快縱然不錯，但精確才是一切。

懷亞特·厄普8

我的遺傳學同事戴維·博特斯坦經(jīng)常以解釋生物學的精髓就是與不確定性共存來開始他的講授。他向物理學家聽眾宣講時尤其強調(diào)這一點，因為他知道，如果不提前警示這個問題，他們很難理解這個概念，并且會誤解他所說的內(nèi)容。他從沒向我吐露過他是怎樣看待這些聽眾的，但我恰巧知道，大多數(shù)生物學家認為物理學家癡迷于確定性和準確性簡直到了任性幼稚的地步，這是其心智局限性的證明。而物理學家則認為，容忍不確定性是二流實驗的借口，而且可能是產(chǎn)生誤判的潛在原因。這種文化上的差異根植于這兩門學科的歷史發(fā)展（物理學和化學與工程結(jié)伴發(fā)展，而生物學則源自農(nóng)業(yè)和醫(yī)學），它反映了我們社會中對什么是真實和重要的這些一般觀點在認識上的差異。而且正因此，物理學家和生物學家之間缺乏有效的交流。

這種交流障礙不時會出現(xiàn)在我和我妻子的對話中，特別是在花錢方面。她經(jīng)常不經(jīng)意地暗示說什么什么東西貴得離譜她無法單獨決定是不是要買，于是我開始問她些問題以便了解其底線，譬如說我們對這項購物到底有多大興趣，或者說它對我們的總開支會有多大影響。她的反應是認為跟我沒得商量，因為我看問題總是不是黑就是白，從不考慮還有灰色。我解釋說我這不正在尋求解決問題嘛。她卻反駁說我過于簡單化。她強調(diào)說，世界上的事情是很微妙的，不總是黑白分明的，你老堅持要給事情分類根本就不現(xiàn)實。我回應說，沒有比免受牢獄和破產(chǎn)之苦更實際的了。這種爭執(zhí)的時間長短取決于要花的錢多少，但最終總是以雙方達成某種妥協(xié)結(jié)束。自然，我們的爭論無關(guān)乎世界觀和實在論，只是如何控制使用資金的問題。在家庭問題上，我是個道學家，因此總是輸?shù)亩嘹A的少。

物理學家們不喜歡宣稱什么是絕對正確的，什么是絕對錯誤的。我們知道，測量永遠不可能絕對精確，因此就有必要知道所做的測量到底有多精確。這是一種很好的做法，它可以讓人保持誠實，以免研究報告變得言過其實。然而我們的高姿態(tài)是以更易理解的理由為基礎(chǔ)的：如果你決意要進行精確測量，那說明你已經(jīng)打定主意要自己檢修一切了。實驗的真正誘惑力根本就不在于其高度的理想化條件，而在于你可以操控那些裝滿導線和儀表的復雜機器，徹夜留守在實驗室，啜著咖啡，在立體聲的滾石音樂中擺弄著計算機。這里有巨大的X射線管、冒著煙的烙鐵、中空的核反應堆（中子就產(chǎn)生于這些洞洞中）、高度危險的化學藥品和你要獲取的信號，等等?！安灰萌庋廴タ醇す狻！边@同樣是解決問題策略的基本要點，而人所共知的與性別有關(guān)的個性特征則成為所有關(guān)于夫妻笑話（如妻子看不懂地圖，丈夫則拒絕問路）的源泉。這也就是為什么麻省理工學院的建筑和科目都用編號而不加命名。對那些看到新添了10號樓、13號樓和課程8感到無所謂的人來說，測量要精確是極其自然的事情。我自己就認為所有這些都不錯，但不是所有人都這么認為。

令我們這些技術(shù)出身的人感到寬慰的是，堅持精確性要求使我們看到了日益增長的精確測量所帶來的新的意義。例如，在十萬分之一的精度上，我們發(fā)現(xiàn)一塊磚的長度會逐日不同。檢查環(huán)境因素后發(fā)現(xiàn)，這是由溫差造成的，它使得磚發(fā)生微小的膨脹或收縮。磚在這里成了溫度計。這種觀察決不是傻帽兒，因為熱膨脹是所有普通溫度計賴以存在的基本原理。類似精度下對磚進行物重測量就沒有這種誤差——經(jīng)過多次重復觀察，你就會有質(zhì)量不變的概念。但在億分之一的精度上，磚的重量會因測量所在的地理位置不同而顯出細微差別。這時這塊磚相當于重力計，因為這種誤差效應是由地球表面各處下面的巖石密度差異帶來的。在磚上綁上細絲將其吊到天花板上使磚成為一個擺，其擺動周期也可以用來測量重力。擺動周期的極端穩(wěn)定性正是各種機械鐘擺調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。如果天花板足夠高，擺的質(zhì)量足夠大，并且在擺的轉(zhuǎn)軸上配備一個電動增幅器以阻止擺的擺幅越來越小，那么我們就會看到擺平面會跟著地球轉(zhuǎn)動發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)的速率則是對地球緯度的量度。不懂技術(shù)的人容忍了這種對技術(shù)的癡迷，否則只會越發(fā)憤怒，因為它還產(chǎn)生了有用的新技術(shù)。

