去那样是少数孤独的科学家或学术界的特权，它早已成为一项在全世界范围内开展、成千上万人参与其中的社会活动。即便如此，在某些进展有序且投入了大量人力财力的领域，例如研究基本粒子及其相互作用力的粒子物理学方面，我们依然还有很长的路要走。我们眼下的目标是，将所有的力和物质的基础形态合并在一个全面统一的框架内，以坚实优雅的数学定律和对称性对其进行描述。但目前这还难以实现。这一切都将通过实验验证来为我们指明方向。同样在宇宙观测方面，物理学家与天体物理学家也在努力了解这样一个近95%被暗物质和暗能量所覆盖的宇宙——我们对此知之甚少，只能通过观测它们对恒星以及星系运动的影响来确定其存在。

这一切都令人回想起苏格拉底早在约2400年前便说过的话。他求知若渴，但也正是因为这样，他总感觉知识从自己手中溜走。柏拉图在其年轻时的作品《苏格拉底的申辩》中——我们对其师苏格拉底的大部分了解都来自于此——讲述了凯勒丰曾向德尔斐的传达阿波罗神谕的女祭司询问谁是世界上最有智慧的人，得到的回答是苏格拉底。苏格拉底自知不是，便准备前去证明神谕是错误的。于是他便与一系列被誉为智者的人进行了交谈：手工业者、诗人、政客等。但他的交谈者们在面对这位哲学家的激辩时，都暴露出了自身认知的局限和矛盾，彻底展现为一群蠢不自知的无知者。于是苏格拉底明白了为什么自己会被认定为最有智慧的人：他是唯一一个承认自己无知的人。

与之类似，对自身极限的无知也蔓延在当代科学中。现代科学方法建立在对假设和理论持续不断的实验验证上，其本身便隐含了失败的可能：一种科学理论，无论多么重要多么具有说服力，都可能被区区一个实验所驳倒；许多科学家都有过这样的经历，包括爱因斯坦。因此，在进行科学研究和对实验数据进行理论解读时，科学家应当自觉抱着谦逊的态度。考虑到在科学进程中我们曾多么习惯于“先入为主”，带着观念和偏见研究自然，以至这一点更显得尤为重要。

前面已经提到过我们耗费了多久才认清了自己在宇宙间的地位，但仅认识到我们活在一个不知名星系的某颗小恒星的某颗小行星之上还不够。最近50年来，我们甚至了解到，构成我们的物质，质子、中子、电子、光子和中微子，仅占现在宇宙物质总量的5%都不到；而剩下的95%则是一片漆黑神秘的“汪洋”，充满了物质和能量——是它们塑造了整个宇宙中的可见形态，而我们却在其中晕头转向。科学思想的进步似乎将我们推向了宇宙某个偏远寻常的小角落。然而这一说法本身也是种悖论——从根本上来讲，我们正处于一个不断膨胀的球体中央，其边缘则覆盖着大爆炸所遗留的辐射。从这仅仅看似优越的位置来说，我们所欣赏的宇宙，说实话，并没有中心。

反思这些问题时我不由自主地感受到人类的渺小，我们几乎就是浩瀚宇宙的一粒尘埃。这样一个脆弱的现存物种，被圈禁在一颗小小的星球之上——尽管这里的个体活跃，富有生产力，然而在这样一个演变了上亿年的广阔宇宙面前，我们的存在也不过昙花一现。正如卡尔·萨根（Carl Sagan）在《魔鬼出没的世界》中写的那样，人类这样一个物种，被来自远古进化与古老文化的顽固遗产——激情、迷信和恐惧所支配。而希腊哲学家的批判性思维诞生才区区2000年，科学方法也才影响我们的世界观不过几个世纪。在这些前提下，值得承认的是，虽然有着或多或少的局限性，今天的我们已经可以对宇宙进行观测和研究，了解它的起源与演变，也能够以批判性眼光对物质、力、空间和时间之间的紧密关系进行分析与推理。

在凝视万物之美的同时，科学家将继续为我们带来发现与知识之美。宇宙令人沉醉，但我们以公式或定律对其进行描述的表述方式也同样令人惊叹。正如我们之所以感觉自己是宇宙中心，并非出于傲慢无知，而是出于我们那宝贵的自我认知。

我们之所以独特，正是因为我们自知并非如此。