刘逸川
（武汉大学计算机学院，武汉 430072）
摘要：以“一切都是守恒的”为基本假设，假设一切对立事物的量是相等的，如果它们完全抵消得到的是虚无。处在特定的角度会发现不守恒，虽然这包含在更大的守恒中，但是特定的角度往往较难改变，可以作为分析的基础。将时间和空间理解为特定角度，由此提出量子现象的一种新理解。事物倾向于从自身的角度来看待世界，理解广义的自然选择的结果，在我们接触到的时空范围内这种方式利大于弊，不利方面在未来才会表现出来。采用同样的方法分析了自相似、涌现和自组织等不守恒现象。
关键词：守恒 时空 量子 自然选择 自相似 涌现 自组织
1 基本假设：一切都是守恒的
一切对立事物的量是相等的，如果它们完全抵消得到的是虚无。如果某对立事物抵消后得到的不是虚无则说明它们不是完全的对立，而是属于更大的对立事物中的同一种。例如电荷守恒定律：整个宇宙的正电荷和负电荷是相等的，总电荷量保持不变且代数和为零。如果正负电荷结合时会释放能量或者其他事物，那么说明正负电荷不是完全的对立。守恒可以嵌套，大的对立面内部的小的对立面也是守恒的。例如假设物质和反物质是等量的，同时物质内部又有正负电荷的守恒。
虽然一切都是守恒的，但是从特定的角度看是不守恒的，这其实是更大的守恒的体现。特定的角度本身是对立事物的一个面或者很多种对立事物的一个面的叠加，从所有角度综合来看是守恒的。例如空间是一种角度，在一定空间范围内正电荷可能多于负电荷，但是所有空间里正负电荷是相等的。再如时间也是一种角度，人类的任何决定的得失是相等的，只是表现为时间上的差异。我们认为某个决定是正确的，是因为对我们所处的时间来说得到的更多，等量的失去会在未来表现出来。
同样的，宇宙中存在着对称性破缺(Symmetry Breaking)，即不守恒现象，是因为从特定的角度（比如某段时间内）观察导致的。当然每种对称性破缺现象都有其原理，这些原理是不守恒的体现，这些原理的对立面只是在特定角度下没有体现出来。
守恒可以叠加，多种守恒同时存在、出现在同一事物上等等。例如前文所述的大多数角度是对立面叠加的结果，很难说某两个角度是对立的，因为它们在有的方面是对立的，有的方面是相同的；有的方面对立程度大，有的方面对立程度小等等，但是所有角度的这些对立面的总量是守恒的。
一个事件结束之后，这个事件中的事物可能发生变化甚至消失，实现守恒需要施加的影响可能无法作用于特定事物，作用的可能是和其有关或无关的事物，原来的事物接受的影响仍然是守恒的。任何一个事物存在过就必然留下影响，那么其影响的事物在一定程度上作为其延续接受本该由其本身接受的影响。无关的事物受到影响可以理解为另一个守恒的开始，当然有关的事物也可以这样理解，有关的事物只是把受到的影响理解为过去的结果而不是未来的原因而已。施加的影响作用于特定事物影响的事物而不是特定事物本身似乎有一种不守恒，但是事物当时制造那个事件本身也不过是它的性质的体现，它和它的同类或者说它影响的事物在这个性质上也许差异不大，不必一定要作用于这个事物，作用于它的同类或者它影响的事物是等价的，或者可以把这种事物的性质作为一种事物来理解。例如某人做了决定之后在当时得到了有利之处，但是在不利方面表现出来之前他就去世了，那么不利方面影响的是作为他的延续的他曾经影响过的事物，比如他的子女、名声、创造的事物等等。同时，其他人类作为他的同类，也是他的一定程度上的延续，也会被他的决定的后果影响，其他被影响的无关的事物可以理解为下一个守恒的开始。
一切都是守恒的不代表最后注定归于虚无。对立的事物不一定会完全抵消，这是存在和不存在的不守恒的体现。因为存在和不存在也是守恒的，所以这种不守恒必然要付出代价，但是从存在物的角度来看，付出这些代价是有意义的。
