物理学家：绝对没发疯。在外在的世界中，根本就不存在什么过去、现在、将来。你能用仪器测定出现在吗？不能。现在是个纯心理概念。怀疑论者：哦，你是在开玩笑吧？谁不知道，将来还没有发生，而过去已经过去了，我们都记得过去发生过了。你怎么能把昨天和明天或今天混为一谈呢？
物理学家：当然，你得把那么多天理出个次序来，但我所反对的是你用的那些标签。怕是连你自己都承认，明天永远不会来。
怀疑论者：别玩文字游戏好不好？明天怎么不会来？只不过来了之后，我们把它叫作今天就是了。物理学家：一点不错。每一天在当天都叫作今天。每一时刻在被人感觉到的时候都叫“现在”。过去和将来的划分是语言混乱的结果。我来帮你澄清这个混乱吧。时间的每一个时刻都可以有一个确定的日期。例如1997年10月3日下午2点。记日期的系统是任意的，但一旦约定俗成地确定下记日期的系统，任何一个事件或时刻的日期就确定下来了。所有的事件，我们都给它一个日期标签，这样，我们在描述世界上的一切事的时候，就可以不用过去、现在、将来这些模模糊糊的东西了。怀疑论者：但是，1997年的确是将来。1997年还没来到呢。你所说的日期系统忽略了时间的一个关键方面，即时间的流动。
物理学家：你说“1997年的确是将来”是什么意思？1997年是1998年的过去。
怀疑论者：但现在不是1998年。
物理学家：现在？
怀疑论者：不错，就是现在。
物理学家：什么时候是现在？每一个时刻在我们感觉到它的时候，都是现在。
怀疑论者：此刻是现在。我说的现在是指此刻。
物理学家：你说的是1983年的现在？
怀疑论者：就算是吧。
物理学家：不是1998年的现在？
怀疑论者：不是。
物理学家：好，那你说的意思就是，1997年是1983年的将来，但却是1998年的过去。这我并不否认。我的日期系统所描述的恰恰也正是这么回事。所以你瞧，你根本用不着说什么过去将来之类的东西。
怀疑论者：不用区分过去和将来？这真是荒谬。1997年还没来，这一点你要承认吧？
物理学家：自然要承认。你所说的意思是，我们的谈话发生在1997年之前。让我再重复一遍：我并不否认众多事件有一个顺次的序列，它们之间有先后或过去将来的关系。但我所否认的是过去、现在、将来的存在。显然，并没有一个现在，你和我在一生中都会感觉到很多“现在”。一些事件在另一些事件的过去或将来。但事件只是在那儿存在，并非是一个接一个地发生。
怀疑论者：有些物理学家说，过去和将来同现在并排存在，过去、现在、将来都在那儿，只是我们顺次地一个挨一个地遇见过去、现在、将来的事件罢了。你说的话跟这些物理学家是一个意思吗？
物理学家：我们实际上并不是“遇见”事件。我们只是感觉到所有的我们意识到的事件。从时间的角度来看、并没有一大堆事件等在那儿让我们去悄悄地接近。众多事件就在那儿，是人的头脑把它们联系起来了。你刚才说的那番话，意思就好像是今天的精神被用一种什么方法给向前挪，好去碰上明天的事件。其实，你的精神是延伸在时间之中的。明天的精神状态反映明天的事件，今天的精神状态反映今天的。
怀疑论者：难道是我的意识从今天向明天移动吗？
物理学家：不！你的精神今天和明天都是有意识的。没有什么东西向前向后，或向左向右移动。
怀疑论者：但我明明感觉到时间在流逝。
物理学家：且慢1分钟。真对不起。说“且慢1分钟”这话意思是让你等等，我先说几句。但这话听起来倒好像是时间是你手里的东西，你能拖住它似的。言归正传，首先，你说你的精神在时间上是往前挪的，后来，你又说时间本身在向前挪。你到底是说的哪个呢？
怀疑论者：我把时间看成是一条流动的河，将来的事件朝我冲过来。我既可以把我的意识看成是固定的，时间流过我的意识，从将来流向过去；我也可以把时间看成是固定的，我的意识从过去移向将来。我想，这两种说法都是一回事。运动是相对的嘛。
物理学家：你这运动是幻想的东西！我问你，时间怎么个动法？假如说时间在运动，那它肯定就有速度。请问：时间的速度多大？每天1天？这不是拗口令吗？1天就是1天的1天。
怀疑论者：要是时间不动，事物怎么会发生变化？
物理学家：这好说。物体在时间里活动，变化于是就发生了。可时间并没动。我小时候常纳闷：“为什么这会儿是现在？为什么另外一个时候不是现在？”我长大了才知道，这样的问题是无意义的。“这会儿”可以是任何一会儿。
怀疑论者：我倒是认为，你小时候提的那个问题满有道理。不管怎么说，为何这就是1983年？你总得说出个所以然吧？
物理学家：为何什么就是1983年？
怀疑论者：哦，为何现在就是1983年？
物理学家：你问的问题很象是问：“为何我是我、不是别人？从定义上说，我就是我自己，就是那个问问题的人。显然，在1983年，我们就把1983年看作是“现在”。在哪年，就把哪年看成现在。你其实该问：“为什么我活在1983年，而不是活在，比如说，活在公元前5000年？”你也可以问：“为什么我们在1983年而不是在1998年进行这场谈话？”你看，这么问，就用不着动用过去、现在、将来之类的概念。
怀疑论者：我还是不明白。我们日常的思维活动，如语言的时态结构，希望、恐惧、信仰等等，这一切几乎都是根置于对过去、现在、将来的基本区分上的。我害怕死亡，因为我尚未碰到它，我不知道死亡之后是怎么回事。但是，我虽不知道我出生之前是怎么回事，可我却不害怕。我们不可能害怕过去。我可以再说一遍，过去的事是改变不了的了。靠着我们的记忆，我们知道过去发生了什么事。但我们不知道将来。然而我们相信将来是未定的，我们的行动可以改变将来。至于现在嘛，可以这么说，所谓现在，就是我们跟外在世界发生接触的一瞬间。在这一瞬间里，我们的精神可以命令我们的肉体去行动。拜伦曾写道：“行动吧，要在活的现在行动”。他这句话，就把我的意思，全说明白了。
物理学家：你说的大部分都对，但你仍用不着用一个移动的现在来说明问题。当然，过去和将来之间存在着不对称。这不对称不光是记忆之类的感觉所感觉到的，在外在世界中也确实存在着过去和将来的不对称。例如，热力学第二定律表明，一切系统会越变越乱，越无序。我们大脑之外的其他系统也具有累积的记录和“记忆”。你可以想想月球上那么多的环形山。那都是对过去事件的记录，不是对将来事件的记录。你刚才说的那番话，意思不过是说，后来的大脑要比先前的大脑储存了更多的信息。可是，我们接着犯了一个错误，把这至浅至明的事实译成了混乱又模糊的话：“我们记得过去，却不记得将来。”其实我们都知道，“过去”是个无意义的词儿。到了1998年，我们将能记得1997年，尽管1997年是1983年的将来。只要你按日期说就能说明白，用不着时态，或用时间之流，现在之类的玩意儿。
怀疑论者：可你刚才自己就用了个将来时“将能记得”。
物理学家：我其实完全可以说，“我1998年的大脑记录关于1997年的事件。但1997年是1983年的前头，因此，我1983年的大脑没记录1997年的事”。瞧，我这里就用不着使用过去和将来的概念。
怀疑论者：可是，对将来的恐惧、自由意志和不可预测之类又该怎么解释呢？假如将来早已存在，这岂不成了彻头彻尾的决定论了吗？什么都早定好了，改不了了，自由意志不就成了冒牌货了吗？
物理学家：将来并非“早已”存在。你的话本身就有矛盾。因为你的话等于说将来的“事件与那些先于它们的事件同时存在”，按“先于”一词的定义来看，这显然是无意义的。至于说到不可预测性，那也是有实际的局限的。不错，由于世界太复杂，我们只能预测某些简单的事件，如日食之类。但可预测性与决定论并不是一回事。你是把你的认识论同你的形而上学搞混了。世界将来的状况都可以是被在先的事件决定了的，但实际上照样还是不能预测世界的将来状况。
怀疑论者：但是，难道将来是被决定了的吗？对不起，我不该说将来。我是说，难道一切事件都完全是被在先的事件决定了的吗？
物理学家：实际上不是这样。比如，量子论就说明，在原子水平上，事件都是自发地发生的，没有什么完全的前因。
怀疑论者：这就是说，不存在将来！我们可以把它变来变去！
物理学家：不管有没有我们现在的行动，将来就是将来。物理学家把时空看成象是展开的一张地图，时间在图的一边展开。事件在图上是一些点。有些事件由因果关系与先前的事件联系在一起，其余的事件，如放射性原子核的衰变，则被标作是“自发的”。不管有没有因果联系，一切都在那儿了。所以，我所说的没有过去、现在、将来之分并没有涉及自由意志或决定论。这完全是另外一个问题，这是一个布满了混淆的领域。
怀疑论者：你仍是没有给我解释为什么我感觉到时间的流逝。
物理学家：我不是神经病学家。不过，你之所以有那样的感觉或许跟短期记忆过程有关。
怀疑论者：你是说，时间的流逝完全是主观的问题，是一种幻觉？
物理学家：求助于感觉来把一些物理性质归因于外在世界，这是不智之举。我问你，你感觉过眩晕没有？
怀疑论者：当然有过那样的感觉。
物理学家：可你并没有把你的眩晕归因于宇宙的旋转，尽管你的确感觉到世界在打转儿。
怀疑论者：这倒是。因为眩晕时觉得世界在打转儿，显然是一种幻觉。
物理学家：所以我说，时间的流逝，就象眩晕时感觉到的空间在打转儿，不过是一种时间性的眩晕而已。时间流逝这种幻觉之所以有了一个虚假的真实外表，是我们混乱的语言造成的。语言里的时态结构和那些关于过去、现在、将来的无意义的词语使得时间流逝的幻觉象是实有其事。
怀疑论者：请详细说说好不好？
物理学家：现在不行。我没时间了…
