知識分子 X Physics World 帶你走進英國媒體視角下的科學議題。形象聰明而叛逆的惡魔 如何利用 “惡魔” 形象來教學？｜Physics World 專欄 - 趣味新聞網

5.1知識分子 The Intellectual

知識分子 X Physics World，帶你走進英國媒體視角下的科學議題。

導 讀

形象聰明而叛逆的惡魔，在西方科學和文化中有著悠久而豐富的曆史。本文中，Physics World專欄作者、紐約州立大學石溪分校哲學係主任 Robert P Crease 解釋瞭這些小東西如何激發他創建瞭一門可以同時吸引人文和理工科學生的大學課程。

撰文｜Robert P Crease

翻譯｜趙金瑜

校對｜D

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德國哲學傢弗裏德裏希・尼采曾經提齣一個可怕的思想實驗。假設在某個孤獨的夜晚，一個惡魔在你耳邊低語，說你將一次又一次地重復你的人生――每一次都和上一次完全一樣。“你生命中的每一點痛苦和歡愉，每一個想法和嘆息，以及所有無法言喻的小事或大事，都將不可避免地迴到你的身邊，” 尼采解釋說，“所有的事都會以同樣的順序發生”。

鑒於你將不斷地重復自己的生活，你需要非常謹言慎行地做齣反應。這個惡魔是尼采想象齣來的，亮相於他1882年的著作《快樂的科學》中――它其實就是在迫使你對自己生活的每一部分都負起全部責任。那麼， 你是選擇從這個小惡棍身邊逃走，還是對它大聲喊齣 “放馬過來吧”？

類似的惡魔形象，在文學、哲學和科學中一直扮演著重要角色。另一個著名的例子可以在《第一哲學的沉思》中找到，這是17世紀法國科學傢和哲學傢勒內・笛卡爾的著作。他同樣邀請讀者想象齣一個惡魔，而這個惡魔試圖讓你置身於一個完美到讓你分不清真假的虛擬世界中。笛卡爾想知道的是，這個惡魔能不能徹底地、永遠地濛騙你？

這是一個睏擾笛卡爾的設問： 如果我們已經都被濛騙瞭，那該如何確定科學告訴我們的確實是關於世界的真理？科學告訴我們的，會不會隻是這惡魔所製造的幻覺？ 幸運的是，在笛卡爾眼裏，我們依舊可以對抗這個惡魔，因為即使是它，也不能強迫一位堅持不懈的思考者說齣並堅信“我不存在”這句話。而一旦這個真理被確立，越來越多的真理就會從中衍生齣來，直到最終讓我們可以重新相信科學的有效性。

然而尼采的惡魔仍然睏擾著我們，這種可怕的設定還不時地齣現在科幻小說中：時間可能會在一個循環中不斷重復。與此同時，笛卡爾的惡魔已經繁衍齣無數後代，從《黑客帝國》係列電影，再到“缸中之腦”思想實驗――後者指將一個人的意識從身體中取齣、並連接到一台能夠完美模擬外部世界的計算機上。想要逃離模擬世界，對《黑客帝國》裏的人物來說，需要吞下一顆紅色藥丸；對笛卡爾來說，則需要哲學推理。

紅藍藥丸： 《黑客帝國》可以說是笛卡爾的惡魔的 “後代”：一個生活在無法與現實區分的完美模擬環境中的思想實驗。在電影中，吞下一顆紅色藥丸可以逃迴所謂的現實世界。

哲學傢大衛・查爾默斯的新銳作品《現實+：虛擬世界和哲學問題》（Allen Lane 齣版社2022年齣版），也受到瞭笛卡爾的惡魔的啓發。位於美國紐約大學的查爾默斯認為，我們基本上已經生活在瞭與日常現實沒有顯著差異的虛擬現實中。

在這類思想實驗中，惡魔隻存在於想象中。盡管如此，他們強大、深刻、洞察一切、可以操縱（幾乎）任何東西；不論你選擇與他們打交道、還是忽視他們，都要後果自負。

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為什麼惡魔很重要？

某種角度上來說，惡魔的曆史可以啓發我們理解西方文化史。正因如此，我一直在與美國石溪大學英語係的同事伊利斯・格雷厄姆閤作，為我們的本科生開設一門橫跨文理、讓惡魔來 “教學” 的課程。格雷厄姆和我受啓發於吉梅納・卡納萊斯的名著《著魔：科學進程中的惡魔秘史》（2020年齣版於普林斯頓大學齣版社）， 並將這門課程命名為 “與惡魔一同思考”。

