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如何利用 “恶魔” 形象来教学?| Physics World 专栏

知识分子 X Physics World,带你走进英国媒体视角下的科学议题。

 

导  读

形象聪明而叛逆的恶魔,在西方科学和文化中有着悠久而丰富的历史。本文中,Physics World 专栏作者、纽约州立大学石溪分校哲学系主任 Robert P Crease 解释了这些小东西如何激发他创建了一门可以同时吸引人文和理工科学生的大学课程。
 

撰文|Robert P Crease

翻译|赵金瑜

校对|D

 

德国哲学家弗里德里希·尼采曾经提出一个可怕的思想实验。假设在某个孤独的夜晚,一个恶魔在你耳边低语,说你将一次又一次地重复你的人生——每一次都和上一次完全一样。“你生命中的每一点痛苦和欢愉,每一个想法和叹息,以及所有无法言喻的小事或大事,都将不可避免地回到你的身边,” 尼采解释说,“所有的事都会以同样的顺序发生”。

 

鉴于你将不断地重复自己的生活,你需要非常谨言慎行地做出反应。这个恶魔是尼采想象出来的,亮相于他1882年的著作《快乐的科学》中——它其实就是在迫使你对自己生活的每一部分都负起全部责任。那么,你是选择从这个小恶棍身边逃走,还是对它大声喊出 “放马过来吧”?

 

类似的恶魔形象,在文学、哲学和科学中一直扮演着重要角色。另一个著名的例子可以在《第一哲学的沉思》中找到,这是17世纪法国科学家和哲学家勒内·笛卡尔的著作。他同样邀请读者想象出一个恶魔,而这个恶魔试图让你置身于一个完美到让你分不清真假的虚拟世界中。笛卡尔想知道的是,这个恶魔能不能彻底地、永远地蒙骗你?

 

这是一个困扰笛卡尔的设问:如果我们已经都被蒙骗了,那该如何确定科学告诉我们的确实是关于世界的真理?科学告诉我们的,会不会只是这恶魔所制造的幻觉?幸运的是,在笛卡尔眼里,我们依旧可以对抗这个恶魔,因为即使是它,也不能强迫一位坚持不懈的思考者说出并坚信“我不存在”这句话。而一旦这个真理被确立,越来越多的真理就会从中衍生出来,直到最终让我们可以重新相信科学的有效性。

 

然而尼采的恶魔仍然困扰着我们,这种可怕的设定还不时地出现在科幻小说中:时间可能会在一个循环中不断重复。与此同时,笛卡尔的恶魔已经繁衍出无数后代,从《黑客帝国》系列电影,再到“缸中之脑”思想实验——后者指将一个人的意识从身体中取出、并连接到一台能够完美模拟外部世界的计算机上。想要逃离模拟世界,对《黑客帝国》里的人物来说,需要吞下一颗红色药丸;对笛卡尔来说,则需要哲学推理。

红蓝药丸:《黑客帝国》可以说是笛卡尔的恶魔的 “后代”:一个生活在无法与现实区分的完美模拟环境中的思想实验。在电影中,吞下一颗红色药丸可以逃回所谓的现实世界。

 

哲学家大卫·查尔默斯的新锐作品《现实+:虚拟世界和哲学问题》(Allen Lane 出版社2022年出版),也受到了笛卡尔的恶魔的启发。位于美国纽约大学的查尔默斯认为,我们基本上已经生活在了与日常现实没有显著差异的虚拟现实中。

 

在这类思想实验中,恶魔只存在于想象中。尽管如此,他们强大、深刻、洞察一切、可以操纵(几乎)任何东西;不论你选择与他们打交道、还是忽视他们,都要后果自负。

 

1、为什么恶魔很重要?

