余晨:爱因斯坦才是《星际穿越》的真正“导演”

2019-03-15 09:33:43
来源:凤凰网


导语:1879314日,爱因斯坦出生于德国,他不仅是伟大的科学家,还是思想家和人道主义者、和平主义者。易宝支付联合创始人余晨曾对于《星际穿越》影片中蕴含的爱因斯坦思想发表独到见解。

相对论中的绝对论,变化中的不变性

康德说:这世上唯有两样东西使我深深地震撼和敬畏,一是头顶浩瀚的星空,二是人们内心崇高的道德律。千百年来,仰望星空与审视心灵,便是人类一直的追求,而《星际穿越》将两者完美地结合在一起。尼采说:上帝死了。在一切都失去终极意义的世俗时代,或许宇宙已然成了新的宗教,太空便是我们新的膜拜。影片的阵容群星灿烂,但其背后真正的明星是黑洞和虫洞,真正的脚本是相对论,而真正的导演是爱因斯坦。

快乐时时彩 真正伟大的艺术,不是漫无边际的想象,而是在逻辑允许的前提下去最大限度地想象一个自洽的平行宇宙,离真实最远却又揭示了某种真理。

《星际穿越》的剧情离奇突兀,违反直觉和常识,但却不违反逻辑。其基础是严谨的科学,这也是影片的科学顾问基普快乐时时彩·索恩坚持的原则。当有人提议在故事中加入超光速的情节时,被索恩严词拒绝,因为物理学不允许有超光速。

《星际穿越》中的戏剧性冲突,都来源于爱因斯坦相对论的基本推论:时间和空间是相对的,运动物体的时间会变慢,在运动方向上的空间会缩小(同时质量会变大),这就是所谓相对论的“钟慢尺缩”效应。在引力场作用下的时空会发生弯曲,时间亦会变慢。这与我们直观理解的时空相去甚远,却是已被验证的物理事实。

爱因斯坦或许是有史以来最受媒体宠爱的科学家,他自己惯用来解释相对论的标准公关稿是:当一个男人坐在一个美女身边时,一小时就感觉像一分钟;而当他坐在火炉边上时,一分钟就感觉像一小时。其实,中国古籍中便有“山中方一日,世上已千年”的说法。在文化和价值相对主义盛行的年代,人们似乎为相对性找到了更根本的依据:连时间和空间如此基本的物理实在都是相对的,这个世界上还能有什么是绝对的呢?

然而,只有把相对论理解为“绝对论”,才能领悟《星际穿越》的真谛。

沃尔特·艾萨克森(也是《乔布斯传》作者)在《爱因斯坦传》中写到:在爱因斯坦所有的理论包括相对论的背后,都是一种对不变性、确定性和绝对性的追求。爱因斯坦的初衷,是把相对论叫做“不变性理论”,相对的变化只是表象,绝对的不变才是本质。

不变性是物理学追求的终极目标,怎样来理解不变性呢?设想有一支笔,这只笔在三维空间中有固定不变的形状、粗细和长度,而当光源从不同的角度把笔投影在二维的墙面上时,我们看到的影子的长短粗细和形状都是在不断变化的(图1)。当你只看到二维的影子的时候,一切都是变化和相对的,但当你看到三维的整体时,就会发现背后那只不变和绝对存在的笔。这如同柏拉图的洞穴隐喻:洞穴中的囚徒只能看到外面真实世界投射在洞壁上的光影,却看不到洞外真实绝对的存在。

物理学家布莱恩·格林在《宇宙的琴弦》给出了一个更直观的比喻:(图2)设想平坦的沙漠中有一条南北走向的起跑线,在起跑线的正东100公里有一条平行的终点线。假设有一辆跑车的时速是恒定的每小时100公里,如果这辆车从起跑线开始沿路线1向正东方向开,用一个小时可以便可以到达终点线;如果这辆车沿路线2向东北方向45度角开,那么一个小时显然到不了终点线,因为车速在正东方向的分量不到100公里(只有约70公里左右);如果这辆车沿路线3向正北方向开,则永远也无法达到终点线,因为车速的分量全在正北方向上,而正东方向的速度分量为零。车速虽然一直是不变每小时100公里,但因为方向不同,在南北和东西方向上的速度分量不同,最后的结果也不同。