另一方面，物理學家傾向于從道德層面來看問題。他們將自己的生活定位在這樣一個假設基礎(chǔ)上：這個世界是精確而有序的，偶爾出現(xiàn)的對這一認知的偏離是由于實驗者沒能精確測量或沒能對實驗結(jié)果作仔細分析帶來的誤判。有時這種誤判會帶來喜憂參半的結(jié)果。我妻弟是一位從事離婚業(yè)務的律師，他說他的那些最讓人受不了的委托人全是來自硅谷的工程師，他們總是把離婚看得異常簡單：清算家庭財產(chǎn)，然后平等分割，揮手作別。因此他不得不耐心地解釋事情沒這么簡單——人在緊張狀態(tài)下經(jīng)常會說謊和瞎評估；人有時會欺騙自己；財產(chǎn)的價值不是絕對的；即使大的方面搞定了，還有很多小的方面需要協(xié)商；還有很棘手的契約性義務有待處理，等等。這不是說想得簡單就錯了，只是說它不那么實際。

在過去的3個世紀里，對細節(jié)的專注已經(jīng)逐步表明，某些物理量不只是可以在一個實驗到另一個實驗上精確地重復，而是完全普適的。這一結(jié)論帶來的驚異和令人迷惑的程度簡直無從估量。這些物理量的充分可信性和精確性使它們的地位從僅僅有用提升為一種對基本事實的認定。但它們本不該如此。這就像一部汽車以40英里/小時的速度撞了一條狗和以1英里/小時的速度撞了一條狗，兩者的后果肯定不同。這些數(shù)值被測得越仔細，它們的普適性價值就會得到越多的認同，正如技術(shù)能力的極限被以令人驚異的方式突破所昭示的那樣，這種驗證今天還在繼續(xù)。這些發(fā)現(xiàn)的更深層次的意義仍在爭論中，但人人都承認它們很重要，因為自然界出現(xiàn)這樣一種確定性是不尋常的，這需要解釋。

這種普適量值的一個熟悉的例子是光速。19世紀末，人們對測量由于地球公轉(zhuǎn)軌道運動帶來的光波傳播速度變化的興趣日益增強。在當時，這是一項考驗人勇氣的技術(shù)挑戰(zhàn)，因為這要求光速測量的精度必須達到十億分之一。這一點是如何做到的始終是物理界聚會時的一個精彩話題，但就我們眼下的討論來看，簡單地說它是利用反射鏡做到的。到1891年，事情已經(jīng)很清楚，這個效應即使存在也是至少要比基于聲波類比和已知的地球軌道速度得出的結(jié)論小兩個量級。到1897年，結(jié)論精度提高了40個量級，偏差已經(jīng)大到要么認定不存在這種效應，要么就是實驗中存在假象。期望中的由于地球運動帶來的光速變化不存在。這項結(jié)果最終導致愛因斯坦提出光速不變和運動物體必隨速度增加而質(zhì)量增大的結(jié)論。

存在由實驗測量認定的普適不變量是物理科學的基石。但由于我們對物理學基礎(chǔ)的熟悉已經(jīng)到了熟視無睹的地步，因此這個基本事實常常容易被忘記。盡管我們還在琢磨它有怎樣的意義，后現(xiàn)代哲學家已經(jīng)正確且富有洞察力地指出：科學理論總包含有主觀成分，而且這種主觀成分要比客觀實在的編排多上幾倍。將當年德國奧托·馮·俾斯麥首相的著名妙論“法律就像香腸——最好別看它是怎么做的”用到科學理論上那是再恰當不過了，我自己就有同感。正像在人類其他活動中一樣，有必要不時地對科學進行清算，重新估價哪些是我們已深刻理解了的，哪些還不是。在物理學里，這種重新評估幾乎總是要涉及精確測量問題。每個物理學家的內(nèi)心深處總抱有這樣的信念：精確測量是區(qū)別真假的唯一方法，甚至是定義什么是真理的唯一方法。這里用不著后現(xiàn)代主義者為普適常數(shù)能否過得了百億分之一精度關(guān)擔心。

