反事实 可能与不可能的科学

重点围绕新概念、新方法的认知革新，牛津新锐物理学家作品，量子物理学家戴维·多伊奇作序推荐 ·概念性引人注目：什么是“反事实”？牛津物理学家告诉你，物理学不是只有你我熟悉的事实 ·前沿性突出，是物理学的革命性新论述：通过思考什么可能、什么不可能，打开物理学的另一种解释方法，甚至可能解决此前无法统一的问题 ·科学哲思+隽永故事，人文性突出：7章精妙的科学哲学论述+每章文后附有一篇虚构故事，故事包含古希腊神话，也有当代物理学逸闻，甚至还能读到乡间的机械工程师见闻，以及亚里士多德和少年亚历山大的教学 ·牛津大学新锐物理学家近期新作品，媒体及学界好评如潮，量子物理学家、量子计算专家、“狄拉克奖”得主、牛津大学教授戴维·多伊奇倾情作序——

跷跷板，计算机，灯塔与港口不远处的船帆。
信息，知识，量子信息，下一代热机和纳米机器人。
看似风马牛不相及的现象和事物，在牛津大学物理学家奇亚拉·马尔莱托看来，可以被统一于一个新概念之下，用它解释，以它勾连，甚至可能由它启迪和创造。这个令我们耳目一新的概念，叫“反事实”。
简单来说，反事实就是关于可能和不可能的科学，是关于什么可能发生，什么不可能发生的科学。马尔莱托用凝练的论证为我们描摹出了反事实是什么以及它的强大魔力。在如今的基础物理学存在的大多数未解问题中，反事实属性都是核心内容。
反事实属性将那些表面看起来非物质的抽象概念，比如信息和知识，带入了物理学领域。接受了反事实属性，我们就可以用明确的定律描述那些传统观点认为只能近似描述的实体，比如信息、能量、热和功。
这是一个新领域，一种新方法，一门能够为我们打开更新、更大也更有想象力的宇宙图景的新科学，帮助我们重新理解这个世界。

奇亚拉·马尔莱托（Chiara Marletto）：牛津大学沃尔夫森学院和物理系研究员。她的主要研究重点是理论物理，但她也喜欢涉猎理论生物学、认识论和意大利文学。

序言III
如何阅读本书VII
引言IX
第1章构成梦的材料001
物理学的意义035
第2章运动定律之外043
洞穴旅馆069
第3章信息077
韦内齐亚诺间奏曲099
第4章量子信息105
与幸运龙一起飞行129
第5章知识137
起风了155
第6章功和热163
迷宫193
第7章旅程结束，回到起点201
亚历山德罗斯223
致谢235
纪念我的父亲237