爱因斯坦的天才在于他意识到:宇宙中的任何物体都是在以恒定不变的光速穿越时空的,只不过光速投影在时间和空间维度上的分量不同。为了简化,我们可以设想空间只有一维(纵轴),而时间是另一维(横轴)(图3)。当一个物体在空间中完全静止时,它便只是以光速在时间中流淌(红线);当一个物体在空间中以一定速度运动时(绿线),它在时间轴上速度分量就会减少,因此时间的流淌就会变慢;当一个物体在空间中完全以光速运动时(光子),它在时间轴上的速度分量就会完全变成零,也就是说:时间停止了(黄线)。所以光子永远不会变老,今天的光子,和宇宙大爆炸创生初期的光子一样年轻,时间从未流淌。无论静止还是运动,物体在时空统一体中都是以恒定的光速穿越,我们感知到的物体在空间中的速度,可以被看成是从时间中分走的量。只不过平时物体运动的速度相对于光速往往都太慢(时间轴上被分走的量太小),所以我们感知不到运动物体的时间会变慢;当物体以接近光速运动时,相对论效应(钟慢尺缩)就会变得明显。

重要的是,当把时间和空间孤立开看时,一切都是在变化不定的;而当把时空看作一个更高维度的整体时,一切都是以恒定光速变化的。光速即是“变化的不变性”。所有物理事件在四维时空的整体中(三维空间加一维时间)都呈现为一条不变的“世界线”,变化的只是在三维空间和一维时间低维度上的投影(有如那只笔)。

相对论的本质是:所有的参照系(视角)都是等价的(平权的),物理定律在不同的参照系下可以保持一致不变(或按统一规律协变)。也就是说不同的视角下看到的表面现象不同,但其背后的规律却相同。上面的图例只是描述了狭义相对论,适用于匀速运动的惯性参照系,狭义相对论统一了牛顿力学和电磁力学。在广义相对论中,爱因斯坦进一步把相对论推广到加速运动的非惯性系,引力现象被化约成了时空在质量作用下发生的弯曲,引力系等价于加速系(如同开车加速时的推背感)。黑洞、虫洞只是广义相对论的必然逻辑推论。

对称性:大道至简,万物归一

在物理学中和不变性几乎是同义词的核心概念是快乐时时彩“对称性”,一个镜像对称的物体从左边转到右边其结构是不变的,所以对称性是指在做镜像、旋转或平移等种种变换时,物理状态可以保持不变,即变化中的不变性。

统一性同样是一种不变性:表面看上去变化多样的事物,背后有着统一不变的结构。比如冰、水、水蒸气表面上是固态、液态、气态三种完全不同的东西,但其背后都是H2O。物理学中的终极目标是找到统一场论,把自然界中的四种基本力:引力、电磁力、强力、弱力统一成一种力,用同一个不变的模型来描述。

快乐时时彩 越深层的不变性,越能把更多样性的事物统一在一起,也越具有更广泛的普适性。物理学便是在追求具有最广泛普适性的终极真理。一个法则或理论越具有普适性,就越能在应用于多变而广泛的场景中保持其不变性。广义相对论便比狭义相对论有更强的普适性,不仅适用于惯性系,也同样适用于加速系。

找到了统一性和普适性,也就找到了简单性,因为表面的复杂纷呈的世界,背后却有着简单而统一的结构。狭义相对论表面复杂,但背后只有两个基本的假设:(狭义)相对性原理和光速不变。广义相对论同样只基于两个基本假设:(广义)相对性原理和(引力与加速系的)等效原理。核心是逻辑基础的简单性。

快乐时时彩 所以,对称性、统一性、普适性、简单性都来自不变性。爱因斯坦曾讲:对上帝而言,一千年和一千维都呈现为一。

其实,《易经》里表达的也是同样的思想(英文译名The Book of Change”更直白,即《变化之书》),第一个“易”是“变易”,即这个世界的万物都是在不断的变化之中;第二个“易”是“简易”,虽然世界变化万千,但是背后的规律非常的简单,大道至简,万物归一;第三个“易”是“不易”,一旦找到了事物变化背后不变的规律,则可“以不变应万变”。

两种世界观

快乐时时彩 世界观大体可分为两种:一种认为变化是根本的,一种认为不变才是根本的。古希腊的两位哲学家,赫拉克利特和巴门尼德,则分别代言了这两种迥异的世界观。

赫拉克利特是辩证法的鼻祖,他认为:一切尽在流变之中-万物皆流,因此人不可能两次踏入同一条河,宇宙是一团永恒燃烧的活火。

巴门尼德则认为:只有不变的太一(Being)才是真实的存在。太一是无限的、不可分的。这并不是对立统一,因为根本没有对立面。对立的矛盾、分割的部分、流动和变化都是表面的幻象而非存在的本质。