當物理學家聚在一塊兒盡情談論彼此感興趣的事情的時候，他們最愛談論的主題之一就是現(xiàn)代鎢絲燈泡的發(fā)明人歐文·朗繆爾關(guān)于偽科學的著名演講。演講中搜集了歷史上許多偽科學和科學詐騙的珍貴事例，但更重要的是它表達了這樣一個中心思想：在物理學領(lǐng)域，正確見解區(qū)別于錯誤見解的特征，就在于隨著實驗精度的提高，其正確性會表露得愈發(fā)明顯。這個簡單道理抓住了物理學家內(nèi)心的本質(zhì)，從而解釋了為什么物理學家們總是癡迷于數(shù)學和數(shù)字：在精確性面前，一切偽裝都會被剝?nèi)ァ?/p>

這種態(tài)度的一個微妙而不引人注意的結(jié)果是真理和測量技術(shù)密不可分。嚴格來講，你要測量的是什么、機器如何工作、如何大幅度減少誤差、哪些不可控因素決定著可重復性的上限，等等，所有這些問題要比掌握基本概念復雜得多。在公開場合，我們談的是這些普適常數(shù)的必然性，但在私下里，我們則認為談論什么該是普適的就太外行了，就好比我們認為一個人大談該從股票上掙多少錢一定是個外行一樣。你必須實際去做實驗。這種做法看上去似乎最迂腐，但它卻是常識。人們一再認為是普適的那些事情到頭來未必是真的，而那些你覺得是變化的事情很可能不是你想象的那樣。實際上，當我們談論普適量的時候，我們是在談測量它們的實驗。

就普適量的實驗測量來說，極個別高精度實驗在物理上的意義要遠遠超出人們的想象。這些特殊實驗的數(shù)量在10～20之間，看你怎么去算了，它們都彌足珍貴。大多數(shù)這類實驗不為外行所熟悉。就真空中的光速而言，目前已知的精度已優(yōu)于十萬億分之一（10-13）。還有里德伯常數(shù)（刻畫由稀釋原子蒸氣發(fā)射的光波長量子化的量，它也是原子鐘的高可靠性的基礎(chǔ)），目前已知的精度為百萬億分之一（10-14）。另一個例子是約瑟夫森常數(shù)，它是聯(lián)系某種（超導）金屬結(jié)上所加偏壓與產(chǎn)生的射頻波頻率之間的一個常數(shù)，其精度目前為億分之一。還有就是所謂馮克利青電阻，一種將加載到特殊半導體上的電流與橫向感應電壓聯(lián)系起來的常數(shù)，其精度為百億分之一。

看上去似乎矛盾的是，這些高可重復性實驗的存在使我們不得不以兩種相互抵觸的方式來考慮其基本性質(zhì)。其一是這種精確性反映了構(gòu)建我們這個復雜而不確定世界的原始磚塊的某種性質(zhì)。我們說光速是常數(shù)，因為它確實是這樣，同時還因為它不能由更簡單的量來構(gòu)成。這種思想基礎(chǔ)使得我們認定這些高度精確的測量結(jié)果構(gòu)成一些所謂的“基本”常數(shù)。另一方面，這種精確性反映了一種由組織原則帶來的集體效應。例證之一是像空氣這樣的氣體的壓強、體積和溫度之間的關(guān)系。眾所周知，刻畫稀薄氣體的普適常數(shù)的精度為百萬分之一，但這只有在存在大量氣體分子的情形下才有意義，如果氣體分子的樣本太少，誤差就會很大，如果只有幾個原子就根本談不上測量。這種對樣本大小的敏感性是因為溫度是一個統(tǒng)計量，就像住房的市場需求，也是定義在大樣本基礎(chǔ)上的。這兩種思想無法調(diào)和，而是針尖對麥芒，十分尖銳。但我們卻用“基本”二字來描述兩者。

自然，這種疑難是人為的。只有集體思想是對的。但這并不顯然，甚至受到某些物理學家的激烈反對。如果我們對實驗本身進行嚴格考察，弄清楚它們是怎么工作的，就會看出這一點。

