漫聊合集 腦子燒掉了：意識之謎與數學宇宙

今天要講的這個理論非常的燒腦 非常的反直覺 也非常難以接受 所以一開始我要強調 這個理論不是我編的 也不是在什麼小報裏看來的 提出它的人叫麥克斯·泰格馬克 他被譽爲最接近理查德·費曼的科學家 蔚來生命研究所的創始人 這個組織成立起匯聚了八千多個世界傑出的人工智能專家 包括史蒂芬·霍金 埃隆·馬斯克 比爾·蓋茨等等等等 同時呢 泰格馬克也是麻省理工學院物理系終身的教授 他首次提出了數學宇宙假說 我們今天要聊的就是他一生最高的成就 也是最反直覺的理論 就是這個數學宇宙假說 這個理論大概的意思就是說 我們這個宇宙的本質除了數學什麼都沒有 沒有我們所能感知到的一切一切 你我星辰宇宙一切都是由數學爲基本單元構成的 在說這個理論之前 我們先要說一說人類的意識 我們已經在很多期節目裏 用物理學的方法探討了宇宙中的物理實在 嘗試從物質最基本的構造單元 也就是基本粒子來理解萬物 然而我們擁有的一切知識 都只是我們意識知覺的基本構造單位 什麼意思呢 比如說玫瑰豔麗的紅色啦 橘子的口感啊 或者是針刺的痛啊等等等等 那麼在我們完全理解物理學之前 是不是也需要先理解意識呢 如果我們不先弄清楚我們賴以感知的心靈 是怎樣像哈哈鏡一樣扭曲外部的物理實在的 是不是就永遠無法理解那個獨一無二的萬物理論呢 這個問題其實非常值得討論 也許你會想啊 現在我正用自己的眼睛看着外部的世界 如果我強迫自己接受 這不是它看起來的樣子 那不是瘋了嗎 你先不要這麼快下結論 來試試下面這個實驗啊 實驗一是你從左到右 再從右到左轉動幾次頭部 實驗二呢是保持頭部不動 只是從左到右 再從右到左動幾次眼睛 有沒有注意到 在實驗一中 外部的世界似乎是在旋轉 而在實驗二中 儘管眼睛在轉動 但是你感知到的外部實在卻保持不動 這就證明你的心靈之眼所看到的一切 並不是真正的外部實在 而是外部實在存儲在腦中的一個模型 第一個實驗看起來 像一臺旋轉的攝像機拍下的視頻 但是你的眼睛是某種形式的生物攝像機 所以實驗二告訴我們 你的意識並不是直接感知 視網膜上形成的圖像的 神經科學家對此已經有非常詳細的研究 視網膜上記錄的信息 以一種非常複雜的處理方式 不間斷的更新着你腦子裏儲存的 關於外部實在的模型 再看看四周你就會發現 得益於這種先進的信息處理方式 儘管你的視網膜上形成的原始圖像是二維的 但是你腦中的模型卻是三維的 讓我們把這個實在模型稱爲你的內部實在 你要記住這個名稱 因爲這是你內部的思維對外部實在的主觀感知 這個實在的內部性還體現在 它只存在於你個人的內部 你的心靈覺得它好像正在看着外面的世界 實際上它只是看着你腦子裏一個關於實在的模型 反過來呢 這個模型又不停的用精密的自動程序追蹤着外部的世界 而你對這個程序毫無所知 我們不可以把內部實在和它追蹤的外部實在混爲一談 因爲這二者有着天壤之別 我大腦裏的內部實在就好像是汽車的儀表盤 它只是最有用的信息的一個聚合而已 就好像汽車會告訴我 車速 油位 發動機溫度等等有用的信息一樣 我大腦的儀表盤也只能告訴我 比如說自身的速度 我的位置 飢餓的程度 空氣溫度 周遭環境中的亮點等等信息 這些信息對於人體的使用者 也就是我們自身來說是非常重要的 可是 汽車儀表盤有的時候會出現故障 儘管車是完好無損的 但是儀表盤上的檢查引擎這個指示燈就會亮起來 同樣 人腦中的實在模型也可能會出現故障 