从这样的谈话里我们能得出什么结论来呢？无疑，我们在安排日常事务时是大大倚仗过去、现在、将来这些概念的。我们从不怀疑时间真是在流逝。即便是物理学家，要是头脑里一放松分析推理这根弦，就会很快地在言谈思维中象常人一样认为时间是流逝的。然而，必须承认，我们越是仔细检查过去、现在、将来这些概念，这些概念似乎就越是变得难以把握，晦涩不明，我们的陈述最后不是同义反复，就是无意义。在物理学的世界里，物理学家不需要时间的流逝或现在之类的东西。实际上，相对论干脆就排除了所有的观察者有一个共同的、普适的现在的可能性。假如过去、现在、将来这些概念确有意义（很多哲学家如麦克塔戈特否认这些概念有意义①），那么，其意义似乎要归属于心理学而不是物理学。
于是，这就引起了一个令人迷惑的神学问题。上帝有没有时间流逝的感觉？
基督徒认为，上帝是永恒的。然而，“永恒”一词有两个颇为不同的意义。其较为简单的意义是永存的，没有开始和终结的，无限延续的。可是，有人对基督徒的这种看法大不以为然。处在时间之中的上帝是要有变化的。但是，使上帝发生变化的原因又是什么呢？假如上帝是万物万事的原因（如同第三章里的关于上帝存在的宇宙论证明所说的那样），那么，谈论最终原因本身变化岂不是无意义吗？
在前面的几章里，我们已经看到，时间并非仅仅存在而已，其本身也是自然宇宙的一部分。时间是“有伸缩性的”。根据明确的、依赖于物质行为的数学法则，时间能伸也能缩。同时，时间与空间也是紧密相连的。时间和空间一起表达了引力场的运作。简言之，时间象物质一样，在所有的细节上，参与了自然过程。时间并非是神圣不变的，而是能改变的，用物理方式，甚至用人工。因而，处在时间之中的上帝在某种意义上说，也是受制于自然宇宙的。实际上，时间很可能在将来的某一阶段停止存在（第十五章将会讨论这个问题）。这样，上帝的地位显然就不保险了。很清楚，假如上帝是受制于时间物理的，那他就不可能是全能的。假如他没有创造时间，也就不能认为他是宇宙的创造者。事实上，因为时间和空间是不可分离的，那么，上帝没有创造时间，也就是没有创造空间。但正如我们已经说过的那样，时空一旦存在，完全是自然的活动就会自动地造成宇宙中的物质和秩序。因此，很多人认为，只要上帝创造出时间（严格地说应当是时空），其他的一切就用不着上帝来创造了。
于是，我们就得出了“永恒”这个词的另一个意义，即“时间之外的”。上帝是在时间之外的，这种概念至少自奥古斯丁以来就有了。我们在第三章讲过，奥古斯丁认为，上帝创造了时间。奥古斯丁这种看法获得了很多基督教神学家的支持。圣安赛尔姆将其看法作了如此的表述：“你（上帝）不存在于昨天、今天、明天，而是存在于时间之外。”②
时间之外的上帝就没有上面提到的那些麻烦问题，但却有第三章上讨论过的那些缺点。时间之外的上帝不可能是一个人格的上帝，不可能思想、说话、有感觉、筹划。因为这一切都是时间性的活动。很难想像时间之外的上帝怎么会在时间之内行动（尽管有人说这不是不可能的）。我们也说过，自我的存在与时间流逝的感觉是多么密切地相联系的。时间之外的上帝算不得我们所知的任何意义上的一个人格（Person）。这一类的疑惑促使若干现代神学家拒斥上帝永恒的观点。保罗·蒂里希写道：“假如我们说上帝是活的，我们就是肯定上帝包含时间性，因而就与时间的变化有关系。”③卡尔·巴斯也持有相同的观点：“假如上帝的时间性不完全，基督教启示的内容就不成形。④”
时间的物理对人们相信上帝是全知的这一信仰也具有很有意思的含义。假如上帝是在时间之外的，就不能说他会思想，因为思想是一种时间性的活动。但是，时间之外的一个存在会有知识吗？获得知识显然是要时间的，但知识本身却不需要时间，假如所知的东西本身不随时间变化的话。假如上帝知道今天的每一个原子的位置，那么，上帝的知识明天就会变化。上帝若是具有不受时间限制的知识，就必须知道贯串时间的一切事件。
因而，要把上帝所有传统的属性调和起来就有了一个严重而根本的困难。现代的物理学发现了时间的变易性，就在上帝的全能和上帝的人格存在之间打入了楔子。现在已很难说上帝既能全知又具有人格了。
第十章 自由意志与决定论
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“一切都是确定的；将来如同过去，我们都可以看得着。”
彼埃尔·德·拉普拉斯
当牛顿发现他的力学定律时，很多人都以为，自由意志的概念这下子算是寿终正寝了。牛顿的理论认为，宇宙象是一个巨大的钟表，钟表的弦正严格地按预先走好的方式放松，最后松到不能再松的地步。据认为，每一个原子的行踪都是事先定好的，在时间开始时就确定下来了。人类不过是这巨大的宇宙机制之中的附属机器，一进入这机制之中就逃脱不了。后来，出现了新物理学，随之也有了时空的相对性和量子的测不准性。于是，选择自由和决定论的问题又重新热闹起来。
构成新物理学基础的两个理论是相对论和量子论。这两个理论似乎彼此怀有根本性的敌意。一方面，量子论认为，观察者在形成物理实在的本质时具有十分重要的作用；我们说过，很多物理学家认为，有确凿的证据证明，不存在所谓的“客观实在”。这，似乎使人类获得了一种独一无二的能力，使人能够以一种牛顿时代梦想不到的方式影响自然宇宙的结构。另一方面，相对论则破除了普遍时间的概念，也破除了绝对的过去、现在、将来的概念，把将来描绘成在某种意义上说早就存在的东西，因而将我们借助量子论获得的胜利就这么给打发掉了。假如说将来早已存在，那么，是不是说我们无力改变将来了呢？
按照牛顿从前的理论来看，每一个原子都沿着一个独一无二的轨道运动，其轨道是由作用于该原子的所有的力决定的。而作用于该原子的力则是由其他的原子决定的，以此类推。牛顿力学认为，在了解某一时刻的情况的基础上，原则上可以精确地预测将来会发生的一切。世上存在着严格的因果网络，一切现象，从一个分子的极微小的跳动到一个星系的爆炸，都是很早以前就连细节都定下来了的。正是因为这种力学观点，使得彼埃尔·德·拉普拉斯（1749—1827）宣布，假如谁知道某一时刻宇宙中的每一个粒子的位置和运动情况，他便掌握了所有的必要信息，可以计算出宇宙整个的过去和将来的历史。
然而，这种拉普拉斯式的计算却并不象看上去的那样简单。首先，大脑能否计算出它自己的将来的状况（即便是在原则上计算）就成问题。麦克埃曾经指出，对每一个人来说，完全的自我预测是不可能的，即使是在牛顿式的机械宇宙中也不可能①。可以设想，有一个超级科学家能够窥探你的大脑，精确地计算出在将来的某一个场合你将做什么；然而，这在逻辑上并不排除你有某种意义上的自由意志。原因是，尽管这位超级科学家或许预测得正确，但他却不能告诉你（在事前）他的预测，否则，他就会搞乱他的计算。例如，假如他跟你说，“没错，你要拍手”，你的大脑状况必然因而发生变化，变得与他跟你说这话之前不同。之所以会出现这种情况，是因为你获得了来自他的新信息。这时，你就不能相信他的预测了，因为他的预测是按照发生变化之前的大脑状况做出的。因而，不可能有任何预测能够准确地预测你会正确地想见到你未来的行为。于是，麦克埃认为，不管你的行为在那假想里掌握着预测的超级科学家看来是多么地可以准确预测，多么地不可避免，但对你自己来说在逻辑上却仍是不可预测的，因此也就至少是保留了通常所谓的自由意志。
还有一个问题是，宇宙按照牛顿力学是否是可以预测的？近来，在对力学系统进行数学描述方面取得了一些进展。这些进展表明，某些力能造成一些系统在其演化过程中产生强烈的不稳定，因而，可预测性便是一个无意义的概念。在“通常的”系统中，初始状态的微小变化只能造成系统行为的微小变化；然而，那些超敏感的系统则会因初始状态的极其微小的差异而产生全然不同的演化。而且，现代宇宙学的发现也表明，我们的宇宙在空间中具有膨胀的视界，每一天都有新的扰动和影响从视界之外的区域进入我们的宇宙。因为那些区域自时间起始以来与我们这部分宇宙从未有过任何因果性的交往，所以，我们即便是在原则上也不可能知道这些新来的影响是什么。
对完全可预测性的最重要的驳难来自量子因素。按照量子论的基本原则来看，大自然在本质上是不可预测的。海森堡著名的测不准原理告诉我们，在亚原子系统运行过程中总是有一种无法消除的不确定性。在微观世界中，事件的发生并没有明确的原因。
决定论的垮台是不是与相对论矛盾呢？相对论认为，不存在普遍的现在，宇宙的整个过去和将来是一个不可分割的整体。世界是四维的，三个维是空间，一个维是时间，一切事件都在四维世界里，不会有什么将来“发生”或“展开”。
实际上，决定论的垮台与相对论并不矛盾。决定论说的是，一切事件都完全是由一个在先的原因决定的。决定论并没有涉及事件是否在那儿的问题。毕竟，将来就是将来的样子，不管它是不是由先前的事件决定的。相对论的四维图景则只是使我们不能以绝对的方式把时空切割成普遍的时刻。两个事件在不同的地方是否“同时”发生，这得看我们的运动状态如何。一个观察者或许会认为它们是同时发生的，另一个观察者则可能认为二者是相继发生的。因此，我们必须把宇宙看成是既在时间中延伸，也在空间中延伸。但相对论并未说时间的延伸是否包括宇宙中发生的事件之间的严格的因果关系。因此，尽管过去、现在、将来似乎没有客观的意义，然而相对论却并未说人不可能用在先的行动决定在后的事件（要记住，先后的次序是时间的一个客观性质，而过去和将来却不是）。
