導語
我們大部份人相信眼見為實，相信感官告訴我們的是真實的客觀實在。事實果真如此嗎？加州大學厄文分校的認知科學教授唐納·霍夫曼（Donald Hoffman）在【眼見非實】一書中提出一種對時空和物體感知的新視角——「感知界面理論」，認為我們對時空和物體的感知由自然選擇塑造，不是為了揭示客觀實在，而是為了維持生命， 前進演化事實上隱藏客觀實在，而賦予我們時空中物體的界面。
根據這個理論，物質和時空並不是客觀實在的基石，而是源自意識的一種感知界面；對稱性並非客觀實在的本質，而是揭示了我們如何壓縮和編碼資訊；物體之間因果關系則不過是有用的虛構。一旦我們將界面的局限性考慮進來，將可能找到對實在的統一描述，包括生命和非生命。
今天的文章節選自湖南科學技術出版社「第一推動」叢書中的 【眼見非實】一書。今年是「第一推動叢書」出版三十周年，也是集智俱樂部成立二十周年。為了答謝各位讀者，我們發起此次贈書活動。 哪本「第一推動」叢書讓你最為印象深刻？歡迎在評論區留言分享，截至本周五（9月15日）中午12:00，我們將精選其中點贊數最多的留言，送出第一推動叢書三本。
研究領域：感知界面理論，全像原理，時空冗余，自然演化，適應力，觀察者理論
唐納·霍夫曼 | 作者
唐璐 | 譯者
「許多獨立的並且很有說服力的論點，都表明時空這個概念本身並不是基礎性的。時空註定要消亡。在物理定律的實際底層描述中，根本不存在時空這樣的東西。這是非常令人震驚的，因為物理學被認為是描述在空間和時間中發生的事情。因此，如果沒有時空，就不清楚物理學講的什麽。」
——尼馬·艾爾卡尼-哈米德，康奈爾大學信使講座，2016
「那裏沒有勺子。」
——勺子男孩，【黑客帝國】
時空和物體感知的新視角
科學可以揭開奇異事物的神秘面紗。這種天賦帶來了新技術——從手機到衛星。用亞瑟·克拉克的話說，這些技術看起來「和魔術沒什麽兩樣」。
科學也可以讓平凡顯得神秘。它可以突然把我們扔進好奇的兔子洞。例如，我看到一把勺子現在就放在那邊的桌子上。這是如此稀松平常，以至於我根本不想花時間去思考它。但是就在這裏，在完全出乎我預料的地方，科學註入了深奧的神秘：我們仍然不理解「現在」和「那邊」。也就是說，我們不理解時間和空間——長度、寬度和深度——這些我們認為理所當然的東西，它們交織在我們日常感知的最根本結構中，我們認為它們是真實可靠的物理實在指南。
現在許多物理學家告訴我們，我們知道的是， 時空註定消亡 。空間和時間在我們的日常感知中占據中心地位。但是，即使是愛因史坦精心構造的時空，也不能真正描述自然的基本定律。時空，以及它所包含的所有物體，在那個真實的描述中將會消失。例如，諾貝爾獎得主大衛·格羅斯註意到：「每個研究弦理論的人都相信……時空註定消亡。但我們不知道它會被什麽取代。」[1]費爾茲獎得主愛德華·威滕也認為時空可能「註定消亡」。[2]普林斯頓高等研究院的內森·塞伯格說：「我幾乎可以肯定，時間和空間都是錯覺。這些原始概念都將被更復雜的東西取代。」[3]
這令人深感不安。正如這一章開頭參照的艾爾卡尼-哈米德的解釋，「物理學被認為是描述在空間和時間中發生的事情。因此，如果沒有時空，就不清楚物理學講的什麽。」對物理學家來說，這是個好訊息。承認一個理論的失敗，無論這個理論多麽珍貴，都是一種進步。對於具有創造性的理論家來說，用更基本的東西取代時空理論是令人興奮的挑戰，很有可能改變我們對世界的看法——也許這是我們第一次有機會搞清楚，物理學到底講的什麽。
我在這一章的目標並不那麽雄心勃勃。對時空註定消亡的認識以及隨之而來的東西，還沒有為目前的視覺理論提供啟示。這些理論一般都假設空間和時間中的物體是物理實在的基礎，視覺一般能復現這些預先存在的物體的真實內容。對於哪些真實內容被呈現，以及呈現是如何生成的，目前的感知理論普遍都還不能達成一致，但它們都假定物理學家認為錯誤的事情是正確的——時空中的物體是基礎性的。
