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《虚拟的历史》导言:有关过去的一种“混沌”理论

2012年04月08日 16:42
来源:凤凰网读书 作者:[英]尼尔·弗格森

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混沌与科学决定论的终结

穆齐尔和博尔赫斯等作家对叙事决定论的质疑与20世纪科学家对拉普拉斯式古典决定论的质疑极为相似(这远非偶然)。很遗憾的是,历史学家对此往往视而不见(就像E·H·卡尔忽视黑洞理论那样),或只是曲解其意。因此,20世纪就历史是否是“科学”而争论不断的许多历史哲学家似乎并没有明白,他们对科学的概念完全停留在19世纪的过时理解上。而且,如果他们好好关注一下同时代科学家们真正从事的工作,一定会很吃惊-也许甚至是高兴地发现自己连问题都问错了。自然科学在现代所取得的大量进步的突出特征,就体现在从根本上它们都是历史性的,因为它们都涉及到时间推移所产生的诸种变化。因此,我们完全可以将老问题颠倒过来,不去问“历史是不是科学”,而是问“科学是历史吗”。

这也适用于相对古老的热力学第二定律-即认为孤立系统的熵总是会增加-也就是说,任由事物自行发展会加剧混乱和无序,甚至连创造秩序的尝试最终也只会减少已存在有序能量的数量。这对历史来说显然有着深刻的意义,尤其是因为它暗示了人类生活与宇宙历史最终会走向混乱无序的状态。爱因斯坦的相对论也对历史有深刻的启示,因为它抛弃了绝对时间的概念。在爱因斯坦之后,我们意识到对于时间,每个观察者都有自己的衡量标准:如果我在离地面很高处俯视,由于地球引力场对光速产生的影响,一切事物的运动看上去都会显得比从前速度更慢。不过,即使是相对的时间也仅仅指向一个方向,这主要是因为熵,它影响了我们对时间的心理感受:就连我们记忆某个事件所消耗的能量也增加了宇宙的无序度。

宇宙的无序度在增加。没有什么比光速更快。不过,与19世纪实证主义所期望正相反的是,自然世界中不是所有现象都能用这样明确的定律来加以概括。19世纪末最为重要的科学发展之一,就是人们认识到关于自然现象间关系的大多数表述在本质上都只具有或然性。事实上美国的C·S·皮尔斯早在1892年就在其著作《审视必然性学说》(TheDoctrineofNecessityExamined)中宣告了决定论的终结:“偶然性会通过所有的感官渠道蜂拥而至:它是所有事物中最冲动冒失的。”他声称:“偶然性第一,定律第二,习惯倾向则排在第三。”而佐证这一点的决定性证据来自1926年海森堡的论证。他发现精确预测一个粒子的未来位置与速度是不可能的,因为要测定它的目前位置只能利用光量子。光的波长越短,对粒子位置的测量就越精确,但同时对其速度的干扰也会增大。由于这项“测不准原理”,量子力学只能预测某项观察的可能结果,指出其中哪个结果是最有可能的。正如史蒂芬·霍金所说,这“把不可预测性或者随机性作为无法避免的因素引入到科学中”,而且是引入到了最基础性的科学中。而这恰恰是始终坚持拉普拉斯式宇宙概念的爱因斯坦所反对的,他在写给马克斯·波恩的信中说道:

你相信上帝是在掷骰子,而我则相信在这个世界上客观存在着完美的法则和秩序,而且,我倾尽所能地去思考,想要理解它们。对此,我有着坚定的信念,然而我也希望有人能找到一个比我更现实的方式,或者说一个更实在的基础。即使是量子论取得的初步成功,也不能让我相信世界是场骰子游戏的说法,尽管我很清楚你那些年轻的同事们认为这是因为我老了。

但“测不准原理”比爱因斯坦在世的时间更久,而且它居然让历史决定论也感到了尴尬。因为依此类推,历史学家也绝不应该忽视他们自己的“测不准原理”-任何对历史事实的观察都不可避免地会扭曲它的意义,因为我们只能是“事后诸葛”地选择出要观察的历史事件。

