歐陽雜談:這個(gè)世界的本質(zhì)是什么?

?智能總結(jié)生命是一個(gè)奇跡,我們能夠來到這個(gè)世界更是奇跡中的奇跡。我們沒有理由不珍惜這短短的幾十年。
生命是一個(gè)奇跡,我們能夠來到這個(gè)世界更是奇跡中的奇跡。我們沒有理由不珍惜這短短的幾十年。

歐陽良宜
北京大學(xué)匯豐商學(xué)院副院長(zhǎng)
EMBA項(xiàng)目主任
我們看到的世界是什么?
自神話時(shí)代以來,世界起源始終是困擾人類思考者的核心問題。古代中國(guó)的盤古開天辟地流傳甚廣。這也形成了中國(guó)人天圓地方的世界觀。陰陽五行說認(rèn)為,相生相克的金木水火土是構(gòu)成物質(zhì)的基本元素。時(shí)至今日,這種宇宙觀依然影響著許多中國(guó)成年人。
九年制義務(wù)教育則教授了我們現(xiàn)代科學(xué)的基本結(jié)論。這個(gè)世界本質(zhì)上是一個(gè)樂高積木的結(jié)構(gòu)。歐洲科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氣體是由分子組成的,而分子則是由原子組成的。在古希臘語中,原子的本意是“不可切分的”。門捷列夫在前人發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上制作了元素周期表,并預(yù)言了當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的新元素性質(zhì)和原子量。人們第一次發(fā)現(xiàn),原來這個(gè)世界是微觀粒子按照確定的數(shù)學(xué)規(guī)律堆疊而成的。
原子并非是構(gòu)成世界的最基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。粒子物理學(xué)家持續(xù)地用高能量轟擊原子核,發(fā)現(xiàn)它是由更小的物質(zhì)構(gòu)成的?,F(xiàn)在“已知”構(gòu)成世界的基本粒子可以分為兩大類:費(fèi)米子和玻色子。前者是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元,組合構(gòu)成了原子的基本成分,包括質(zhì)子、中子和電子等等;后者則負(fù)責(zé)傳遞四種自然基本力(引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力)。

可以預(yù)見,如果我們用更大的能量去轟擊費(fèi)米子(如夸克),也許能發(fā)現(xiàn)更微觀的結(jié)構(gòu)。只是我們現(xiàn)在并不具備這樣的技術(shù)能力。就目前已知的事實(shí)而言,基本粒子并不具有數(shù)學(xué)應(yīng)有的簡(jiǎn)潔美。譬如,質(zhì)子的質(zhì)量是電子的1836倍。為何不是100,1000或者1800倍?也許未來物理學(xué)家們會(huì)給我們終極的答案。“道生一,一生三,三生萬物”應(yīng)該是這個(gè)世界本源的邏輯。
我們現(xiàn)在確知的事實(shí)是,“我們”本質(zhì)上是一堆基本粒子堆疊而成的復(fù)雜系統(tǒng)。構(gòu)成人體的原子數(shù)量級(jí)約為1027,而構(gòu)成這些原子的夸克和電子數(shù)量級(jí)約為1029個(gè)。一個(gè)聽起來令人感慨的事實(shí)是,這些基本粒子自138億年前宇宙誕生時(shí)便已經(jīng)存在,只是在這短短的數(shù)十年內(nèi)因緣際會(huì)構(gòu)成了你。在你這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)化為一抔黃土之后,它們又會(huì)作為基本粒子參與到其它系統(tǒng)的構(gòu)成。
為什么我們是非常幸運(yùn)的存在?
我們已知的118種基本化學(xué)元素中,人體必需的只有21種。其中氫氧碳氮四大元素占了人體質(zhì)量的96%。我們都知道,人體大約70%質(zhì)量是水(氧化氫)構(gòu)成的,所以氫(10.0%)氧(61.4%)元素合計(jì)占人體71.4%的比例并不奇怪。一個(gè)冷知識(shí)是,大腦含水量至少要達(dá)到75%。低于這個(gè)比例大腦便會(huì)出現(xiàn)認(rèn)知障礙。所以腦子進(jìn)了水是常態(tài),不進(jìn)水的腦子是無法思考的。