 

某种角度上来说,恶魔的历史可以启发我们理解西方文化史。正因如此,我一直在与美国石溪大学英语系的同事伊利斯·格雷厄姆合作,为我们的本科生开设一门横跨文理、让恶魔来 “教学” 的课程。格雷厄姆和我受启发于吉梅纳·卡纳莱斯的名著《着魔:科学进程中的恶魔秘史》(2020年出版于普林斯顿大学出版社),并将这门课程命名为 “与恶魔一同思考”。

 

卡纳莱斯是伊利诺伊大学的科学历史学家,她明白,在小说家、祭司、神父和人类学家的众多关于黑魔法、超自然和原始文化的作品中,都有恶魔的身影。她也清楚,恶魔会以永恒的轮回威胁我们,给我们灌输大量的虚假事实,甚至可以物理上损坏我们的计算机。但让卡纳莱斯惊讶的是,恶魔其实还经常出现在权威的学术期刊上,伴随在詹姆斯·麦克斯韦、查尔斯·达尔文、阿尔伯特·爱因斯坦、理查德·费曼等科学家左右。

 

事实上,恶魔的身影在物理学中随处可见:它们试图推翻热力学的基本定律、暴露量子力学的缺陷、扰乱其他各种自然法则。一些恶魔不停摆弄原子。还有一些破坏能量守恒。有恶魔以光速飞行、(同时)处在和基本粒子一模一样的位置和动量上、做各种理论学家认为不可能完成的事。有时它们会成功,有时则不会。

 

读完卡纳莱斯的书后,格雷厄姆和我意识到,恶魔可以成为出色的本科生导师。它们智慧、叛逆、有魅力,能吸引学生,并能在提供重要的道德教育的同时、在各种主题中指导他们。在石溪大学的这门课程中,我将讨论在现实世界中存在的恶魔,而拥有数字人文科学博士学位和计算机安全背景的格雷厄姆,则将讨论栖身于计算机中的 “虚拟恶魔”(见下文)。

 

与恶魔一同思考——一种新的大学课程 

格雷厄姆和我在石溪大学开发的关于恶魔的独特课程,有望同时吸引科学和人文学科的学生。我负责形而上的现实世界恶魔,格雷厄姆则负责切实存在于软件和计算机系统中的恶魔。后者通常被计算机极客称为 “daimons”,这种超级恶魔是在人工智能(AI)的发展中而产生的。它们比人类更聪明,可以学习甚至为自己分配任务。

这些恶魔被黑客、软件设计师、科学家和间谍们创造出来,潜伏在后台,等待在合适的时机出现、做一些有益或有害的事情,然后再次消失。因此,和文学中的虚构恶魔、哲学或科学中只存在于思想实验里的恶魔不同,这些计算机中的恶魔真的会通过软件和IT造成影响。它们不会消失,因为更好的计算机技术只会产生更强大的恶魔版本。

格雷厄姆的课程是项目式学习。学生将自己编写代码,来创造不同种类的恶魔、了解它们的工作原理。她不会教学生创造笛卡尔式的欺骗者、尼采式的挑衅者、麦克斯韦式的迷你操纵者或类似的恶魔。她会用Python教给学生足够的编码,来创建和处理潜伏在网络空间中恶魔般危险的程序(如木马、嗅探工具、欺骗攻击器等)的初级版本。

格雷厄姆还将讲到所谓的 “地址解析协议(ARP)” 欺骗。ARP欺骗恶魔可以操纵协议,使一台计算机“认为”它正在与另一台计算机通信。因此,这种恶魔可以将自己连接在两个设备之间,让两个设备都“认为”它们正在与另一个设备交换信息。处在中间的ARP可以拦截这些信息,随心所欲做一些改动,然后来回传递它们。这个程序只有几行长,用格雷厄姆的话说:“它简单得吓人”。

计算机恶魔也与 “聊天机器人” 和Alexa等语音助手有关,它们会像人类一样发信息或说话。当它们与我们进行对话、让我们施以信任时,恶魔便会现身,偷走我们的灵魂。不过,聊天机器人和语音助手也可以帮助我们应对我们自身的 “弗洛伊德恶魔”——那些由我们的心理活动所产生的执念,或是我们对一些创伤经历的反应。这些恶魔会不断出现并侵噬我们——也就是弗洛伊德所说的“被压抑记忆的回归”——除非我们意识到它们的存在。如果编设得当,聊天机器人和语音助手可以将引出这些挥之不去的执念,让我们思考、分析并找到更好的方法来应对它们。