然而，目前尚不清楚的是，非确定性的宇宙是否是确立自由意志所需要的。实际上，决定论者认为，只有在确定性的宇宙中才谈得上自由意志。毕竟，具有意志自由的人是一个能在自然世界中运用因果律来做出某些行为的人。而在一个非确定性的宇宙中，事件的发生是没有原因的。假如你的行为不是你造成的，你还能说你的行为是你干的吗？自由意志的辩护者认为，一个人的行为是由其人品、偏好、个性决定的。
我们不妨设想，一个本分的人突然犯了罪。非决定论者可能会说，“这纯是自发的事件，没有前因。这个人是不能责备的。”决定论者则会认为，这个人该为其罪行承担责任，同时，还会认为通过教育、劝导、心理疗法、药物等等可以使他将来不犯罪。大部分宗教思想所传达的一个中心信息就是：我们能够改好。但是，我们将来的品行所能改好的程度是由我们在先的决心和行动决定的。在这里我们应当认识到，决定论并不是说事件的发生与我们的行动无关。有些事件之所以发生，是因为我们决定了它们的发生。
千万不可把决定论与宿命论混为一谈。宿命论说的是，将来的事件是我们完全不能控制的。宿命论者会说，“一切事其实早就由星宿定下来了。将有的事必会有。”假如一个身处枪林弹雨之中的士兵心想，“要是我气数已尽，不管怎么防备也免不了一死”，于是就在战场上无所顾忌，毫不躲避，那么，这个士兵就是一个宿命论者。某些东方宗教就有宿命论的味道，而且很多人也会时时跌入宿命论中，尤其是在涉及世界大事的时候，“那些大事我是无能为力的”。这倒是不假。普通的人的确不能制止世界大战，也不能阻止一颗大流星毁掉一个城市。然而，在日常生活中，我们不停地以数不清的小手段来影响事件的结局。毕竟没有人会认真地说：“我会不会让汽车撞死，这是命中注定的事，所以过马路的时候我不必费心去看左右来往的车辆。”
尽管决定论跟宿命论不是一回事，但我们对它还是放心不下。无怪乎很多人在得知量子因素显然推翻了决定论之后，不禁长长地大松了一口气。的确，我们对自由的要求，是要求我们所决定的事真的可以因我们的决定而发生。但是，在一个完全确定的宇宙中，决定本身也是早就决定了的。在这样的宇宙中，尽管我们可以随意而行，但我们想做的事却是我们所控制不了的。道理是这样的：当你决定喝茶不喝咖啡时，使你作出这个决定的是环境的影响（比如，茶相对便宜），生理因素（比如，咖啡的刺激性较强，你受不了），文化的因素（茶是传统饮料），等等等等。决定论认为，所有的决定，所有的奇想，都是早就决定了的。假如事情果真如此，那么，不管你在决定喝茶还是喝咖啡的时候觉得多么自由，实际上，你的选择在你出生的那一刻就定了，很可能定得还要早。在一个完全确定的宇宙中，一切都在宇宙创生的时刻就定下来了。这岂不是使我们一点自由也没有了吗？
现在的问题是，很难判定我们到底要的是哪样的自由。有人说，在咖啡和茶之间作出选择的真正自由意味着，假如导致一种选择的环境再次出现时（即宇宙中的一切都跟当初作选择时一模一样，包括你的大脑状态也跟当时一样，因为你的大脑也是宇宙的一部分），你很可能在这第二次作出不同的选择。只有环境相同时选择不同，才称得上是自由。这样的自由显然与决定论大相径庭。但是，这种终极的自由怎样才能得到验证呢？宇宙怎样能照原样再来一次呢？假如自由真是这样的，那么，自由的存在必定纯是个信仰。
或许，自由意味着另一回事。也许就是麦克埃所说的不可预测性？你将要做的事是被你所不能控制的因素决定的，但你永远也不能知道，即使在原则上也不能知道你将做什么。这，难道就足以满足对自由意志的要求吗？
另一种自由观认为，某些（不是所有的）事件是有原因的，但我们不能在自然宇宙中找到其原因。具体地说，这种观点认为，我们的精神是外在于物质的世界的（这是二元论哲学），但我们的精神能够以某种方式进入物质的世界，能够影响发生的事件。于是，仅就物质世界而言，并不是所有的事件都是能被决定的，因为精神并不是物质世界的一部分。不过，人们仍可以问，使精神做出其决定的原因是什么？假如其原因来源于物质世界（某些原因显然如此），那么，我们便是又回到决定论那里去了，将非物质的精神提出来便成了放空炮。但是，假如某些原因是非物质性的，我们能因而更自由一些吗？假如我们控制不了非物质性的原因，那么，我们就跟控制不了物质性原因一样，也谈不上什么真正的自由。假如我们能够控制使我们做出自己的决定的原因，那么，又是什么决定了我们如何进行控制的呢？是更多的外在影响（物质的或非物质的），还是我们？“我之所以做出这种选择，是因为我使我自己使我自己使我自己…”，这得“使”到什么时候才到头？我们是不是都必须跌入无穷的倒退？我们能不能说，这因果链条的第一环是自动的，不需要外部的原因？这种自动因的概念，即没有原因的原因是有什么意义的吗？
到目前为止，我们一直对非决定论避而不谈。大多数物理学家会说，决定论与自由意志论之间的争论是无关宏旨的，因为我们知道量子因素已证明决定论是不成立的。但我们在此必须小心谨慎。量子的影响很可能太小，不会对神经原层面上的大脑行为产生多大的影响，但假如真有影响的话，我们肯定就不会有自由意志了，我们肯定会精神崩溃。量子起伏使一个通常不该兴奋起来的神经元兴奋起来（或使通常应该保持兴奋的神经元兴奋消退），这肯定会被看作是对正常的大脑运作的干扰。假如一些电极被植入你的大脑，由一个外人随机地通电或断电，你一定会认为这种形式的干扰削减了你的自由：这个外人“接管了”或至少说是妨碍了你的大脑的运作。你大脑中量子的随机活动难道不是跟“噪音”一样吗？你决定要抬起你的胳膊，有关的神经元也按正确的次序兴奋起来了，可量子起伏打乱了信号，你的胳膊没动，腿倒动了。这难道就是自由？非决定论的致命问题就在这里：因为你的行动不是由你或由什么别的东西决定的，所以，你可能不能够将你的行动置于你的控制之下。
然而，有人仍旧摆脱不了那种虚幻的印象，以为量子因素的确带来一些自由的希望。不错，只要我们神经元的兴奋序列一旦开始，我们就不希望它被打断。但是，有人会说，量子作用也正是在初始阶段才具有重要性。我们可以设想一个神经元已准备好兴奋，只差原子水平的那极微小的扰动来使它兴奋起来。量子论认为，该神经元是否兴奋，是有确定的几率的。实际结果如何是不确定的。精神（或灵魂）就是在这里起了作用。它（下意识地）说：“电子向右运动！”或下了诸如此类的命令，于是，神经元兴奋起来。在这里，精神作用于物质，但却没有违反物理定律，因为神经元无论如何要兴奋起来的可能性显然存在。精神只是触动了一下可能性的天平，使得神经元真的兴奋起来罢了。
然而不幸的是，并没有任何证据证明大脑真有这么微妙的平衡，假如真有，外来的电磁扰动就可能搞乱大脑的作用。而且，精神作用于物质的说法也有我们上面说过的问题——一开始使精神命令电子向右运动的原因是什么？反对用二元论解释精神—肉体问题的人也会强烈反对这种说法，因为他们坚持认为，精神并不是一种能作用于大脑的物质。假如把大脑看成是一种软件，代表大脑的电化学结构，那么，再谈论精神作用于大脑就是又一次混淆层面了。这样的谈论之无意义，就如同把一本小说的出版归因于小说中的一个人物，或把计算机中的一个电路开关的开通说成是程序使它开通的。
上面所说的一切，实际上并没有真正抓住量子论的中心悖论——即精神在决定实在的过程中所扮演的独特的角色。我们前面说过，观察的行为使幽灵般叠加在一起的潜在的实在，凝聚成单一的具体的实在。在没有观察的情况下，一个原子本身是不能做出选择的。我们必须观察，然后才会有某种具体的结果出现。通过选择测量原子的位置或测量原子的运动，你能够决定是创造一个在一个特定位置的原子，还是创造有一个特定速度的原子。这一事实便证实了你的精神在某种意义的确进入了物质世界，且不管这种进入的实质是什么。但现在我们可以再一次问：为什么你决定测量原子的位置而不测量原子的运动？这种建构实在的自由，比起那种我们已司空见惯的自由，即用移动物体的方式（比如，用接触）影响外部世界的自由，难道是更有力的吗？
如今，很多物理学家倾向于接受埃弗列特的所谓多宇宙量子论的解释。埃弗列特的观点（其观点已在第三章简短地讨论过）对自由意志具有奇特的含义。埃弗列特认为，每一个可能的世界实际上都是实在的，同时，所有其他可能的世界也都平行地共存。这些重叠的世界伸延开来供人类选择。可以设想你面临一个选择——要茶还是要咖啡？埃弗列特的解释认为，你一旦进行了选择，宇宙立刻就分为两个岔，在一个分岔里你有茶，在另一个分岔里你有咖啡。这样，你就什么都有！
多宇宙理论似乎是可以满足上面讨论过的选择自由的终极标准。当宇宙分岔时，导致每一种结局的条件在所有的方面都是完全相等的，因为这些条件实际上是在同一个宇宙里。然而，人却做出了两种不同的选择（我们在前面讲过，没有人能够直接证实多宇宙理论，因为所有的人都必定局限于分了岔的宇宙当中的一个分岔里）。然而，这理论虽满足了选择自由的标准，却似乎付出了过大的代价。假如你不得不进行所有的可能的选择，那你还有什么自由可言呢？这自由似乎是过了头，让它自己的成功给毁了。你想选择的是茶，或是咖啡，是二者择一，不是两样都要。