讓它與真實的外部實在相去甚遠 甚至會出現錯覺 如果我們發誓要說出真相 所有真相 而且只有真相 那麼你一定要小心 我們的感知可能會以錯覺 甚至幻覺的方式來違背這個誓言 拿一個比較直接的例子來說吧 波長在400到700納米以外的光線 對我們的視覺系統來說是完全隱形的 當人們發明了可以探測不可見光的機器的時候 才發現 外部實在比我們原來看到的要豐富的多 充滿了射電波 微波 X射線 還有γ射線 聽覺和嗅覺也是一樣的 我們聽不到老鼠 蝙蝠和海豚發出的超聲波 也聞不到許多微弱的氣味 但是這些氣味狗卻能聞得到 這些氣味呢 甚至佔領了它們嗅覺內部的絕大部分 這樣的事實不勝枚舉 儘管許多動物能捕捉到人類遺漏的 視覺 聽覺 嗅覺 味覺 等等感官 但是它們卻對亞原子世界 星系閃爍的宇宙 和構成90%外部實在的暗物質和暗能量 都一無所知 我們知道數學方程可以很好的描述物理世界 點亮了找到萬物理論方程的希望之火 這個萬物理論 能在任意尺度完美的描述我們的外部實在 不過 宇宙學想要取得這個終極的勝利 一開始必須要有數學家和上帝視角研究某個方程 並且最終要把它賦予一個意義 這個意義 又必須是我們人類能夠感知和理解的纔行 要做到這一點 就必須細緻的理解意識作用的原理 這就包括剛纔我們說到的錯覺 幻覺和其他複雜的情況 可是在外部實在和內部實在之間 還有一箇中間區域 這個中間區域是地球上所有生命形態都一致認同的一個實在 咱們可以把它叫做共識實在吧 也就是宏觀物體的三維位置和運動狀態 以及我們可以用經典物理學的常見概念 來描述的其他的一些日常屬性 我們每一個人都有自己的內部實在 那是從我們各自的位置方向心理狀態的主觀視角所感知到的那個實在 但同時也受到個人認知偏差的扭曲 在你的內部實在中 夢和真實是沒有差別的 當你頭朝下的時候 你會覺得不是你自己翻轉了 而是整個世界翻轉了 當你向朋友描述到你家的行車路線的時候 你會嘗試改變自己的描述 從你的內部實在中的主觀概念 轉變成共識實在中的共享概念 什麼意思啊 內部實在中的主觀概念就是我現在面向的那個方向 而共識實在中的共享概念就是朝北 每次別人問你路的時候 在你的腦子裏都會有這麼一個轉變的過程 因爲物理學家在談及到共識實在的時候 需要非常精確 並且需要定量 所以我們總是努力保持客觀 我們會說一束光的波長是600納米 而不會說這束光是橘黃色的 內部的實在讓海報只能看見黑白色 對能看見偏振光的蝙蝠來說 它的內部實在一定是更加不一樣的 還有有回聲定位的蝙蝠 然後還有觸覺和聽覺極度敏銳的盲人 還有掃地機器人 我們的內部實在是非常迥異的 但是我們會在某些問題上達成共識 比如說一扇門是不是開着 儘管理解人類意識的細節和本質 是一個讓人着迷的挑戰 但是它對理解物理學的基本理論來說 也並不是必要的 因爲物理學的基本理論 只需要從它的數學方程裏 推出共識實在就可以了 就是剛纔我們說的大家都公認的那個東西 換句話說 生命宇宙和萬物的終極問題的答案 可以被分爲兩部分 物理學的挑戰是從外部實在中得出共識實在 而認知科學的挑戰是從共識實在中得出內部實在 共識實在和內部實在之間存在着巨大的差別 要把這二者連接起來 需要克服一個艱難的問題 就是理解意識 現代物理學的歷史告訴我們 在最偉大的物理學突破中 最困難的部分其實不是數學 而是理解這兩種實在是如何連接在一起的 你比如說當愛因斯坦發現狹義相對論的時候 