對不從事科學研究的人來說，集體精確性可能不太好把握，但也并非不能。生活中就有許多熟悉的事例——例如每天坐車上下班。早晨太陽一出來，你便會感到這是對地球在運動、太陽是個大熱源等事實的最可靠的說明了。但還有另一些同樣重要的事實：每天上班高峰時刻專線車和地鐵總那么擠，而且可以預料乘車的人會越來越多。你會設想要是所有這些人哪一天都得胃病待在家里就好了，但顯然根本沒這種可能性。乘公交車的情形只是簡單的、由眾多個體在他們每日生活中做出的復雜決定所產(chǎn)生的協(xié)同現(xiàn)象之一。為了估計早8點公交車站的乘車狀況，你不必知道這些乘客有沒有吃早餐，他們在哪兒上班，他們有幾個孩子，都叫什么名字，等等。公交的這種狀況就像稀薄氣體行為一樣，有一種集體確定性。這種確定性是否像太陽東升西落那般確鑿最終得由實驗決定，但我們的乘車經(jīng)驗告訴我們確實如此。

這種集體效應冒充為還原論的一個精彩事例是原子光譜的量子化。稀薄原子蒸氣輻射出的光的特定頻譜對外界干擾極不敏感，它們甚至可用作精度為10-的時鐘校準信號。但這些波長有一個精度為千萬分之一的頻移——這要比時鐘的校準誤差大1000萬倍——在除了原子之外不含任何東西的理想世界里本不該出現(xiàn)這種情形。困難但可靠的計算表明，這種移位源于電子的真空極化效應，這種效應與金屬導線或計算機芯片中電子運動時出現(xiàn)的情形差不多。換句話說，表面上看，真空中一無所有，但實際上它不是空無一物，而是充滿著“填充物”。當有物質(zhì)經(jīng)過時，真空極化的諧振作用就會使物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生微小的變化，就像窗玻璃中的原子和電子的共振作用會使得射到玻璃上的光發(fā)生折射一樣。這種原子實驗的高可重復性和可信性全仗著這種“填料”的均勻性，其原因至今不明。給這種均勻性一個合理的解釋是當代物理學的中心課題之一，也是暴脹宇宙學這一宇宙內(nèi)在統(tǒng)一理論主要要攻克的目標。因此甚至連原子光譜的恒常性都有著集體性起源，在這個例子中，集體現(xiàn)象就是宇宙本身。

集體性的一個更直接也更麻煩的例子是宏觀測量對電子電荷和普朗克常量的確定。電子電荷是物質(zhì)帶電量的不可分的最小單位。普朗克常量則是刻畫物質(zhì)波動性質(zhì)的動量和長度之間的普適聯(lián)系。兩者均為還原論的核心概念，且均由大機器檢測從原子中電離出的單個電子的性質(zhì)這樣的傳統(tǒng)方法確定。但它們的最精確值的確定卻并非出自這些機器，而是約瑟夫森常量和馮·克利青常量的簡單復合，對這種復合常量的測量簡單到僅需要冷凍冰箱和電壓表就夠了。當人們明白這一點時簡直驚奇極了，因為這兩個量測量時所需的樣本根本談不上完善：化學雜質(zhì)、原子錯位，以及帶有像晶界和表面形貌這樣的原子結(jié)構(gòu)，所有這些隨處可見，本當對所需精度的測量造成嚴重干擾。但事實是它們沒有，這說明其中必有強有力的組織原理在起作用。

物理學家之所以很少談論基本物理常數(shù)測量中的集體性質(zhì)的一個原因，是它會帶來非常麻煩的后果。迄今為止，我們對物理世界的認識都是建立在實驗確定性的基礎(chǔ)上的，邏輯上說，我們應當將最確鑿的真理與最確實的測量相聯(lián)系。但這種認識意味著集體效應將成為超越微觀法則的真理。就溫度測量的情形而言，這個結(jié)論很容易理解和接受，因為溫度從一開始就不存在還原論的定義。每個物理學家都明白，熱從熱物體流向冷物體的趨勢是非常一般的，即使你明顯地改變微觀性質(zhì)——譬如使宇宙間所有原子的質(zhì)量增加一倍一一但只要系統(tǒng)不是足夠小，這個趨勢就不會受到任何影響。但電子電荷就是另一回事了。我們習慣于認為把電荷看成是與集體性質(zhì)無關(guān)的構(gòu)建自然界大廈的基本材料。但前述的實驗顯然否定了這種認識。實驗表明電子電荷只有在集體的背景下才有意義，這種集體背景既可能是空間的真空極化（通過調(diào)整原子波長來調(diào)整所帶電荷），也可能是先于真空效應的物質(zhì)所為。不僅如此，物質(zhì)的這種取代能力要求組織原理起著如同在真空下同樣的作用，因為否則的話這種效應就變得不可思議了。

