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是的，这个宇宙本质上真的是100%还原论的

2022-08-11 16:53阅读：

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是的，这个宇宙本质上真的是100%还原论的
整体并不总是大于它的各部分的和，这是一个我们思维中的缺陷。非还原论需要不可思议的，不仅仅是科学。
STARTS WITH A BANG — AUGUST 9, 2022
Ethan Siegel

是的，这个宇宙本质上真的是100%还原论的

这个世界有很多方面是由它的属性不能被轻易地从规制它的基本定律和成分推导的复杂现象组成。这并不能成为一个反还原论的好论据。(Credit: rolffimages via Adobe Stock)
关键要点
最近，许多科学家和哲学家都已经倡导还原论不能解释所有的现实比如化学、生物学、生命和意识这样一种观点。
但要让这是真的，就必须有某种只出现在更大的、非基本尺度上的“新基本相互作用”。
就我们
能告诉的，这个宇宙在本质上是真正的100%还原论的。
我们关于为什么某些浮现的现象存在以及它们怎样行为不是神奇思维的借口。
这里是一个声明，你能亲身体验你怎样感受它：规制物质和能量最小成分的基本定律当在宇宙时间尺度上应用于宇宙足够长时，能解释将要浮现的一切。这意味着字面上我们宇宙中几乎所有一切的形成，从原子核到原子到简单的分子到复杂的分子到生命到智能到意识等等，都能被理解为直接的从支撑现实的基本定律中浮现的某些东西，不需要额外的定律、力或相互作用。
这个简单的想法------宇宙中的一切现象基本上都是物理现象------被称为还原论。在许多地方，包括这里关于大思想的（Big Think），还原论被处理为尽管它不是关于宇宙怎样运作的理所当然的默认立场。替代的命题正在浮现，它声明在更复杂的系统中发现了定性新颖的属性，能永远甚至在原则上不能从基本定律，原则和实体推导或计算。
虽然许多现象确实不是从它们的组成部分的行为明显的浮现的，但还原论应该是默认的立场，以任何其他的东西是等同于“差距之神”论点。这里是为什么。
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在右边，描述调节我们宇宙的三种基本量子力的规范玻色子。只有一个光子来介导电磁力，有三个玻色子介导弱核力，八个玻色子介导强力。这提出标准模型是一个三组U（1），SU（2）和SU（3）的组合。(Credit: Daniel Domingues/CERN)
基本的
当我们思考宇宙中 “什么是根本的”时，我们转向最不可分割的基本实体以及规制它们的法则。对于我们的物理现实，这意味着我们应该从标准模型的粒子和规制它们的相互作用开始------以及暗物质和暗能量从来是的，迄今为止它们的性质是未知的------并且出自它们来建立已知的每一个现象和复杂实体。
只要有一个在一种尺度上相对有吸引力但在不同尺度上相对排斥的力的组合，我们从这些基本实体中形成束缚的结构。鉴于在宇宙中我们有四种基本力，包括：
短范围核力以两种类型而来，一个强版本和一个弱版本
一个长范围电磁力，其中“类似”的带电粒子排斥和“不一样”带电的粒子吸引
以及长范围引力，它们之间唯一的力总是吸引的,
我们应该充分期望结构将浮现在小、中、大尺度上。
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无论是在一个原子、分子还是离子中，电子从一个更高能级到一个更低能级的跃迁都将造成在非常特定的波长上的辐射发射。只有通过一个核力和电磁力的组合，以及夸克、胶子和电子等粒子，一个实体才能像依噶原子一样被解释。(Credit: U.S. Department of Energy)
真的：这正是我们得到的。在最小的尺度上，强大的核力将夸克结合成一次三个的叫重子的束缚结构。最轻的两个重子是最稳定的：质子它是100%稳定的，而中子它是足够稳定的甚至当它没有被结合到其他任何东西时它的半衰期约为15分钟。
强核力能够将质子和中子一起结合成原子核：甚至克服由于在原子核中有多个质子在类似（正）电荷之间的排斥电磁力。一些原子核针对衰变是稳定的，另一些原子核在产生一个稳定的最终产物之前经历一次或多次衰变。
然后，电磁力利用两个关于宇宙的事实
总的来说，它是电中性的，负电荷（电子）的数量与存在的正电荷（质子）相同。
而且，每个电子与每个质子中子和原子核相比质量是微小的。
这允许电子和原子核来形成中性原子，其中每个独特的原子物种取决于它的原子核中的质子数量，与规制我们宇宙的量子物理学的基本定律一致都有它自己独特的电子结构。
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对应于一个氢原子内不同状态的能级和电子波函数，尽管所有原子的构型都极端的相似。当人们从基本粒子和相互作用开始时原子结合在一起来形成分子和其他更复杂的结构的方式是一项有挑战性的任务。(Credit: PoorLeno/Wikimedia Commons)
还原论者怎样看宇宙
当我们讨论还原论的想法时非常重要的是我们不要“稻草人”还原论者的立场。还原论者没有说------还原论者也不需要断言------他们对每个和每一个出现在每一个可以想象的复杂结构的现象中都有一个解释。当然，一些复合结构和复杂结构的某些属性将从底层规则很容易的解释，后一篇不能以任何方式形状或形式被考虑为“反对还原论的证据”。存在这种现象超出我来做出有力预测的能力”的事实永远不会以有益于 “这种现象需要超越目前已知的额外定律、规则物质或相互作用”被解释为证据。
你要么对你的系统有足够的了解能够理解应该和不应该从它浮现，其中在这种情况下你能对还原论进行测试，要么你不这样做，其中在这种情况下你必须回到无假设：没有任何新奇的证据。
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当以正确的频率振动时酒杯会破碎。这是一个急剧的增加系统熵的过程，并且在热力学上是有利的。相反的过程，即玻璃碎片重新将它们组装成一个完整的，未破裂的玻璃是如此不可能的以至于它从未在实践中发生过。这种特殊的物理现象虽然复杂，但能通过还原论思维被完全解释。(Credit: BBC Worldwide/GIPHY)
而且，需要明确的是 “无假设”是宇宙是100%还原论的。这意味着一系列事情。
