霍金的三觀：科學觀、宇宙觀、哲學觀

北京時間2018年3月14日，一代大師斯蒂文·霍金逝世了，胡先笙作為一名科學愛好者，對此深表惋惜，當天情不自禁加入了浩蕩的緬懷霍金人潮中，倉忙的寫了一篇文章《紀念霍金——虛時間中永恆》以示哀悼。而今天，是霍金的頭七，雖然不是西方的習俗，但胡先笙還是想在此再次緬懷一下這位偉大的科學先賢--這一次，只有從容，沒有慌亂。

霍金雖然走了，但他的成就永遠如霍金輻射一般，在浩渺的宇宙散發著微弱的光芒；又永遠如黑洞一般，吸引著嚮往科學的人們。此時此刻，我覺得有必要向大家介紹一下霍金的三觀----他的科學觀、宇宙觀和哲學觀。一則作為對這位科學大師的紀念，二則我們從中學習感悟，感悟科學、感悟宇宙、感悟哲學。

霍金的三觀是一個整體、是糾纏在一起的，猶如夸克禁閉，胡先笙很難將之剝離，所以只能揉在一起來講：似乎正在講科學觀，但緊跟著宇宙觀就上了，不知不覺中又上升到了哲學觀。霍金之三觀，蔚為大觀，我等猶如劉姥姥、進入到霍金的大觀園。

一、霍金：實用主義的科學觀

科學是什麼？在霍金看來，科學就是人們為了便於描述、解釋世界而建立的理論模型。霍金這話說得有點兒那個，難道科學不是在反映客觀真理嗎？霍金進一步認為：科學是人為製造的一種工具，人們可以根據需要採用不同的科學模型，哪種模型用著方便就選用哪種。

霍金，你怎麼能是這樣的呢？大家別急。其實大家應該明白這樣一個很直白的道理，對於任何自然現象，我們都可以建立起很多理論模型來解釋它，甚至可以毫不誇張地說，可以建立起來無數種理論模型來解釋它。

當我還是一個高一學生的時候，我就思考過這個問題：為什麼放在冰箱里的肉就腐敗的慢呢？你們一定會說：那是因為在低溫下，細菌繁殖的慢。我說，或許可以這樣解釋：時間是依賴於溫度的，溫度越低，時間就走的越慢，冰箱內一天相當於冰箱外一個月。所以你在冰箱外呆一個月，打開冰箱一看，喔噻這肉還好好的，為啥，因為這肉才過了一天，它怎麼能變壞呢？

各位，你能反駁我嗎？你總不會說：那我們在冰箱里放一塊手錶，看看它走的慢了沒有？其實，我這個解釋是沒法駁倒的，這就是所謂給冰箱內腐敗變慢的另一種理論模型。那我這個模型為啥沒人接受呢？因為這個模型太麻煩，令時間成為了溫度的函數，搞得很麻煩。

實際上, 在科學研究中, 科學家就是要在多種理論模型中做出選擇，這些理論模型經常是互相對立的，究竟該選哪一個理論呢？有朋友會說，實踐是檢驗真理的唯一標準。這話沒錯，但問題是，如果這些理論都可以解釋現有各種觀察和實驗，那你準備選哪一個理論模型呢？

霍金嚴重指出：在這種情形下,科學家應優先選擇簡單、實用的理論。這個觀點絕不是霍金的原創，科學界早都是如此了，而霍金只是說的特別明確，把他那實用主義的科學觀表達得特別直白，毫不隱晦。

你再聽聽，他是這樣說得，原話：「物理理論不過是我們用以描寫觀察結果的數學模型。如果該理論是優雅的數學模型,它能描寫大量的觀測,並能預言新觀測的結果, 則它就是一個好理論。」看到沒有，物理理論不過就是一個數學模型而已，好理論就是要優雅、要能預測實驗結果。在輪椅上，霍金身體力行，為黑洞和宇宙構建了數學模型，而且是很優雅的數學模型,由此預言了黑洞和宇宙應該會怎麼樣，只可惜還沒有得到觀測的證實

話說到這裡，就必須要觸及一個關鍵問題：客觀世界是否存在？大多數朋友會說：廢話啊，當然存在，客觀世界當然存在。那陸象山為啥說：吾心便是宇宙,宇宙即是吾心；王陽明又說：心外無物，心外無理。那是因為這兩位是唯心主義，還是主觀唯心主義。

