物理学、哲学与现实，为什么物理学无法解释生命和意识？

大多数人认为在学校学习的一些数学知识与现实的世界几乎没有关系。以希尔伯特空间为例，这是一个无限维度的领域，充满了向量。我根本没有探索希尔伯特空间，甚至找不到一扇可以窥视里面的窗户。我把它想象成一个非物质的天堂。

伟大的圣贤们向我们保证，现实本质上是数学的。柏拉图认为，我们和这个世界上的其他事物只是构成现实几何形式的影子。伽利略称：“伟大的自然之书是用数学写成的。”但为什么一旦我们掌握了自然数和基本算术，大多数人就会觉得数学如此陌生呢？

更符合格雷西的观点的是，我们用来代表自然的方程式到底有多真实？如柏拉图所坚持的，与自然一样真实，甚至比自然更真实？量子力学和广义相对论是否在等着我们去发现它们？

但是，如果一个理论没有人理解，你还能说它是正确的吗？在发明量子力学一个世纪之后，物理学家们仍然在争论它到底告诉了我们什么是现实。考虑一下薛定谔方程，它允许你计算电子的“波函数”。波函数反过来产生了一个“概率振幅”，概率振幅的平方便是在某一点找到电子的可能性。

波函数中嵌入了一个虚数。虚数由一个负数的平方根组成。尽管它给出了你想要的答案，波函数与现实世界中的任何东西都不对应。它很有效，但没人知道为什么。薛定谔方程也是如此。

也许我们不应该把薛定谔方程看作一种发现，而是一种发明，一种历史的偶然，就像我们用来表示函数和数字的希腊和阿拉伯符号一样。毕竟，物理学家在经历了许多错误的步骤后，才得出了薛定谔方程和其他标准量子公式。

此外，薛定谔方程并非无所不能。虽然薛定谔方程在模拟氢原子方面做得很好，但它不能精确地描述氦原子！氦是由一个带正电的原子核和两个电子组成的，它是一个三体问题的例子，如果要解决这个问题，只有通过额外的数学技巧。

而三体问题只是更大的n体问题的子集，n体问题困扰着经典物理学和量子物理学。物理学家们推崇牛顿万有引力定律和薛定谔方程的美丽和优雅。但是，这些公式只能借助极其复杂的计算和近似来匹配实验数据。

当我思考量子力学的时候，我总是想起托勒密。我们回头看看他的太阳系的地心说模型，是无可救药的笨拙和特别的。但是托勒密的地心说模型准确地预测了行星的运动以及日食和月食。

量子力学也比其他任何科学理论都更有效。但也许它与现实的关系就像托勒密的地心说模型一样脆弱。也许我们的后代在一个世纪后回顾量子力学时，会想：“那些古老物理学家对此一无所知。”

一些权威人士也提出了同样的建议。在我们的教科书《量子力学导论》的最后一行，大卫·格里菲斯和另一位合著者推测，未来的物理学家在回顾我们的时代时，会怀疑我们怎么会如此容易受骗。

这意味着总有一天我们会找到正确的数学理论，一个真正有意义的理论，就像太阳系的日心说模型。但也许我们能说得最好的数学理论是它适用于特定的环境。这是尤金·维格纳 1960年的著名论文《数学在自然科学中的不合理有效性》颠覆性的结论。

维格纳是一位杰出的量子理论学家。他指出，牛顿运动定律、量子力学和广义相对论中的方程式非常、甚至不合理的有效。为什么效果这么好？但他强调，仅仅因为这些模型有效，并不意味着它们“独一无二”正确。

维格纳指出了这个假设的几个问题。首先，物理理论的范围是有限的。它们只适用于特定的、高度局限的自然方面，而且它们遗漏了很多东西。第二，现代物理学的基础理论（量子力学和广义相对论）在数学上是不相容的。

“所有物理学家都相信，这两种理论的结合在本质上是可能的，我们将会找到它，”维格纳写道。然而，也有可能设想这两种理论无法结合起来。在维格纳写完他的论文60年后，量子力学和相对论仍然不一致。这难道不意味着其中一个或两个都在某种意义上是不正确的吗？

维格纳补充说，物理学的定律很少或根本不涉及生物学，尤其是所有生物现象中最令人困惑的意识。当我们更好地理解生命和意识时，生物学和物理学之间可能会出现矛盾。这些冲突，就像量子力学和广义相对论的不相容一样，可能意味着物理学是不完整的或错误的。

在这一点上，维格纳再次被证明是有先见之明的。杰出的科学家和哲学家正在质疑物理学和唯物主义的基本范式是否能够解释生命和意识。有些人声称精神至少和物质一样重要。

与物理学家相比，工程师很谦逊。当试图解决一个问题时，比如制造一辆新车或无人机，工程师不会问给定的解决方案是否正确。他们会认为这个术语是一种分类错误。他们会问这个解决方案是否有效，是否解决了手头的问题。

量子力学和广义相对论等数学模型非常有效。但它们并不像中子和神经元那样真实，我们不应该赋予它们“真理”或“自然法则”的地位。

如果物理学家采取这种谦虚的心态，并抵制对确定性的渴望，他们就更有可能寻求并因此发现更多甚至更有效的理论。问题是，他们必须放弃寻找万能公式的希望，这个公式将一劳永逸地揭开我们这个怪异世界的神秘面纱。