罗杰·彭罗斯谈现实的深层本质 |《走近真理》访谈

引言:一次个人回顾

主持人

【音乐】

欢迎来到《走近真理》。我正在与罗杰·彭罗斯爵士对话。这是一次回顾他个人智识与科学生涯发展的访谈,他的职业生涯非凡卓越。罗杰是一位杰出的纯粹数学家数学物理学家,也是诺贝尔物理学奖得主

作为牛津大学的荣誉罗斯·鲍尔数学教授,罗杰在科学哲学现实的本质物理学的基础宇宙学理论以及心智与意识的本质等领域,都持有独特的观点。我们将逐一探索这些思想。罗杰,很高兴再次见到你。

罗杰·彭罗斯

你好,也很高兴见到你。

主持人

这是我们第四次在《走近真理》上对话。我们第一次是在2007年1月,那已经是超过18年前了,在牛津。之后是2014年,几年前的2022年是在线上,而这是我们2025年的第四次。所以我想,我们不妨尝试做一些有点不同的事情,像是一次个人的回顾,追溯你在每一项主要贡献中的智识或科学史,它们的发展弧线,你所面临的挑战,你受到的批评,你的回应,以及你对未来的反思。

嗯,我们想了解你内心的想法,并将探讨每一个主题,但我想从回顾你探索现实深层本质的方法开始,让我们先从你的科学哲学谈起。因为你在许多方面挑战了传统智慧,比如量子力学、宇宙学、作为意识研究方法的计算功能主义,同时你也创造了传统智慧的一部分,即我们理解黑洞的方式。所以你一直与这些关键问题紧密相关。那么,就让我们从你的科学哲学,即科学、数学和哲学的范畴与局限开始吧。

科学哲学:数学在物理学中的角色

罗杰·彭罗斯

嗯,这是一个很难回答的问题,因为我不知道我对此是否有特别的看法。

我当然认为,物理学是建立在数学基础之上的,但我绝不相信数学中的任何东西都必然能在物理学中找到用武之地。所以,如果你愿意这么说,这是一个非常片面的关系。

似乎只有一小部分数学体系与物理学有关,而且仅仅因为某个数学思想听起来非常优美、涵盖范围广泛等等,据我所知,这并不能说明它是否适用于物理学。

美丽与矛盾:复数的启示

罗杰·彭罗斯

另一方面,数学中有某些东西在我初次学习时就给我留下了深刻的印象。我想我特别想说的是复数。当我第一次学习复数时,我发现这个学科是如此优美,以至于——你看,我现在自相矛盾了——我认为它一定与物理学有关。当我发现量子力学确实是建立在复数的基础上时,我感到极为满意。

主持人

那么,我们能从中推断出什么呢?数学中的复数这个元素,确实具有这种物理上的解释力。嗯,这是一个孤例,还是你可以从中推断出普遍性?

罗杰·彭罗斯

我不知道。你看,我觉得很难将这些事情一概而论。

就像我刚才说的,我几句话之内就自相矛盾了。因为我就是觉得复数是一个如此奇妙的学科,以至于我不知怎地就觉得它应该和物理学有关,而这其实与我之前的评论相矛盾,即不能因为一个数学主题看起来优美且涉猎广泛,就认为它与物理学有任何关系。

主持人

嗯,这其实是一个深刻的想法,那种内在矛盾的感觉,因为它确实让整个过程变得更加激动人心。

罗杰·彭罗斯

是的,你看,这里有不同的东西。有复数,然后你看,哈密尔顿在发现四元数时真的非常震撼,那是一个如此优美的思想,并且不知怎地就与物理学有关。而从我的观点来看,四元数的问题在于,它看起来像是一个正定(positive definite)的……

数学在物理学中之所以如此有效,当我们思考时空时,它在四个维度上,带着一个正号和三个负号的度规符号(signature),表现得非常出色。你可能会觉得这是一组非常随意的正负号集合。但我个人的看法是,这至关重要。