 

2、新生代恶魔 

 

恶魔几乎和宗教一样古老,自它们第一次出现在古代文献中,已经经过了漫长的时光。那些 “老派” 恶魔虽然是现代科学文盲,却在道德上是无比精明,因为它们知道如何腐蚀你的心智。它们各自有着不同的意志和目标,会狡猾地寻找机会偷窃、背叛、搞破坏、造成其他身心伤害。为了躲避这些恶魔,人类必须成长,并提高他们的道德风范和认知能力。例如,莎士比亚笔下的哈姆雷特必须分辨自己面前的究竟是致命的恶魔还是和善的幽灵,并为自己的选择承担后果。

 

17世纪初,随着现代科学的诞生,我称之为“新生代”的恶魔开始出现。在我看来,转折点是哲学家弗朗西斯·培根的一个寓言,其内容关于在底比斯附近荒野中出没的狮身人面兽斯芬克斯。斯芬克斯长着鸟的翅膀和狮鹫的爪子,潜伏着等待旅行者的到来,“她会突然袭击并抓住他们,然后向他们提出一个恶毒且令人困惑的谜题”。

 

然而,被培根描述为 “富有智慧和洞察力” 的俄狄浦斯解开了这个谜题,制服了斯芬克斯,并杀死了它。培根认为这个寓言是一个隐喻:恶魔代表自然,俄狄浦斯则代表科学家。培根启示,大自然可以是致命的,但它也是可知的。因此,通过调查恶魔、并理性地思考它的问题,你就可以使自然变得无害。

 

事实上,随着现代科学的进步,科学家们开始意识到,恶魔拥有他们所没有的技能和能力,他们因此开始让恶魔去试着解决在他们看来明显无解的问题。如果恶魔可以解决这个问题,那么科学家们也应该(或者说,最终)可以。而如果充满智慧和(几乎)全能的恶魔都无法解决这些问题,科学家们至少可以知道,他们的无解推断处在正确的道路上。换句话说,恶魔可以告诉我们 “哪些事情是我们一定不能——或者其实能——做到的”。

 

这其中,法国数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯在1814年发明的 “帝国主义” 恶魔格外有趣。拉普拉斯是牛顿的支持者,后者曾将天球描述成 “发条宇宙”。牛顿的想法意味着,只要你知道宇宙里每一个部分的位置以及其运动方式,那么你就可以知道宇宙过去和未来曾/会如何运作。拉普拉斯的恶魔巧妙地将这些牛顿定律带到了最微观的原子层面。

 

尽管拉普拉斯并不知道,是什么在如此小的尺度上构成了物质,但他这一举动的影响是巨大的。因为如果你知道宇宙中一切事物的位置和运动,那么 “她”(卡纳莱斯指出,拉普拉斯用阴性法语把他的恶魔称为 ‘一个智能(une intelligence)’)将知道发生在过去和将来的一切。她可以破案、解开历史谜团、预测天气,甚至剥夺人类的自由意志。

 

“她” 的计算能力启发了英国数学家查尔斯·巴贝奇的早期计算机和其他机械设备,激发了查尔斯·达尔文对生命体纯机械化发展的思考,并让埃尔文·薛定谔怀疑具有类似能力的东西是否会破坏细胞秩序。拉普拉斯的恶魔统治了大约一个世纪,直到20世纪初物理学家发展出量子力学时才被推翻,因为人们无法(同时)确定微小物体的位置和运动。

 

3、麦克斯韦的恶魔 

 