許多重要的方程已經被洛倫茲發現了 愛因斯坦的天才之術 在於弄清了數學和測量之間的關係 他意識到外部實在的數學描述中的長度和時間 與共識實在中的測量存在着差別 而這種差別取決於運動的狀態 如果一架飛機從人群上空飛過 在人群的共識實在中 這段時間將比起飛之前短暫 而飛機上的時鐘會走得更慢 爲了理解這究竟有多困難 你可以想象一個場景 有一個小精靈來到了牛頓臨終的病榻之前 聲稱可以滿足他最後一個願望 經過短暫的思索之後 牛頓做出了決定 他跟這個精靈說 請告訴我300年後的萬有引力方程 這個精靈在一張紙上寫下了廣義相對論所有的方程 那牛頓能看出來 這是對他自己理論更精確的修正嗎 答案當然是不能 量子力學橫空出世之後 連接外部實在和共識實在的困難程度 達到了前所未有的新紀錄 100年後的今天 物理學家仍然在爭論怎樣詮釋這個理論 上一期咱們就說到 在描述外部實在的希爾伯特空間裏 波函數隨着時間發生着確定的變化 但是在人類的共識實在裏 一切又好像是隨機發生的 它的概率分佈可以用波函數來近似計算 今天 理論物理學家面臨的最大的挑戰 是怎樣統一量子力學和萬有引力 如果人們發現了量子引力學正確的數學理論 它會打破記錄 成爲最難最難詮釋的理論 我們可以再設想一下 假如在下一場量子引力學會議前夕 我們這位精靈朋友再一次闖進會議室 在黑板上寫下了終極理論的方程式 參會者們能真的理解這個方程是什麼意思嗎 總結一下 我們對實在的追尋可以分爲兩部分 這兩部分可以分別解決 一是認知科學的最大挑戰 二是物理學的最大挑戰 認知科學是想把共識實在與內部實在連接在一起 而物理學希望把共識實在和外部實在連接到一起 有了我們對共識實在所知的一切 那外部實在究竟又是什麼樣呢 它終極的本質又是什麼呢 目前的科學界有一個非常瘋狂的想法 沒有外部實在 一切都是數學 注意這裏不是說一切都要遵循數學公式 而是說世界的本質就是數學 接下來我們即將探索一個真正的終極解釋 不過首先我們需要澄清一下 我們要解釋的對象究竟是什麼 由於教育系統的灌輸 許多人把數學等同於算術 可是數學早已演化的大不一樣了 它可以用來探討比如說物理學這樣更加精神的問題 你可以觀察一個小石子被扔出去之後的軌跡 大自然爲它勾勒出了一條非常美麗的線條 伽利略發現了一件了不起的事 不管你扔出的是什麼東西 它們的軌跡都是一樣的 這條軌跡被稱爲開口向下的拋物線 拋物線的形狀可以用一個非常簡單的數學公式來描述 就是y等於x的平方 x代表水平位置 y代表垂直位置 也就是高度 根據初始速度和方向的不同 這個拋物線可以在水平或者垂直方向上任意拉伸 但是它永遠是拋物線 當我們觀察太空中物體的運動軌跡的時候 我們發現了另外一種重複出現的形狀 橢圓形 方程x²加y²等於1 描述了一個橢圓形上的點 同樣啊 根據初始速度方向和它圍繞着物體的質量的不同 這個軌道的形狀也會發生變化 或是被拉伸 或是被傾斜 但一樣 它永遠是橢圓形 公式並不是大自然由數學構成的唯一線索 還有數字 大自然內部總共編碼了32種基本數字 你看啊 你站在體重秤上稱的那個顯示數字算嗎 不算 它不算基本數字 因爲它測量的是一個每天都在變化的質量 所以它不能代表宇宙的基本性質 那你說質子的質量算嗎 電子的質量呢 這兩個數字看起來完全不隨着時間變化 可是它們也不算 因爲它們是用千克數來測量的 而千克只是人類隨意杜撰出來的一個質量單位 