愛因斯坦曾說：“這個(gè)世界最不可理解的就是它竟然是可以理解的”。他的震驚是對(duì)的。人類的大腦進(jìn)化成具有適應(yīng)性的器官，但自人類的祖先還在大草原漫步，接受生命所面臨的各種挑戰(zhàn)起，我們的基礎(chǔ)神經(jīng)結(jié)構(gòu)幾乎就沒有發(fā)生過什么變化改。能理解量子和宇宙的人類大腦無疑是神奇的，尤其是這些概念遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“常識(shí)”和我們熟知的這個(gè)日常世界的范疇。
但是我認(rèn)為科學(xué)會(huì)在某個(gè)時(shí)候遇到它的緩沖區(qū)，原因有二。其中比較樂觀的一個(gè)原因是，我們對(duì)某些領(lǐng)域（如原子物理）會(huì)不斷地進(jìn)行研究，直至沒有更多的內(nèi)容可以被發(fā)現(xiàn)；另一個(gè)原因則更加令人憂慮，那就是我們的大腦終將達(dá)到可承載的極限。或許我們無法理解一些概念，就好比猴子無法理解進(jìn)化論或氣象學(xué)，而這些概念很可能對(duì)完全理解物理現(xiàn)實(shí)至關(guān)重要。有一些見解可能勢(shì)必要等待后人類智力來解決。
或許令人意外的是，科學(xué)知識(shí)實(shí)際上是“零散的”——最深?yuàn)W的秘密常常存在于我們身邊。今天的我們，可以自信地對(duì)距離地球十億光年之遠(yuǎn)的兩顆黑洞碰撞后的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行解釋；可與此同時(shí)，卻在治療普通感冒這樣的疾病上進(jìn)展甚微，盡管我們?cè)诹餍胁W(xué)方面已取得了巨大飛躍。事實(shí)上，人類對(duì)神秘而遙遠(yuǎn)的宇宙充滿信心、卻受困于日常事物一事，并不像它看起來那么矛盾。與生物學(xué)和人文科學(xué)相比，天文學(xué)要簡(jiǎn)單得多。例如，黑洞對(duì)于許多人而言似乎非常神秘奇特，但卻屬于宇宙界中并不復(fù)雜的實(shí)體。它們可以用簡(jiǎn)單的方程式來描述。
那么，我們?cè)撊绾味x復(fù)雜性呢？它的答案在一定程度上是解答“科學(xué)究竟能走多遠(yuǎn)”的關(guān)鍵。由幾個(gè)原子組成的事物不會(huì)太復(fù)雜，大的事物也不必很復(fù)雜。例如對(duì)于一顆恒星來說，盡管它非常龐大，但它的實(shí)質(zhì)卻是相當(dāng)簡(jiǎn)單的：它的核心熾熱無比，使得復(fù)雜的分子都被撕裂，因而沒有化學(xué)物質(zhì)可以存在，剩下的基本上就是原子核和電子的無定形氣體。我們?cè)僖杂赦c和氯原子組成的晶體鹽為例，它們一個(gè)連一個(gè)地堆積在一起，形成一個(gè)重復(fù)的立方體晶格。如果把一個(gè)大的晶體“切碎”，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎不會(huì)變化，直到它被分解到單原子尺度。即使它很大，一塊鹽也無法被視作為復(fù)雜。
原子和天文現(xiàn)象——這兩個(gè)極小和極大都可以是非?；镜?，復(fù)雜和棘手的是存在于它們之間一切。而其中最為復(fù)雜的就是生物。一個(gè)動(dòng)物在每個(gè)尺度上都有其相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從單個(gè)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)到四肢和主要器官。被切碎的晶體鹽能繼續(xù)存在，可被切碎的動(dòng)物卻會(huì)死亡而不復(fù)存在。
科學(xué)理解有時(shí)會(huì)被認(rèn)作成一種層級(jí)結(jié)構(gòu)，像一幢建筑物的樓層那樣排列。那些處理復(fù)雜的系統(tǒng)的科學(xué)“住”在高層，處理簡(jiǎn)單系統(tǒng)的住在低層，數(shù)學(xué)則在地下室、其次是粒子物理學(xué)、再往上是其他物理學(xué)、然后是化學(xué)、再然后是生物學(xué)、植物學(xué)和動(dòng)物學(xué)、最后是行為學(xué)和社會(huì)科學(xué)（無疑，經(jīng)濟(jì)學(xué)家住的是屋頂?shù)拈w樓）。
