物理学基本定律使宇宙有序。在我们想到这些定律之前——甚至在物理定律所描述的过程出现以前，定律就存在吗？

科学是建立在强有力但又未明确说明的假设基础之上的，这涉及到真实世界与理论模型世界之间的关系。科学家如果不相信真实世界有某种规律性，不相信这些规律性能够通过理性探索而被理解，至少被部分理解，那么他们便不能取得科学进步。虽然世界的，或部分世界的许多理论模型明显带有试验性和缺陷，这些模型尽管不完善，但科学家认为它们仍能反映某方面的真实性。像这样的科学理论，在无可否认是人类智慧创造的同时，还被认为至少吸收了“远在那边”世界的某些要素。

假设外观世界具有系统的属性，而理性探索能加以揭示并使之纳入协调的世界图景之中，这种假设很可能把它的起源归因于神学而不是科学。犹太教、回教和基督教传说全提到理性之神，他们是各自不同的有形宇宙的创造者。这种宇宙在其运转方式的细节上带有理性设计的印记。就是在近代科学出现的十七世纪，这种信仰仍隐含在牛顿和他同时代人的著作中。虽然神学尺度早已消失，但就物理世界自然有序而言，其蕴涵却改变不大。

在基本物理领域，规律性最明显。物理定律包容了自然界显示出的最普遍的系统属性。真正的基本定律，例如引力的平方反比定律，被认为是普遍的、绝对的和永恒的。它们所具有的某些属性以前是留给上帝的，而且，这些定律全能以比较简单的数学方程式的形式表述。自然世界令人晕头转向的复杂性似乎是通过少数几个简单的数学原理巧妙地支撑在基本物理的水平上。

物理世界的规律性使科学家忙于探索，但似乎没有几个科学家对为什么物理性界具有规律性感到惊奇。事实上，大多数人并不把这个问题当做科学问题，直到最近几年，某些物理学家和宇宙学家在涉及到物理定律的本质时，对这个问题才产生越来越大的兴趣。这些定律是从哪里来的？它们一定是现在这种样子，还是另有其它样子的定律存在？我们自身作为受这些定律制约的物理世界的有意识的观测者，究竟在什么范围内存在？

自从几年前圣巴巴拉加利福尼亚大学的詹姆斯 · 哈特尔和剑桥大学的斯蒂芬 · 霍金（Stephen Hawking）提出宇宙“初始条件定律”的建议以来，讨论这些课题变得非常适时。为解释这个建议，我必须首先更新普通物理定律究竟指的是什么这一观念。每一个被投掷的棒球都沿抛物线轨道运动（忽略空气阻力和地球曲率），这是简单的而不是想象中的定律。此定律具有普遍性，但它尚不足以解决每一个棒球轨迹的准确形状问题。虽然每一条轨道都是抛物线，但它可以是低而平的抛物线，也可以是高而弯的抛物线。定律能确定曲线的种类，但任何给定情况下的实际曲线还要由初始条件决定。对棒球来说，初始条件就是投手的位置和投射的角度和速度。给定了这些，轨道便完全确定。

定律，就其实质而言，是程序类别，一旦确定便不再改变。相比之下，初始条件要通过附加的准则确定；投掷棒球的初始条件要由投手的生理状态（以及最终由心理状态）确定。物理学家有理由通过对更广泛的物理环境的调查，以决定采用某种初始条件。但是，在研究宇宙学时——宇宙是作为整体来研究——却存在一个根本性的问题，那就是没有更广泛的物理环境可供考虑。伴随着宇宙在大爆炸中诞生而有的初始条件看来必须是已知的。它们无法用先前的过程解释，因为大爆炸代表时间的起点，根本不存在先前的过程。

—旦宇宙初始条件看作是已知的，它们同样也就成了物理定律的立足点。不把初始条件置于科学视野之外（通常就是这样），你便能考虑用某种简单的数学公式表明这些初始条件。也就是，如果不把初始条件贬低为随机的，或任意的，或由超自然作用决定的，你便能（像物理定律那样）用简单精巧的数学方法表明初始条件。像用物理定律时一样，你无法事先证明给出的方法是正确的；任何给出的建议，其成果都必须与观测做对比加以鉴别。