快乐时时彩 毫无疑问,爱因斯坦是一个巴门尼德的信徒,所有的变化都是表象,一切的背后,是一个统一、简单、不变的存在。

爱因斯坦五岁开始学习小提琴,终生热爱音乐。爱因斯坦沉醉于莫扎特,而对贝多芬则不感冒。这很好理解:莫扎特是巴门尼德,而贝多芬是赫拉克利特。莫扎特的音乐有着内在的统一与和谐,在流动的音乐中体现出不变而静止的美(Timeless);贝多芬的音乐却充满了戏剧性的冲突和纠结,像一团炙烈燃烧的火。

爱因斯坦曾说:贝多芬创造音乐,莫扎特的音乐却“如此纯净完美,好像本来就一直在宇宙里,只等这位大师来发现”。贝多芬的音乐是被人写出来的,而莫扎特的音乐是从天上抄下来的。

爱因斯坦相信,物理学便是在聆听宇宙的音乐并发现其内在的和谐,“有个超越的「天体音乐」,流露出「预设的和谐」,展现令人叫绝的对称。诸如相对论等自然法则,一直在宇宙里,等人来撷取。 ”

相对论的结果是颠覆性的,彻底改变了我们对时空的认知;但其初衷却是最古典主义的。在这个意义上,爱因斯坦即是一个革命家,也是一个保守分子。在一个多变的世界中追求不变性的努力,最后往往都是悲剧性的。或许,爱因斯坦Too SimpleSometime Naive!” 他的余生都是在孤独中度过,单枪匹马地追求统一场论,而与物理学的主流发展分道扬镳,最后无果而终。爱因斯坦不能接受量子力学中的不确定性,认为“上帝不会掷骰子”。但是宇宙最终还是辜负了爱因斯坦,这个世界或许没有他想象得那么完美而简单。

至今,物理学的统一大业仍未完成。但新一代的理论继承了爱因斯坦的理想,“超弦理论”认为:宇宙中的所有物理现象,都是琴弦在11维时空中震动产生的美妙音乐。这是终极的不变性和统一性,是能够解释一切的终极理论(TOE - The Theory of Everything)。

快乐时时彩 真、善、美

爱因斯坦在《我的信仰》中写到:快乐时时彩“照亮我的道路,并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想,是真、善和美。” 对于爱因斯坦来说,真、善、美是三位一体。真和善,其实都是美的不同形式,都是对称性和不变性的表达。

首先,美即是真,真即是美。爱因斯坦的思考均是出于以下一种假设:如果我是上帝,会怎样来设计宇宙才是最美?才能展现最和谐的对称性和不变性?这种至美的设计便是唯一可能的真实。物理学家尼尔斯·玻尔说:低级真理的反面是谬误,而高级真理的反面还是真理。

快乐时时彩 真理不需要谎言便可自立,而谎言能够生效需要相信者把其当作是真理。由此可见,真是一种对称的逻辑之美。

善亦是美。康德的“绝对命令”(Categorical Imperative),其实是善的对称律和普适性。终极的道德律,一定有对称性和普遍性,而不是只拿来约束别人的律令。孔子言:“己所不欲勿施于人”;而《圣经》则讲:“Do to others what you want them to do to you. ” 道德金律(The Golden Rule)几乎是所有价值体系共同不变的基础。因而至善是一种对称的伦理之美:善和善是兼容的,而恶则与善和恶都不相兼容。

爱因斯坦是一个热诚的和平主义者和坚定的民主主义者,临终之前还参与签署了反核的《罗素-爱因斯坦宣言》。他的社会理念也同样体现了对不变性、对称性和普世性的追求。作为德国的犹太人,爱因斯坦曾受到纳粹的迫害,他对民族主义和种族主义深恶痛绝。毕生都在追求一种超越个人、种族、阶级、宗教和文化的普世主义,憧憬着一种能够在“国际间”(International)之上建立的超国家、超民族(Supranational)的社会秩序。正如相对性原理意味着:任何的参照系都是平等的,没有哪个参照系是特殊的,物理定律在所有参照系都保持不变。同样,普世主义意味着,任何的社会参照系都是平等的,没有哪个阶层或人群应该享有特权,法律和基本价值对于所有人都不变。

艺术中的不变性

回到电影,艺术同样基于对称性和不变性。艺术创作的“元过程”,便是将逻辑演绎到极限去想象一个虚拟的世界,用“虚构的谎言去揭示不变的真理”。伟大的故事不是胡思乱想,而是保持自洽和一致性,不管故事如何离奇反常多变,内在的逻辑是不变的。而故事的本身,往往会通过时代的变迁、文化的冲突来揭示深层的不变性。一切艺术,都是寻求“最大变化中的不变性”。