所有由原子和它们的成分构成的结构------包括分子、离子和酶------都能基于自然界的基本规律和它们所构成的成分结构被描述。
在这些结构之间发生的所有更大的结构和过程包括所有化学反应，不需要任何多于这些基本定律和成分之外的东西。
所有生物过程，从生物化学到分子生物学等等尽管它们看起来很复杂，但真相只是它们的各个部分的总和，即使一个生物系统的每个“部分”都非常复杂。
而且，我们认为“更高功能”的一切，包括我们各种细胞、器官甚至我们的大脑的运作，都不需要任何超出已知物理成分和自然法则的东西来解释。
到目前为止，尽管做出这样一个声明应该没有争议，但没有存在任何超出还原论能够解释的现象的证据。
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位于沙特阿拉伯的阿尔纳斯拉（Al Naslaa）岩层由高密度沉积岩组成，显示出风化和侵蚀的重要证据。然而，它下面的基座侵蚀得远更快，它上面的岩画已有数千年的历史，其中心极其光滑的裂缝尚未得到充分解释。(Credit: OnPoint TV/YouTube)
“明显的浮现”怎样被还原论容易解释
对于复杂系统固有的某些属性，来解释为什么它们就像存在的这样是相当容易的。一个宏观物体的质量（或者重量如果你更喜欢使用尺度的话）是相当简单的，就是组成起它的成分的质量之和，爱因斯坦的E = mc²减去一起结合这些成分能量损失的质量。
对于其他属性，这不是一件容易的事，但它已经被完成。我们能解释热力学量如热、温度、熵和焓等怎样从一个复杂的尺度粒子集合产生。我们能通过量子化学的科学来解释许多分子的属性，量子化学能被直接从基本定律中推导。我们能用这些相同的基本定律来理解------尽管所需的计算能力是巨大的------各种分子如肽和蛋白质怎样折叠成它们的平衡构型并也进入元稳态。
还有一些我们不能完全解释的属性，但这我们也不能够做出到目前为止我们期望看到那些条件下强有力的预测。这些“难题”往往包括太复杂而不能用当前技术建模的系统，例如人类意识。
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当时的研究生贺超在约翰霍普金斯大学霍斯特行星实验室的气室前，该实验室重现怀疑存在于系外行星大气层雾霾中的条件。通过让它受到被设计来模仿那些被紫外线发射和等离子体放电引起的条件，研究人员朝向从非生命浮现有机物和生命工作。(Credit: Chanapa Tantibanchachai/Johns Hopkins University)
換句話說，今天对我們似乎是浮现的東西，以我們目前對我們来計算能力的限制，可能在未來的某一天可以被用純粹的还原論術語描述。许多曾经不能够通过还原论被描述的此类系统已经有更优秀的模型（就我们选择关注的而言）和改进的计算能力的到来，现在被以精确地还原论的方式成功描述。事实上，只要有足够的计算资源可用许多看似混沌的系统都能被预测到我们想要任意选择的任何精度。
是的，我们不能排除非还原论，但只要我们一直能够对自然界的基本定律确实对大尺度、复杂的结构意味的做出强有力的预测，它们就已经与我们已经观察到和测量的东西一致。构成宇宙的已知粒子和经过其它们相互作用的四种基本力的组合已经足以来解释从原子到恒星尺度甚至更远，我们在这个宇宙中从来已经遇到的一切。不能用当前的技术来预测过于复杂的系统存在，这并不是一个反对还原论的论据。
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许多人争论像人眼这样复杂器官的进化不可能仅通过自然过程已经发生了，还没有眼睛已经在许多不同的时间自然的独立的生物体中已经进化。断言在宇宙中一个中间尺度中需要某些超自然的东西从根本上对科学过程是正相反的，并且随着科学继续发展很可能被证明是不必要的和无关紧要的。(Credit: Venti Views / Unsplash)
非还原论的“差距之神”性质
但诉诸到非还原论------或者复杂的全新的属性将在一个不能被从它的组成部分的相互作用推导的复杂系统浮现的观念------在时间的这一点上对于一种“差距之神”的论点是同等价值效力的。它基本上是说，“好吧，我们知道事物怎样在某个尺度上或在某个时间上表现，我们知道它们在更小尺度或更早时间怎样行为，但我们不能填写所有步骤来从那个小尺度/早期时间来了解大尺度/后期时间如何来行为的的， 因此，我将插入一种即某种神奇的、神圣的或另外非物理的东西进来发挥作用的可能性”。
虽然这是一个很难反驳的断言，但它是一个不仅有零而且有负科学价值的。科学的整个过程涉及用我们拥有的以我们为调查真实处置并确定描述该现实的最佳物理模型和描述那个真实的一组条件来调查宇宙。来断言，“也许我们需要不仅仅是我们目前最好的模型来描述现实”是多么愚蠢的差事：
我们甚至没有必要的把我们目前的模型放来测试的计算或建模能力
而这些制度最有可能的地方------ 如果你插入某些神奇的、神圣的或非物理的------在那里科学很可能处在来表明这种干预是完全不必要的不久的将来中。
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如果生命始于一种随机的肽，它可以从它的环境中代谢营养物质/能量，那么复制就跟着从肽- 核酸共同进化发生。在这里，描画了DNA-肽协共进化，但它可以相反作为核酸与RNA甚至PNA一起工作。断言生命需要“一个神圣的火花”来发生是一个典型的“差距之神”论点。(Credit: A. Chotera et al., Chemistry Europe, 2018)
如果你要么相信要么只是想相信对宇宙有比它的物理部分的总和更多的，那就是一种科学是完全不可知论的一个声明。然而，如果你想相信在这个宇宙中存在的物理现象的描述需要：，
要么某些比规制宇宙的物理定律更多的东西
和要么在宇宙中存在的某些物理对象之外的东西，
也许你能做出的最不成功的决定是把这些“形而上学”的实体放在一个地方，在那里科学一旦进一步发展，就可以完全反驳它们的需求。
我永远不明白为什么一个人会如此愿意在一个它很容易来证伪需求它的地方断言神圣或超自然的存在。在一个如此浩瀚的宇宙中你为什么会相信某些超出我们物理定律来描述能力会主要出现在这样一个无关紧要的、不必要的地方的东西呢？如果宇宙，正如我们观察和测量的那样，在已知的现实定律下它不能被它内部的物理存在描述，那么在诉诸非科学的、超自然的解释之前，我们难道不应该确定实际上是这种情况吗？
是的，这个宇宙本质上真的是100%还原论的