因为如果你从另一个角度看,你会发现这是一个真正基础的东西,嗯,那个度规符号,也就是正负号的数量,嗯,是一件基础性的事,而它恰好是一个正号和三个负号这一点,是真正基础的,这与它和旋量(spinors)的关系有关,而这是……你看,我是从狄拉克那里学到旋量的,这有点奇怪,因为故事有点令人困惑。

宇宙学思想的演进

罗杰·彭罗斯

你看,当我进入剑桥做研究时,我本来是做纯粹数学的。我研究的是代数几何。然而,我与丹尼斯·夏默(Dennis Sciama)结下了深厚的友谊。丹尼斯·夏默是我哥哥的好朋友,我记得那好像是在剑桥的Kingswood餐厅里的一次活动。

当时我去看望我哥哥,我对弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)关于宇宙学的讲座有一些困惑,他说的某些话我理解不了。于是我问我哥哥,他说:“我对宇宙学不太了解,但坐在那边那张桌子旁的是我的一个朋友,他会告诉你答案。”于是我走过去,坐在丹尼斯·夏默旁边,向他描述了我对弗雷德·霍伊尔所说内容的小困惑。他没有直接给我答案,而是说:“哦,我去问问弗雷德。”

丹尼斯·夏默的影响:从稳恒态到大爆炸

罗杰·彭罗斯

那就是弗雷德·霍伊尔。所以,嗯,但我想他肯定对我的问题印象深刻,因为当我真的到了剑桥后,丹尼斯特意来找我谈话,试图说服我转向物理学,他……

某种程度上算是成功了,因为和他交谈后,我对物理学产生了浓厚的兴趣。他是一位非常优秀的解说者,告诉了我一些关于物理学的基础知识。

他还告诉我一件重要的事,那就是,你看,他曾是稳恒态模型(steady state model)的坚定支持者。那个模型认为宇宙在不断膨胀,并且会一直膨胀下去,然后会有氢产生,这些氢是自发产生的,宇宙就这样一直持续下去。他非常喜欢这个模型,我也被他说服了,非常认同。然后,当微波背景辐射被发现时,丹尼斯在确信之后很快就改变了他的讲座内容,他会这样开场:“我错了。

我觉得这真的令人印象深刻。

他能够转变立场,承认自己先前坚信不疑的东西是错的,并且能被观测结果所说服。我觉得那真的了不起。

我好像有点绕圈子了,没有真正谈到我本想谈论的话题。

我该……

主持人

不,但这非常相关,因为它关乎科学哲学,以及你对科学过程、思维过程的理解。

宇宙的循环:大爆炸并非开端

罗杰·彭罗斯

是的。嗯,你看,丹尼斯后来确信了。你看,从某种意义上说,他仍然是错的,因为他……这很有趣,你看,因为他认为,好吧,我们必须研究大爆炸,解决所有物理学问题的关键就是回到过去,研究大爆炸中的早期宇宙。

当我说我认为他仍然是错的,是因为他当时试图把粒子物理学之类的东西建立在大爆炸的早期宇宙之上。而后来,我改变了我的看法。我想对丹尼斯来说已经太晚了,因为在我改变看法的时候他已经去世了。

我目前的观点是,大爆炸并非开端,它是一个结果。这有点更像稳恒态模型,虽然它不是稳恒态,但它认为宇宙无始无终,只是不断延续。这个观点是我在本世纪初,很早就形成的。那大概是在2003年左右,我想。而且我非常坚信它的核心是正确的,尽管在某些细节上完全是错的。所以我们必须小心……

宇宙的特殊性

主持人

是什么关键因素促使你在2003年左右发生了那样的转变?你还记得吗?那是一次“啊哈!”的顿悟时刻,还是一个渐进的过程?

罗杰·彭罗斯

我想,嗯,它可能在某种意义上是一次顿悟,但它包含两个部分,我想是两个部分。是的,有两个部分。其中一部分的起因是……你看,很多这些想法都源于偶然的交谈,我总是惊讶于有多少次偶然的交谈指引了我的研究方向。

与吉姆·皮布尔斯的偶然对话:为何奇点如此特别?