我們通過感官或者延伸感官的儀器所能感受的物質(zhì)(包括肉眼不可見的X射線之類)質(zhì)量占已知宇宙總和的比例不到5%。占比68%的暗能量和占比27%的暗物質(zhì)因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生電磁力,即便我們身處其中也無法感知。而可觀宇宙的元素構(gòu)成中有74%是氫元素,24%左右是氦元素,剩下的元素占比不到2%。事實(shí)上,太陽的元素構(gòu)成也大致如此。某種意義上來說,我們是這個(gè)宇宙的罕見物質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)理論認(rèn)為,構(gòu)成我們的重元素源自第一代恒星爆炸時(shí)的核聚變。構(gòu)成地球和我們的大部分成分都是當(dāng)初被拋射出去的星際塵埃,幸運(yùn)而渺小。
地球生命與非生命的最大區(qū)別是主要由氫氧碳氮四大元素組成的蛋白質(zhì)。我小時(shí)候被“蛋白質(zhì)”這個(gè)中文翻譯所誤導(dǎo),以為就是雞蛋白里的物質(zhì)。實(shí)際上英文原文為Protein,源自希臘語Proteios,也即“第一重要”。蛋白質(zhì)是所有地球生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。與基本粒子堆疊成為元素類似,實(shí)現(xiàn)人體核心功能的蛋白質(zhì)是由20種氨基酸組合而成。氨基酸則是由堿性氨基(NH2)和酸性羧基(COOH)組成的有機(jī)化合物。
我們DNA中的編碼包含著氨基酸的排列規(guī)則。DNA是ATCG四種堿基組成的長(zhǎng)鏈分子。每三個(gè)堿基的順序排列代表一種氨基酸的編碼。理論上可以有64(4的3次方)種氨基酸,但我們已知的氨基酸只有20種。這20種氨基酸的三維折疊方式?jīng)Q定了蛋白質(zhì)的功能。不同結(jié)構(gòu)和折疊方式形成了人體的幾十萬種蛋白質(zhì),如我們的血紅蛋白、頭發(fā)和指甲,以及各種酶。人體的DNA長(zhǎng)度是30億個(gè)堿基。本質(zhì)上說,你我皆為3GB字節(jié)代碼構(gòu)建的一臺(tái)生物機(jī)器。我們到現(xiàn)在還沒有搞清楚這臺(tái)機(jī)器的編譯器——核糖體是如何產(chǎn)生的。

