引言

如果你能像紅鳶捕獵時(shí)那樣翱翔天際，俯瞰著這世上所有已知和未知的事物，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常奇怪的現(xiàn)象：有很大一類事物，是科學(xué)迄今幾乎完全沒有涉及的。無論是從日常生活層面上說，還是從最基礎(chǔ)的物理學(xué)現(xiàn)象角度來說，這些事物都是我們認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵——然而，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，我們無法將它們納入基本科學(xué)解釋中。這類概念與真實(shí)存在的狀態(tài)（也即“事實(shí)”）無關(guān)，它們描述的是哪些事件可能發(fā)生，哪些不可能發(fā)生。為了讓這類概念區(qū)別于“事實(shí)”（the factual），我們稱它們?yōu)椤胺词聦?shí)”（counterfactuals）。

假如人類宇航員未來執(zhí)行任務(wù)時(shí)造訪了一顆位于其他恒星系的遙遠(yuǎn)行星，并留下了一個(gè)不銹鋼箱子，箱子里裝著威廉·布萊克詩集的批注本。這本詩集后來就始終待在那個(gè)星球的某個(gè)地方，這就是它的事實(shí)屬性。書中的文字可以被閱讀，這是它的反事實(shí)屬性——無論是否真的有人閱讀了詩集中的文字，都無法改變?cè)娂梢员婚喿x這個(gè)屬性。即便這個(gè)箱子一直沒被發(fā)現(xiàn)，書中的文字也仍舊可以閱讀——并且大有意義。舉個(gè)例子，它至少表明有一個(gè)智慧文明造訪了那顆星球，也表明了這個(gè)文明的復(fù)雜程度。

為了進(jìn)一步闡述反事實(shí)屬性的重要性以及它與事實(shí)屬性的區(qū)別，再舉一個(gè)計(jì)算機(jī)方面的例子。假如某臺(tái)計(jì)算機(jī)在內(nèi)置程序的驅(qū)使下在顯示器上輸出了一串“0”，那么它現(xiàn)在的這個(gè)狀態(tài)（屏幕上顯示了一串“0”）就是這臺(tái)計(jì)算機(jī)的事實(shí)屬性。另一方面，我們可以給這臺(tái)計(jì)算機(jī)重新編程，讓它輸出其他東西，這就是這臺(tái)計(jì)算機(jī)的反事實(shí)屬性。當(dāng)然，或許永遠(yuǎn)都不會(huì)有人給這臺(tái)計(jì)算機(jī)重新編程，但這種可能性的確存在，如果不存在，那么它就顯然不能算是計(jì)算機(jī)了。

反事實(shí)的內(nèi)涵是物理系統(tǒng)可能或不可能出現(xiàn)哪些變化，這個(gè)概念雖然到目前為止在很大程度上處于被忽視的狀態(tài)，但它對(duì)物理學(xué)乃至所有科學(xué)都非常重要。它的重要之處在于，它體現(xiàn)了約束宇宙中所有物理系統(tǒng)的物理學(xué)法則的本質(zhì)特征。舉一個(gè)例子，物理學(xué)法則告訴我們，不可能造出永動(dòng)機(jī)，這就是一種反事實(shí)屬性。永動(dòng)機(jī)不僅是一種一旦動(dòng)起來就不會(huì)停的物件，它的運(yùn)動(dòng)還必須是有用的。如果這種機(jī)械存在，那么它就可以憑空產(chǎn)生能量。這樣一來，借助永動(dòng)機(jī)，你的小汽車就可以在不使用任何燃料的情況下不停地飛馳。然而，沒有任何物理過程可以在不消耗能量的前提下將某個(gè)不攜帶能量的事物轉(zhuǎn)變成攜帶能量的事物。至少在這個(gè)宇宙中做不到，因?yàn)橐粭l被物理學(xué)家稱為“能量守恒原理”的基本物理學(xué)法則禁止這種情況的出現(xiàn)。