另一个现代科学概念也对历史产生了重要启示,即所谓的“人择原理”,关于这种原理最强硬的说法是:“存在着很多不同的宇宙,或者在单一宇宙中存在着很多不同的区域,它们各自有着不同的起始结构,也许还有自己的一套科学法则……(但)只有少数像我们这样的宇宙才能发展出智性存在。”这自然会引发明显的问题:我们并不清楚应该给那些我们并不置身其中的“历史”赋予怎样的意义。按霍金的话说:“我们的宇宙不仅仅是可能存在的历史,而且还是最有可能存在的历史之一……有那么一类特殊的历史,它们存在的可能性比其他历史要大得多。”这种多重宇宙(和维度)的观念在如加来道雄等物理学家那里得到了进一步发展。在我看来,历史学家似乎没必要照搬加来的某些幻想色彩浓重的概念。由于需要难以想象的庞大能量,即便只是说“穿越虫洞”在时空中旅行有“理论上的”可能性,也很值得怀疑。(且不说别的,如果时间旅行可能的话,我们的世界早就被来自未来的“旅行者们”灌得水泄不通了-这还没算那些返回到更早的年代的人,他们想要阻止林肯被杀或掐死还是婴儿的希特勒。)尽管如此,有无限多宇宙的这种概念也是相当有启发性的。想象在别的世界里克丽奥佩特拉著名的鼻子在鼻尖上有颗令人生厌的瘊子,在某个物理学家看来近乎胡乱臆想。但这却很生动地提醒我们,历史具有不确定的本性。

这些年来,生物科学也以类似的方式离决定论越来越远。例如,理查德·道金斯的著作中尽管颇有决定论色彩地认为,包括人类在内的单个有机体只是“生命期漫长的基因进行短暂的结合所制造的生存机器”,但他在《自私的基因》(TheSelfishGene)中表明,基因“只是在统计学的意义上决定行为……(它们)并不能控制自己的创造”。他的达尔文式进化论“对未来是一无所知的”-自然没有预先制定一个蓝图。进化的关键其实就在于复制基因分子(比如DNA)不仅制造错误也重复错误,所以“看上去很细微的变化也会对进化产生巨大影响”。“基因没有预见性,它们并不会提前把一切规划好。”道金斯只在一种意义上算是个决定论者,因为他排除了“坏运气”在自然选择过程中的作用:“就本身来说,运气是随机发生的,一种基因不断地遭到淘汰并不是它运气不好,而是因为它就是一种坏的基因。”因此,那些能够从命运的残酷选择中幸存下来的个体原本就被设计了这样的能力:基因必须做一项类似预测的工作……但要预测这个复杂世界中的事是相当困难的。生存机器作的每一个决定都是一场赌博……有些个体的基因为他们构建了出色的大脑,让他们能够在赌局中做出更准确的决策,其直接结果就是让他们更易生存并繁衍同样的基因。我们因此拥有了对痛苦和快乐这些基本刺激的反应,能记住自己的错误,能模拟各种选择,能和别的“生存机器”进行交流。

不过其他进化论者对这种论证提出了异议,因为它仍然站在决定论的立场上认为,一个种族的发展必然是留存强大的个体[用道金斯对复制形式的其他提法来说就是“模因”(meme)或“表现型”(phenotype)]。正如斯蒂芬·杰·古尔德在《奇妙的生命》中提到的,某些偶然性事件-比如像寒武纪生命大爆发之后明显发生过的环境灾难-的确中断了自然选择进程,它们彻底改变了长久以来形成的生态条件,在一夜之间将为适应这些条件历经数千年所形成的生物属性变得毫无价值。那些得以幸存的不是因为基因为他们设计和打造了优越的“生存机器”,而常常是因为其发育不全的属性意外地发挥了作用。总而言之,研究史前史要完全抛开偶然性因素是不可能的。如古尔德所说,英属哥伦比亚省有53亿年历史之久的伯吉斯页岩揭示了多样化的生物机体类型,证明了传统进化理论已经过时、不适用了。伯吉斯页岩中保存的生物机体中究竟有哪些能够在亿年前的那场危机幸存下来,并不是由达尔文自然选择法则决定的。它们只是一场灾难性“抽奖游戏”中的幸运儿。如果灾难以别的形式出现,那么地球上的生命会以不同的、难以预测的方式进化。

我们当然可以嘲笑古尔德设想的其他可能的世界,其中生活着的不是人类,而是“海洋食草动物”以及有着侵夺性前肢、胡桃夹子般双下颚的“海洋食肉动物”(“如果蠕虫统治着海洋,我实在没有信心认为南方古猿会有机会在非洲草原上直立行走”)。但古尔德对历史偶然性作用的评论并不荒谬。由于在历史学中不能像科学一样通过重复来验证进化论,历史学家们只能建构出一种叙事模式-用他的话说,好比是重新播放一盘想象中的磁带,然后去思考如果最初条件有所不同或是一连串事件中有一个发生了变化,结果会怎样。这不仅适用于说明伯吉斯时期多毛环节动物相较于曳鳃动物的胜利,或始新世时期哺乳动物相较于大型鸟类的胜利,也适用于地球自出现人类以来这18000年的短暂历史。