我們現在從小受科學的熏陶，大多認同科學實在論，而且是傳統的科學實在論，認為客觀世界是實實在在存在的。更為具體的來說，傳統的科學實在論認為，我們生活在一個客觀真實的世界之中，其性質是確定的，與人類的感知無關，不依賴人的意識而存在。

是的，經典物理的確是非常支持科學實在論的，但隨著相對論、尤其是量子力學的出現，科學實在論越來越困難了。霍金對此的評論是「實在性的幼稚的觀點和現代物理是不相容的」。

霍金為啥會這樣說呢？竟然認為傳統的科學實在論是simple and na?ve呢？

大家都聽說過缸中之腦吧？我這裡在給大家複習一下。想像一下，你被一個腦外科的醫生做了大手術，整個腦子被切了下來，而且放入一個大缸里。這個缸特別好，裝滿了維持腦存活的營養液，所以你的腦子在缸里活得特別好，而且還沒有司馬光砸缸。更為重要的是，你的大腦的每一個根神經末梢都連接在計算機上，這台神奇的計算機會按照程序向大腦傳送信息，讓大腦保持一切完全正常的幻覺。所以，對於你的大腦來說，一切都是正常的，各種人呀、八卦呀、霍金去世的消息呀、藍色的天空呀、美味的泡菜呀還都存在，就連模擬你身體感覺信息都準確地輸入了你的大腦，你可以非常真實地感覺到清晨在環城公園慢跑，還聽著PAGE SEVEN胡先笙講黑洞、講引力波、講成吉思汗。一切都是那麼的正常，但其實你只剩下大腦了，是缸中的營養液在維持著你。

有人估計不耐煩了：胡說啥呢？我只是向大家介紹一下缸中之腦，這裡的關鍵是，我們怎麼能保證，我們現在就不是缸中之腦呢？估計有人愣住了，但也有人掐了一下自己的大腿，很欣慰地說：我有腿，我不是缸中之腦。但不要忘了，你掐腿的感覺，很可能是計算機向你輸入的一個刺激信號。

聽完這個故事，大家就明白，為什麼說傳統的科學實在論是simple and na?ve，為什麼陸象山和王陽明會那樣想。

但我們今天關心的是，霍金是怎樣認為的，這位輪椅上的偉人，輪椅上的大腦，他是怎麼看待這個問題——客觀世界是否存在呢？

霍金竟然也說了另一個版本的缸中之腦。看過科幻影片《黑客帝國》的都知道，影片中的人不知不覺地生活在由外星人製造的模擬環境中，是外星人用電腦製造的模擬實在之中，而且還能夠保持平靜而滿意。當然這是科幻片，大多數人對這個「模擬實在」是一笑了之。但霍金嚴重指出：何以得知，我們不過是一部電腦製作的肥皂劇中的角色呢？

這個問題太令人深思了，我們直接沉默了。或許有人可以這樣反駁，如果我們真的活在電腦製造的模擬環境中，那在這個虛擬世界中，就不應該有任何邏輯，也不應該服從任何定律，應該特別隨意。這個反駁是不成立的，因為外星人給我們設計的程序是固定的，而且程序設定的就是邏輯一致性、定律的一貫性，那我們的感覺就自然是這樣的。而且這種軟體設置，對於外星人來說也是最方便的。外星人忙成啥了，哪有時間編邏輯跳躍、定律不定的軟體。

霍金用這個例子想說明，我們其實是無法判斷我們是活在真實的客觀世界之中，還是活在了虛幻的模擬環境之中。由此霍金提出了一個重要觀點：「一個物理理論和世界圖像是一個模型（通常具有數學性質）以及一組將這個模型的元素和觀測連接的規則的思想。」

這就是他提出的依賴模型，實在是太抽象了，不好理解，所以我們先放一放，先說些輕鬆的，然後再攻堅。

二、霍金：理論比實驗重要

現在看看霍金對理論和實驗的態度。

可以想像，霍金特別重視理論，他是這樣說的：「我從未看到任何僅僅基於實驗而發展的主要理論。首先是需求優雅而協調的數學模型提出理論, 然後理論作出可被觀測驗證的預言。如果觀測和預言一致, 這並未證明該理論, 只不過該理論存活以作進一步的預言, 新預言又要由觀測來驗證。如果觀測和預言不符, 即拋棄該理論。」

霍金這段話表明兩點：其一，先有理論，然後才有實驗，理論是實驗的先行者。其二，即便這個理論預言被證實，也不表明該理論是正確的，因為這個理論新的預言可能會被未來的觀測所否定，一旦否定，我們就要拋棄這個理論。