物理系統(tǒng)的另一種重要反事實(shí)屬性也是熱力學(xué)的核心內(nèi)容，那就是：蒸汽機(jī)有可能存在。蒸汽機(jī)這種設(shè)備可以將一種形式的能量轉(zhuǎn)變成另一種，因而可以在不違反能量守恒原理的前提下執(zhí)行諸多有用的任務(wù)，比如驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。人類確實(shí)造出了蒸汽機(jī)，這已經(jīng)成了宇宙中的事實(shí)屬性。不過，蒸汽機(jī)可能被造出，就是一種反事實(shí)屬性，它在第一臺(tái)蒸汽機(jī)出現(xiàn)之前就已經(jīng)存在了。

總結(jié)一下，物理學(xué)中的反事實(shí)屬性可以分為兩類：一類闡述的是不可行（比如不可能造出永動(dòng)機(jī)）；另一類闡述的是可行（比如可以造出蒸汽機(jī)）。這兩類反事實(shí)屬性都是物理學(xué)法則的根本特征。此外，它們對(duì)我們的奮斗方向也有重要影響：無論我們多么努力，也無論我們構(gòu)思得多么精巧，都無法實(shí)現(xiàn)物理學(xué)法則禁止的能量轉(zhuǎn)換——比如，建造永動(dòng)機(jī)。另一方面，只要我們努力思考，就完全可以更多、更好地實(shí)現(xiàn)物理學(xué)法則允許的能量轉(zhuǎn)換——比如，建造蒸汽機(jī)——而且還可以不斷提升效率。

然而，如今科學(xué)界的主流觀點(diǎn)卻視物理系統(tǒng)的反事實(shí)屬性為“二等公民”，甚至完全摒棄了它，這是很不公平的。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？原因在于一個(gè)深刻的誤解，而且頗為諷刺的是，這個(gè)誤解恰恰肇始于我從事的理論物理學(xué)研究領(lǐng)域。我們錯(cuò)誤地認(rèn)為，只要理解了物理世界中切實(shí)存在的全部事物以及發(fā)生在這些事物上的現(xiàn)象——也即所有事實(shí)屬性——就解釋了所有可以解釋的東西。聽上去是不是完全沒有問題？并不盡然。我們很容易陷入上述思維定式，卻沒有意識(shí)到我們所謂的“理論”使用了大量毫無根據(jù)的假設(shè)。舉個(gè)例子，單單是能夠解釋某臺(tái)計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻執(zhí)行的計(jì)算任務(wù)，絕對(duì)不能算解釋清楚了計(jì)算機(jī)這個(gè)東西是什么——要想做到這點(diǎn)，必須能夠解釋所有計(jì)算機(jī)在所有可能的編程方式之下可能執(zhí)行的所有計(jì)算產(chǎn)生的可能結(jié)果。再舉一個(gè)與科學(xué)關(guān)系不大的例子：為什么所有大型船只都要配備救生艇？如果只是從事實(shí)屬性的角度出發(fā)，那么只有等到海難真正發(fā)生的時(shí)候，才能解釋這一現(xiàn)象。但實(shí)際上，我們都知道，救生艇的存在恰恰是為了應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的海難（反事實(shí)屬性）——哪怕這艘船在服役期間從來都沒有沉沒過！