古尔德的论证主要依赖的是激变事件的作用-比如外来星体对地球的影响。但这并不是将偶然性引入历史的唯一方式。因为持“混沌理论”的人已经证明,自然界是不可预知的,即使没有陨石的出现,想要精确预测自然界活动几乎不可能。

在数学家、气象学家和其他人对“混沌”的现代用法中,这个词并不意味着混乱无序,也不是指自然界毫无法则可言。它的意义在于说明那些法则之复杂让我们实际上不可能作出精准的预测,因此身边发生的许多事情看上去似乎都是随机或杂乱无章的。如伊安·斯图尔特所说,“上帝可以一边掷骰子,一边创造出一个有着完整法则和秩序的宇宙”,因为“即使是简单的等式,也能产生复杂得难以测算的运动,以致我们觉得这些运动是混乱的”。准确地说,混沌理论涉及的是决定论体系中的可能性(即看似随机的)行为。

这个现象在最初只吸引了法国数学先驱亨利·庞加莱的追随者们。庞加莱坚持认为,如果一个数学系统中反复不断地出现一种变化,周期性也终将出现;但斯蒂芬·斯梅尔等人逐渐意识到,有些多维度动力系统不会停留在庞加莱就两个维度所确定的四种状态里。用庞加莱的拓扑映射法有可能识别出这类系统常常会出现的大量“奇异吸引子”(比如康托尔集合)。这些系统的“奇异”就在于我们很难把握它们的行为。由于它们对初始条件极度敏感,我们要对它们作出精确的预测,必须要准确了解其起点,而这几乎是不可能做到的。换句话说,看似随机的行为实际上不完全是随机的-它们只是没有作线性运动:“即使我们的理论是种决定论,也只有那些在初始条件微变的情况下也能保持稳定的行为才能进行复验。不是所有的预测都能做到这一点。”从理论上讲,我们掷硬币时如果准确地知道硬币下落速度和每秒的转速,就可以提前知道结果,但实际上这是相当困难的-更复杂的运动过程的计算难度就可想而知了。所以尽管宇宙在概念上仍旧是决定论的,但“所有决定论都难说明问题。我们最多只能做到可能性的说明……因为我们太过愚钝,无法看清它的结构”。

混沌理论的应用很广泛(派生物也相当多)。首先就是经典物理学中的“三体”问题-两个同样大小的天体对一粒灰尘有着难以预知的引力作用。实际上,土卫七绕土星运行轨道看似随意就是天文学家发现的一个例子。混沌理论也应用于液体与气体中的湍流,米切尔·费根鲍姆对此极感兴趣。伯努瓦·曼德勃罗在其著作《自然的分形几何学》(The Fractal Geometry of Nature)中发现了其他的混沌模式。按照他的定义,一个分形体(fractal)“总是在极为广泛的尺度上展示具体的结构”-就像费根鲍姆的“无花果树”那样。爱德华·洛伦茨对于热对流和天气的研究为混沌理论提供了典型实例之一:他用“蝴蝶效应”来概括气候对于初始条件极为敏感的特点(意指一只蝴蝶现在扇动翅膀,在理论上可以决定下周是否有场飓风袭击英格兰的南部)。换句话说,大气状态的小小波动会导致重大结果-因此,即使用最先进的电脑也不可能准确地预报4天以后的天气。罗伯特·梅等人在研究昆虫与动物数量的波动中也发现了混沌模式。从某种意义上说,混沌理论最终证明了很久以前马可·奥勒留和亚历山大·蒲柏直觉到的事情:即使世界看上去是“偶然形成的”,它仍然具有一个“规律且美丽”的(哪怕是难以理解的)结构。“整个自然都是艺术,不过你还不知道;一切偶然都已规定,只是你无法看清。”

显而易见的是,混沌理论对社会科学也有重要意义。对经济学家来说,混沌理论有助于解释为什么基于线性等式(这是大多数经济学模型的基础)的预测、预报常常出错。“简单的系统不必然拥有简单的动力属性”这一原则,大概也能用于政治领域。别的不提,至少可以提醒学者们避免用简单的理论来研究选举的决定因素。如罗杰·彭罗斯所提出的,以我们对混沌机制的理解,最多只能“模拟典型结果。预报的天气未必是实际出现的天气状况,但它作为一种天气的确是可能出现的”。还有经济、政治方面的预测,也是如此。长期预报所能做到的只是给我们提供许多可能的事态发展模式,并承认在其中作出选择只是一种猜测,而不是预测。

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