我將簡要討論感知的標準理論，然後給出一個關於我們對時空和物體感知的新視角。這個新的視角是受 感知界面理論 （ITP） 和 全像原理 啟發——在第6章中討論的關鍵發現，即一個空間區域中可以儲存的數據量取決於該區域外圍的面積 ， 而不是體積。這種關於時空和物體的新視角源於這樣一個想法，即我們的感知已前進演化到編碼適應度收益，並引導適應力行為。[4]時空和物體的用途正在於此。但是怎麽做到的呢？我認為部份是 透過資料壓縮和適應力資訊糾錯 。
資料壓縮和適應力資訊糾錯
先看看 資料壓縮 。適應度收益函式可能很復雜，而且有許多適應度收益函式都會關系到人的生存，因此與人有關的適應力資訊的量可能非常龐大——如果人必須全部感知的話將是沈重的負擔。因此人需要把它壓縮到可以處理的水平。
假設你想透過電子信件將度假照片發送給朋友，但是影像超過了信件伺服器允許的大小。你可以壓縮影像並檢查解析度是否可接受。如果不行，看不清你的家人在大峽谷的留影，你就不要壓縮太多。你尋找一個可接受的折中方案——壓縮到可以發送，但又不會模糊到不值得發送的程度。
對於人類視覺，時空和物體就是一種可接受的折中。 適應度收益函式可以有數百個維度。經過億萬年的自然選擇塑造，人類視覺把這些維度壓縮成三維空間和一維時間，壓縮成用形狀和顏色維度刻畫的物體 。人不能處理數百個維度，但還是能處理一些。壓縮過程無疑略去了一些適應力資訊。例如，我們沒有看到每天有數以百萬計的μ介子穿過並用游離輻射破壞我們的身體。但我們還是感知到了足夠多的關於生存和繁育後代的適應力資訊。
我們在三維空間中看到物體，並不是因為我們重構了客觀實 在，而是因為這是一種壓縮格式，這種壓縮演算法是前進演化賦予我們的。其他物種可能有不同的表示適應力的數據格式。我們的生活、移動和存在，並不是在時空和物體組成的客觀實在中，而是在時空和物體格式的數據結構中，這種數據結構在智人中前進演化出來，以一種節約和有用的方式來表示適應度收益。 我們的感知被編碼為這種數據結構，而我們則錯誤地認為它的時空格式就是我們生活在其中的客觀實在 。這個錯誤是可以理解的，也是可以原諒的：我們的數據格式不僅限制了我們感知的方式，還限制了我們思考的方式。掙脫它的限制，甚至認識到這種可能性，都不容易。對這種可能性的領悟在知識階層和宗教文化中有悠久的歷史。
對於將時空和物體作為適應值的壓縮編碼，還有很多需要探索。例如，什麽樣的適應力被空間捕獲，什麽被物體捕獲？形狀、顏色、紋理和運動是如何在對適應度的壓縮中產生的？為什麽適應度的壓縮會讓我們產生不同形式的感知——視覺、聽覺、味覺、嗅覺和觸覺？也許空間距離意味著獲取資源的成本：一個只消耗幾卡路裏的蘋果可能出現在僅1公尺遠的地方，而一個需要更多卡路裏的蘋果可能出現在更遠的地方。猛獸為了抓到我消耗的卡路裏越多，它們可能就顯得越遙遠。最近的實驗支持這個觀點。例如，丹尼斯·普羅菲特與合作者發現，飲用含糖飲料的人比飲用不含糖飲料(以及人工甜味劑)的人估計的距離要短；經常運動的人比不健身的人估計的距離要短。這表明，我們對距離的感知不僅取決於能量消耗，還取決於能量消耗與我們可用能量的對比。[5]
再來看 糾錯 。當我們使用網上銀行或上網購物時，有價值的數據就會透過互聯網傳播。為了防止被黑客竊取，數據會加密。但另一個同等重要的問題是雜訊。假設你花了60美元在網上給媽媽買花。後來你發現由於網路雜訊小數點滑了兩位，你實際上花了6000美元——這是一個代價高昂的錯誤。如果這樣的錯誤很常見，電子商務將無法進行。為了防止這種情況，數據在發送前會被格式化為錯誤更正碼。
校驗和糾錯的關鍵是冗余。[6]一個簡單的例子是重復。假設您想要發送4位元數據，例如位串1101。你可以連續發送三次：110111011101。接收器檢查三次傳輸是否一致。如果一致，它就認為沒錯。但如果某次傳輸不同於其他，它就檢測到了一個錯誤。它可以要求重新傳輸，或者假設相同的兩個位串是正確的。