罗杰·彭罗斯

其中一次是我访问普林斯顿的时候,当时很多人要去史蒂文斯理工学院,来自纽约州不同地区的人会聚集在一起去那里,而你必须从普林斯顿开车过去。路程有点远。我没有车,所以需要找一辆有空位的车。

我看到一辆车,当我走近那辆车时,我发现并没有空位,但我注意到车里坐着吉姆·皮布尔斯(Jim Peebles)。我想,哦,既然看到了吉姆·皮布尔斯,我就问他一个我正在困惑的问题。那个问题是:为什么你们宇宙学家从来不研究我们在广义相对论中发现的那些非常有趣的奇点模型,而只是研究你们似乎在研究的那个相当乏味的(均匀)模型?

我们有各种各样更有趣的奇点类型,而你们只研究那一个非常简单、基础的……为什么你们不研究所有这些其他种类的可能奇点呢?他看着我,说:“因为宇宙不是那样的。”我当时想,天哪,他说得对,宇宙确实不是那样的。他的意思是,宇宙非常、非常均匀,这是宇宙一个非常显著的特征,它就是这种特定类型的奇点,而不是其他那些类型中的任何一种。

这引发了我一连串的思考,让我开始想,为什么是这种非常特殊的解?黑洞里的那种奇点有什么问题?它们是完全不同的,究竟在哪些方面不同呢?

与理查德·费曼的邂逅:引力与热力学第二定律

罗杰·彭罗斯

嗯,这里我可以转述另一场讲座。这是我……在加州理工学院(Caltech)做的一场讲座。我得把这个故事倒着讲一点,因为我后来才知道,迪克·费曼(Dick Fineman)……这是一个……我把故事稍微倒着讲。

我后来得知,费曼当时好像看到了这场讲座的海报之类的广告,他还评论说:“我要去质问这家伙。”你看,好吧,我开始在加州理工学院做我的演讲,然后另一个人开始质问我,他坐在费曼后面。我总觉得他是个诺贝尔奖得主,因为那个地方到处都是诺贝尔奖得主,所以很有可能他就是。

我真的不知道他是谁。但有别人开始质问我。然后费曼转过身,指着那个人说:“你闭嘴。我们要听听这个人在说什么。

这其实相当令人印象深刻,因为费曼认为我说的确实有道理。我当时在谈论宇宙的特殊性,它非常特殊的本质。

引力的特殊角色:未被激活的自由度

罗杰·彭罗斯

它特殊在哪里?奇怪之处在于,嗯,热力学第二定律告诉我们,事物起始于非常低的状态,如果你愿意这么说,就是非常特殊的状态,然后随着时间的推移,它变得越来越普遍。然而,我们所看到的宇宙是以一种非常奇怪的方式特殊的。你看,除了引力之外,其他一切似乎都是特殊的。

这非常奇怪,引力被单独挑出来,成为唯一不特殊的东西,它的作用方式是相反的。所以,大多数事物当它们变得更特殊时,会变得更均匀。这就是我刚才想表达的观点,比如说,如果你有一个盒子里的气体,你把它压缩在一个角落里,那是更特殊的状态。

你打开盒子,它会散布到整个盒子中,变得越来越均匀。然而,对于引力来说,情况正好相反。你可以想象星系,我画的那些卡通画里,星系就像被塞在盒子里一样。随着宇宙的膨胀,引力是均匀的这一事实,正是早期宇宙的特殊之处。

均匀状态在引力作用下是不同的,它是反过来的。你看,我们看到的特殊状态是均匀状态,而它后来变得不那么均匀了。你得到了星系、恒星,它们会……这些观点是薛定谔(Schrödinger)在他的书《生命是什么》(What is Life?)中非常有力地提出的,那本书给我留下了极深的印象。嗯,太阳是一个在其他方面都黑暗的天空中的热点,我们赖以生存。为什么那是一个热点?因为它曾经是一个冷点。