哈特尔和霍金提出一个特殊的“初始条件定律”。他们已经从宇宙的量子理论角度把定律公式化，用波函数表述宇宙。其细节并不使人担心。任何这种初始条件定律最重要的一点是，把它附加到那些物理定律当中，便一定能分担起超凡的性能。这是另一种神学遗产，超凡上帝的存在在逻辑上是独立于宇宙的。超凡定律是独立于存在之外的定律；它们是“远在那边”的某种抽象王国。它们的出现取决于物理宇宙的存在，用于表示物理宇宙而不是为了求得宇宙的存在。

这些定律位于“何处”是一个谜。定律的陈述是数学的，因而物理定律位于何处的问题也就归结为数学王国位于何处的问题。柏拉图认为，数学陈述，例如“素数是无穷的”，是永恒的超凡真理。素数（或它们的属性）不存在于空间或时间的任何地方；当然在某种意义上可以说它们存在。许多现代数学家与柏拉图的看法相同（有时隐蔽地相同）。另一方面，有些人主张，数学不能独立存在。数学家不能宣称发现了数学，而最发明了数学。就陈述的哲学情况而言，例如有关素数的陈述与“罗密欧爱朱丽叶”这种陈述是相似的；它们可以成立，但只是凭借莎士比亚的思想。

没有几个科学家会认为物理定律只不过是人们的发明。可以肯定，物理定律是经过人们公式化了的，但物理学家却是由物理定律能反映真实性的某些方面这一信念所诱导的。没有与真实性的这种联系，科学便成了毫无意义的字谜。另一方面，大多数科学家也不得不承认，物理定律独立存在。

这种两难局面可以用欧姆定律做很好的例证来说明。欧姆定律所陈述的，是电路中电流、电压、和电阻之间的关系。认为欧姆定律的存在是永恒的、超凡的、“远在那边”、沉睡了亿万年，直到有人建立起电路为止，这种想法无疑荒唐可笑。然而，如果认为在第一个电路被构造出来的同时，欧姆定律才开始存在，也同样令人难以相信实际真相应该是，和基本定律相比较，欧姆定律是第二性的定律，有些人认为可以把它归结为第一性的定律（例如电动力学的定律），而这第一性的定净实际上是永恒的和超凡的。

然而，这种观点仍然存在固难。欧姆定律是由大量粒子汇集起来而有的集合性质决定的，并非所有的理学家都相信欧姆定律能完全阳结为更基本的定律而无需附加别的假设。如遗传学的孟德尔定律单靠物理学的基本定律把它推导出来看来是毫无希望的，即使原则上也不行。

按我的经验，研究基本理论的扔理学家一般是假设物理基本定律是超凡存在的。特别是量子宇宙学家，他们为自己制订的目标就是解释宇宙如何从一无所有产生出来的，因而不得不做这样的假设。没有任何物理定律能解释宇宙的产生方式，除非这种定律已经存在。如果物理定律本身是伴随着宇宙产生的，那么它们就不可能解释宇宙如何产生。而且根据定义，初始条件定律也不可能产生于宇宙起源之后。

当然，物理学家处理基本理论问题时用的词汇也暴露出对物理定律超凡存在的默认。物理学家常常提到“正确的定律”一一他们正朝这个方向工作。特别是在统一程序中，理论工作者旨在提供包含所有基本粒子和力在内的单一数学方法，给人的印象是，现在流行的模式，例如超弦理论，形成一定的步骤，在漫长的道路上去正确识别早已存在的“真实”定律。科学探讨就是要提供一种顺序，能越来越逼近“真理”，即，逼近宇宙的“真实”定律。这些定律被认为是存在的，正在等待我们去发现，并非仅只是人们为帮助自己组织经验数据而有的一种发明。