但是啊 如果你用這兩個數中的一個去除另外一個 你就會得到一個真正的基本數字 質子的質量是電子質量的1836.15267倍 這個就是一個純數 就像π一樣 因爲它們都不涉及人類創造的各種量綱 這個量綱就是說像千克啊 米啊 秒啊 或者是伏特等等 其他的純數就比較陌生了 比如說夸克的矩陣角 暗能量密度 每個光子對應的衆子質量等等 一共有這麼32個數字 人類曾經測量過的大自然每個基本性質 都能從這32個數字中算出來 其中一些的數值呢 已經測量得非常精確了 還有一些尚未在實驗中測出來 這些數字的具體含義 咱們今天不討論啊 可是到底是什麼決定了這些數字呢 大多數物理學家都認爲 這意味着出於某種原因 大自然可以由數學來描述 當然也就僅此而已了 但是啊 事情似乎沒有這麼簡單 人們已經遇到了許多條線索 暗示着大自然不僅能用數學來描述 它本身的某些方面就是數學 比如說空間本身 空間就是一個純粹的數學對象 因爲它唯一的內理性質就是數學性質 比如說維度 曲率和拓撲性 再比如說 所有的物體都是由基本粒子構成的 那從內理的性質這個意義上來說 基本粒子也是純粹的數學對象 因爲它唯一的內理性質都是數學性質 比如說電荷 自旋和氫子數 從某種意義上來說 我們的實在並不只是被數學所描述 它本身就是數學 並且它不僅某些方面是數學 而是全部都是數學 讓我們來看兩個假說啊 第一個假說是 存在着一個完全獨立於人類之外的外部物理實在 第二個假說是 我們的外部物理實在是一個數學結構 那第一個外部實在假說這個爭議並不大 大多數物理學家都贊成這個由來已久的觀念 理論物理學界競相追逐的聖盃啊 就是一個萬物理論 對物理實在的完美描述 那如果我們假設 實在的存在是獨立於人類之外的 那麼爲了進行完整的描述 它必須還能被那些完全不理解人類概念的 非人類實體很好的定義 你比如說外星人 超級計算機等等 換句話說 這種描述可以用某種形式來表達 而這種形式不能是人類創造出來的包袱 比如說不能有例子 觀察等等人類創造的詞語 因爲這些詞語都是包袱 然而所有物理理論都有兩個部分組成 數學公式和包袱 這個包袱剛纔我們說了 它指的是那些用來解釋的語句 描述這個數學公式是怎樣和我們的觀察和理解相互關聯的 當我們對理論進行推導的時候 會爲它們引入新的概念和詞語 比如說原子 質子 分子 細胞 恆星等等 沒有別的原因 因爲這很便利 但是我們必須牢記 這些詞語只是人類創造出來的概念 從本質上說 萬物在去掉包袱之後依然是可以計算的 比如說一臺假想的理想中的超級計算機 能在忽略人類的基礎上 計算出我們宇宙隨時間如何變化 它只用簡單計算出所有粒子的運動狀態 或者波函數的變化趨勢 舉個例子吧 你投出一個籃球 這個球進了 你跟你的朋友描述這個球是怎麼進去的樣子 由於籃球是由基本粒子 也就是夸克和電子組成的 所以本質上說 你描述它的運動狀態的時候 可以絲毫不用提及籃球 而只描述組成它的粒子是怎樣隨時間運動的 比如說 粒子一隨時間怎麼怎麼運動 粒子二隨時間怎麼怎麼運動 你一直聊到 粒子553678572是怎麼隨時間運動的 不過 這麼描述很多餘 因爲所有粒子都粘附在一起 以一個整體運動 所以人類發明了一個詞叫籃球 來指代這個整體 讓我們可以一次性描述整體的運動狀態 不用一個一個粒子去描述 這就節省了大量的時間 人類發明詞語是爲了便利 這體現在兩個方面 一是節省時間 二是提供概念 