麦克斯韦在1867年设计的恶魔,或许是物理学中最著名的一个。和拉普拉斯的恶魔的工作完全不同,麦克斯韦的迷你恶魔驻扎在分隔了两个气体舱的门上。它迅速地开关这扇门,让快速移动的分子流通向一个方向、慢速移动的分子流通向另一个方向。因此,一个舱体会变暖,而另一个舱体则会变冷,从而降低了整个系统的熵,并违反热力学第二定律(图1)。

图1 时至如今,麦克斯韦的恶魔仍让人感到困惑。(a)物理学中最著名的恶魔,便是麦克斯韦的这个。在这个热力学思想实验中,一个恶魔操控着两个气体舱之间的一扇无质量的小门。它能够迅速地开关这扇门,只允许快速移动的分子从一个方向通过、慢速分子从另一个相反的方向上通过。恶魔的这种行为会降低系统的整体熵值,并且——因为没有做功——违反热力学第二定律。(b)麦克斯韦的恶魔仍然存在争议,引导出了大量关于热力学和信息论之间的联系的研究。例如,最近,物理学家构思了另外一个恶魔,对于限制在双阱势中的一个粒子,它可以擦除编码于其位置中的一比特信息。根据经典物理学规则行事的(蓝色)恶魔,可以通过提高左边势阱的深度,以便热波动可以将粒子驱使到右边的较低势阱,从而擦除这一比特信息,并将能量以热的形式释放到环境中去。然而,一个量子(红色)恶魔可以让粒子相干地隧穿过势垒(紫色箭头)或者跳过它(红色箭头)。研究人员的计算结果表明,这将——耐人寻味地——释放出多得多的热量。本段文字和图片,转载自Phys. Rev. Lett. 125 160602. © 美国物理学会。
 

 

在她的书中,卡纳莱斯称,麦克斯韦的恶魔 “比笛卡尔的更危险”,因为它直接作用于自然界,甚至无需欺骗任何人。它也比拉普拉斯的恶魔更强大,因为他不仅对过去和未来了如指掌,而且还能改变它。更重要的是,麦克斯韦的恶魔能够及时感知快原子和慢原子之间的差异、进而调整它们的方向,这似乎让它有了更为特殊的能力。

 

这个恶魔似乎可以驱动永动机、制造或破坏分子、逆转时间、减熵、并进行一系列违反物理定律的活动。如果这个恶魔确实可以完成这些事情,那就意味着,阻碍我们也实现这些目标的障碍不是理论上的、而是实操上的。物理学家长期以来一直在研究这个小恶魔在它的努力中“出汗”“散发出来的”熵有多大、是否足以阻止它实现目标。

 

20世纪初,相对论和量子力学的重磅炸弹引来了新一代有着神奇能力的恶魔。在卡纳莱斯的详细讲述中,爱因斯坦就曾试图驱除那些旅行速度超过光速、使用一种叫做 “引力”(而不是时空)的力来推拉动物体的恶魔。除此之外,还有量子麦克斯韦恶魔、纳米恶魔,甚至是核磁共振(NMR)恶魔。

 

费曼曾经设想过一种计算机,以DNA复制过程为模型,可以利用几乎随机的涨落来工作。美国数学家诺伯特·维纳混合了拉普拉斯和麦克斯韦的恶魔的特点,创造了一种可以从反馈中学习的自动化(或者说,‘能够自我管理’)的恶魔。宇宙学家约翰·惠勒则创造了生活在黑洞中的恶魔,它们吞噬信息和能量,似乎还能使熵消失。与此同时,哲学家约翰·塞尔还创造了一个生活在人们大脑中、以消耗神经突触为食的恶魔。

 

在她的书中,卡纳莱斯追踪了出现在博弈论、神经科学、经济学、管理学等各种领域的恶魔。恶魔出现在艺术中,比如西班牙画家弗朗西斯科·戈雅令人难忘的画作《理性沉睡,心魔生焉》。恶魔出现在文学作品中。你还可以在哲学、诗歌、心理学、宗教甚至流行文化中找到它们——例如,在说唱歌手Lil Nas X.的 “Montero” 视频中,一个恶魔在完全不同的背景中出现,表达着大相径庭的观点。恶魔,便是科学技术和充斥着科技的现代世界的阴暗面。