霍金又繼續說了：「在實際中, 人們非常猶豫放棄他們已投注大量時間和心血的理論。通常他們首先質詢觀測的精度，如果找不出毛病的話，就以想當然的方式來修正理論。該理論最終就會變成醜陋的龐然大物。然後某人提出一種新理論，所有古怪的觀測都優雅而自然地在新理論中得到解釋。」

這段話說明，即便理論預言與實驗觀測不一致，人們也不會馬上放棄這個理論，而是對它進行修修補補，結果是越描越丑，最後複雜不堪、臃腫難看，終於有英雄橫空出世，提出一個革命性的新理論，將所有不符合舊理論的觀測都解釋了，而且解釋的特別優雅、特別有風度。

舉個例子來說明吧。人們原先以為, 逆著光運動比順著光運動一定會測量出更高的光速。也就是說你拿著手電筒所發出的光速如果是c，那你奔跑起來，奔跑速度如果是v，那麼此時手中的手電筒所發出的光速應該是c+v。但是麥克爾遜-莫雷實驗告訴我們：不管光源還是觀測者如何運動，光速總是相同的。

咋回事兒呢？當時的科學家就開始對原來的經典理論進行修修補補，什麼以太拖拽論都出來了。

終於有個小人物站了出來，提出了光速不變原理：你們修補個nothing，光速就是不變的，在任何參照系下觀測、其速度都是c。由此，時間不再是獨立的，而是和空間耦合了起來，共同構成了四維時空，不但優雅，而且有范兒，完全變革了我們對於空間和時間的觀念。

這個例子，就是說明了霍金所說的，面對古怪的實驗觀測，舊理論總是要掙扎許久，終有大智大勇之人提出優雅風度的新理論。

與牛頓、愛因斯坦一樣，霍金追求統一，追求統一的科學理論。他在霍金輻射中，就把引力理論、量子理論和統計物理進行了統一，而且統一得還挺優雅。

反正，霍金特別重視理論，其貢獻也只是在理論，認為理論要優先於觀測。

三、霍金的上帝觀

科學家經常把上帝掛在嘴邊，為什麼呢？一則是西方的傳統；二則是用上帝來指代自然規律；三則，也是最重要的，科學似乎解決不了終極問題。比如你說我們現在的宇宙是130多億年前的大爆炸而來的，那肯定有人問大爆炸以前是咋回事？爆炸物本身是哪裡來的？這時候就似乎要求助於上帝。就是物理學家在刨根問底、追索源頭的時候，最終追不到了，就姑且歸於上帝。

比如，牛頓將第一推動力歸因於上帝，愛因斯坦也說：「我想知道上帝是如何創造了這個世界。」霍金清楚，要想從科學的角度否定上帝的存在，就是要從用科學的方式解決宇宙的起源、物質的起源，否則就要求助於上帝。

為此，霍金創立了量子宇宙學的無邊界學說。他認為，時空是有限而無界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動。宇宙的創生與演化都是由物理定律所決定，也是僅僅由物理學定律所決定。由此上帝在宇宙中沒用了，無所事事了，從而把上帝與宇宙萬物隔離了。

大家都知道宇宙大爆炸理論——The Big Bang Theory，宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。霍金證明了：宇宙大爆炸必然從一個奇點開始。然而，奇點的密度無窮大，一切科學定律都失效了，連時空概念也失效了，所以奇點是不可能真實存在的，是非物理的，這就構成宇宙學的最大疑難：奇性疑難。

為了解決這個奇性疑難，霍金引入了兩個大殺器：「無邊界宇宙」的設想和「虛時間」概念。

一旦引入了虛時間，宇宙中的奇點就消失了，也不需要上帝給邊界條件了。尤其是宇宙在虛時間中既沒有創生也沒有終結，它就是存在。在這個宇宙中發生的一切可完全由物理學定律所確定。宇宙就再也沒有選擇初始條件的自由了，宇宙只能是現在這樣的宇宙，宇宙只能選擇宇宙要服從的定律的自由。既然上帝沒有選擇的自由，那他還是萬能的上帝嗎？難怪霍金是無神論者。

有關這個虛時間的概念，我在霍金去世的當天在知乎發了文《紀念霍金——虛時間中永恆》，有興趣的可以去看看。

虛時間，真的很虛，因為是用數學上的虛數來表達時間，你說虛不虛？但虛時間的引入，就能解決宇宙起源問題，因為由這個虛時間，霍金用數學推導出，宇宙沒有開始、也沒有結束，它無始無終、圓融自在，不用麻煩上帝來創造宇宙萬物。