雖然如今的主流科學(xué)觀點(diǎn)并沒有把反事實(shí)屬性視為物理學(xué)的基本特征，但科學(xué)還是持續(xù)快速地取得了進(jìn)步。例如，我們建立了極為有效的基礎(chǔ)物理學(xué)新理論（比如量子理論和愛因斯坦的廣義相對(duì)論）；我們?cè)谏飳W(xué)領(lǐng)域也有了全新的基礎(chǔ)理論，比如遺傳學(xué)理論和分子生物學(xué)理論；我們?cè)谏窠?jīng)科學(xué)領(lǐng)域也是如此。不過，在某些領(lǐng)域，情況就大不一樣了。“科學(xué)領(lǐng)域中的所有基本解釋都必須從已經(jīng)發(fā)生的事件出發(fā)，基本（甚至完全）不考慮反事實(shí)屬性”這種理論假設(shè)現(xiàn)在已經(jīng)開始逐漸妨礙科學(xué)的進(jìn)步，因?yàn)橛泻芏嗄壳翱茖W(xué)只能含糊解釋甚至根本無法解釋的事物，本質(zhì)上都涉及反事實(shí)屬性。在涉及熱、功和信息的精確統(tǒng)一理論（無論是經(jīng)典理論還是量子理論）中，反事實(shí)屬性處于核心位置；在解釋諸如生物外觀之類的現(xiàn)象時(shí)，反事實(shí)屬性也極為重要。此外，反事實(shí)屬性還在對(duì)知識(shí)的科學(xué)解釋中起到了關(guān)鍵作用。我在本書正文中將會(huì)闡述，上面提到的部分內(nèi)容，比如信息、熱和功，已經(jīng)有了一些物理學(xué)解釋，但仍不完備。現(xiàn)有理論只能說是一種近似，與更為基本的物理學(xué)理論（比如量子理論和廣義相對(duì)論）無法相提并論。還有一些內(nèi)容，比如知識(shí)的創(chuàng)造，甚至連一個(gè)自洽的解釋都沒有。然而，科學(xué)的目標(biāo)是在各個(gè)領(lǐng)域都不斷取得進(jìn)展——從基礎(chǔ)物理學(xué)到生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)，甚至人工智能，無不如是，因此，我們必須理解所有對(duì)象和現(xiàn)象背后的準(zhǔn)確原理，容不得一點(diǎn)兒近似。而反事實(shí)屬性就在其中扮演了不可或缺的角色。

本書探索了反事實(shí)屬性的方方面面，內(nèi)容超越了傳統(tǒng)物理學(xué)概念目前設(shè)定的邊界。閱讀本書就像是踏上了一段前往禁忌之地的探索之旅——有點(diǎn)兒像是達(dá)爾文登上了貝格爾號(hào)科考船。在這片陌生之地上，你會(huì)遇到各種生物，你要做的就是記下他們到底是什么，習(xí)性又如何。這樣一來，等到讀完這本書的時(shí)候，你就了解了如何處理反事實(shí)屬性，明白了這種屬性對(duì)解決那些懸而未決的重大問題有多么關(guān)鍵的作用。更為重要的是，你會(huì)意識(shí)到，科學(xué)界當(dāng)下存在一道壁壘，阻礙了我們更深刻地認(rèn)識(shí)反事實(shí)屬性。你會(huì)意識(shí)到，在物理學(xué)以及其他科學(xué)目前無法取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展的領(lǐng)域的核心，往往都存在至少一種被大家忽視的反事實(shí)屬性。你會(huì)意識(shí)到，要想將反事實(shí)屬性整合到物理學(xué)以及其他科學(xué)領(lǐng)域中，就必須跨過那道無形壁壘。

為了具體說明如何跨過壁壘，我會(huì)在書中舉幾個(gè)例子，它們都是物理學(xué)中懸而未決的重要問題，但都可以通過反事實(shí)得到妥善的解決。首先是最為基礎(chǔ)的現(xiàn)象——經(jīng)典信息和量子信息，然后過渡到關(guān)于生活和知識(shí)的理論，最后則是熱力學(xué)方面的問題。這些現(xiàn)象有一個(gè)共同特征：以事實(shí)屬性為基礎(chǔ)的物理學(xué)現(xiàn)在最多只能算是近似描述了它們背后的原理，而以反事實(shí)屬性為基礎(chǔ)的理論不僅能統(tǒng)一解釋上述所有現(xiàn)象，還能揭示出它們之間出人意料的聯(lián)系。

此外，我還會(huì)介紹如何構(gòu)建以反事實(shí)屬性為基礎(chǔ)的新科學(xué)理論，從而勾勒出一幅闡釋宇宙基本運(yùn)作機(jī)制的全新圖景，也即我所說的“可能與不可能的科學(xué)”。這種以反事實(shí)屬性為基礎(chǔ)的科學(xué)方法可以極大地改變我們目前的世界觀，并使其變得更銳利、更強(qiáng)大。這將是具有突破意義的一步，為揭開困擾人類數(shù)個(gè)世紀(jì)之久的謎團(tuán)奠定基礎(chǔ)。