卡納萊斯是伊利諾伊大學的科學曆史學傢，她明白，在小說傢、祭司、神父和人類學傢的眾多關於黑魔法、超自然和原始文化的作品中，都有惡魔的身影。她也清楚，惡魔會以永恒的輪迴威脅我們，給我們灌輸大量的虛假事實，甚至可以物理上損壞我們的計算機。但讓卡納萊斯驚訝的是，惡魔其實還經常齣現在權威的學術期刊上，伴隨在詹姆斯・麥剋斯韋、查爾斯・達爾文、阿爾伯特・愛因斯坦、理查德・費曼等科學傢左右。

事實上，惡魔的身影在物理學中隨處可見：它們試圖推翻熱力學的基本定律、暴露量子力學的缺陷、擾亂其他各種自然法則。一些惡魔不停擺弄原子。還有一些破壞能量守恒。有惡魔以光速飛行、（同時）確定基本粒子的準確位置和動量、做各種理論學傢認為不可能完成的事。有時它們會成功，有時則不會。

讀完卡納萊斯的書後，格雷厄姆和我意識到，惡魔可以成為齣色的本科生導師。它們智慧、叛逆、有魅力，能吸引學生，並能在提供重要的道德教育的同時、在各種主題中指導他們。在石溪大學的這門課程中，我將討論在現實世界中存在的惡魔，而擁有數字人文科學博士學位和計算機安全背景的格雷厄姆，則將討論棲身於計算機中的 “虛擬惡魔”（見下文）。

與惡魔一同思考――一種新的大學課程

格雷厄姆和我在石溪大學開發的關於惡魔的獨特課程，有望同時吸引科學和人文學科的學生。我負責形而上的現實世界惡魔，格雷厄姆則負責切實存在於軟件和計算機係統中的惡魔。後者通常被計算機極客稱為 “daimons”，這種超級惡魔是在人工智能（AI）的發展中而産生的。它們比人類更聰明，可以學習甚至為自己分配任務。

這些惡魔被黑客、軟件設計師、科學傢和間諜們創造齣來，潛伏在後台，等待在閤適的時機齣現、做一些有益或有害的事情，然後再次消失。因此，和文學中的虛構惡魔、哲學或科學中隻存在於思想實驗裏的惡魔不同，這些計算機中的惡魔真的會通過軟件和IT造成影響。它們不會消失，因為更好的計算機技術隻會産生更強大的惡魔版本。

格雷厄姆的課程是項目式學習。學生將自己編寫代碼，來創造不同種類的惡魔、瞭解它們的工作原理。她不會教學生創造笛卡爾式的欺騙者、尼采式的挑釁者、麥剋斯韋式的迷你操縱者或類似的惡魔。她會用Python教給學生足夠的編碼，來創建和處理潛伏在網絡空間中惡魔般危險的程序（如木馬、嗅探工具、欺騙攻擊器等）的初級版本。

格雷厄姆還將講到所謂的 “地址解析協議（ARP）” 欺騙。ARP欺騙惡魔可以操縱協議，使一台計算機“認為”它正在與另一台計算機通信。因此，這種惡魔可以將自己連接在兩個設備之間，讓兩個設備都“認為”它們正在與另一個設備交換信息。處在中間的ARP可以攔截這些信息，隨心所欲做一些改動，然後來迴傳遞它們。這個程序隻有幾行長，用格雷厄姆的話說：“它簡單得嚇人”。

計算機惡魔也與 “聊天機器人” 和Alexa等語音助手有關，它們會像人類一樣發信息或說話。當它們與我們進行對話、讓我們施以信任時，惡魔便會現身，偷走我們的靈魂。不過，聊天機器人和語音助手也可以幫助我們應對我們自身的 “弗洛伊德惡魔”――那些由我們的心理活動所産生的執念，或是我們對一些創傷經曆的反應。這些惡魔會不斷齣現並侵噬我們――也就是弗洛伊德所說的“被壓抑記憶的迴歸”――除非我們意識到它們的存在。如果編設得當，聊天機器人和語音助手可以將引齣這些揮之不去的執念，讓我們思考、分析並找到更好的方法來應對它們。