但是，赞成多宇宙理论的人会说，“你这里的你是什么意思”？那个有了茶的“你”和那个有咖啡的“你”不是一个人，他们住在不同的宇宙里。假如要想把他们区别开来的话，那么可以说，这两个我们漫不经心地称作“你”的人在感觉经验方面是不同的，比如，这两个“你”对饮料的口味不同。这两个人不可能是同一个人。因而，假如你得到选择的机会，你实际上不会既有茶又有咖啡的。不管我们讨论的是哪个“你”，反正那个你做出了选择。那么，按照多宇宙理论的观点来看，说你选择了茶而不要咖啡，不过是给“你”下了一个定义而已。说“我选择了茶”不过是说“我是喝茶的人”而已。因此，虽说面临选择的是一个单个的你，结果却涉及两个人，不是一个。按埃弗列特的理论来看，自我在不断地分成无数个相近的复本（这对传统的那种灵魂独一无二的概念会有什么含义，探讨起来会很有趣的）。
犯罪要承担责任、责难与自由意志的关系，有很多这方面的文献。假如自由意志是虚幻的，那为什么有人要因其行为而受责难呢？再者，假如一切事件都是早就注定了的，那么，我们每一个人就逃不脱我们出生之前就已定下的定数。在一个埃弗列特式的多重宇宙中，一个罪犯可不可以为自己辩护说，按照量子论的定律，他那多重的自我中至少有一个成员得要犯下罪行？然而，我们还是先避开这一是非之地，先询问一下上帝在一个决定论式的宇宙中的地位如何吧。我们一旦把上帝放在这种宇宙中，就立刻碰上了一大堆难题。
上帝能够施行自由意志做出决定吗？
假如人有自由意志，上帝肯定也有吗？假如有，那么，前面所讲的涉及自由的各种问题也要困扰上帝了。而且，就无限的、全能的上帝而言，我们也有很多理解不了的难题。假如上帝有一个宇宙计划，而这计划又作为其意志的一部分得到执行，为什么上帝不干脆创造一个决定论式的宇宙，使其计划目标成为不可避免的东西？或者，在创造出宇宙的同时就使其计划得到实现，这岂不更省事？假如宇宙是非决定性的，那么，上帝也不能决定或预测结果会是什么，这岂不是说他的能力是有限的吗？
或许有人可能争辩说，假如上帝愿意，他便可以自由地放弃他的一部分能力。他可以赋与我们自由意志，使我们能够逆他的计划而行，假如我们愿意这么做的话。他也可以赋与原子以量子因素，使他创造宇宙的过程变成一个宇宙规模的或然率游戏。但是，一个真正全能者是否能放弃一部分能力，这倒是一个逻辑难题。
全能意义上的自由与人类所享有的那种自由是很不一样的。你可以自由地选择茶或咖啡，但只有在茶和咖啡存在的情况下，你才能有这份自由。你没有做成你想做的任何事的自由，比如，徒手游过大西洋，或把月亮变成血的自由。人类的能力是有限的，只有一小部分愿望有可能得到实现。而全能的上帝却没有能力的限制，他能够自由地做成他想做的事。
全能这一概念也引起了一些令神学家难堪的问题。上帝能自由地杜绝恶吗？假如上帝是全能的，那就是能。但假如他能，那为什么没有做到这一点呢？大卫·休谟提出了一个对神学来说具有毁灭性的论点：假如世上的恶出自上帝的意志，那么，上帝便不是仁慈的；假如恶是违反上帝的意志的，那么，上帝就不是全能的。上帝不可能既全能又仁慈（就象大多数宗教所宣扬的那样）。
对大卫·休谟的论点，有人提出一个反驳：恶完全是由人的行为造成的；因为上帝给了我们自由，我们就可以自由地做恶事，从而破坏上帝的计划。然而，这里仍有一个问题：假如上帝能够自由无碍地预先阻止我们作恶，那么，他若是没有做到这一点，岂不是也必须承担一份责任吗？假如一个作父母的让他那任性的孩子胡作非为，在四邻中搞打砸抢，我们通常认为那作父母的也要承担一份责任。我们是不是因而必须得出一个这样的结论：恶（或许就一个有限的量而言）是上帝计划的组成部分？或者说，上帝不能自由地做到预先阻止我们逆他的意志而行？
假如我们按照基督教的信条进行思想，相信上帝是超越时间的，那么，我们还会碰上一大堆新的难题，因为选择自由这一概念从本质上说是一个时间性的概念。假如选择不是在一个具体的、特定的时刻进行，而是没有时间限制的，那么，选择还有什么意义呢？假如上帝早已预知了将来，那么，上帝为宇宙制订计划以及我们参与他的计划还能有什么意义呢？一个无限的上帝知道在所有的地方现在正在发生什么事。但我们已知，不存在一个普遍的现在，所以，假如上帝的知识是延伸在空间中的，就必定也在时间中延伸。于是，我们就可以得出这样的结论：基督教的永恒的上帝具有选择自由是无意义的。但是，我们能够相信人类具有人类的创造者所没有的能力吗？我们似乎是被迫得出一个悖论性的结论，即选择自由实际上是我们所受的一种限制，就是说，是我们在知晓将来上的无能。上帝一旦摆脱了现在的牢笼就不需要自由意志了。
这些问题似乎是无法解答的。新物理学无疑为解开自由意志和决定论这一对长期悬而未决的谜提供了一个新线索，但并未把谜解开。量子论虽动摇了决定论的基础，但在涉及自由时也给它自己出了一大堆难题，而其中最难的难题是多重实在的可能性。毫无疑问，随着我们将来对时间了解的加深，这些有关我们的存在的基本问题必会出现新线索。
第十一章 物质的基本结构
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通过寻找越来越小的物质单位，我们并不能找到基本的物质单位，或曰不可分割的物质单位，但我们却的确碰上了一个点，在这一点上，分割是没有意义的。
沃纳·海森堡
现今的寻求建立统一场理论的努力真是愚不可及。
I·M·辛格
科学之所以能成为科学，只是因为我们生活于其中的宇宙是一个井然有序的宇宙，这宇宙符合质朴的数学定律。科学家的工作，就是研究、讲述大自然的井然有序，并将其有序分门别类，而不是对大自然的秩序的起源提出疑问。但神学家们长期以来一直认为，物质世界存在的秩序是上帝存在的证据。假如神学家的看法是对的，那么，科学和神学也就是目的一致地显示上帝的工作了。实际上，一直有人认为，西方科学的出现，是由基督教—犹太教的传统促成的，因为这种传统强调，上帝有目的地把宇宙组织起来，而这种组织可以借助理性的科学研究被人们看出来。这是一种哲学，这种哲学的精义似乎可以用斯蒂芬·黑尔斯（1677—1761）下面的话来表示：
既然我们确信全知的造物主在创造万物的时候遵守了最为严格的数、重量、尺度的比例，所以，若想洞见进入我们的观察范围之内的那些被造物的本质，最有可能成功的方式便必定是从数、重量、尺度入手。
宇宙之井然有序似乎是自明的。不管我们把目光投向何方，从遥远辽阔的星系，到原子的极幽深处，我们都能看到规律性以及精妙的组织。我们所看到的物质和能量的分布并不是混乱无序的，相反，它们是按照从简单到复杂的有序的结构安排的，从原子和分子，到晶体、生物，到行星系、星团等等，莫不是井井有条，按部就班。而且，物质系统的行为也不是偶然的，随机的，而是有章法、成系统的。科学家们面对大自然难以捉摸的美和精妙时，常常感到一种敬畏和惊奇。
将不同种类的有序区分开来是有用的。首先，有一种质朴的有序，如我们在太阳系中或在钟摆的摆动中所看到的那种规律性。还有一种复杂的有序，如木星的旋转的大气中气体的排列，或一个生物的复杂组织。这种区别是还原论对整体论的又一个例子。还原论试图揭示出复杂组织中的简单成分，整体论则注意于整体的复杂性。复杂的有序在很多人看来有一种目的成分。在复杂的有序中，一个系统的所有的组成部分和谐地组织在一起，合作着去达到一个特定的目的。在这一章里，我们将看看质朴的有序，看看基本物理最新的发现如何证实了数学规律性在控制着大自然的那些重要过程。在下一章里，我们要回过头来探究复杂的有序。
康德提出，为了理解世界，人的精神不可避免地要将秩序强加于世界。但我认为很多科学家对他的观点不以为然。比如说，康德根本就不懂原子或原子核的结构，他哪能知道，后世的人们对原子进行研究，显示出原子也具有太阳系组织的那种数学规律性。这一发现的确是惊人的，跟我们所选择的观察世界的方式没有任何关系。而且，我们还将看到，亚核物质也是服从某些质朴有力的对称原理的。人们很难相信，在某些基本力的作用过程中，左右对称是无意义的，只不过是对人类精神的赞美。
人们在传统上一直遵循着科学的还原论来揭示大自然中的质朴有序：把复杂的系统分解成较为简单的部分，再分别对这些部分加以研究。一切物质都是由少数基本单位（即最初的“原子”）组成的，这种观念起源于古希腊。但是，只是在本世纪，技术才有了足够的进展，使我们能够详细地研究、了解原子的作用。这方面最早的发现之一，主要是卢瑟福勋爵在本世纪初作出的。这个发现就是，原子根本就不是基本的粒子，而是由其内部的构件合成的结构。原子质量大部分集中于小小的原子核，原子核只有1厘米的1万亿分之1大小。核的周围包围着由较轻的粒子（即电子）构成的云，电子云延伸的距离达1厘米的1千万分之1。因此，一个原子的绝大部分是一无所有的空间，加上量子因素排除了电子具有精确的轨道的可能性，原子便让人觉得象是一种非物质的模糊的实体了。
电磁力使电子离不开原子核，原子核带有正电荷，原子核的周围是电场，电场使带负电荷的电子逃脱不了。很久以前人们就发现，原子核本身也是复合体，是由两种粒子组成的，一种粒子是质子，带正电荷，另一种粒子是中子，既不带正电荷，也不带负电荷。质子和中子的质量分别都是电子质量的1800倍。
物理学家们一旦发现了原子的基本构造，就能够将量子论应用于原子，从而揭示出一种惊人的和谐。电子的波的性质通过电子存在于其中的某种固定的“定态”或“能级”中并将它自己表现出来。假如能量以光子的形式（小批的光能）被吸收或被发射，就会发生能级之间的跃迁。因此，能级的存在是以光能的形式显示出来的，而光能的情况可以从光的频率（颜色）推断出来。分析一下原子所吸收或发射的光，就会发现一种光谱，光谱是由一系列谱线或不连续的频率组成的。最简单的原子是氢原子，是由一个质子（原子核）和一个电子组成的。氢原子的能级可用一个简单的公式