有許多巧妙的方法可以增加冗余，比如將訊息嵌入高維空間中。但關鍵在於，我們的感官傳遞了關於適應度收益的資訊，而獲得正確的資訊對於生存至關重要。適應度收益的小數點滑一位，對你可能是生與死的差別。可以想見，自然選擇會在我們的感知界面中設定冗余，它塑造了我們的時空桌面和物理物件圖示，使其帶有適應度收益的冗余碼，從而可以校驗和糾錯。
這正是貝肯史坦和霍金對時空的發現。 時空有冗余。二維可以包含任何三維空間中的所有資訊 。這就是我們在上一章討論的蘇士侃和特胡夫特的全像原理。這不符合直覺，並且違背了我們的假設，即三維空間是我們的感官重建的客觀實在。但如果你認同我們的感官呈現適應度，並且需要冗余 （比如額外的空間維度） ，以確保它們的呈現不會受雜訊幹擾，那麽這就說得通了。
物理學家已經證實了自然選擇的預測，即空間有冗余。但是，他們是否也證實了這種空間冗余的確有錯誤更正碼的功能？這一努力正在進行中，而且很有希望。物理學家阿邁德·艾爾梅赫利、董希和丹尼爾·哈洛發現，全像原理揭示的空間冗余表現出了糾錯以防止數據被雜訊擦除的特性。[7]如他們所說，「全像原理也自然呈現於一個普遍性命題之中，即對於給定編碼能保護多少量子資訊不被擦除存在上限。」[8]物理學家約翰·普雷斯基、丹尼爾·哈洛和費南多·帕斯陶斯基等人已發現了將時空幾何解釋為量子錯誤更正碼的具體方法。[9]
由此得出的結論是， 時空和物體是我們的感官用來呈現適應力的編碼 。像任何可用的編碼一樣，它使用冗余來抗噪 。這個結論正是感知界面理論，同時增加了額外的洞察，即界面壓縮數據和抑制雜訊。
我們為什麽看到對稱性？
這個結論還沒有得到大多數視覺科學家的認可。他們仍然認為視覺是真實的，重建了時空中真實的物體。加州大學洛杉磯分校醫院前首席精神病醫生路易士·衛斯特在【大英百科全書】的「空間感知」條目中闡述了這一假設。衛斯特認為，真實感知是「對存在的刺激的直接感知。沒有一定程度的關於物理空間的真實性，人們就不能尋找食物，逃離敵人，甚至不能社交。真實的感知也會讓人將變化的刺激體驗為好像是穩定的：例如，即使老虎靠近時的感官影像變大了，人們還是傾向於認為老虎的體型保持不變。」
當然，視覺科學家並不聲稱感知始終是真實的。他們承認透過啟發可以扭曲實在。但是他們認為真實性是目標，而且通常可以達到。
例如，他們認為，我們對物體的感知的對稱性揭示了客觀實在的對稱性。視覺科學家齊格蒙特·皮茲洛就是這麽說的。「想想動物身體的形狀。絕大多數是鏡面對稱的。我們怎麽知道它們是鏡面對稱的？因為我們把它們看成這樣。除非兩個對稱的半體被認為具有相同的形狀，否則就不可能把鏡面對稱的物體看成鏡面對稱。請註意這是很讓人吃驚的，因為：(1) 我們只看得到前面，兩個半體的可見表面；(2)我們從觀察方向看到的兩個半體相差180°。除非形狀不變性是一種真實的現象，並且除非它接近完美，否則我們甚至不知道對稱形狀是否真正存在。」[10]
我們可以將這個說法精確化：我們感知中的任何對稱性都意味著客觀實在中的相應對稱性。
這種說法成立嗎？這裏我們不能依靠直覺，我們需要證明。我 們也的確有一個。由我提出猜想並由奇坦·普拉凱許證明的「 對稱性發明定理 」揭示了這種說法是錯誤的。[11] 這個定理指出我們的感知中的對稱性並不意味著客觀實在的結構。對此的證明是建構性的。它明確展示了在一個沒有任何對稱性的世界裏，感覺和行為是如何擁有對稱性的，例如平移、旋轉、鏡面和勞侖茲對稱。
這就提出了一個顯而易見的問題。我們看到許多對稱的物體。為什麽？如果感知的對稱性並不意味著實在的對稱性，那麽我們為什麽要看到對稱？
答案依然是資料壓縮和糾錯——它們的演算法和數據結構往往涉及對稱性。[12]過多的適應度資訊可以利用對稱性壓縮到可接受的水平。為了感受這一點，想象看一個蘋果。如果你稍微向左移一點，看起來會怎麽樣？你可以用對稱——簡單的旋轉和平移——來回答這個問題。你不用為每個視角儲存數百萬數據，你只需要5個——3個用於平移，2個用於旋轉。 對稱是我們用來壓縮數據和糾錯的簡單程式。我們感知中的對稱揭示了我們如何壓縮和編碼資訊，而不是客觀實在的本質 。