地球所有已知的生物都采用同一種蛋白質(zhì)編碼方式。也許,大自然還嘗試過其它生物機(jī)器的建造和編碼方式,但在地球上并沒有成功,譬如科幻小說經(jīng)常提及的硅基生命??茖W(xué)家們基本可以確定,所有生物都源自四十億年前的某個(gè)共同祖先。它是一種比細(xì)菌和古菌還要古老的單細(xì)胞生物??梢韵胍?,這個(gè)祖先并不孤獨(dú),應(yīng)該屬于某個(gè)種群。但是進(jìn)化的競(jìng)爭(zhēng)使得其它伙伴的子孫都滅絕了。幸運(yùn)的是,在過去四十億年中我們的所有祖先都留下了后代,成為進(jìn)化競(jìng)爭(zhēng)的勝利者。生命是一個(gè)奇跡,我們能夠來到這個(gè)世界更是奇跡中的奇跡。我們沒有理由不珍惜這短短的幾十年。
你所忽視的常識(shí)
我們看到的世界只是大腦通過感官輸入的信息構(gòu)建的內(nèi)部模型而已?;蛘哒f,我們只感受到影響宏觀世界的兩種力:引力和電磁力。我們大腦無法感知主宰原子核內(nèi)部的強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力。事實(shí)上,即便是宏觀世界的許多事實(shí),大腦都會(huì)幫我們忽略掉。
你讀到這段文字時(shí),同時(shí)也在以每秒30公里的高速隨地球圍繞太陽運(yùn)動(dòng)。而同時(shí),地球本身在以每秒466米的速度自轉(zhuǎn)。之所以我們沒有被甩出去,是因?yàn)榈厍虻囊ψプ×宋覀?。在更大的宏觀尺度上,太陽只是擁有千億顆恒星的銀河系中非常普通的一顆。如果把銀河系中心的黑洞視為市中心。我們大概處于城鄉(xiāng)結(jié)合部,并且每2億年繞市中心轉(zhuǎn)一圈。事實(shí)上整個(gè)銀河系也在運(yùn)動(dòng)。大概30-40億年后,銀河系這個(gè)宇宙中平平無奇的星系將會(huì)撞上仙女座,形成一個(gè)新的星系。這顯然不是你我現(xiàn)在需要操心的事情。
我們所看到的光是光子與視網(wǎng)膜撞擊產(chǎn)生的電信號(hào)。我們的觸覺則是更有意思的現(xiàn)象。原子絕大部分的質(zhì)量在原子核。如果把原子比喻成一個(gè)足球場(chǎng),那么原子核的大小大概相當(dāng)于一個(gè)硬幣。既然如此,那為何我們由原子組成的手接觸同樣由原子組成的桌子時(shí)不會(huì)直接穿過去呢?那是因?yàn)樵雍说碾姶懦饬υ斐傻?。本質(zhì)上而言,壓力和摩擦力都是電磁力。暗物質(zhì)和暗能量沒有電磁力作用。所以我們會(huì)直接穿過它們。我們所不能感知的95%宇宙質(zhì)量真的是神奇的存在。

我們之所以能夠思考也是因?yàn)殡姶帕?。我們所產(chǎn)生的每一個(gè)念頭都是神經(jīng)元放電的結(jié)果。人腦這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)由近千億個(gè)神經(jīng)元組成。如果我們?nèi)狈﹄姾奢d體,包括鈣離子、鈉離子、鉀離子和氯離子,那么腦子就轉(zhuǎn)不動(dòng)了。我們所謂的主觀認(rèn)知本質(zhì)上也是基本粒子堆疊的復(fù)雜現(xiàn)象。我們想象出的世界可以光怪陸離,不符合物理規(guī)律,但我們想象出這個(gè)世界的過程卻完完全全是物理規(guī)律管轄的電磁現(xiàn)象。
這個(gè)世界的本質(zhì)到底是什么?
這個(gè)世界本質(zhì)上是一個(gè)基本粒子堆疊而成的樂高結(jié)構(gòu)。從還原論的視角來看,人類社會(huì)是由國(guó)家組成的。而國(guó)家可以拆解為更小的組織單元,如部落、族群、城市、公司和家庭,直到個(gè)人。如前所述,人體則是由21種元素1027個(gè)原子構(gòu)成的復(fù)雜生命系統(tǒng)。我們可以推斷,復(fù)雜系統(tǒng),如人類社會(huì)和人體,必定服從主宰其基本部件運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律。
另一方面,復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律是基本規(guī)律的組合,但是其復(fù)雜程度可能超過人類目前的算力推演極限。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是,盡管圍棋基本規(guī)則極其簡(jiǎn)單,但是我們目前無法窮舉所有可能的下法,也無法用確定的公式來描述圍棋的最佳下法。人類社會(huì)的棋子可不只黑白兩種。政治學(xué)規(guī)律和經(jīng)濟(jì)學(xué)規(guī)律必定是物理規(guī)律的組合,但是我們沒辦法用類似萬有引力公式那樣簡(jiǎn)潔的形式來描述政治和經(jīng)濟(jì)規(guī)律,盡管我們知道基本規(guī)律是必須被遵守的。
譬如,人都是要吃飯的,否則會(huì)餓死。那么,由人組成的城市和國(guó)家都必須持續(xù)地消耗糧食,無論是生產(chǎn)出來還是交換而來,否則這個(gè)實(shí)體最終的結(jié)果就是崩解。這背后的物理規(guī)律是熱力學(xué)第二定律:封閉的系統(tǒng)只會(huì)出現(xiàn)熵增。沒有外部能量輸入的系統(tǒng)最終歸于無序。古代中國(guó)朝代更迭的亂世往往恰逢低溫,而我們所謂的盛世則往往是溫度較高的年代。從物理角度來解釋,原因是太陽投射能量變動(dòng)導(dǎo)致封閉的農(nóng)業(yè)社會(huì)系統(tǒng)在無序和有序之間搖擺。主導(dǎo)現(xiàn)代世界政治格局變化的重要因素也是能源。如果波斯灣沒有石油(古生物固化的太陽能),那么中東沖突和非洲部落沖突一樣只會(huì)引起人道主義關(guān)注,不會(huì)有如此復(fù)雜的大國(guó)博弈。
在更大的宏觀尺度上,地球作為一個(gè)系統(tǒng)持續(xù)地從太陽接收能量,這才有了豐富多彩的地球生物圈。植物通過光合作用吸收太陽光能,而動(dòng)物通過食用植物獲取這部分能量。食物鏈每一個(gè)環(huán)節(jié)都在消耗來自太陽核聚變的能量。人類現(xiàn)在所能利用的絕大部分能源,包括太陽能和風(fēng)能等“新能源”,都來自太陽核聚變的恩賜[1]。