然后气体,当然还有核反应之类的,但关键是恒星之所以存在,完全是由引力把它束缚在一起的。所以,你所依赖的是引力。你一直在从引力场中“虹吸”出那种特殊性。

所以,大爆炸之所以如此特殊,是因为引力的自由度没有被激活。其他一切似乎都已经被激活了,一旦被激活,它就会变得更均匀。引力是不同的,它变得越来越不均匀。是什么让它在开始时如此特殊?我对此感到困惑,在那次演讲中我没有答案,但我印象深刻的是,如果你愿意这么说,他(费曼)也被这个观点所震撼,即引力被单独挑出来,成为唯一如此特殊的事物,这是一个他以前没有考虑过的观点。

主持人

这确实是思想史和宇宙学发展史上非常了不起的一段。

彭罗斯的三个世界:物理、精神与柏拉图

主持人

嗯,我认为那是个很棒的故事,罗杰。你著名的形而上学框架,你的“三个世界,三个奥秘”——物理世界精神世界、以及柏拉图式的或数学的世界,它们在你著名的等边三角形模型中彼此相连。嗯,你对那个模型的信心水平随着时间的推移有变化吗?

我的意思是,你显然知道许多,或许是大多数科学家,都拒绝承认精神世界和柏拉图世界的本体论实在性,当然他们接受物理世界。为什么这么多人拒绝这个观点?以及你对这个问题的看法随着时间的推移有何变化?

罗杰·彭罗斯

我不这么认为。或许我现在不那么经常用那个图景来思考了。我在讨论中用得不多了。但另一方面,我也不觉得我对它的看法有什么改变。

数学世界的实在性

罗杰·彭罗斯

我当然相信数学世界在某种意义上的实在性。它就在那里,而且这种观点在数学家中并不少见。数学家比你想象的更像是考古学家。你在挖掘,有时你会发现一块美丽的石头,它就在那里等着被发现。它不是我们创造出来的。

这当然是我的观点,而且我认为大多数数学家,至少是我认识的那些,都持有这种看法,认为数学不是被创造的。

主持人

我认为这绝对正确。但对大多数科学家来说,我想就不是这样了。

罗杰·彭罗斯

很可能是的。是的。我想那些不从事数学工作的人,不知何故不会有那种看法。我想你说得对。确实如此。

其他的……

主持人

而且……

罗杰·彭罗斯

这与精神世界的情况类似。大多数科学家会说,精神是,你知道的,是随附(supervenes)于物理世界的,或者只是物理世界的一种涌现

甚至是一种偶然的涌现。嗯,而且他们当然不会把精神和物理等同起来,而是认为一切归根结底都是物理的。

主持人

那么,大多数科学家的态度是否影响了你的观点,或者说真的没有?

罗杰·彭罗斯

嗯,它当然影响了别人的看法,但没有影响我的。

精神世界的独特性与人工智能

罗杰·彭罗斯

你看,现在有关于人工智能(AI)的这些事情,你看,我反正觉得这个词本身就是个误称。它不是智能。但它仍然被称为AI。嗯,人们似乎认为意识不重要,并且认为无论它是什么,当AI技术达到一定规模时,它就会随之而来,或许它只是某个东西的侥幸产物,我不知道。

人们似乎确实持有这种观点,而不像我一样,认为它是一种任何形式的计算都无法捕捉的东西。它是计算之外的东西,是非常不同的东西。这是我很早就形成的一个观点。

奠定思想基石的三门讲座

罗杰·彭罗斯

你看,当我在剑桥读研究生时,我本科是在伦敦读的,我选了三门讲座课程。我肯定以前说过这个,这三门课与我本该做的事情——纯粹数学——毫无关系。

赫尔曼·邦迪与广义相对论

罗杰·彭罗斯

其中一门课是赫尔曼·邦迪(Herman Bondi)讲的,关于广义相对论的精彩课程。我本身就对此有兴趣,但他的课实在太精彩了,我从那门课中学到了大量关于广义相对论的知识,这显然对我影响巨大。

保罗·狄拉克与量子力学之谜

罗杰·彭罗斯

第二门课是伟大的保罗·狄拉克(Paul Dirac)讲的,那门课也对我影响巨大。我认为他的讲座非常出色。我记得和弗里曼·戴森(Freeman Dyson)聊过,他认为狄拉克是个糟糕的讲师。那就像一本书,就像他的书一样。

