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近代科学最伟大的三大理论:进化论、量子论和计算论

不记得是哪位大科学家所说了,近代科学最伟大的三大理论分别是:进化论、量子论和计算论;这么说不是因为其他的科学理论不伟大,而是因为与其他科学理论相比这三大科学成就要更伟大,因为它们不但触及到了世界的本质和真相,而且会塑造这个世界未来的格局。

进化论这个词实际上不准确,近些年来越来越多的学者认为进化论应该叫“演化论”更好;本身英文evolution一词就是“演化”,包含“进化”和“退化”两层意思,或者说其本意并没有进化或者退化之意,只是单纯的在时间轴上往前迭代演化而已。“演化论”对于人类思维最重要的贡献在于给出了一个动态的、长期的、连续的思维方式,在此之前人类的思维方式和研究方法都倾向于着眼某个状态或者某一小段时间范围内的过程,而从来没有一个长期连续的动态思维方法和完整的历史视野,达尔威的“演化论”给出了一个好的范本,在相当大的时间尺度上去考察了各种生物的演化历程并且取得了相当的成功,在开创一个崭新学科的同时也给其他学科产生了巨大的影响。如今无论自然科学的物理学领域、天文学领域,还是人文科学的社会学领域、心理学领域都能看到达尔文“演化论”的影响,不仅出现了演化心理学、演化社会学、演化生态学等新兴交叉学科,连天文学、宇宙学等领域也纷纷用演化论的思维方式来构建模型解释现象。

量子论实际上差不多算是物理学的集大成者,其内涵包括量子力学和规范场理论;迄今为止规范场标准模型已经覆盖了除引力理论之外的所有物理学范畴,而量子论的系统中包含了所有经典物理和近代物理的方法体系,唯一美中不足的是还没有把广义相对论纳入其宏大版图。而量子论的伟大之处不仅于此,而是在于它更接近这个世界的真相——世界是离散量子化的,任何“事物”都有其最小单元。

人类的认知很奇怪,按道理说我们很早就应该认知到世界是量子化的,比如一堆沙子看似可以连续减少直到没有,但是实际上必须要一颗一颗的拿走,一定会存在一个最小单元——一颗沙子。但是人类的思维却很容易被表象蒙蔽,因为沙子足够细以至于我们都认为沙堆是连续的,这个结论本身不是太紧要,问题在于我们把这种“连续性”思维方式运用到了构筑其他模型之中,于是人类就创造出了能量、温度、密度等一系列具有连续性的物理量,某种程度上这就把物理学引入了一个误区。

量子论打破了这个误区,后量子论时代基本上都达成了一个共识,除了先验范畴的时间和空间,不存在任何连续的物理量,所有具有连续性的物理量理论上都是理想化模型。而关于时间和空间也有一个还没有达成共识的猜想,之所以所有客体都是离散的,很可能就是因为时间和空间本身就是量子化的,也就是它们也由基本单位构成,即所谓的普朗克时间和普朗克长度。

可计算论,是一个 数理逻辑分支。它起源于 可计算函数和 图灵度的研究。它的领域增长为包括一般性的可计算性和可定义性的研究。可计算论所考虑的基本问题是,给定一个从自然数到自然数的函数f,f是否是可以被 计算的。“可以被计算”,我们先将其当作一个直观的概念。根据直觉,人们一般会认为,一个函数可以被计算是存在一个给定的过程,接受一个自然数n后,该过程进行一定的操作并给出f(n)作为输出。将计算这一直观的概念上升到 数学层面的 形式化定义这一工作是可计算论的根本,并由 哥德尔、邱奇、 图灵、 克莱尼和 Emil Post等人在1930年代奠定。他们将图灵可计算性作为有效计算的形式化。

简单来说,可计算论就是研究什么问题是可以用计算来解决的学科,这里显然有一个大前提就是不是所有问题都可以通过计算来解决的,哥德尔不完备性定理已经证明了这类问题广泛存在。一个有意思的事情就是,可计算论本身并不直接指导计算机科学的发展,但是却间接推进了计算机科学和技术的快速进步,甚至可以说可计算论对于计算机科学的意义比计算机理论还要重要,是计算机科学进步的原动力之一。

而更有意思的是,计算机科学日新月异地发展到今天的已经让计算机虚拟世界和现实世界同样重要的地步,人们惊奇地发现计算机虚拟世界和现实世界有一个最本质的共同点——都是离散量子化的。

计算机世界不存在真正的连续性,现实世界也不存在真正的连续性;计算机世界是由01构成的二进制量子化世界,而现实世界则是由能量子h构成的量子化世界;计算机世界的最小时间单元取决于现有时钟序列的最小精度,那么现实世界的最小时间单元呢?是否也取决于更高维度意志体的时钟序列技术水平呢?细思极恐。同样细思极恐的是计算机世界不存在真正的随机,所有的随机都是由伪随机数控制的假象,每每想到此事我似乎都更加理解为什么科学家们为何热衷于混沌、随机等领域的研究并且力图证明现实世界存在真正的随机现象。

可计算论和计算机科学的伟大之处在于其强大的执行力和实现能力,某种意义上对于计算机科学来说,其他所有科学都是做算法的,而计算机科学则能够把这些算法一一付诸实现;物理学算法的突破能够大大提升人类的文明等级,生命科学领域算法的突破则能够极大延长我们的寿命;而在这个过程中,计算机对于这些算法的实现和验证至关重要。

回到文章开头的问题,演化论、量子论和计算论是近代科学最伟大的三项成就,其伟大性在于极大提升人类的认知层次并且将对未来产生重大影响;如今进化论和计算论的结合诞生人工智能,量子论和计算论的结合诞生了量子计算和量子通信,这些新兴交叉学科无不是当下最有影响力的科学技术,这三者的其他结合方式还会诞生出什么样了不起的成就?


进化论+计算论=人工智能

量子论+计算论=量子计算

量子论+进化论=???

进化论+量子论+计算论=???

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