如前所見，電子電荷之謎不是唯一的。所有基本常數(shù)都需要在一定環(huán)境背景下才有意義。從實用上說，還原論和突現(xiàn)論在物理上的區(qū)別是不存在的。這只是人類的一個藝術(shù)創(chuàng)造，就像我們有時給無生命對象賦以性別一樣。

確定性通過組織突現(xiàn)的思想根植于現(xiàn)代生物學文化，也是我在生命科學方面的同事急于表白他們?nèi)萑滩淮_定性的理由之一。這表明他們知道個中情形。他們通過這種陳述要表達的實際上是：微觀不確定性無關(guān)緊要，因為組織以后會在一個較高水平上產(chǎn)生確定性。另一個理由當然是他們想使錢袋子的口敞得大點兒，我妻子在花錢問題上經(jīng)常使用這種策略。但不論哪種情形都不能僅從字面上來理解。如果生物學的本質(zhì)真是不確定的，那生物學也就不成其為科學了。

相比之下，在物理學方面，對不確定性源自何處，其意義是什么等問題的深刻的意識形態(tài)分歧還遠沒有解決，但我們同意擱置爭議。這種妥協(xié)讓人想起鄧小平的著名論調(diào)：甭管白貓黑貓，抓住老鼠就是好貓。對一個堅定的還原論者來說，鑒于存在著從微觀層面上解釋這些實驗的可重復的還原論途徑，因此無視集體原理基本性質(zhì)的證據(jù)一點都不奇怪。但這并不正確。例如溫度的微觀解釋有一個稱之為等概率事件假設的邏輯步驟——一種原子墨菲定律——即這一假設不是推定的，而是熱力學中組織原理的簡明表述。對約瑟夫森常量和馮·克利青常量效應的表面上的推理性解釋總具有“直觀上顯然的”步驟，其中相關(guān)的組織原理被不加證明地認為是正確的。當然它們實際上就是正確的，因此這個推理是對的，但從推理者的角度說，這種預設是沒必要的?？紤]到還原論者的文化背景，理論家們經(jīng)常給這些效應加上好聽的名字，經(jīng)進一步細察，它們不外乎實驗本身的同義語。沒有一項達到過理論所預言的高測量精度。

就像人們不談論沒搞清楚的其他事情一樣，對什么是基礎(chǔ)還沒有清楚認識這一心結(jié)以后還會不斷地縈繞在我們心頭。其最危險的潛在副作用是將我們導向在越來越小的尺度上去搜尋原本不存在的意義。我對這一點十分擔心——當然是出于文化上的考慮。出生于干旱地區(qū)的我對沙漠格外敏感。9

我的曾祖輩十幾歲時取道圣菲小道10來到加利福尼亞，并在日記中記下了沿路的經(jīng)歷。日記里記載了他和同伴在新墨西哥的一次死里逃生的經(jīng)歷。他們到一個小鎮(zhèn)去補充給養(yǎng)和水，并順便打聽如何穿越沙漠的路。得到答案后便啟程了。兩天后到達了第一個補水點，結(jié)果水窖是干的。于是他們不得不忍著饑渴跋涉兩天多時間趕到第二個補水點，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水窖還是干的。接下來兩天趕到的下一個補水點仍是干的。事實已經(jīng)很清楚，回去，鎮(zhèn)上的人肯定會殺了他們。于是他們開了個碰頭會，做出了一個大膽的冒險決定：卸下馬車，留下婦女孩子和所有物件，男人們回鎮(zhèn)上，開槍制造恐怖，然后帶水回來。故事顯然有個美好的結(jié)尾，否則也不會有我。

盡管有證據(jù)顯示，物理學家（從表面上看，更多的是科學家的邏輯）會從精確測量得出無效結(jié)論，但精確性和確定性仍將具有與我們性命攸關(guān)的科學價值，因為追求測量和解釋中的精確性是我們揭示組織原理的唯一明智的手段。技術(shù)知識像其他知識一樣很容易受到政治智慧的左右，只有確定性這一支柱能夠給予科學以特殊地位和威信。追求確定性不是像勒德派11物理學家所鼓吹的那樣是一種不合時宜的時代錯誤，而是科學的精神實質(zhì)。它就像古時候的宗教——偶爾會讓人心煩令人疲憊，但永遠不會不相干。我們所有人，也許甚至包括所有生命體，都有賴于這樣一種信念：我們面對的大自然猶如燈塔引領(lǐng)我們渡過不確定的世界。與生活中其他方面比起來，一個人會犯的最大錯誤，就是由于誤將謬誤當做真理而削弱了整個系統(tǒng)。其結(jié)果是系統(tǒng)在人們最需要它的時候癱瘓了，我們迷失了方向。