乘以一个固定的能量单位表示。式中的n和m是整数1，2，3…。这种紧凑简洁的算术式使人想起音乐的音调，比如吉他或管风琴上的泛音，这些音也可以用简单的数字关系来表示。这并不是偶然的巧合。一个原子的能级的排列是与量子波振动相对应的，正如一部乐器的频率是与声音的振动相对应一样。
假如在氢原子中使电子束缚于质子的力在数学上不是简单的，那么，原子的和谐就不会如此完美。实际上，原子就是依存于这种和谐的。使电子束缚于原子核的电引力满足一个叫作平方反比定律的有名的物理学定律。这个定律说的是，假如质子和电子之间的距离加倍，二者之间的电引力就降低为原来的4分之1；假如二者之间的距离是原先的3倍，二者之间的电引力就降低到原先的9分之1，依此类推。这种井然有序的数学规律性也可以在引力中见到，例如，行星和太阳之间的引力就是这样。平方反比定律导致了太阳系的引人注目的规律性，这些规律性可用算式表示。运用这些算式，就可以预测日食月食以及其他的天文现象。在原子中，这些规律是量子性质的，表现为能级的排列和发射的光的频谱。但太阳系的规律性和原子的规律性都来自平方反比定律的质朴性。
明白了原子核的结构之后，物理学家们接着就开始探寻原子核内部使原子核结为一体的力。这种力不可能是引力，因为引力太弱，也不可能是电磁力，因为同性的电荷是相斥的，所以，带有正电荷的质子如何竟能在一起相安无事就成了一个谜。显然，必定有一种很强的吸引力来克服质子之间的斥力。实验表明，使原子核成为一体的力要比电磁力强得多，这种力在质子的一定距离或范围之外就突然消失了。这距离很短，比原子核还要小，所以，只有最近的粒子才处于核作用力的范围之内。中子和质子都处于核力的影响之下。因为这种力很强，所以大多数原子核要用很大的力量才能破开，但要想破开还是办得到的。重原子核不那么稳定，可以很容易地裂变，放出能量。
核粒子也是按不连续的量子能级排列的，只是没有原子和谐的那种质朴性。原子核是一种复杂的结构，这不仅是因为组成原子核的粒子数目多，而且也是因为核作用力并不遵守质朴的平方反比定律。
20世纪30年代，物理学家们在量子论的框架中研究核作用力，终于明白了这种力的性质是与粒子的结构分不开的。在日常生活中，我们把物质和力看成是两个独立的概念。力可以通过引力或电磁效应作用于两个物体之间，或直接通过接触作用于物体。但物质只是被看作是力的来源，而不是力的传播媒介。因此，太阳引力跨越一无所有的空间作用于地球，用场的语言来描述就是：太阳的引力场（若是没有引力表现出来，引力场是看不见也摸不着的）与地球相互作用，对地球施加了一种力。
在亚核的领域里，量子效应起着重要的作用，因而就需要另一套描述及语言。量子论的一个中心论点是，能量是以不连续的量的方式传导的。这也是量子论的由来。因此，光子就是电磁场的量子。当两个带电粒子互相靠近时，就受到了它们都有的电磁场的影响，电磁力就在它们中间起作用。电磁场使它们的运动轨迹发生偏转。但一个粒子通过场对另一个粒子所施加的扰动必须以光子的形式传导。因而，带电粒子之间的相互作用不是一个连续的过程，而应被看作是由一个或多个光子转移造成的脉冲。
在这里，使用理查德·费恩曼所发明的图解有助于说明问题。图23上有一个光子往来于两个电子之间，因而这两个电子便分离开来。有人把这种相互作用的机制比作两个打网球的人，这两个人的行为通过球的往来而有了联系。因此，光子的行为颇象是信使，在两个带电粒子之间来回跳荡，告诉这个带电粒子那里还有一个带电粒子，从而引起一种反应。物理学家们借助于这样的概念，就可以计算出原子层面上的很多电磁过程的效应。在所有的场合中，实验的结果与利用计算得来的预测惊人地相符。
电磁场的量子论应用起来如此成功，于是20世纪30年代的物理学家们很自然地又把它应用于核力场。日本物理学家汤川秀树应用量子论，发现质子和中子之间的力实际上可以用二者之间信使般往来的量子为模型，但这里的量子与我们所熟悉的光子大不相同。汤川的量子必须有质量，才能再现出核力的那种作用距离极短的效果。
这里有一个微妙而又重要的问题。一个粒子的质量，就是其惯性的大小，也就是保持其运动状态不变的力的大小。施加一个同样的力，一个轻粒子要比一个重粒子容易推动。假如一个粒子变得极轻，那它就会被任何杂散的力加速，于是就会以非常大的速度运动。在那极端的场合下，粒子的质量降低为零，粒子就会以最快的速度运行，这速度就是光速。光子就是这种情况，因为可以认为光子是没有质量的粒子。而汤川的粒子则有质量，其运行速度比光慢。汤川把它们称作介子，但现在人们把它们叫作π介子。
π介子在原子核里，往来于中子和质子之间，用核力使中子、质子粘结在一起。通常，π介子是看不见的，因为它们一产生，就接着被另一个核粒子吸收了。然而，假如向原子核系统中输入能量，π介子就能从原子核中飞出来，使人能够单独地对它进行研究。两个质子高速相撞时（这个过程在第三章曾简略地讲过）π介子就会飞出来。第二次世界大战结束不久，π介子就这么被发现了。π介子的发现，出色地验证了汤川的理论，并被誉为理论物理学、尤其是量子场论的胜利。π分子的另一个与众不同的特色是极不稳定，在产生之后几乎立刻衰变成为较轻的粒子。其衰变而成的粒子之一是μ子，这种粒子在各方面都与电子相同，只是质量与电子不同。μ子要比电子重许多，而且也很快就衰变。
物理学家们一旦意识到，通过亚原子粒子的高速碰撞可以造出全新的物质裂片，他们就开始建造巨大的加速器来制造物质的裂变。这些加速器可以把任何一种亚原子粒子加速到接近光速，而接近光速的冲击为人们揭示了亚核行为的整个新世界。这些加速器一旦投入使用，便出现了几十个迄今为止人们未曾想到的新粒子。这些新粒子蜂拥而至，使物理学家很快连名称都来不及给它们取了。一时间，各种各样的粒子乱哄哄地象个乱了套的动物园。后来，物理学家们渐渐地不那么晕头转向了，于是便在亚原子碎片中看出了某种秩序。图样开始出现了。
自20世纪30年代以来人们便知道，核力不是一种，而是两种。强力将核粒子粘在一起，但还有一种弱得多的力。弱力使某些不稳定的核粒子衰变，例如，π介子和μ子就是由于弱力而衰变的，有些粒子既能感受到强力，又能感受到弱力，但有些粒子则感受不到强力。这种感受不到强力的粒子一般都比较轻，包括μ子、电子和中微子。至少存在着两种中微子，它们都是让科学最捉摸不透的东西。它们与其他物质的相互作用是如此之弱，以致可以轻而易举地穿透好几光年厚的固体铅！
这些相互作用弱的较轻粒子都被称作轻子。带电荷的轻子如电子，既能感受到弱力也能感受到电磁力。但不带电荷的中微子则不受电磁力的影响。相互作用强的较重粒子被称作强子。强子分两种：一种是质子和中子，以及许多衰变为质子和中子的较重粒子，这一种强子被称作重子；其余的强子是介子，包括π介子。
在这些大致的粒子分类中，还可以发现很多亚类。组成这些亚类的粒子具有若干性质，如质量，电荷，以及其他一些更为技术性的特性，其性质随其种类的不同而呈现出有系统的变化。在20世纪60年代，理论物理学家们发现，这些成系统的性质可以用一个数学的分枝——群论——来给以非常漂亮的表达。其中的原理是对称的概念；或许可以这么说，物理学界一旦最终意识到了亚原子粒子的对称性，于是便勇往直前了。
人们一直就知道，对称在组织自然世界的过程中扮演了一个很重要的角色。我们都熟悉太阳的圆形，雪花和结晶体的规则性。然而，并非所有的对称都是几何性的。男女的对称、正负电荷的对称也是很有用的概念，但这种对称是抽象性质的。在重子和介子当中也发现了这种抽象的对称，这表明任何特定的一类粒子都被一个简单的数学图表紧密地联系起来。可以用我们所熟悉的几何对称来对此做点些许说明。我们都知道，从镜子里看，我们的左手是在右边。左手和右手构成了一个由两个组元组成的对称系统，而镜中的左右手映像又使我们看到了原来的手的样子。从某种意义上说，质子和中子也可以被看成类似左手和右手。在“映像”中，中子变成了质子，质子变成了中子。当然，这里所说的映像不是通常意义上的在实在的空间里的映像，而是在想象的空间里的一种抽象的映像。这想象的空间用行话说就是同位旋空间。尽管这对称是抽象的，然而，其数学表达却与几何对称是一样的，而且这表达具有足够的真实。在散射实验中的质子和中子的性质，以及质子和中子吸引其他粒子注意的方式，就显示出这种表达是真实的。
更为复杂的对称群，使人们得以对粒子的一些大家族而不仅仅是质子和中子进行统一的描述。某些粒子家族包含有8个、10个或更多的粒子。某些对称偶尔在乍看之下不明显，因为这些对称被复杂的作用掩盖起来了。但通过数学分析和仔细的实验就可以把它们揭示出来。
这些抽象的对称所显露的物质内部构造的优美，使大部分物理学家感到惊奇。对亚核粒子进行研究的全部基础就是一种坚定的信仰：质朴性存在于一切自然的复杂性之中。尤瓦尔·尼曼和莫里·盖尔—曼最先发现，在一个由8个介子构成的集合中隐藏着对称性。他们于是仿照佛陀的话，把他们的新原理称作“八正道”：“这雅利安八正道就是正见，正志，正语，正业，正命，正精进，正念，正定”。
随着越来越多的对称被揭示出来，粒子物理学家们被其精微的规则性深深地吸引住了。这些规则性自天地开创以来就掩藏在原子的深处，不为外界所知。现在，人类才第一次借助先进技术的令人眼花缭乱的器具看到了这些规则性。