或者所謂的簡化符號 以便可以更直觀的理解這個世界 儘管這些詞語很有用 但它們都是可以扔掉的包袱 比如說咱們這個節目中多次使用恆星這個詞 但是從本質上來說 每次這個詞出現的時候 你都可以把它替換成它的組成定義 比如說你可以把恆星替換成 由萬有引力束縛的一堆物質 包含10的57次方個原子 其中一些原子正在進行核聚變 這麼一個概念 當然了 地球上幾乎每個人類文明在自己的語言中 都有一個和恆星對應的詞 這個詞是獨立發明出來的 反映出自身的文化和語言的傳統 人類所做的事情 只是給每層的物體起一個吸引眼球的名字而已 比如說你用5個或者更少的夸克 求解出了薛定諤方程 並且發現只有兩種穩定的排列方式 第一種是兩個上夸克和一個下夸克組成一團 第二種是兩個下夸克和一個上夸克組成一團 於是爲了方便起見 人類就給這兩種團粗物質添加了一個包袱 把它們分別命名爲質子和中子 同樣 如果你把薛定諤方程帶入這些團粗裏面 你就會發現總共有257種穩定的聚集方式 人類也爲它們添加了包袱 把這些質子和中子聚集起來的小團統稱爲原子核 並且給每種小團都起了名字 這些複合物體是自然顯現出來的 而本質上 它們是作爲某些方程的解顯現出來的 這些方程中只包含更加基本的物體 你看我們在說 每個理論都包含兩部分 數學部分和文字部分 文字部分是用來解釋數學這個部分 是怎樣與我們的觀察相聯繫到一起的 你可以把我們對世界從基本到高級的理解 組成一張金字塔式的譜系圖 你在腦子裏想象一下 這張圖的最頂端就是目前在追尋的萬物理論 往下是相對論 量子場論 再往下就是電磁學 經典力學 再往下是統計力學 化學 熱力學 然後就是我們熟知的 像電氣工程 機械工程 進化論等等 再往下就是生物學 心理學 社會學等等 從本質上說 萬物都可以從譜系圖最頂端的基本原理推演出來 大致來說 沿着譜系圖向下移動 文字的部分會越來越冗長 而方程的數量會不斷減少 在某些高度應用化的領域 你比如說醫藥學和社會學 方程的數量甚至會降爲0 這一切就引出一個問題 在理論譜系的最頂端 是不是能找到一個不涉及任何包袱的 外部實在的完整描述呢 也就是說它只有數學 不需要任何文字 如果有這個外部實在中的物體 和它相互關係的描述必須是完全抽象的 迫使所有的語言和符號都只能是標籤 而不具備任何事先規定的意義 現代數學研究的是純粹抽象的方式定義的結構 不需要任何的人造包袱 你可以想象那些不具有任何意義 僅作爲標籤的數學符號 你寫成任何形式都沒有關係 比如說1加1等於2 這裏面這個加號一橫一豎 你把它換成一個圈 只要和別人約定好 這個圈代表相加 那這個改變就完全不影響這個公式真正的意義 也就是說數學結構並不是人類發明出來的 我們只是發現了它們 並且發明了用來描述它們的符號而已 這就好比一場抽象的象棋比賽 與棋子的顏色和形狀都沒有關係 也和棋子是在物理存在的棋盤 還是虛擬的計算機渲染棋盤上運動都沒有關係 它都是同一場棋局 類似的 數學結構也和描述它的符號沒有關係 數學結構自身不具備任何內領的性質 比如說像大小 顏色 質地 材質等等 總而言之 上面的討論可以總結爲以下兩個關鍵點 第一 外部實在假說意味着 萬物理論沒有任何的包袱 第二 一個不帶任何包袱的描述 就是一個數學結構 結果就是 如果你相信我們的外部實在是獨立於人類存在的 那麼你也必須相信 我們的物理實在是一個數學結構 只有它纔是不含包袱的 