电影《霸王别姬》展现了京剧艺人从民国到到文革半个世纪的悲欢离合,在历史的沧桑巨变之中揭示了不变的人性。虞姬自尽了,演虞姬的程蝶衣自尽了,演程蝶衣的张国荣也自尽了(程蝶衣和张国荣还都是同志),戏里戏外套了三重的同构不变性。艺术作品的张力恰恰体现在能在多大的变化中hold住不变性。

爱情故事的经典公式便是在最大变化的跨度中找到不变的爱情。门当户对的爱情显然无法成戏,只有跨越了鸿沟、把原来相反的人统一在一起的爱情才能体现爱的不变性。记得原来有个帖子:“看了《神雕侠侣》,年龄不是问题;看到了《断背山》,性别不是问题;看到了《金刚》,物种不是问题;看了《人鬼情未了》,生死都不是问题”。跨越的鸿沟越大,不变性就越强,爱情就越伟大。经典的《罗密欧与朱丽叶》是跨越了世仇家恨的爱情;《香草天空》是跨越了虚拟世界的爱情;而科幻片《她》(Her)是跨越了人和机器的爱情。

贯穿《星际穿越》的是父女之爱。电影中的母亲从未出现,儿子基本上是打酱油的摆设。雨果说:母亲爱孩子的时候就像一头母兽,母爱来自兽性,出于本能。而父爱才来自人性,既不像母爱那样牢固到一成不变,又不像男女之爱那样不靠谱而善变。女孩们都有着伊拉克特拉/恋父情结(Electra Complex),朦胧之中隐含着男女之爱,所以父女之爱无所不包,统一了人类所有的情感,体现了变中之不变性。

快乐时时彩 影片中最感人的场景,或许是当库珀穿越了时空回到墨菲临终的病榻前,因为相对论效应,父亲依然年轻像是儿子,而女儿则已然衰老像是母亲,父女关系发生了倒换转置,但无论角色错位的变换有多么巨大,那份穿越时空横跨宇宙的爱却依旧不变。

《星际穿越》中的CASETARS或许是有史以来科幻片中最不像人的机器人。无论是经典的《星球大战》中的R2D2C3PO,还是动画片《机器人总动员》中的瓦力(WALL·E)或《汽车总动员》中的汽车,基本都是拟人化的设计,多少都能看出机器的人形来,例如车灯变成了眼睛。而《星际穿越》中的机器人却是最简约的长方体。曲线会使人联想起人情、感性、温暖;而直线会让人联想起机械、理性、冰冷。但机器人的“幽默度”可以调节,哪怕变成了冰冷的长方体,还是可以看到不变而闪光的人性。人性中最深层的本质是超越人形的,不因外形而变化。

后现代主义与不变性

如果赫拉克利特能够轮回转世来到今天,他一定会为自己战胜了巴门尼德感到欣慰。我们生活在一个如此流变动荡的年代,一个人一生中见证的历史变迁,或许比中世纪时500年的变迁还要巨大。巴门尼德“一切都是不变的”理论听上去简直是个笑话。没有人再相信统一的终极真理和宏大叙述。任何追求世界背后统一不变本质的企图都被看作是不时髦、迂腐甚至是压制自由的。因为这个世界没有背后,所有人都应该活在流变的当下。

后现代意识中强调的是个体性、主观性、非理性、不确定性和多元价值,相对主义和虚无主义盛行。在如此支离破碎的世界中,是否还有某种不变的纽带把我们连结在一起?是否有某种超越种族、文化、宗教统一的公约数?

美国当代哲学家理查德·罗蒂(Richard Rorty)成长于分析哲学的传统中,受其熏陶但最终与之分道扬镳,成为了分析哲学的掘墓人。在新实用主义者罗蒂看来,没有什么一成不变的终极真理,一切都可以被拿来批判、反讽、解构。当罗蒂去世时,他的挚友尤尔根·哈贝马斯在悼词中写道:对于反讽主义者罗蒂来说,没有什么是神圣的。当在生命的最后被问及什么是“神圣”时,这个坚定无神论者的回答令人想起了年轻的黑格尔:“我认为的神圣是一种希望:在遥远的未来,我们的子孙会生活在一种全球化的文明中,在那里,爱是唯一的法则。”

快乐时时彩 很多人在临终时选择了相信神,而什么都不信的罗蒂临终时相信的只有爱。或许客观理性不能在虚无中告诉我们生命的意义是什么,只有爱是这无尽黑暗而冰冷的宇宙中唯一摇曳的闪光和温存。

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发表日期:2015/01/22 18:03民生在线网友: 127.0.0.1

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