在这种世界观中，同是真实性，却有令人难以理解的相反的看法。在经典物理中，我们是从宇宙在每一瞬间的实际状态中寻找真实性。描述连贯的状态如何联系的那些定律只喜欢模糊的生存方式。而在近代基本物理中，真实性是在定律和有联系的理论结构当中找到的，例如在拉格朗日和希尔伯特空间找到真实性。宇宙的实际状态是模糊的统一体，这有两个原因。首先，相对论使瞬时规定世界状态的概念变得没有意义。其次，按量子力学要求，状态是用任何方法都观测不到的。更确切地说，状态是为计算各种有争议的真实性的几率而做的规定。这样，物理学家的真实性图像便扎根于一种数学客体的亚宇宙，其数学关系是具体的、永恒的和完全可靠的，与此同时，宇宙却是模糊的、漂移的、不可预测的。

许多科学家对用直截了当的哲学说明会感到不舒服，但我已强调指出，大部分现代的科学研究都是建立在强有力的假设基础之上的。这些假设无疑要受到挑战。例如，约翰 · 惠勒就不承认物理定律独立存在。他宁愿设想我们所称的定律是以某种方式在规定时间之外呈现的趋势，就像宇宙演化的早期阶段呈现的那样。某些哲学家和生物学家甚至把达尔文进化论思想看作是竞争定律。

在所有这些论述中，我们是把永良的定律和变化的状态明确加以区分的，可以对这些论述的概念基础提出疑问。对物理现象做完整的了解就要以这种区别为基础。但是不是总有理由这样做呢？定律必须存在“自由漂移”，完全不注意宇宙中实际发生的是什么吗？只要存在这种情况，对物理现象做数学描述就很受限制。例如，只允许用某种特殊形式的微分方程。在基础物理中用传统方法研究简单系统似乎可以这样做，但研究复杂系统时这样就太受限制了。实际上，现在为模拟物理学中的复杂性和自组织，化学和生物学已提出：基础物理的传统方法不够用。

当解释存在新兴的定律时，问题变得特别尖锐，有鉴于此，按我的意思，定律都要和宇宙历史上的某一纪元有关，只有当它出现手当时的系统中时，才能看作是定律。所有的生杨学定律都属于这种情况。除非物理世界已经产生某特殊状态，包括含有生命组织的状态在内否则这些定律便毫无意义。我们无法解决这些定律的性质与定律说涉及的系统的性质之间的纠葛。对复杂系统，状态定律所陷入的困境很可能远比我们已经感受到的要深。

我觉得大多数物理学家只把永恒、超凡存在的那些定律看作是“真正”的，其余的降格为第二性的，或导出的。这样便留下难以回答的问题，即，这些永恒的定律来自何处。许多科学家已经在评论描述物理世界时数学的“不合理”效用问题。为什么宇宙的基本定律似乎总能做简单精美的数学表述？是这些定律特殊，还是有某种合乎逻辑的理由，即，宇宙就是以这种方式构成的？而且假如宇宙不得不以简单的数学为基础，它必须使用那样一些特殊的数学关系吗？一旦爱因斯坦对它做了表述，上帝在这件事情上还有选择的余地吗？

有些科学家已提醒注意这样的事实：复杂结构，特别是活的有机结构，一般很难按物理定律的精密数学形式加以处理。假如世界上有这种途径，那就意味着'我们自身的存在是不可避免的，可以写进物理定律。但如果定律是另外一种样子的，那么这里就会留下涉及到如何选择定律的哲学问题。

有—种可能性，称为人为原理（anthropic principle），它认为存在着无数平行的真实性，每一个都有它自己的物理定律的变种。只有在共存宇宙的微细子集中，才有适合于生命形成的适当环境。只有在这种非常特殊的世界中，观察者才想解释他们的世界似乎是按什么方式精心设计的。在这种理论中，我们是选择者。

另一方面，也可以只存在一个宇宙，但真实性有低于定律的较深层次，或许是一种“亚定律”，或定律的定律，一种选择原理，它碰巧建立起来的定律特别适用于产生生命和意识。不管这种选择是偶然的还是故意的，必然遗留有个人信仰问题，现在还很难看到科学能对这种终极问题做出回答。

[New Scientist，1988年10月15日]