2 时间与空间
基本假设中已经提到时间与空间都是特定角度。虽然一切都是守恒的，但是在特定的时间和空间内可能不守恒。不守恒有不同的形态，比如正电荷多于负电荷和负电荷多于正电荷都是不守恒的形态，不守恒的形态随着时空的变化而变化。只有综合所有的时空，得到的才是守恒。
时间是存在物变化的度量，只有当存在物发生变化，即不守恒的形态发生变化，时间这个角度才发生变化。存在物的变化停止了，时间也就停止了。空间是存在物影响的范围，存在物影响不到的地方（宇宙外或许是这样的地方）就没有空间。如果不存在影响，那么不守恒的形态不会发生变化，空间这个角度也不会发生变化。
一种不守恒形态转化为另一种一般要先转化为中间的不守恒形态，体现为时间间隔。将不守恒形态精细地划分为很多种，就像电影的帧一样，只不过要按普朗克时间（Planck time）来划分，时间间隔的长度理解为经过的不守恒形态的数量。时间用来衡量两种不守恒形态的区别大小或者说转化的难易程度。
转化一般具有不可逆性，体现为时间的方向。这是不守恒的体现，一种不守恒形态（发生在“过去”）可以影响另一种（发生在“现在”），另一种却无法影响这一种。时间的方向也有与之相对的事物，只是尚未发现。
一种不守恒形态既是前一种的结果也是后一种的原因，这体现为时间的连续性。一种不守恒形态转化为另一种不是任意的，两种不守恒形态具有联系。把不守恒形态比作一张张照片，随着时间的变化，不守恒形态不是像不相关的照片一样随机出现，而是像电影的每一帧一样和前后的帧都是有联系的。
空间的性质和时间是类似的。不同空间范围内的不守恒形态不一样，从一种不守恒形态到另一种即从一个空间到另一个空间，之间的距离体现为空间间隔。空间的不守恒形态的转化的不可逆性没有时间那么明显，两个空间之间的影响往往是相互的。空间也具有连续性，即一个空间范围既是其他空间范围影响的结果也是影响其他空间范围的原因。
量子现象中的叠加态可以理解为多种不守恒形态的叠加，虽然叠加态本身可以作为一种不守恒形态，但是和通常的不守恒形态是不同的。不同的不守恒形态意味着时间或空间的不同，而叠加态却在同一时间和空间内有多种不守恒形态，这是对时间和空间的超越，和量子纠缠、延迟选择实验对时间和空间的超越是统一的。叠加态相当于凭空多出了不守恒形态，根据基本假设，这么做需要付出代价，比如某种原理（而原理的对立面还没有表现出来）。叠加态受观测影响的特性表明这种原理还不够强，只能“借用”叠加态，要直接观察到叠加态还不够，因为直接观察到叠加态的影响很大，付出的代价不足以产生这么大的影响。例如在电子双缝实验中，电子借用叠加态而同时通过双缝，出现了干涉条纹，人们可以推断出电子的叠加态，但是要直接观察到叠加态是不行的。量子现象的本质是由于某种对称性破缺导致超越时间和空间的现象，而这种对称性破缺是有限的，因此只能在一定程度内超越时间和空间。
3 广义的自然选择
虽然一切都是守恒的，但是从特定角度看是不守恒的，而我们倾向于站在自己的角度和此时此地的角度来看。这不仅仅是人类或者说生物的特性，宇宙中几乎所有的事物都有这种特性。产生这种特性的原因是宇宙中也存在着“生存斗争”，如果事物不具有这种特性可能就已经不存在了。
虽然经过长期的广义的自然选择，但是不是所有存在物都具有这种“自私”的特性，至少有三点原因：第一，广义的自然选择一直在进行，现在存在的不代表一定很好地适应环境；第二，整体和部分的自然选择可能会发生冲突，有时整体被牺牲掉，有时部分被牺牲掉。例如舍生取义的行为，对于个人而言是不利于生存的，但是对于人类而言是有利的，所以这种行为在自然选择中得以保留；第三，由于高层次的现象（比如思维）的出现，存在物会考虑得更远，例如人类的可持续发展理念。