物理学家们不久便开始发问这些对称性背后的意义。一位杰出的理论物理学家说：“大自然似乎是想用这些对称来告诉我们什么秘密”。数学分析的力量在这个时候显露了出来。群论表明，一切对称都可以在一个单一的主要基本对称中找到其自然的起源。人们发现，较为复杂的对称都可以通过非常简单的组合得到。用粒子研究的术语来说，数学表明，强子根本就不是基本粒子，而是由更小的粒子组成的合成物。
这的确是轮中之轮！原子是由原子核和电子构成的，原子核是由质子和中子构成的，质子和中子是由什么构成的呢？这些新发现的物质的基本构件构成了质子和中子，它们与原子隔了三层，当时还没有名称。盖尔—曼于是便杜撰了一个名称——夸克。而这名称还真的就这么叫上了。强子是由夸克构成的。古希腊人认为，一切物质都是由为数不多的基本粒子（即他们所谓的“原子”）构成的。这一伟大的原理已被事实证明不那么好理解。基本粒子是否就是夸克？难道夸克也是复合体吗？我们一会儿再来讨论这个问题。
夸克以两种构型附着在一起。一种构型是两个夸克附在一起，另一种构型是三个夸克附在一起。两个夸克在一起就构成了介子，三个夸克在一起就构成了重子。夸克也有量子能级。能够通过吸收能量而受激进入较高的级位。受激的强子看上去与其他的强子一样，于是，很多先前被认为是独立的粒子现在被看作是单个夸克结合的受激状态。
为了解释所有已知的强子，就必须设想夸克不止一种。在20世纪70年代初，人们设想有三种“味道”的夸克。这三种夸克被异想天开地称作“上”、“下”、“奇”。后来，出现了更多的强子，又多出了第四种夸克，即“粲”夸克。近来，出现了更多的粒子，人们认为还得有另外两种夸克：“顶”夸克和“底”夸克。现在，很多种粒子作用都可以借助详细的夸克计算获得系统的了解。
夸克理论的基本预设是，夸克本身是真正浑然一体的基本粒子，是一种象点一样的物体，没有内部成分。在这方面，夸克颇象轻子，因为轻子不是由夸克组成的，它们本身似乎就是基本粒子。事实上，夸克和轻子之间有着自然的对应，使人们获得意想不到的机会得以洞见大自然的运作。夸克和轻子之间的系统联系见下面的表1。表右边一栏是夸克的味道，左边是已知的所有轻子。要记住，轻子感受到的是弱力，而夸克感受到的是强力。轻子和夸克之间还有一个区别是，轻子或是不带电，或是只带1个单位的电荷；而夸克则带3分之1或3分之2单位的电荷。
尽管轻子与夸克有着如许的差别，但二者之间存在着深刻的数学对称，使轻子和夸克在上面的图表中有了逐层面的对应。第一个层面只有四种粒子：上、下夸克、电子及电中微子。奇怪的是，一切普通的物质竟全是这四种粒子构成的。质子和中子是由3个3个的夸克组成的，而电子只是充任构成物质的一种亚原子粒子。中微子只是跑进宇宙里，一点也不参与物质的大体构造。就我们所知，假如其他的粒子都突然消失了，只要有这四种粒子，宇宙就不会有多大变化。
表1
亚原子粒子可分为两大类：轻子和夸克。夸克没有被发现单独存在，而是两个或三个地在一起。夸克的电荷是分数的。一切普通的物质都是由Ⅰ层面的粒子构成的。Ⅱ层面和Ⅲ层面似乎是Ⅰ层面的简单复制，其中的粒子是高度不稳定的。可能尚有未发现的层面。
表中没有列入信使粒子：光子、引力子、胶子以及弱作用力的介体W和Z。
下面一个层面的粒子似乎就是第一个层面的复制，只不过较重而已。第二个层面的粒子都极不稳定（中微子例外），它们所构成的各种粒子很快就衰变为层面Ⅰ的粒子。第三个层面的粒子也是这样。
于是就必然产生这样的问题：层面Ⅰ之外的其他粒子有什么用处呢？为什么大自然需要它们？在形成宇宙的过程中，它们扮演了什么角色？它们是多余的赘物？或者，它们是某种神秘的、现在尚未完全明了的过程的一部分？更为令人不解的问题是，随着将来能量越来越高的粒子加速器的出现，是否也只有这三个层面的粒子？是否会发现更多的或无穷多的层面？
还有一种复杂的情况加深了我们的不解。为了避免与量子物理学的一个基本原则相冲突，我们必须设想每一种味道的夸克实际上有三种不同的形式，即人们所说的“颜色”。任何一个给定的夸克都必须被看作是某种多层电镀（比喻说法）的叠加，不断地闪现出（又是一个比喻说法）“红”、“绿”、“蓝”的颜色。这样一来，一切又看上去象是乱了套的动物园了。但是，收拾局面的方法就在眼前。对称又来救驾了。不过，这一次的对称，其形式更微妙，更深奥，怪不得被人们称作超对称。
为了理解超对称，我们就得说说物质基本结构分析的另一个大线索：力。不管粒子动物园有多么纷坛复杂，其中看来只有四种基本的力：引力，电磁力（因与日常生活密切相关而广为人知），弱作用力和强作用力。中子和质子之间的强力，当然不可能是基本力，因为中子和质子本身就是复合物而不是基本粒子。当两个质子相互吸引时，我们实际上看到的，就是六种夸克相互作用的合力。夸克之间的力才是基本力。可以用描述电磁场的方式描述夸克之间的力，而夸克的色就相当于电荷。质子的对应物是所谓的“胶子”，其作用就是我们先前说过的象仿使那样，不断地在夸克之间来回跳动，将夸克胶结在一起。物理学家们仿照电动力学，把这种由“颜色”产生出来的力场理论叫作色动力学。色动力作用要比电磁力作用复杂。这有两个原因。第一，夸克有三色，而电荷却只有一种，于是，与一种光子相对应的就是八种不同的胶子。第二，胶子也有颜色，因而彼此也有很强的相互作用，而光子不带电荷，彼此间又是那么不相干。
20多年前，某些富有远见的理论物理学家突然想到，大自然有四种基本力，这数目似乎太多了。很可能这四种基本力并不是真正独立的。麦克斯韦在19世纪 60年代提出了一个数学式，使电力和磁力统一于一个单一的电磁场理论。很可能还会有进一步的综合。
一种徘徊不去的难以解决的数学问题更推动了某些理论物理学家作如是想。除了最简单的作用之外，每当人们把量子论应用于所有的作用时，得到的结果总是无穷，因而也就是无意义的。而将量子论应用于电磁场时，有一种数学特技使人们能够绕开无穷，量子论因而也就一直能预测一切人们所能想象的电磁作用。但同一个数学特技对其他三种力却不灵。人们希望，通过某种方式把电磁力和其他三种基本力结合进一个单一的描述式，这一个单一的描述式所具有的数学温顺性会消解电磁力之外的其他三种力，使人们能够得出一个可以理解的算式。
实现这一宏伟目标的第一步是斯蒂芬·温伯格和阿布杜斯·萨拉姆在1967年迈出的。他们成功地改造了电磁力和弱作用力的数学表达式，使这两种力被结合进一个统一的数学表达式之中。他们的理论表明，我们通常之所以把电磁力和弱作用力看成是不同的力（确实，二者在性质上显著不同），是因为在我们现行的实验中所利用的能量极低。当然，这里所说的“低”是相对而言：现在的加速器可以给一次对撞足够大的能量，假如这能量不是加在一个质子上而是加在一个台球上的话，释放出来的能量就会为一个普通人家提供几百万年之需！不过，温伯格—萨拉姆理论有一种内含的能量单位，这种单位的能量只是到了现在才能由现有的技术达到。上面所说的现行实验所利用的能量“低”，也是与这种单位相对而言的。
在20世纪70年代，实验的证据慢慢积累起来，情况变得有利于温伯格—萨拉姆理论。1980年，他们为在统一力研究方面的工作获得了诺贝尔奖。1971年就已经证明，那令人头痛的无穷可以象所希望的那样，在一个统一式中被扫除，物理学家们开始谈论大自然的三种而不是四种基本力了。
那令人头痛的无穷之所以能被扫除，其主要原因是在统一力的理论中出现了更加抽象的对称群。人们早就知道，麦克斯韦优美的电磁理论之所以有力量，之所以优美，在很大程度上要归功于该理论的数学描述中所显示出来的平衡和对称。统一力的理论中又来了平衡，这平衡被称作规范对称，是一种抽象的平衡。但这种平衡能让人想起日常生活中的事。
可以用攀登断崖的例子来说明规范对称。从崖底攀到崖顶要耗费能量。但是，由下往上攀登有两条途径。一条较短，是垂直着直接登上崖顶；再一条较长，是顺着较缓的坡道登上崖顶。这两条途径哪一条更有效率呢？（见图24）回答是：两条途径都要耗费相同的能量（在这里，我们对诸如摩擦之类不相关的复杂情况忽略未计）。实际上很容易证明，攀登崖顶所需的能量是与所选用的途径完全无关的。这，就是规范对称。
上面所举的例子说的是引力场的一个规范对称，因为你要攀上崖顶，必须克服的是引力。规范对称适用于电场，也适用于与电场类似但更为复杂的磁场。
现已证明，电磁场的规范对称是与光子没有质量的特性密切相关的，同时，也是使统一力理论避开灾难性的无穷的一个关键性因素。温伯格和萨拉姆终于驯服了弱力，使之与电磁力合并起来。
物理学家们受到统一规范理论成功的鼓舞，把注意力转向了另一种核力——夸克间的色动力。不久之后，就提出了色规范理论，接着，有人便试图将弱力和色动力统一到一个“大统一理论”（GUT）中去，办法是使用更大的规范对称将所有的其他对称包容在一个规范对称之中。目前，估价GUT的成就还为时尚早，但至少它所作的一个预测——经过无限长的时间之后，质子可能会很不稳定并自发地衰变——现在正有人进行检验。
但是，引力仍是没有就范。无穷的难题报复性地缠住引力不放。现在，物理学家越来越倾向认为，只有在包含了某种超对称的一种超统一理论中，这一难题才会获得解决。一大群数学家和物理学家正在为创制一个这样的理论而奔忙。这一理论的目标，是那不可抗拒的统一场理论的梦想——一个单一的力场，涵盖大自然的所有的力：引力，电磁力，弱作用力和强作用力。但是，这还远远不够。量子粒子和作用于这些粒子之间的力表明，任何一种力的理论同时也是一个粒子的理论。那么，超统一理论也应当能完全描述一切夸克和轻子，解释为什么在表1中有三个层面的粒子。