舉個例子吧 如果我們說一顆鑽石的性質 可以用碳原子的性質和排列來解釋 那碳原子的性質呢 可以用它內部的質子 中子和電子的性質和排列來解釋 接下來 質子的性質 可以用夸克的性質和排列來解釋等等 如果我們想要解釋各個零件的性質 看起來註定要這樣永遠繼續下去 無窮無盡 數學宇宙假說爲這個問題提供了一個激進的解決方案 這個方案說 在最底層實在是一個數學結構 所以它的各部分構件根本不具備任何內裏的性質 也就是說從這個意義上講 數學宇宙假說暗示着 我們居住在一個關係實在中 因爲我們周遭世界的性質 並不是源自於它的終極構件 而是源自於這些構件之間的相互關係 如果你聽到這還是覺得太反直覺 咱們可以再舉個例子 嘗試讓你舒服一點 比如說一個物體在我們這個尺度看是有顏色的對吧 但是組成它的原子是沒有顏色的 宏觀物體的顏色只是不同原子排列組合的方式呈現出來的一個屬性 你越往微觀的世界走 物體的屬性就越少 而在所有的數學結構中 數字本身都不具備任何內裏的性質 它們唯一的性質就是與其他數字之間的關係 比如說五具有的一個性質是四與一的加和 但是五既不是黃色 也不是由任何東西製成的 當然了 不論怎麼聽 你也許都不能接受這個理論 我們的外部物理實在是一個數學結構 這究竟是什麼意思呢 我們所在的這個物理實在是在永遠變化的 一片樹葉飄在風中 行星圍繞着太陽運動 可是數學結構卻是靜態的呀 一個抽象的十二面體 無論過去 現在還是將來 都永遠擁有十二個面 那麼一個永遠變化的事物 怎麼可能是由不變的東西組成的呢 當然還有一個非常麻煩的問題 如何把你塞到這個假定的數學結構裏 如果你真的是數學結構的一部分 爲什麼會有自我意識 想法 還有感覺呢 愛因斯坦幫我們初步回答了這個問題 他告訴我們 有兩種思考物理實在的方法 空間和時空 空間是三維的 在其中 萬物都隨着時間變化 而時空呢 它是四維的 它只是簡單的存在着 承航不變 沒有創生 也永遠不會毀滅 從數學上來說 時空其實是一個四維的空間 前三個維度是我們熟悉的空間維度 第四維呢就是時間了 月球繞着地球以圓形的軌道旋轉 可是在四維的時空中 由於地球並不運動 它任何時候都處於空間中的中間的位置 所以在時空中 它會形成一個垂直的圓柱體 月球就更有意思了 由於它在不同的時刻位於不同的空間位置 因此它在四維的時空中 會形成一條螺旋形 注意啊 在四維的時空裏 月球不是動態的 它就是一個靜態的螺旋形 時空並不存在於時間和空間之中 相反 時間和空間存在於時空之中 我們的外部物理實在是一個數學結構 從定義上說 它是一個抽象的不變的實體 存在於時間和空間之外 如果我們宇宙的歷史是一盤棋局 這個數學結構並不是對應着一個位置 而是對應着整盤棋局 換句話說 如果我們的宇宙歷史是一部電影 那這個數學結構 並不是對應着其中一幀一幀的畫面 而是對應着整張DVD的碟片 當你問現在幾點鐘了 你實際上並不是想知道關於時間的性質 而是想知道你在時間中的位置 就好像你問我在什麼位置 你並不是在詢問一個關於空間的性質 而是關於你自己的性質 也就是你在空間中的位置 當愛因斯坦寫下 過去現在和未來之間的區別 只有一個頑固的幻覺這句話的時候 他是想說 這些概念在時空中都沒有客觀的意義 當我們的腦子裏想着現在這個詞的時候 我們所指的是時空中的一個時間切片 這個切片對應的是我們腦子裏冒出的這個想法的時間 我們所說的未來和過去 