一個(gè)細(xì)思恐極的問題是:這個(gè)宇宙作為一個(gè)封閉系統(tǒng),最后也會(huì)歸于無序嗎?答案幾乎是肯定的。大多數(shù)恒星耗盡燃料之后,會(huì)變?yōu)槟芰康燃?jí)更低的天體(如紅巨星),直至宇宙所有空間都進(jìn)入溫度均勻的死寂。但這需要極其漫長(zhǎng)的萬億億億…年?!读骼说厍颉访枥L的太陽變?yōu)榧t巨星并吞沒地球的事件是必然的,但離現(xiàn)在起碼有10億年以上的時(shí)間。
整個(gè)世界本質(zhì)上是一個(gè)服從質(zhì)能守恒的系統(tǒng),生生不息又不斷幻滅。在漫長(zhǎng)(其實(shí)也很短暫)的歷史中,基本規(guī)律組合而成的復(fù)雜規(guī)則不斷地折騰物質(zhì)和能量,形成了現(xiàn)在我們所看到的宇宙。相互競(jìng)爭(zhēng)的并非物質(zhì),而是規(guī)則組合。每年一次的中國(guó)高考,是1000多萬個(gè)3GB基因編碼之間的作題競(jìng)賽。文化競(jìng)爭(zhēng)則在6萬年前分道揚(yáng)鑣的智人后代對(duì)生活方式的不同主張。而這種生活方式(文化)的不同可能源自不同地理環(huán)境對(duì)那3GB基因編碼的自然選擇。
在人類把自己折騰消失之前,更多復(fù)雜規(guī)則組合會(huì)不斷涌現(xiàn)。在人類消失以后,仍然會(huì)有復(fù)雜規(guī)則涌現(xiàn),直至宇宙寂滅。演化歷史告訴我們,大部分組合都是輸家,只有少部分是贏家。我們就是宇宙在時(shí)間長(zhǎng)河中泛起的一個(gè)浪花,非常幸運(yùn)又非常渺小。
【注釋】
[1] 當(dāng)然也有例外,如來自月亮引力的潮汐能和地球本身的地?zé)崮堋?/span>
(本文轉(zhuǎn)載自北大匯豐EMBA ,如有侵權(quán)請(qǐng)電話聯(lián)系13810995524)
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