我们知道自然界中大部分事物遵循最小作用量原理(principle of least action)，光总是走传播时间最短的路径、大多数星体都是球体等等，在服从运动定律的情况下，作用量会取最小值。[1]根据基本假设，这种节省作用量的方式在我们接触到的时间和空间范围内是有效的和必要的，而在其他的时间和空间范围内会表现出弊端，但是现在这个阶段的事物大都选择了这种方式，因为毕竟弊端离现在很远，事物的首要目的是现在能够保存下来并占据优势。以人类活动为例，人类运用自己的智力努力用最少的资源做最多的事，这样对目前来说的确很不错，能够在各种竞争中胜出，但是这种方式的弊端会在未来表现出来，只是我们不那么关心。
4 自相似
自相似(self-similarity)是局部与整体相似的现象（如图1）。自相似在自然界广泛存在，分形(fractal)是一个典型例子。
图1 自相似
自相似在自然界广泛存在的主要原因之一是可以通过简单而统一的法则产生大量复杂的现象。正如在“广义的自然选择”一节所言，事物倾向于运用最少的物质和能量，而复杂规则无论是保存还是表达都需要消耗更多的物质和能量。同时事物倾向于保持自身的性质，简单而统一的规则可以使事物的性质在各个层次上都有所体现，更加充分而可靠地保存。例如如果赋予科赫曲线(Koch curve,图2)生命，那么除非把它完全毁坏否则是不可能消灭它的，因为它将从它的三角形深处一而再、再而三地显示出来，就像宇宙中的生命一样。[2]
图2 科赫曲线对分形而言，在大尺度下，小尺度的形状影响很小，即使小尺度的形状和大尺度不相似也很难看出，但是一旦放大，这种很小的形状又是有意义的了。想象一下如果制造一件分形艺术品，由于偷工减料，小尺度的形状和大尺度并不相似，但是看起来和真正的分形差不多，一般情况下表现不出来，但是假设未来不小心毁坏了大尺度的形状想根据小尺度的形状重建，偷工减料的后果就表现出来了。正如在基本假设中所言，得失是相等的，偷工减料在当时得到更多，失去会在未来表现出来。自然界采取分形说明其选择的是“不偷工减料”这种模式，在现在或者说在小尺度上失去多一些，未来失去的会少一些，这样或许更利于长远发展。
守恒的嵌套也是自相似的体现。大的守恒中包含小的守恒，一层层深入，这也是守恒思想能够分析各种现象的原因和存在的意义。如果我们接触到的事物的对立面都要很久以后才会出现，那么知道守恒又有多大意义。事实上我们接触到的事物中包含着小的守恒，分析这些守恒是有意义的。
5 涌现与自组织
涌现(emergency)是“整体大于部分之和”的现象。举个经典例子，六块木板平铺时无法困住一只老鼠，但是它们组成一个盒子就能困住老鼠。[3]显而易见是因为各个成分组成的结构不同。那么如何理解这种组成结构的不同呢？
同样的物质和能量，组织方式不同导致其功能不同。从不同角度看同样的对象，会得到不同的结论。比如六块木板组成盒子，从困住老鼠的角度来看是成功的，从占据面积的角度来看是失败的，整体甚至小于部分之和。还有无数种可能的角度，这些角度得到的涌现之和是零，“整体大于部分之和”与“整体小于部分之和”的量是相等的。因此，涌现并没有什么特殊的，任何一堆物质都可以找到使之成为涌现的角度，只是这些角度可能不被我们发现和关心而已。
涌现现象出现的显而易见的原因之一是一些组成成分有多个作用，比如竖着的木板不仅阻挡老鼠向某个方向逃离，而且使其他木板得以固定。这和在“时间与空间”一节讨论的量子叠加态一样，相当于多种作用叠加在一个组成成分上。这样一个组成成分的作用能够大于其单独的作用，相当于“凭空”多出了作用。同样的，这样是有弊端的，只是弊端还未表现出来。如果各个组成成分都具有多种作用而且抑制弊端的表现，整体就会在很大程度上增强作用而且远离弊端。我们知道任何现象的得失是相等的，而涌现现象和普通现象的不同在于它得到的特别多，将失去的部分更多地留给其他的时间和空间。如果把得失称为一种平衡的话，涌现就是一种非常远离平衡态的现象。