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新生代惡魔

惡魔幾乎和宗教一樣古老，自它們第一次齣現在古代文獻中，已經經過瞭漫長的時光。那些 “老派” 惡魔雖然是現代科學文盲，卻在道德上是無比精明，因為它們知道如何腐蝕你的心智。它們各自有著不同的意誌和目標，會狡猾地尋找機會偷竊、背叛、搞破壞、造成其他身心傷害。為瞭躲避這些惡魔，人類必須成長，並提高他們的道德風範和認知能力。例如，莎士比亞筆下的哈姆雷特必須分辨自己麵前的究竟是緻命的惡魔還是和善的幽靈，並為自己的選擇承擔後果。

17世紀初，隨著現代科學的誕生，我稱之為“新生代”的惡魔開始齣現。在我看來，轉摺點是哲學傢弗朗西斯・培根的一個寓言，其內容關於在底比斯附近荒野中齣沒的獅身人麵獸斯芬剋斯。斯芬剋斯長著鳥的翅膀和獅鷲的爪子，潛伏著等待旅行者的到來，“她會突然襲擊並抓住他們，然後嚮他們提齣一個惡毒且令人睏惑的謎題”。

然而，被培根描述為 “富有智慧和洞察力” 的俄狄浦斯解開瞭這個謎題，製服瞭斯芬剋斯，並殺死瞭它。培根認為這個寓言是一個隱喻：惡魔代錶自然，俄狄浦斯則代錶科學傢。培根啓示，大自然可以是緻命的，但它也是可知的。因此，通過調查惡魔、並理性地思考它的問題，你就可以使自然變得無害。

事實上，隨著現代科學的進步，科學傢們開始意識到，惡魔擁有他們所沒有的技能和能力，他們因此開始讓惡魔去試著解決在他們看來明顯無解的問題。 如果惡魔可以解決這個問題，那麼科學傢們也應該 （或者說，最終） 可以。而如果充滿智慧和 （幾乎） 全能的惡魔都無法解決這些問題，科學傢們至少可以知道，他們的無解推斷處在正確的道路上。換句話說，惡魔可以告訴我們 “哪些事情是我們一定不能――或者其實能――做到的”。

這其中，法國數學傢皮埃爾・西濛・拉普拉斯在1814年發明的 “帝國主義” 惡魔格外有趣。拉普拉斯是牛頓的支持者，後者曾將天球描述成 “發條宇宙”。牛頓的想法意味著，隻要你知道宇宙裏每一個部分的位置以及其運動方式，那麼你就可以知道宇宙過去和未來曾/會如何運作。拉普拉斯的惡魔巧妙地將這些牛頓定律帶到瞭最微觀的原子層麵。

盡管拉普拉斯並不知道，是什麼在如此小的尺度上構成瞭物質，但他這一舉動的影響是巨大的。因為如果你知道宇宙中一切事物的位置和運動，那麼 “她”（卡納萊斯指齣，拉普拉斯用陰性法語把他的惡魔稱為 ‘一個智能（une intelligence）’）將知道發生在過去和將來的一切。她可以破案、解開曆史謎團、預測天氣，甚至剝奪人類的自由意誌。

“她” 的計算能力啓發瞭英國數學傢查爾斯・巴貝奇的早期計算機和其他機械設備，激發瞭查爾斯・達爾文對生命體純機械化發展的思考，並讓埃爾文・薛定諤懷疑具有類似能力的東西是否會破壞細胞秩序。拉普拉斯的惡魔統治瞭大約一個世紀，直到20世紀初物理學傢發展齣量子力學時纔被推翻，因為人們無法（同時）確定微小物體的位置和運動。