霍金在有一次演講中，是這樣否定上帝的，演講標題是《一切都是註定的嗎?》，他的原話是：「贊同宿命論的論證通常是這麼進行的，上帝是萬能的並且外在於時間，所以上帝知道將會發生什麼。但是如果這樣的話，我們怎麼還會有自由意志呢? 而如果我們沒有自由意志的話，又怎麼能為我們的行動負責呢？如果一個人註定要去搶銀行，這不能算是他的過錯。那麼，為什麼他要為此而受懲罰呢?」

坦率地說，霍金這段話，是欠缺邏輯的。人是否有自由意志呢？這是個大話題，很哲學、很科學、也很玄學，霍金竟然用搶銀行是否該受懲罰來論證人是否有自由意志，說明啥？說明這個果然是一次演講，一次沒做認真準備的演講而已。

如果一切都是註定的，那個人搶銀行也是註定的，那他受懲罰也是註定，宿命論在這一點上，邏輯非常自洽，根本就沒有自由意志啥事兒。

說了半天，霍金是不承認上帝的存在性。

四、依賴模型

好了，我現在又要回到剛才的主題，霍金到底認為有沒有真實的客觀世界，這才是霍金最重要的三觀。

在科學界和哲學界，一直都有兩大尖銳對立的派系，科學實在論認為：真實的客觀世界是存在的，而且科學理論就是關於客觀世界的真理。但是，反實在論者認為：所謂的客觀世界，只不過是人們頭腦中想像，客觀個nothing，科學不過是個工具而已，科學理論沒有什麼客觀性和真理性。

雙方是爭論不休，狼煙四起，霍金不甘寂寞，推著輪椅，加入了論戰。我們且看看霍金站在了哪一方。

作為科普大家，霍金特別善於用生動的類比來說明問題。想像一個魚缸，一個彎曲的魚缸，裡面養了一條金魚，那麼這條魚看魚缸外的世界，就是一個彎曲的世界、一個扭曲的景色，對吧？

但問題來了，你憑什麼說金魚看到的是扭曲的世界呢？你會說，因為它在彎曲的魚缸里啊，那你怎麼知道我們不是在一個大缸之中，一個很大很彎曲的缸里呢？話這麼一說，就很霍金了。

在彎曲魚缸中的魚，若要描述魚缸外物體的運動，就需要比牛頓力學更複雜的運動理論，其中就包含魚缸所導致的變形效應。這樣，金魚所締造的物理學與人類所締造的物理學是很不一樣的，但是都可以去描述、解釋和預測魚缸之外物體的運動，你能說誰是對的、誰是錯的嗎？

如果我們一定要說金魚所認識的世界是被魚缸所扭曲了，因而是不真實的，那麼我們必須要捫心自問：我們所認識的實在就一定是真實的、未被扭曲的？

其實，在金魚看來，它們的科學理論成功地描述了事物，也成功地預言了物體的運動，因此金魚們非常相信自己的科學。這樣說來，人類和金魚是旗鼓相當，難分伯仲。

霍金舉這個例子想幹嘛？大家覺得，從金魚類比來看，霍金是屬於實在論的，還是反實在論的，他到底是認為有沒有真實的客觀的世界呢？

估計大家有種feeling，這輪椅上的霍金好像是反實在論的。但霍金不承認這點，那他的觀點到底是什麼呢？這有些複雜，要慢慢說。

金魚在魚缸里看到魚缸之外的圖像，與我們人類看到的魚缸之外的圖像是不一樣的，所以雙方締造了不同的科學理論，可見所謂的客觀實在必須要依賴於自己所看到的圖像。而且基於這個圖像，還要配合上某種模型或理論才能建立起實在的概念。

比如說，我們看到房間里的一個桌子，我們可以摸它，還可以捶它，感覺它很實在，房間里就是有一個實實在在的桌子。但略懂科學的人都知道，事情沒有那麼簡答，你覺得到有桌子，那是一個物理、化學、生理的過程。是視網膜接受到的桌子的反射光，是摸桌子的手感受到桌子電磁力的排斥，從而導致我們神經中的電位變化，然後將這個信號傳遞到大腦，最終需要依賴大腦中的某種模型或圖像才能形成「這真的有一張桌子」的認識。