指的是時空中高於或者低於這個切片的部分 時空可以被看作一個數學結構 那麼時空中的物體呢 比如說你手裏的一臺手機 它怎麼可能是一個數學結構的一部分呢 很多看起來與數學毫無關係的東西 比如說文字 聲音 圖片 電影 都可以被計算機用數學形式表現出來 或者以一堆數字的形式在互聯網上傳播 讓我們來看看計算機是怎麼樣完成這個任務的 再來看一看大自然也正在做類似的事情 比如說你在鍵盤上敲下一個按鍵 電腦的屏幕上就會顯示出一個視覺化的字母了 儘管電腦屏幕上所有的圖像看起來都是平滑而且連續的 但是我們的顯示器其實是由1920×1080這麼多個像素 排成的一個矩形陣列 當然不一定是這個比例啊 每個像素的顏色又由三個數字來表示 每個數字在0到255之間 它們就規定了這個像素點發出的光線裏 再舉個例子 在科研領域 物理學家經常進行三維模擬的仿真 比如說模擬一場颶風 模擬一個超新星爆炸 或者太陽系的行程 他們是把三維空間劃分爲三維的像素 也叫做體速 有時候還會把四維的時空劃分爲四維的體速 每個體速用一組數字來代表此時此地發生的事相關的一切 比如說溫度壓力密度和像素中不同物質的速度等等 每當計算機在進行模擬的時候 它就會用這些方程來填充缺少的數字 如果一臺計算機正在進行天氣預報 那對應的體速就被填進了代表氣壓氣溫等等測量的數值 接着計算機用相關的方程計算出明天以及未來一週這個體速裏面的數字 現代物理學中最基本的一個概念叫做常 也就是一種由時空中每個點的數字來表示的東西 比如說溫度場對應着你周圍的空氣 每個點都有一個意義明確的溫度值 你可以通過溫度計來測量溫度值 如果你不需要很精確 也可以用手指來測量溫度值 但我們知道溫度場裏的溫度不是真正基本的東西 它們只是度量了空氣分子的平均運動速度 所以如果你想從亞原子尺度去測量 它的數值就會失去意義 然而還有一些場看起來似乎很基本 似乎構成了我們外部物理實在的一部分基本結構 比如說磁場 對時空中的每個點 磁場都用三個數字表示 代表強度和方向 用指南針來測量磁場的時候 你會看到磁針追隨着地球的磁場指向北方 這個磁場越強 磁針指向的速度就越快 再比如說電場 它也是由三個代表強度方向的數字來表示的 一個簡單的測量方法 是看它對帶電物體施加多大的力 比如說你用塑料數字梳頭的時候 會吸引你的頭髮 電場和磁場可以統一爲電磁場 在時空中的每個點 是用六個數字來表示 而光其實就是盪漾在電磁場中的波 所以如果我們的物理世界是一個數學結構 那麼我們宇宙中所有的光 都相當於時空中每個點的六個數字 這些數字遵循着麥克斯韋方程所確定的數學關係 如果外部物理實在中所有實體 都能與一個數學結構內在的實體對應 比如說物理空間中的電場強度 與一個數學結構中的數字一一對應 那麼外部物理實在就符合一個數學結構的定義 如果說不論時空本身還是時空內部的物體 都可以看作一個數學結構的一部分 但是還有一個問題 我們自己呢 我們的思想 情感 自我意識 以及那個對於我自己深邃的存在感 這一切讓我感覺不到一丁點數學的痕跡 但是別忘了 我們同樣也是由構成物理世界中的 其他萬物的基本粒子構成的 而我們剛剛描述了物理世界是純粹的數學 那怎麼調和這個矛盾呢 其實這裏最大的問題就是 我們還沒有完全理解我們到底是什麼 比如說 來考慮一下構成你身體的 10的29次方個基本粒子吧 也就是夸克和電子 它們一起在時空中組成了一個管道一樣的形狀 