 

4、恶魔的未来 
 

让我们回到在石溪大学的课程。格雷厄姆和我并不打算把网络恶魔和文化恶魔混为一谈、把我们的学生变成网络警察或网络罪犯分子。相反,我们希望教给他们跨越科学和人文学科的重要一课。恶魔让我们的意向有了具体的形状,将它们实质性地置于现实世界中,使其脱离我们创建它们的动机来独立行动。比起单纯进行反思,这样做能让它们更容易被观察和评估。我们的课程不仅可以帮助学生编程,还可以帮助他们在创造任何恶魔之前评估自己的动机(而不是在为时已晚的时候)

 

如果 “与恶魔一同思考” 成功了,格雷厄姆和我将触到石溪大学和我们所知的大多数大学都在追求的圣杯。因为我们将开发一门能同时吸引人文和理工科学生的课程,启发和指导他们,并迫使他们一起工作(尽管格雷厄姆打趣说,向文科学生教授编程将比让科学家阅读人文作品更容易)。格雷厄姆和我认为,学生们需要面对恶魔并理解它们——若没有这一部分的教学,他们的教育是不完整的。

 

我们很快就会尝试这门课程——除非有斯芬克斯潜伏在我们周围。

 

作者简介

Robert P Crease是纽约州立大学石溪分校的哲学系主任,个人网站是www.robertpcrease.com,邮箱是robert.crease@stonybrook.edu。

感谢陆朝阳教授对译文的部分修改建议。


▲ 本文为 Physics World 专栏的第54篇文章。

 

版权声明 

原文标题为 “Demons to think with: the rebels you mustn’t ignore”,首发于2022年4月出版的 Physics World,英国物理学会出版社授权《知识分子》翻译。未经授权的翻译是侵权行为,版权方将保留追究法律责任的权利。登陆 Physics World,关注日常全球科学新闻、热点报道和评论。Physics World 帮助学界与产业界的研究人员走在世界重大科研突破与跨学科研究的前沿。

原文链接:

https://physicsworld.com/a/demons-to-think-with-the-rebels-you-mustnt-ignore/

 

翻译对照表:

Friedrich Nietzsche 弗里德里希·尼采

Thought experiment 思想实验The Gay Science 《快乐的科学》Meditations on First Philosophy 《第一哲学的沉思》René Descartes 勒内·笛卡尔Reality+: Virtual Worlds and the Problems of Philosophy 《现实+:虚拟世界和哲学问题》David Chalmers 大卫·查尔默斯New York University 纽约大学Stony Brook University 石溪大学Elyse Graham 伊利斯·格雷厄姆Jimena Canales吉梅纳·卡纳莱斯Bedeviled: a Shadow History of Demons in Science 《着魔:科学进程中的恶魔秘史》Demons to Think With 与恶魔一同思考University of Illinois伊利诺伊大学James Clerk Maxwell 詹姆斯·麦克斯韦Charles Darwin查尔斯·达尔文Albert Einstein 阿尔伯特·爱因斯坦Richard Feynman 理查德·费曼Cartesian 笛卡尔的Francis Bacon弗朗西斯·培根Thebes 底比斯Pierre- Simon Laplace 皮埃尔·西蒙·拉普拉斯Celestial sphere 天球Clockwork universe 发条宇宙Newton 牛顿Charles Babbage查尔斯·巴贝奇Charles Darwin查尔斯·达尔文Erwin Schrödinger埃尔文·薛定谔Feynman 费曼Norbert Wiener诺伯特·维纳Cybernetic 控制论的John Wheeler约翰·惠勒John Searle约翰·塞尔Francisco Goya弗朗西斯科·戈雅The Sleep of Reason Produces Demons [Monstruos]《理性沉睡,心魔生焉》

 



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