所以我們所謂有個桌子的這個實在，是要基於大腦所形成的圖像。

再比如，到底是太陽繞地球轉，還是地球繞太陽轉呢？托勒密的宇宙模型就是前者，而哥白尼的宇宙模型就是後者。那麼哪一個模型是真實的、是客觀實在的呢？在霍金看來，這個問題本身比較可笑，我們只能問哪個模型更優雅、更簡潔。其實，無論地心學說，還是日心學說，只不過是坐標原點的選擇問題。如果你將坐標原點選在地球，那太陽就是在繞地球旋轉，這是個實在，是基於坐標原點在地球的實在；一旦將坐標原點選在太陽，那地球就在繞太陽旋轉，這也是個實在，是基於坐標原點在太陽的實在。如果我們把坐標原點放在織女星，我們會發現地球和太陽互相繞著對方轉動，這也是實在。

說了這麼多，霍金的實在觀就是：「不存在與圖像或理論無關的實在概念。物理理論或者世界圖景是模型（通常是數學性質的模型）以及將模型元素關聯於觀察的一組規則。」這就是霍金所提出的「依賴模型實在論」。

他的意思就是說，任何所謂實在都是要依賴於某種圖像，或者某種模型，或者某種理論的；不要去問是否有完全獨立的客觀實在，因為問這個毫無意義。

各位朋友，大家覺得霍金的依賴模型實在不實在呢？我的感覺是，霍金是在黑實在論。霍金的依賴模型其實是在告訴我們：實在就是依賴於人們採用何種理論來描述它；這幾乎是在認為實在依賴於心靈。霍金，你有些王陽明了。

估計有朋友會追問，既然霍金加入了實在論和反實在論的大論戰，那他到底站在誰的一邊了呢？霍金是這樣說的：實在論與反實在論的爭論並不重要，「去問一個模型是否真實是無意義的，只有是否與觀測相符才有意義」。在霍金看來，理論就沒有真假之分，只有優劣之分、只有是否有用之分，關鍵在於理論模型是否可以與觀察或實驗的經驗數據相符合、相一致。

但是，如果兩個不同理論都可以解釋現有的實驗觀測，那咋辦？霍金大手一揮，哪個理論方便就用哪個。哥白尼的日心學說比地心學說方便，我們姑且認為地球是繞太陽轉的。

總之，霍金從實用主義的角度出發，將實在與模型相結合，締造了依賴模型，不談真假、只說優劣。

為了更好地認識這個依賴模型。我們再看一個例子，一個關於夸克的例子。大家都知道，地球上的物質是由原子構成的，原子是由原子核和電子構成的，原子核是由質子和中子構成的，質子和中子又是由夸克組成的。但我們是永遠無法觀測到夸克的，因為有「夸克禁閉」，夸克被關禁閉了，永遠無法直接被觀測到。

既然不能被觀測到，但還信誓旦旦地說夸克，還說夸克有六種，甚至還煞有介事地說：質子由兩個上夸克和一個下夸克組成的，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成的。

所以不少科學家和哲學家就質疑了，夸克永遠都觀察不到，你憑啥說夸克是客觀存在，是一個實在？你這不是在玩玄學嗎？霍金進一步設想，外星人可能也在研究宇宙萬物，也進行了實驗觀察，但是在建立理論模型時、並不用夸克這個模型，而是構建了其他模型，甚至是更簡潔的模型，畢竟人家是外星人。

那既然是這樣，夸克還是一個真實的客觀存在嗎？霍金對這個問題很生氣，我都說了半天了，不要脫離模型去談實在，難道你們忘了我的依賴模型了嗎？我們雖然看不到夸克，但夸克模型所導出的一系列預言陸續被為後來的實驗所驗證。這樣夸克模型就是有用的，它這麼有用，說明夸克就是一個實在，是基於自身理論模型的實在。

五、總結

總之，霍金一方面認為傳統的科學實在論是很幼稚的、經不住推敲的，但同時也不同意反實在論的觀點，因為反實在論認為所謂的客觀世界都是我們的想像而已，說得很過分。

面對如此困境，如此的dilemma，霍金悍然提出了依賴模型，將自己凌駕於實在論和反實在論之上，非常雍容大度地說；以後不要再討論科學理論是否反映了真實的客觀世界了，因為那是沒有意義的；你們就好好學習我的依賴模型，領會其精神，體會其氣質，剛日讀《時間簡史》、柔日讀《大設計》，警惕人工智慧、提防外星人；莫要讓我太牽掛。

感謝霍金，為我們留下這麼多好東西。

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《參考文獻》

霍金《大設計》

眭　平《史蒂芬·霍金的科學觀》

趙　煦《論霍金的依賴模型的實在論》

趙緒濤，王伯魯<依賴模型實在論解析>