有人说，要是真能达到这个令人目眩的目标，也就是达到了基本物理学的顶点，因为象超统一理论这样的一个理论能够解释一切物质的行为和结构——当然，是以一种还原论的方式进行解释。有了超统一理论，我们就能够用一个方程式，用一种宇宙的总公式把大自然的一切秘密都写下来。这样的一个成就会证实人们长久以来所宠爱的信仰——宇宙是按照一个单一的、质朴的，具有惊人的优美的数学原理运行的。约翰·惠勒下面的话，就表达了人们要达到这一最终目标的迫切心情：“总有一天，有一扇门肯定会开启，显露出这个世界的闪闪发光的中心机制，既质朴，又优美。”①
我们离这智慧的极乐世界还有多远呢？理论物理学家们现在正把他们的希望押在一套理论上。这套理论的名称叫超引力。这套理论的关键是一种奇异的超对称，这超对称被描述为时空的平方根。它的意思是，假如两个超对称运算式相乘，你就会得到一个普通的几何对称运算，如空间中的移动。
乍看之下，这种抽象似乎没有什么大用处，但仔细分析就可以看到，超对称与一个粒子可能具有的最基本的属性之一——旋转——有着密切的关系。人们发现，所有的夸克和轻子都以一种颇为神秘的方式旋转。我们现在且不去管它如何旋转。我们要关心的是，那些“信使”粒子——胶子、光子、还有引力和弱力的相应的粒子——或者是不旋转，或者是以一种正常的而不是神秘的方式旋转。超对称的意义就在于，它把以神秘的方式进行旋转的粒子和其他的粒子联系了起来，正如同位旋对称把质子和中子联系起来一样。于是，超对称的运作能把一个旋转的粒子变成一个不旋转的粒子。当然，这里所说的“运作”指的是数学步骤。实际上，把一个旋转的粒子变成一个不旋转的粒子是不可能的，正如你不能把你的左手变成右手一样。
通过把引力理论置于超对称的构架之中，引力的信使粒子（称作引力子）就获得了以一种“好玩的”方式旋转的同伴粒子（称作gravitinos），以及其他的粒子。这么多种类的粒子进入超引力理论，这就有力地表明，那可怕的无穷难题被压下去了，而且，到目前为止利用这一理论进行的一切具体运算得出的结果都是有穷的。
在最为人们看好的一种超引力理论中，整个的粒子大家族的成员总数不超过70。这种理论所包含的许多粒子都能够被认定就是现实世界中已知的粒子。不能被认定的粒子则是可能存在但现在尚未发现的粒子。这一理论是否将迄今为止被认作基本粒子的一切粒子都包括进去了？是否实际上可能会有更多的基本粒子？对此，人们的意见尚不统一。有的理论物理学家认为，夸克的数目太多，现在是进一步深入研究，搞明白这么多的夸克是否是由更小的物质单位构成的时候了。对此看法，有人提出了反对意见，认为物质的结构没有比夸克更低的层面了，夸克的世界已经是原子核的大 了模糊不清的东西，在这一尺度上谈论什么东西存在于什么东西“之内”就变得无意义了。因此，关于是否还有更基本的物质单位的研究工作仍在进行。
我希望，我对物理学家们正在进行的揭示物质终极结构的工作所做的简略介绍，至少能让大家多少对现代物理学研究有点认识。物理学家对待其研究对象的态度近乎敬畏，因为他们总是受一种信仰的支配，这就是，大自然是由数学的优美和质朴统治的；通过深入探究物质的结构，大自然的统一性将会显明出来。迄今为止的一切经验表明，所探寻的系统越小，所发现的原理就越一般。按照这一经验来看，被我们偶然发现的世界的复杂性，在很大程度上纯是我们的物质取样系统的能量相对较低的结果。人们相信，随着取样系统的能量越来越高，大自然的统一性和质朴性也会变得越来越显明。这也就是为什么这么多的人力物力被投入建造超高能粒子加速器的缘故。人们想通过超高能粒子加速器闯进那质朴的状态去探寻究竟。
然而，曾经有过那么一个时期，当时，这种质朴的状态被大自然探寻过。那时，宇宙在大爆炸中诞生还没有一秒，当时的温度高达1027度，正好可以用作探寻原初质朴状态所需的能量。这一段时间，物理学家们称之为大统一时代，因为当时的物理正是受基本力的大统一理论的过程支配的。我们在第三章里所提到的至关重要的非平衡就是在当时确立的，而有了那种非平衡，才导致了物质稍稍多于反物质。后来，随着宇宙的冷却，原初的统一力也分化为三种不同的力——电磁力，弱作用力，强作用力。这些力都是我们在相对冷却下来的宇宙中所看到的。
今天的复杂的物理，是由原初大爆炸火焰构成的质朴的物理冷却而成的。这种看法，倒是美妙而吸引人。大自然的最终原理，也就是惠勒所孜孜以求的“闪光的中心机制”，我们因能量不足而难以窥见。假如人们追踪到大统一时代以前的那些时期，追到离时间起始处更近、温度更高的地方，就可以找到超引力了。超引力所代表的，就是存在的起始，在起始之处，时间和空间同基本力都结为一体。大多数物理学家认为，时空的概念在超引力时代之内是不能用的。实际上，有迹象显示，时间和空间也应被看作是两种场，这两种场本身也是先几何元素组成的原初汤“冷却”而成的。因而，在这超引力的时代中，大自然的四种力是浑沌一体的，而时空则尚未成一个象样子的形。当时的宇宙只是一堆超质朴的元件，是一些上帝用以造出时间、空间和物质的原料。
本章描述了物理学关于基本力研究的新近进展。这些进展已使人们以全新的观点看待大自然。这种观点的影响在物理学家和天文学家中间迅速扩大。现在，人们已开始把宇宙看成是由质朴的东西冷却而生成的复杂的东西，颇象是浑然无形的海洋冻成了姿态各异的浮冰。科学家们有一种感觉，这就是宇宙学的研究课题和人们对物质当中的基本力的研究正在为宇宙提供一个统一的描述。在这种描述中，物质的极微结构与宇宙的总体结构紧密联系在一起，两种结构都以一种微妙而复杂的方式影响着彼此的发展。
本章所描述的物理学的一系列成功，无疑代表了以还原论理论为其基础的现代物理学思想的一个胜利。物理学家们试图把物质还原为最终的构件——轻子、夸克、信使粒子——从而得以瞥见那基本的定律。而正是那基本的定律控制着形成物质的结构和行为的力量，从而能够解释宇宙的很多基本特点。
尽管如此，以这种方式追寻某种已被感觉到的终极真理是远远不够的。我们在前面的几章里看到，还原论不能够解释很多明显的具有整体性特征的现象。例如，我们不能用夸克来理解意识，活的细胞，甚至也不能以之理解诸如龙卷风之类的无生命的系统。否则，一定会闹出笑话的。
到目前为止，本章所用的语言在很大程度上并没有传达出物理学家心目中的物质结构的概念。当一个物理学家说，质子是由夸克“组成的”时，他的本意并非如此。比如，我们说一个动物是由细胞组成的，或一个图书馆是由书组成的时，我们的意思是说我们可以拿来一个细胞或一本书，或从那较大的系统那里随便拿来什么东西，进行孤立的研究。但夸克却不是这样。就我们所知，不可能真地拆开质子拿出夸克来。
然而，拆开有着辉煌的历史。拆开原子现在已成了家常便饭；原子核敲开较难，但在高能的冲击下也会分裂。这或许意味着用高速粒子轰击质子或中子，将会把质子或中子粉碎为夸克。然而，实际情况却不是这么回事。一个极小的高速电子会穿过质子的内部，将其中的一个夸克猛烈地弹开，从而使我们确信质子内部的什么地方确有夸克。但是，若打击质子的不是小小的电子，而是一个大锤，即另一个质子，那么，我们就不会在质子的碎片中看见夸克，而只能看见更多的强子（质子、介子等等）。换言之，夸克从不孤立地出现。大自然似乎只准许夸克以集体的面目出现，出现的时候总是2个2个或3个3个地在一起。
因此，当物理学家说质子是由夸克组成的时，他的意思并不是说这些神秘的夸克可以单独地显现出来。他只是指一个描述层面，这一层面比质子层面更基本。管辖夸克的数学法则要比管辖质子的更质朴，更基本。从某种意义上说，质子是合成的，不是基本的；但质子由夸克的合成与图书馆由图书的合成不是一码事。
当我们象在第八章里看到的那样，将量子因素纳入考虑之中时，理解物质的基本结构便有了更为严重的困难。这是因为，没有哪种亚原子粒子（不管是夸克还是什么别的基本粒子）是货真价实的粒子。实际上，亚原子粒子可能连“东西”都算不上。这就使我们又一次认识到，所谓物质是某某粒子的集合这种描述，实际上必须被看作是由数学所确定的描述层次。物理学家对物质结构的精确描述只能通过抽象的高等数学来进行，而人们只有认识到这一背景，才能明白还原论所说的“由…组成”的真正含义。
海森堡的测不准原理的一个方面，很好地说明了量子因素给研究“什么是由什么组成的”这一课题带来的困难。但这次的二象性，不是波粒之间的二象性，也不是运动与位置的二象性，而是能量与时间之间的二象性。能量与时间这两个概念处于一种神秘莫测的对立关系之中：你知道了一个就不知道另一个。因而，哪怕在一个很短的时间内观察一个系统，其能量也有可能发生巨大的起伏。在日常的世界里，能量总是守恒的。能量守恒是经典物理学的柱石。但在量子微观世界里，能量可能以自发的、不可预测的方式不知从哪里冒出来，或消失在哪里。
当考虑到爱因斯坦著名的E=mc2的公式时，量子能量的起伏就变成了复杂的结构。爱因斯坦的公式说的是，能量和质量是相等的，或者，能量能够创造物质。这已在前几章里讨论过了。不过，那几章里所说的能量来自外部。这里，我们想讨论一下，在没有外部能量输入的情况下，物质粒子如何能从量子能量的起伏中被创造出来。海森堡的原理颇象个能量库。能量可以短期借用，只要迅速归还就行。借用期越短，可借用的量就越大。
