哥白尼原理的是非-讀《如果,哥白尼錯了》

2020-12-05 巡洋艦人工智慧學堂

機器學習中的最大熵原則,在科學界有一個類似的描述,叫做哥白尼原理,在閱讀這本書之前,我對其很是推崇,曾在公眾號寫過相關的文,例如從不拒絕自命不凡,說到柏林圍牆的終結,介紹相關的應用。但在讀了湛廬新出的《如果,哥白尼錯了》(原標題The Copernicus Complex)這本書之後,覺得有必要對這個話題重新說說。

這本書的作者是哥倫比亞大學的天體生物學系主任,天體生物學就是尋找外星人的學科,或者說解釋為何還沒有找到外星人的學科。這個問題更為人熟知的名字是費米悖論,而其中的一個解釋叫人擇原理。具體來說,天體物理學家發現,這個宇宙的很多基本常數,哪怕發生一點點的改變,那麼不要說人類這樣的高等生物,那怕是原子這種基本結構,都會不復存在的。仿佛這個宇宙是被精準的調節到一個恰好的狀態,使得生命得以存活。與之相對的哥白尼原理則指出,人,作為觀測者,沒有道理處在一個最特殊的位置上。

在無法對多重宇宙進行觀測之前,無論是哥白尼原理還是人擇原理,都是不可證偽的。倆者各自都可以拿出諸多證據。The Copernicus Complex這本書原文的副標題是「在一個充滿行星和概率的宇宙中找到在宇宙中的意義」。這裡點出了這本書的倆個核心詞,本文先逐個展開簡述,再來說說自己對這個問題的看法。

尋找地外生物,主流的方法還是按圖索驥,根據地球上生命所需的環境,找地外星系中和地球環境類似的行星,然而根據人類的觀察,哥白尼原理似乎不適合了,我們的太陽系和其他恆星系統比起來很特殊,按照哥白尼原理,太陽的壽命,應該在所有恆星中屬於中間值,地球的大小,距離恆星的距離的也沒錯,都是屬於中間的。但若是合起來看,那太陽系就很特殊了。但生命的誕生,需要的是太多複雜的巧合,而不是一次次的,從可能孕育生命的恆星系中減去一長串數字背後的0(例如電影「超時空接觸」中所演的)。天體物理學的發現,讓我們發現大部分恆星系都不是類似太陽系的,但這不應該成為反駁哥白尼原理的證據,單個屬性來看,我們所在的位置並不特殊,但若是按照複雜系統的視角,同時考慮系統的演化路徑,那麼生命就是獨一無二的,或者說,生命存活在所有看上去很怪異的地方。

生命的演化是一個需要大量時間的過程,而這其中就涉及到概率問題。三體問題不可解,這看似和太陽系無關。但將哪怕一個初始的不那麼大的物體,由於蝴蝶效應的影響,在概率的層面上,也可以看成是三體問題,例如下圖所示的,大部分球都會往同一個方向反彈,但不時有一個例外會使球彈向別處。這本書中講到用計算機模擬行星間的引力相互作用,結果顯示,在多次模擬中,類地行星的軌道是不穩定的。

也就是說,太陽系初始時即使只多出一粒塵埃,理論上,地球也會因此而掉入太陽。書中講到,根據對未來太陽系的模擬,有1%的概率,太陽系中水星在未來33億年之後掉入太陽,下圖展示的對太陽系模擬的多種可能的軌跡。這個例子的關鍵信息是用當下的情況來推斷未來時,並沒有機械化的可預測性,而是令人不安的數學可能性與不確定性。而這應和本書副標題中的概率。雖然通往最終狀態的路徑不可預測,但並不意味著最終狀態不可預測。

綜合上述的倆點,在省略了一長串的論證之後,(自己看書去)本書最終的結論是:生命的狀態是一種突發性現象,生命產生於一系列不斷變化的物理環境的邊界處。而人在宇宙中的地位即是特殊但非別有深意的,是獨特但非異常的。哥白尼定理即是正確的,也是錯誤的。

關於這個不怎麼好理解的結論,我是認同的,用其類比人的一生,小孩時你覺得自己是世界的中心,所有人都圍著你轉,長大後遇見越來越多各種各樣的人,發現自己很普通,就如同哥白尼原理所說的,而若你取得了成功後回首往事,會發覺哪怕環境只要有一點變化,就無法讓自己成為了當下的樣子,而這正是人擇原理。但再成熟一些,就會發現真正讓自己特殊的正是偶然性帶來的軌跡。童話「小王子」中遇到了五千顆玫瑰之後的落寞,對應著人類一步步發現自己所在的行星不過是萬千宇宙中很平常的一顆,而意識到複雜性帶來的路徑依賴和混沌現象中的不可預測性之後,人類意識到我們存在於一個對人類很特殊的地方,而正是生命幾十億年對地球的改造,使得地球變得對人類如此特殊。

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