這裏注意啊 我們說的是四維時空 而不是三維的空間 這就有點像剛纔我們說過的 月球繞着地球形成了一個圓 在四維時空中不是圓 而是一個螺旋形 只不過呢 和月球的軌跡比起來啊 我們的生命的形狀就複雜的多了 它反映出你從出生到死亡的 在時空中完整的運動軌跡 然而你的時空管道最有趣的性質 並不是它的形狀 而是它的內部結構 它非常的複雜 對月球來說 組成它的粒子是黏附在一起的 相當穩定 而我們身上的粒子卻通常會動來動去 彼此做相對的運動 比如說我們的血液會流動 心臟會跳動等等 在你的大腦裏 大約有幾千億個神經元不停的生成電信號 涉及幾億億個原子 主要是鈉粒子 鉀粒子 還有鈣粒子 這些原子的軌跡 在四維時空中 形成了非常精妙和優雅的辮子 它那個複雜的糾纏模式 對應着大腦處理信息的方式 或許 只能說是或許 正是從中產生了我們的自我意識 儘管科學界還廣泛的認爲 我們依然不理解 大腦中原子的運動怎麼就形成了自我意識 但是我們可以粗略的猜一下 你就是時空中的一個模式 一個數學模式 最關鍵的要點是 你在時空中是一個不變的模式 剛纔我們已經說了 在四維的時空中沒有動態的變化 而只有一個不變的形狀 這個模式的具體細節並不重要 我們不討論 這個模式 是我們宇宙數學結構的一部分 模式中的不同部分之間的關係 就編碼在數學方程裏 我們在今天的一開始就說到 你的意識並不是在觀察外部世界 而是在觀察 你腦中形成的一個精妙的模型 由於你的感官不斷的輸入各種信息 這個模型也在不停的更新 並且用這些信息來追蹤 外部世界正在發生的事 正如當你觀察三維空間的時候 你的思維是在觀察 腦子裏的一個三維的模型 同樣 你對時間建立的模型 也是一樣的原理 它的一連串的記憶序列 讓你產生了一種對時間的主觀的感覺 就彷彿時間在一系列事件中流淌向前 換句話說 你對時間流逝的主觀感覺 來自於你現在所擁有的記憶之間的關係 我們可以做一個思想實驗 在我睡覺的時候 有人對我進行了一個完美的克隆 這個克隆人 當然就擁有我所有的記憶了 並且醒來的時候 感知到了一個觀察者時刻 他依然能夠感覺到 時間從過去流淌到現在 但是實際上 他只有片刻的經歷而已 此時此刻 你所意識到的一切感覺起來 並不是一張照片 而像是一部電影 這部電影其實並不是物理實在的本身 它只存在於你的大腦裏 作爲你腦子裏實在模型的一部分 它包含了大量關於真正外部物理實在的信息 但是它所組成的 依然是一個經過了大量剪輯的版本 其實有大量的科幻電影 包括文學作品 都探討了這個問題 就是我們的記憶組成了我們對時間感知的一切 你比如說我現在能想起來的 小林太三的最不難 還有美劇西部世界 這些作品都在探討 如果我們對記憶的感知出了問題 我們對時間的感知也會出現很大的問題 一代又一代的物理學家和化學家 都曾經研究過 巨量的原子組合起來會發生什麼事 他們發現 原子的集體行爲取決於排列組合的模式 固體 液體 還有氣體之間最大的區別 並不在於原子的種類 而在於原子組合的模式 也許有一天我們會發現 意識也只是另外一種原子組合的狀態而已 好了 關於泰克馬克的數學宇宙假說 你能不能接受呢 說實話 即便是我錄了這期節目 在直覺上也還是很難同意 但是在邏輯上又很難反駁它 總之是有點糾結 但是不得不說 如果你理解了它裏面的邏輯 那在智力的愉悅感方面 這個理論讓我琢磨得很過癮 如果你還沒明白 並且不排斥它的話 可以再聽一遍