比如在微观世界中，一次突然的能量起伏可能使一个正负电子对在短期内出现又消失。这正负电子对的短暂存在，就是由海森堡式的借贷维持 累加起来的效果，就使空无一物的空间有了某种变换的质地，尽管这是一种模糊的、不实在的质地。亚原子粒子就必须在这不停运动的海洋中游动。不仅电子和正电子，而且质子和反质子，中子和反中子，介子和反介子，总之，大自然的所有粒子都是这么动荡不安。
从量子的角度来看，一个电子不仅仅是一个电子。变换能量的花样在其周围闪烁着，不知什么时候突然促成了光子、质子、介子、甚至其他电子的出现。总之，亚原子世界的一切都附着在电子上，象是电子穿上了看不见摸不着的、转瞬即逝转瞬又来的一件大衣，或者说，象是幽灵一样的群蜂嗡嗡地围着中间的蜂巢飞翔，构成了蜂巢的覆盖物。当两个电子相互靠近时，它们的覆盖物也纠缠在一起，于是，相互作用就发生了。所谓的覆盖物，只不过是将先前被看作是力场的东西加以量子的表达罢了。
我们永远也不能将电子跟其所带有的幽灵粒子分离开来。当有人问“什么是电子”时，我们不能说电子就是那个小粒子；我们必须说电子是不可分离的一整串东西，包括跟它在一起的产生力的幽灵粒子。说到具有内部结构的强子，就更加模糊难辨了。一个质子不知为何总是带着夸克，而夸克又是由胶子连在一起的。这里也有一种怪圈：力由粒子产生，而被产生的力又产生力…。
而对光子这样的粒子来说，这种怪圈意味着光子可以展现出很多不同的面孔（faces）。通过借入能量，它可以暂时变成一个正负电子对，或一个正反质子对。已有人进行了实验，试图看到光子是如何变成正负电子对或正反质子对的。但是，人们又一次发现，要想从这种错综复杂的变化中分离出来“纯”光子是不可能的。
就大多数不稳定而且寿命又极短的粒子来说，已难以说清哪些是“实 海森堡原理造成的正负电子对，其寿命也跟ψ粒子差不多。谁能说前者是实在的，后者只是个幽灵呢？
一些年前，一位叫杰弗里·邱的美国物理学家把亚原子世界中的这种闪烁不停的变幻比作一个民主政体。我们不可能抓住一个粒子，说它就是某某实体。我们必须把每一个粒子看成是在一个没有终结的怪圈中由所有的其他粒子组成的。没有哪一个粒子比其他任何粒子更基本。（这就是我们在第四章里简短地提到过的“拽靴襻”。）
我们将会看到，物质的本性在其量子论方面具有强烈的整体论的味道：物质的不同层面的描述是相互连锁的，一切东西都是由另外的一切东西组成的，然而一切东西同时又显示出结构的等级次序。物理学家们就是在这无所不包的整体性中追寻物质的终极成分，追寻终极的、统一的力。
第十二章 偶然还是设计？
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我们在这世界上所看到的这一切秩序，这一切美，又是从哪里来的呢？
艾萨克·牛顿
人类终于知道了，他们在这广漠无垠、没有感觉的宇宙中是孤立无援的……他们的命运、他们的义务都没有被明文规定下来。
《偶然与必然》雅克·莫诺
威廉·佩利（1743—1805）在其《自然神学》一书中说的下面的话，是上帝存在的最有力的论证之一：
走过一块荒地时，设若我的脚碰上了一块石头，有人问我那石头是怎么到那里去的，我很可能回答说，那石头一直就在那里，因为我不知道它曾不在那里。要证明这样的回答是荒谬的，这可不是件很容易的事。但是，设若我在地上发现一只表，有人问我表是怎么到那里去的，我就几乎不会用前面的答话来回答这一次的问题，我不会说，据我所知，表可能一直就在那里。可是，为什么仅因为一个是石头，一个是表，回答就该是两样呢？①
表的构造精微复杂，各个部件衔接精确。它不容置疑地显示了人的设计。即使一个从未见过表的人见了表之后，也会得出结论说，这种机械装置是一个有智慧的人为了一定的目的而设计出来的。佩利接着论证道，就其构造和复杂性而言，宇宙就象一只表，只不过比表大得多罢了。因而，肯定是有一位宇宙设计者为了某一目的把世界安排成这样——“大自然的构造，就复杂性，就结构的精巧而言，超过了人工的构造。”
宇宙出自设计这样的论证于是跟目的论挂上了钩。因为目的论就是认为宇宙是按照定好的程序向着某个最终的目的演化的。
目的论在其最广泛的形式中包含了质朴的秩序和复杂的秩序。目的论是一种古老的观念。阿奎那曾经写道：“人们在一切物体中都观察到趋向某个目的的行为秩序，一切物体都遵从自然规律，即使当它们没有意识时也是如此……这就表明，它们确实趋向一个目的，而不是偶然地碰上目的。”尽管阿奎那对物理基本定律的数学质朴性一无所知，但他点出了物体遵从秩序的规律这一引人注目的事实，并以之作为设计者上帝存在的证明。
目的论曾受到激烈的攻击，以致现在神学家们也对目的论怀有戒心。然而，一些现代人倒为目的论作辩护。斯温伯恩写道：“宇宙中存在着秩序，这就显然地增加了上帝存在的可能性。”②但是，斯温伯恩立论的基础是质朴的秩序，而不是复杂的秩序。复杂的大自然的结构证明有一个宇宙的设计者存在，这种论点似乎已经声名狼藉了。
这种论点之所以声名狼藉，主要是因为很多显示出复杂秩序的系统实际上可被解释为是由完全普通的自然作用所造成的最终结果。当然，这并不是说，一切有序系统都是自然地产生的，但这也的确使我们小心起来，不能仅仅因为看到某种事物很复杂，不象是偶然产生的，就推论说存在着一个设计者。我们也必须了解一些复杂的秩序得以产生的过程。
随着查尔斯·达尔文《物种起源》一书的出版，目的论与反目的论的两派重大冲突就产生了。生物的精巧组织似乎最充分地显明了一个超自然的设计者的存在，而生物学以及地质学则为生物的所有的不寻常的特性提供了充足的解释。现在，科学家和神学家实际都一致认为，生物界的秩序的演化，是由突变和自然选择造成的。尽管达尔文最初的理论到现在也没有完善，但进化的基本原理和机制则没有人去认真地怀疑了。
达尔文的进化论的主要论点是偶然性。突变是由纯粹的偶然造成的，由于生物特性中发生的这些完全随机的变化，大自然就有了广阔的选择范围，可以根据适应性以及优越性进行选择。这样，大量的小偶然变易积累起来，就产生了复杂的有组织的结构。这种趋势所引起的相应的有序的增长（熵的降低）是以更大量的有害突变为代价的。通过自然选择，有害的突变被除去了。因而，生物的进化与热力学第二定律并不矛盾。今天的美妙的生物是靠着遗传灾难作铺垫发展起来的。
不管人们是否准备承认达尔文提出的进化论机制是完善的，但不可否认的是，突变和自然选择肯定是促成生物秩序发展的一个主要因素。物质系统可以自发地组织起来，形成错综的复杂性，这一至关重要的原理是一个经验的事实。在第五章我们曾看到过，近年来物理学家和化学家如何在实验室里研究较简单的自组织的例子。实际上，这些研究变得如此重要，以致人们造出一个新词——协同学——来描述这些研究。所得出的结论必然是，一个系统当中所存在的秩序，不管多么引人注目，多么复杂，其本身并不能证明它必定是一个设计者创造出来的。秩序可以而且也确实自发地产生。
然而，这些意见仍没有解决一个重要的问题。尽管只要在其他地方产生代偿性的无序，秩序的自发产生就不会与热力学第二定律相矛盾，然而，假如宇宙作为一个整体在开始时没有相当的负熵储备，显然根本不可能存在任何秩序。假如总体的无序根据热力学第二定律一直是在增加，那么，在我们看来，宇宙创生时必定是有序的。这，难道不是为一个创世主——设计者的存在提供了一个强有力的证据吗？因为即使自然的过程可以产生出局部的秩序，但首先仍是需要先有些负熵来驱动这些自然的过程。不错，负熵的存在充其量只能证明有一个代理设计者，即一位创造者给大自然这部机器输满了能量，然后由它自己随便产生出什么结构来。但是，这样的说法仍是牵涉达到惊人程度的超自然的灵巧。其原因说明如下。
熵，即无序，是与概率和排列的概念密切相关的。一个高熵或无序的系统可能是很多原因的结果。例如，我们可以考虑一下一箱处于平衡状态的气体的情况。箱内的气体现在温度一致，密度一致，达到了最高熵的状态。在这种情况下，气体的所有的分子可以以极多的方式重新排列（例如，把分子挪到不同的位置上，或改变它们的运动速度）而不影响气体的大体性质。另一方面，我们再考虑一下低熵状态。我们所考虑的低熵气体分子或以平行的轨道运动，或是都挤在箱子的一边。这些有序的分子排列构型对任何细微的分子重新排列都极其敏感。分子重排列的方式数目极大，但排列出这种有序构型的方式数目却很小。这也就是说，有序（低熵）的状态是高度不可几的，不稳定的。低熵状态要求数目庞大的个体分子进行细致的合作。而处于无序（高熵）状态的分子则可以撇开其他的分子不管，胡乱地运动。
例如现在让你随意挑一种分子排列，那么，极有可能的是，你挑的是具有最高熵的排列。原因很简单，因为可能的无序排列要比有序排列多得多。这颇似一个猴子在乱弹琴，它弹出一首名曲的可能性比弹出不成曲调的一串噪音的可能性要小得多。数学研究表明，有序状态对重新排列的敏感性是呈指数关系的。这就是说，进行一次随机的选择而导致有序状态的几率，随着负熵程序的增长而呈现指数下降。指数关系的特色是其迅速的增长或降低。例如，一些以指数关系增长的生物每隔一段时间数目就会加倍：1，2，4，8，16，32…。
指数因素的存在意味着随机发生有序状态的可能性极小。例如，一个箱子里的1升空气自发地全跑到箱子的一头的几率是101020。这个数字代表的是1后面有100,000,000,000,000,000,000个零！这样的数字说明，从数目庞大的各种可能的状态中挑选出低熵状态（有序状态）必定要多么细心。