我不知道那些。我不在乎他的书。我没读过他的书。我发现他的讲座非常富有启发性。我尤其记得他的第一堂课,他当时在讲原子可以同时处于两个地方。然后他拿出一支粉笔。而就在那一刻,我正凝视窗外,看着别的东西,没有注意到他的解释。等我的注意力回到这个主题上时,他已经讲到别的内容了。

于是我就无法理解为什么一支粉笔不能同时处于两个地方。从那以后,我一直在思考这个问题。我想我没听到他的解释是件好事。那可能只是些安抚我、让我别去担心的东西。那会是一种……怎么说呢,就是为了……阻止你再去担心。而因为我没听到那个解释,我从此就一直在为此烦恼。

主持人

嗯,罗杰,你知道…… kind of……

罗杰·彭罗斯

我没……抱歉,我没回答你的问题,关于第三门讲座……

主持人

啊,当然。

斯廷与哥德尔不完备定理:超越计算的“理解”

罗杰·彭罗斯

第三门讲座是……巴斯廷(Bastin)的讲座。你看,巴斯廷的讲座是关于数理逻辑的,他谈到了数学和数学的可计算性,即可计算性的概念,以及某些问题是不可计算的事实。他提出了哥德尔定理(Gödel's theorem)的问题。我以前模糊地听说过哥德尔定理,它似乎是在展示一个你无法证明的数学陈述,我不太喜欢“有东西你无法证明”这个想法,但我被他所展示的内容彻底震惊了。

他只是展示了,如果你有一套你认为是“证明”的特定程序,哥德尔所做的就是让你能够构造一个陈述,这个陈述说:“我无法被那些规则所证明。”然后你就会发现,它必须是真的。因为如果它是假的,那么它就是可以被那些规则证明的,因此它必须是真的。所以,它是真的,但无法被那些规则所证明。我们是怎么知道它是真的呢?

我们之所以知道它是真的,是凭借我们知道为什么那些规则只会推导出真理。这让我觉得很重要。这不仅仅是使用规则,而是你可以通过知道规则为何有效,通过理解规则,来超越对规则的使用。

那是什么?是“理解”,这是一种有意识(conscious)的东西。说一个实体“理解”了某样东西,如果它实际上并没有意识到它(aware of it),这似乎没什么意义。无论如何,语言的用法就是这样,理解意味着觉知(awareness),无论觉知是什么,它是参与理解过程的东西。所以,这就是我进入意识领域的基石,如果你愿意这么说,那就是:有什么东西可以超越可计算性,超越任何层次的可计算性?你有图灵的……各种阶梯,这不只是普通的简单可计算性。你可以有二阶、三阶,所有这些东西,但它们没有一个能概括非可计算性的思想。

结语

主持人

那三门讲座确实是你后来所做一切的一个非凡的基础。我的意思是,你最初是作为一名纯粹数学家开始的,而那三门讲座,每一门都为你数十年来卓越的贡献开辟了一条道路。

罗杰·彭罗斯

是的,这三门课都如此重要,真是奇妙。没错。

主持人

全部三门。是的。那真是个很棒的故事。罗杰,非常非常感谢。能与你交谈,永远是一种荣幸和乐趣。

观众们可以在 closertotruth.com 和《走近真理》的YouTube频道上观看罗杰多年来的超过25个视频和电视节目。此外,还有超过一百集电视节目和一千个独家视频,内容涵盖宇宙学——我们刚才谈到的——还有意识,所有内容都充满了批判性思维。

我们感谢大家对《走近真理》的支持。呃,告诉你的朋友们,为我们的视频点赞,尽你所能捐助。感谢大家的收看。

感谢您的观看。如果您喜欢这个视频,请点赞和在下方评论。您可以通过订阅来支持《走近真理》。

《走近真理》现在接受您的免税捐赠。请访问 closertotruth.com/donate。

非常感谢您对我们的支持,也感谢您的观看。