     解释这个世界的角度多种多样，其中有一种就是从反事实的角度出发，解释哪些物理事件可能发生，哪些不可能发生，而本书就展现了严肃对待这种解释会产生多大的力量。这本具有革命意义的作品叙述严谨、理性，同时也具有极高的人文价值。 从传统概念上说，物理学以及更一般意义上的科学，仅仅是基于已经发生的事件，讨论这个宇宙中一定（或者很可能）会发生的事，对因果关系、自由意志、人为选择等无形之物则秉持漠视态度，认为这些只是心理工具，乃至神秘学内容。传统科学概念甚至会认为，温度、信息、计算等基本实验室概念无法与对自然的精准描述相容，只是因为贴合人类感官体验而使用起来比较方便。本书主旨则与此大相径庭。 上面提到的传统科学观念并不正确。它们武断地了我们认识世界的能力，之所以长期成为主流，接近是因为先入为主和习惯成自然。好在，如今的人们无论是在日常生活还是理论科学中，都普遍蔑视了这样的观念——尽管常常带着愧疚。某事件不与传统概念相容，并不意味着它与准确的科学描述也不相容。只不过，在这类情形中，准确的科学描述需要脱离传统概念，也就是需要引入反事实。一件事物只有在允许对立状态存在的情况下，才能储存信息。如果计算机内存中的所有变化在工厂内生产时就早已被设定好，那么它一定毫无用处，因为用户无法用它来储存任何信息。把这里的“工厂”换成宇宙大爆炸，结论也仍然成立。 在这本书中，你将会看到，摆脱传统概念，将反事实引入基础物理学，并赋予其与事实陈述同等重要的地位，为什么具有这么大的魔力。反事实是如何令科学之光照亮许多此前黑暗的地方的？它是如何让我们更深刻地认识科学本身和我们自身，又是如何催生意义更深远的科学发现的？如此种种，都是你将在本书中读到的内容。 不过，反事实的意义还不止于此。反事实不仅能提供新解释，而且它本身也是新的解释模式的基础。19 世纪和20 世纪初， 人们不仅发现了大量新的科学解释，而且还发明了许多新的解释和认知模式，例如自然选择主导下的进化论、力场、时空弯曲、量子叠加，以及计算的普适性。而在最近的几十年里，没有任何全新的认知模式出现。虽然我们的确发现了新的基本粒子——比如希格斯粒子的发现就无疑是实验和理论解释的双重胜利，但物理学家并没有发现任何解释物理现象的新模式。要知道，就在20 世纪上半叶，我们推翻了此前广为接受的粒子概念，转而使用了更深刻、更具说服力的新概念。 虽然物理学大师的数量远不如从前，但在过去几十年里，物理学界仍旧取得了无可比拟的成就。无论按照什么标准衡量，科学发现的整体速率无疑都大大提升了。然而，另一方面，有关自然本质的发现却少得多了。尤其是在基础物理学领域，探索变革性想法的尝试越来越少——至于全新的认知模式，就更是无人敢尝试探索了。 这种现象出现的原因多种多样，而且多多少少有些偶然因素。然而，它带来的总体效应是，科学界形成了一种谨慎且厌恶风险的文化。科学家普遍偏爱渐进式创新，而非根本性创新，普遍从事突破性没那么大，但可以预见结果的研究。而对于深入自然本质的进步，从业人员普遍秉持悲观主义和宿命论。 有一种观点认为，物理学已经摘取了所有“低垂的果实”，接下来要做的不过是麻木且机械式地收获剩下的部分。另一种观点认为，人类目前的智力发展水平，还无法理解比现有最前沿理论（比如量子力学和广义相对论）更基础的东西。对于这两种观点，我都无法赞同。相反，现实情况是，在人类对自然最为深刻的认识中，从来不曾出现比如今更多的显而易见的矛盾、偏差以及悬而未决的问题。当然，随之而来的还有探索这些问题的更加激荡人心的光明前景。要想达成这幅愿景，有时就需要我们使用一些接近不同的解释模式。 《反事实》一书基于作者奇亚拉·马尔莱托与我共同提出的科学及哲学观念，通过大家都能懂的语言，介绍了一种全新的反事实解释模式。这种模式为解决物理学内外的多个知名难题提供了新工具和新方法。在本书中，奇亚拉·马尔莱托用一种举重若轻的方式，宣扬了一种新兴理论。这个理论包含了一套与时俱进的新自然法则的主体——相关原理不仅会影响到下一代热机和纳米机器人的生产制造，而且还会深刻影响人工智能。这部作品以极大的热情和准确的语言探讨了上述这些议题，文章主体以非 虚构角度阐释问题，但其间还穿插着一些短小精悍的虚构小故事——这种形式很容易让读者联想起侯世达（Douglas Hofstadter） 的《哥德尔、埃舍尔、巴赫》——从而更好地阐述主旨，同时也为读者留下了足够的自我思考空间。 在奇亚拉对反事实的介绍中，你会发现，她以一种接近不同的方式阐述了如信息和知识定律这样的新概念，以及像功和热这样的老术语。《反事实》一书接近可能丰富你对世界的认识，以及对认识本身的认识。