通过共聚焦显微镜观察的果蝇大脑。任何动物的大脑的运作方式都没有被完全了解，但这并不是一个有利于浮现的反还原论的好论据。(Credit: Garaulet et al., Developmental Cell, 2020)
最终的思想
我们物质宇宙的基本组成部，以及规制所有存在的基本定律代表所有历史上最成功的宇宙科学图片。从最微小的亚原子粒子到宏观现象到宇宙尺度，我们从来没有像我们今天做过的这样成功地描述我们的物理现实。还原论的想发很简单：物理现象能被通过宇宙中存在的物体的复杂组合解释，这些物体由宇宙中规制所有物理系统的相同物理定律规制。
这是我们的默认的起点：对现实是什么的“无假设”。
如果这不是你的出发点，来告知你是我的责任，举证责任在你身上。您必须证明无假设来描述一种其中它的预测是清晰的且与能被观察和/或测量的相冲突的现象是不足的。这是一个非常高的清除标准，一个任何还原论的反对者都从未成功过的努力。我们可能不能理解关于所有复杂现象有的一切------它越复杂，从基本原理推导出它的所有属性的任务就越困难------但这与有需要更多东西的证据是不一样的。
然而，在科学中，我们不简单地说，“这个问题很难，因此也许答案位于科学的之外？我们越发前进的唯一途径是无悔的进行更多更好的科学，直到我们弄清楚它都怎样工作的。
https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-reductionist/

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