對(duì)科學(xué)的這一“排序”并沒有什么大的爭(zhēng)議，但是“底層科學(xué)”（尤其是粒子物理學(xué)）是否真的比其他學(xué)科更深入、或更包羅萬象？這是值得推敲的。從某種意義上說，它們顯然是。正如物理學(xué)家史蒂芬·溫伯格（Steven Weinberg）在《終極理論之夢(mèng)》（Dreams of a Final Theory, 1992）中所解釋的那樣，所有的解釋箭頭都是朝下的。如果你像一個(gè)對(duì)世界充滿好奇的孩童一樣，不斷地追問：“為什么？為什么？為什么？”——最終你會(huì)抵達(dá)粒子物理學(xué)的樓層。科學(xué)家?guī)缀醵枷袷菧夭竦倪€原論者。他們相信，無論多么復(fù)雜的事物，也都只是薛定諤方程（在量子理論中，支配系統(tǒng)行為的基礎(chǔ)方程）的一個(gè)解。
但還原論者的解釋并不總是最好或最有用的。如物理學(xué)家 Philip Anderson 所說：“多而不同（More is different）”。不管是熱帶森林、颶風(fēng)、還是人類社會(huì).……任何東西無論多么復(fù)雜，都是由原子構(gòu)成、并遵循量子物理定律。但即使這些方程可以解決大量的原子聚集問題，也無法為科學(xué)家的探尋提供真正的啟示。
包含大量粒子的宏觀系統(tǒng)表現(xiàn)出的“涌現(xiàn)”屬性，這是對(duì)與系統(tǒng)水平相適應(yīng)的新的、不可約化的概念的最佳理解?；瘜W(xué)價(jià)、原腸胚形成（胚胎發(fā)育中細(xì)胞開始分化的過程）、銘印和自然選擇都是絕佳例子。即使是像管道或河流中的水流這樣的平常現(xiàn)象，從粘度和湍流的角度也能對(duì)其產(chǎn)生更好的理解，而非從原子之間的相互作用去理解。流體力學(xué)家不關(guān)心水是否由H?O組成，他們要做的是將液體視為一個(gè)連續(xù)的統(tǒng)一體，這樣才能理解波浪如何破裂、水流如何變得洶涌。
新概念對(duì)我們理解真正復(fù)雜的東西（如鳥類的遷徙和人類的大腦）顯得尤其重要。大腦是細(xì)胞的集合體；繪畫是化學(xué)顏料的集合體。但重要而有趣的是，當(dāng)我們向上層走時(shí)，模式和結(jié)構(gòu)是如何出現(xiàn)的？什么能被稱為涌現(xiàn)復(fù)雜性？
所以還原論在某種意義上是對(duì)的。但是從有用的意義上來說，它卻很少正確。粒子物理學(xué)家和宇宙學(xué)家只占科學(xué)家的1%，另外99％的科學(xué)家都在“更高”的層級(jí)上工作。束縛他們的是學(xué)科自身的復(fù)雜性，而非對(duì)亞核物理理解的任何匱乏。
在現(xiàn)實(shí)中，將建筑與科學(xué)進(jìn)行類比實(shí)際上是非常差的。薄弱的基底能將建筑置于危險(xiǎn)之中；而相比之下，不牢靠的基礎(chǔ)卻并不會(huì)讓處理復(fù)雜系統(tǒng)的“高層”科學(xué)同樣陷入困境。每一層科學(xué)都有自己獨(dú)特的解釋。不同復(fù)雜程度的現(xiàn)象也必須從不同的、不可化約的概念來理解。
我們可以期待在三個(gè)極限上的巨大進(jìn)展：極小、極大、和極復(fù)雜。盡管如此，我愿毫不避諱地說，我的直覺是——人類所能做到的理解是有限的。努力去理解如人類大腦這樣非常復(fù)雜的系統(tǒng)，或許就會(huì)是我們首個(gè)觸碰到的極限。也許無論是大腦還是電子機(jī)器，這些復(fù)雜的原子聚集體都不可能完全的了解自己。而如果我們?cè)噲D更深入地跟隨溫伯格的箭頭進(jìn)行挖掘，可能就會(huì)觸及到另一個(gè)障礙：是否這會(huì)導(dǎo)致弦理論家所設(shè)想的那種多維幾何。物理學(xué)家可能永遠(yuǎn)不會(huì)理解空間和時(shí)間的基本原理，因?yàn)閿?shù)學(xué)太難了。
我認(rèn)為人類認(rèn)知是有極限的，這一觀點(diǎn)受到了理論物理學(xué)家 David Deutsch（“量子計(jì)算”方面的先驅(qū)者） 的挑戰(zhàn)。在他刺激又精彩的著作《無窮的開始》（The Beginning of Infinity, 2011）一書中，他表示從理論上講，任何過程都是可計(jì)算的。的確如此。但是，能夠計(jì)算并不等于能產(chǎn)生有洞見的理解。被稱為曼德布洛特集合（Mandelbrot set）的美麗分形圖樣可通過短短幾行代碼的算法來描述。最普通的電腦就能繪制它的形狀：
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○ 曼德布洛特集合。| 圖片來源：Wikipedia
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