自组织(self-organization)是指一个系统在内在机制的驱动下，自行从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展，不断地提高自身的复杂度和精细度的过程。这也是一种非常远离平衡态的现象，与涌现不同之处在于自组织能够自身调节自身，自行地越来越远离平衡态。实现这一点当然是要付出一定代价的，例如被加热的水是一个自组织系统，它以一部分沸腾时所需要的自由度来换取结构。[4]这种代价对于一些目的来说是值得的。
生命是一种典型的自组织现象。生命机体维持自身的存在和良好状态，在对抗各种可能的环境威胁中维持自身组织和功能的完整性。[5]付出的主要代价是需要不断从环境中获取负熵以维持自己的有序[6]，这将导致环境的熵增加。对于包含生命的环境整体而言，熵的总量没变甚至增加了，那么生命出现的意义是什么？虽然整体的熵没有减少，但是相等的熵下的物质和能量的不同组织形式导致的结果相差很大。例如对于熵相等的宇宙而言，有生命和无生命相差很大，当生命发展到一定阶段，甚至能决定宇宙的发展方向。
总而言之，涌现和自组织都是在得失守恒中的强者，它们得到的特别多，将失去更多地留给其他的时间和空间。虽然没有改变得失的总量，但是是有意义的。这种意义是不守恒的体现，其有对立面，只是我们作为这种意义的一部分而有意无意地忽视掉对立面，我们更关心如何增强涌现和自组织的意义。
6 总结
一切都是守恒的，我们看到的世界存在着不守恒是因为我们处在特定角度。虽然特定角度本身是对立事物的一个面或者很多种对立事物的一个面的叠加，从所有角度综合来看是守恒的，但是特定角度往往较难改变，可以作为分析的基础。
将时间和空间理解为特定角度，特定的时间和空间内可能出现不守恒，推理得出量子现象本质上是一种超越时间和空间的现象；事物倾向于从自身的角度来看待世界，理解为生物学意义上的自然选择的推广；事物遵循最小作用量原理，理解为在我们接触到的时空范围内这种方式更加利于存在，其不利之处表现得不充分，自相似是这种方式的一种体现；涌现和自组织都是在得失守恒中的强者，它们得到的特别多，将失去更多地留给其他的时间和空间，从而在我们接触到的时空范围内占据优势。这些现象都是不守恒的体现，因为它们都选择了特定的角度。
以“一切都是守恒的”观点来理解世界，认识到一切事物都有等量的对立面，如果我们没有发现是因为对立面还未表现出来，而不是不存在。我们所做的不过是选择哪一种守恒形式，而我们能够选择也是不守恒的体现，包含在更大的守恒之中。
参考文献
[1][英]泰勒.自然规律中蕴蓄的统一性[M].暴永宁.译.北京:北京理工大学出版社,2004:191
[2][美]伯努瓦·B·曼德布罗特. 大自然的分形几何学[M].陈守吉，凌复华.译.上海:上海远东出版社,1998:55
[3][美]马文·明斯基. 心智社会：从细胞到人工智能，人类思维的优雅解读[M].任楠.译.北京:机械工业出版社,2016:16-18
[4][美]布里格斯，[英]皮特. 混沌七鉴：来自易学的永恒智慧[M].陈忠，金纬.译. 上海:上海科技教育出版社,2008:16
[5]李恒威. 意识：从自我到自我感[M].杭州:浙江大学出版社,2011:40
[6][奥]埃尔温·薛定谔. 生命是什么[M].仇万煜，左兰芬.译. 海口:海南出版社,2017:76-79
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