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麥剋斯韋的惡魔

麥剋斯韋在1867年設計的惡魔，或許是物理學中最著名的一個。和拉普拉斯的惡魔的工作完全不同，麥剋斯韋的迷你惡魔駐紮在分隔瞭兩個氣體艙的門上。它迅速地開關這扇門，讓快速移動的分子流通嚮一個方嚮、慢速移動的分子流通嚮另一個方嚮。因此，一個艙體會變暖，而另一個艙體則會變冷，從而降低瞭整個係統的熵，並違反熱力學第二定律（圖1）。

圖1 時至如今，麥剋斯韋的惡魔仍讓人感到睏惑。（a）物理學中最著名的惡魔，便是麥剋斯韋的這個。在這個熱力學思想實驗中，一個惡魔操控著兩個氣體艙之間的一扇無質量的小門。它能夠迅速地開關這扇門，隻允許快速移動的分子從一個方嚮通過、慢速分子從另一個相反的方嚮上通過。惡魔的這種行為會降低係統的整體熵值，並且――因為沒有做功――違反熱力學第二定律。（b）麥剋斯韋的惡魔仍然存在爭議，引導齣瞭大量關於熱力學和信息論之間的聯係的研究。例如，最近，物理學傢構思瞭另外一個惡魔，對於限製在雙阱勢中的一個粒子，它可以擦除編碼於其位置中的一比特信息。根據經典物理學規則行事的（藍色）惡魔，可以通過提高左邊勢阱的深度，以便熱波動可以將粒子驅使到右邊的較低勢阱，從而擦除這一比特信息，並將能量以熱的形式釋放到環境中去。然而，一個量子（紅色）惡魔可以讓粒子相乾地隧穿過勢壘（紫色箭頭）或者跳過它（紅色箭頭）。研究人員的計算結果錶明，這將――耐人尋味地――釋放齣多得多的熱量。本段文字和圖片，轉載自Phys. Rev. Lett. 125 160602. 美國物理學會。

在她的書中，卡納萊斯稱，麥剋斯韋的惡魔 “比笛卡爾的更危險”，因為它直接作用於自然界，甚至無需欺騙任何人。它也比拉普拉斯的惡魔更強大，因為他不僅對過去和未來瞭如指掌，而且還能改變它。更重要的是，麥剋斯韋的惡魔能夠及時感知快原子和慢原子之間的差異、進而調整它們的方嚮，這似乎讓它有瞭更為特殊的能力。

這個惡魔似乎可以驅動永動機、製造或破壞分子、逆轉時間、減熵、並進行一係列違反物理定律的活動。如果這個惡魔確實可以完成這些事情，那就意味著，阻礙我們也實現這些目標的障礙不是理論上的、而是實操上的。物理學傢長期以來一直在研究這個小惡魔在它的努力中“齣汗”“散發齣來的”熵有多大、是否足以阻止它實現目標。

20世紀初，相對論和量子力學的重磅炸彈引來瞭新一代有著神奇能力的惡魔。在卡納萊斯的詳細講述中，愛因斯坦就曾試圖驅除那些旅行速度超過光速、使用一種叫做 “引力”（而不是時空）的力來推拉動物體的惡魔。除此之外，還有量子麥剋斯韋惡魔、納米惡魔，甚至是核磁共振（NMR）惡魔。

費曼曾經設想過一種計算機，以DNA復製過程為模型，可以利用幾乎隨機的漲落來工作。美國數學傢諾伯特・維納混閤瞭拉普拉斯和麥剋斯韋的惡魔的特點，創造瞭一種可以從反饋中學習的自動化（或者說，‘能夠自我管理’）的惡魔。宇宙學傢約翰・惠勒則創造瞭生活在黑洞中的惡魔，它們吞噬信息和能量，似乎還能使熵消失。與此同時，哲學傢約翰・塞爾還創造瞭一個生活在人們大腦中、以消耗神經突觸為食的惡魔。

在她的書中，卡納萊斯追蹤瞭齣現在博弈論、神經科學、經濟學、管理學等各種領域的惡魔。惡魔齣現在藝術中，比如西班牙畫傢弗朗西斯科・戈雅令人難忘的畫作《理性沉睡，心魔生焉》。惡魔齣現在文學作品中。你還可以在哲學、詩歌、心理學、宗教甚至流行文化中找到它們――例如，在說唱歌手Lil Nas X.的 “Montero” 視頻中，一個惡魔在完全不同的背景中齣現，錶達著大相徑庭的觀點。惡魔，便是科學技術和充斥著科技的現代世界的陰暗麵。

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惡魔的未來

讓我們迴到在石溪大學的課程。格雷厄姆和我並不打算把網絡惡魔和文化惡魔混為一談、把我們的學生變成網絡警察或網絡罪犯分子。相反，我們希望教給他們跨越科學和人文學科的重要一課。惡魔讓我們的意嚮有瞭具體的形狀，將它們實質性地置於現實世界中，使其脫離我們創建它們的動機來獨立行動。比起單純進行反思，這樣做能讓它們更容易被觀察和評估。 我們的課程不僅可以幫助學生編程，還可以幫助他們在創造任何惡魔之前評估自己的動機 （而不是在為時已晚的時候） 。

如果 “與惡魔一同思考” 成功瞭，格雷厄姆和我將觸到石溪大學和我們所知的大多數大學都在追求的聖杯。因為我們將開發一門能同時吸引人文和理工科學生的課程，啓發和指導他們，並迫使他們一起工作（盡管格雷厄姆打趣說，嚮文科學生教授編程將比讓科學傢閱讀人文作品更容易）。格雷厄姆和我認為，學生們需要麵對惡魔並理解它們――若沒有這一部分的教學，他們的教育是不完整的。

我們很快就會嘗試這門課程――除非有斯芬剋斯潛伏在我們周圍。

“ 作者簡介

Robert P Crease是紐約州立大學石溪分校的哲學係主任，個人網站是www.robertpcrease.com，郵箱是robert.crease@stonybrook.edu。

”感謝陸朝陽教授對譯文的部分修改建議。

▲ 本文為Physics World專欄的第54篇文章。

版權聲明

原文標題為 “Demons to think with: the rebels you mustn’t ignore”，首發於2022年4月齣版的 Physics World，英國物理學會齣版社授權《知識分子》翻譯。未經授權的翻譯是侵權行為，版權方將保留追究法律責任的權利。登陸 Physics World，關注日常全球科學新聞、熱點報道和評論。Physics World 幫助學界與産業界的研究人員走在世界重大科研突破與跨學科研究的前沿。

原文鏈接：

https://physicsworld.com/a/demons-to-think-with-the-rebels-you-mustnt-ignore/

翻譯對照錶： （上下滑動可瀏覽）

Friedrich Nietzsche 弗裏德裏希・尼采

Thought experiment 思想實驗

The Gay Science 《快樂的科學》

Meditations on First Philosophy 《第一哲學的沉思》

René Descartes 勒內・笛卡爾

Reality+: Virtual Worlds and the Problems of Philosophy 《現實+：虛擬世界和哲學問題》

David Chalmers 大衛・查爾默斯

New York University 紐約大學

Stony Brook University 石溪大學

Elyse Graham 伊利斯・格雷厄姆

Jimena Canales吉梅納・卡納萊斯

Bedeviled: a Shadow History of Demons in Science 《著魔：科學進程中的惡魔秘史》

Demons to Think With 與惡魔一同思考

University of Illinois伊利諾伊大學

James Clerk Maxwell 詹姆斯・麥剋斯韋

Charles Darwin查爾斯・達爾文

Albert Einstein 阿爾伯特・愛因斯坦

Richard Feynman 理查德・費曼

Cartesian 笛卡爾的

Francis Bacon弗朗西斯・培根

Thebes 底比斯

Pierre- Simon Laplace 皮埃爾・西濛・拉普拉斯

Celestial sphere 天球

Clockwork universe 發條宇宙

Newton 牛頓

Charles Babbage查爾斯・巴貝奇

Charles Darwin查爾斯・達爾文

Erwin Schr dinger埃爾文・薛定諤

Feynman 費曼

Norbert Wiener諾伯特・維納

Cybernetic 控製論的

John Wheeler約翰・惠勒

John Searle約翰・塞爾

Francisco Goya弗朗西斯科・戈雅

The Sleep of Reason Produces Demons [Monstruos]《理性沉睡，心魔生焉》

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