「但是，」你可能會反對，「我們可以構建電腦視覺系統來駕駛 汽車，並且看到和我們一樣的形狀和對稱性。這難道不表明，我們和電腦都看到了實在的本來面目嗎？」
並非如此。對稱性發明定理適用於任何感知系統，無論是生物還是機器。電腦看到的對稱性並不意味著客觀實在的結構。我們 可以制造一個能看到我們所看到的對稱性的機器人。但這並不能讓我們洞察世界的結構。
皮茲洛認為前進演化為對物體和空間的真實感知提供了理論基礎。「如果不能提供計劃性和目的性行為，動物的成功前進演化和自然選擇的成功將是不可想象的。」[13]他認為，我們在狩獵、種植和采集方面的成功取決於計劃和協作，而這需要對客觀實在的真實感知。
計劃和協作對我們的成功至關重要。但是，它們需要客觀實在的真實呈現嗎？根據「事實勝過真理」（FBT）定理，不需要。網路遊戲【俠盜獵車手】讓玩家為一些不光彩的目標而合作，比如搶劫商店或偷車。他們的計劃不是基於對晶體管和網路協定的真實感知，而是基於一個由高速汽車和誘人目標組成的虛假世界。
支持真實感知的論證並不成立。而這個理論卻依然是視覺科學的標準理論。根據這一理論，在時空中確實存在具有客觀內容 （如形狀） 的三維物體，即使在沒人觀察的情況下也存在。當你看蘋果時，蘋果表面反射的光會被你眼睛的光學器件聚焦到你的二維視網膜上。這個蘋果在二維視網膜上的光學投影會遺失蘋果的三維形狀和深度資訊。你的視覺系統會分析它的二維資訊，計算出蘋果真正的三維形狀。它恢復或重建光學投影遺失的資訊。這個重建過程有時被稱為「逆幾何光學」，有時被稱為「貝葉斯估計」。[14]
具身認知理論 的支持者反駁了這個觀點，這個理論建立在心理 學家詹姆士·吉勃遜的思想基礎上。[15]他們認為，我們是用真實身體與真實物理世界互動的物理存在，我們的感知與我們的行為緊密聯系在一起。感知和身體行為必須放在一起理解。當我看到一個紅蘋果，我不僅僅是在解決一個逆幾何光學或貝葉斯估計的抽象問題，而是看到一個與我的行動緊密關聯的三維形狀——我如何走向它，抓住它，然後吃掉它。大多數贊成逆幾何光學或貝葉斯估計的視覺科學家都同意，行動和感知是緊密關聯的。
「激進具身認知」的支持者則主張，感知和行為不僅相互關聯，而且感知不需要資訊處理。[16]他們認為，感知和行為的互動不用計算和表征也可以理解。這種激進觀點的支持者不多，並與量子物理學家主張的所有物理過程都是資訊過程，以及資訊永遠不會被摧毀的觀點相矛盾。這種主張也與另一種眾所周知的真理不相一致，即任何經歷一系列狀態轉換的系統都可以被解釋為一台電腦 （也許是一台愚蠢的電腦，但仍然是電腦） 。
感知界面理論反對認為感知是真實的標準理論，但同意感知和行為是緊密關聯在一起的。我們的感知前進演化是為了引導適應力探索和行為：我的蘋果圖示引導我選擇吃還是不吃，以及如果吃的話怎麽抓和咬；我的毒藤圖示引導我選擇不吃，以及為了避免任何接觸而采取措施。
因果關系是虛構？
感知界面理論對因果關系作出了一個違反直覺的斷言： 時空中物體之間因果關系的出現是虛構的——是有用的虛構，但仍然是虛構 。我看見母球把8號球打進角袋。我很自然地認為，是母球導致了8號球滾向角袋。但嚴格來說，我錯了。時空只是特定物體的桌面，物體是桌面上的圖示；或者，就像我們討論過的，時空是通道，物體是關於適應力的資訊。如果我將檔圖示拖入資源回收桶，檔會被刪除，如果我認為將圖示拖入資源回收桶導致了檔被刪除，這種認識有助於操作，不過是錯的。事實上，透過這種偽因果推理來預測行為後果的能力是界面設計良好的標誌。
感知界面理論的這個預測——時空中物體之間因果互動的出現是虛構的——得到了缺乏因果順序的量子計算的有趣支持。[17]通常我們以特定的因果順序每次計算一個步驟。例如，可以從數位10開始，除以2，再加2，得到結果7。如果我顛倒順序，先加2再除以2，得到的結果是6。運算的順序很重要。但是量子電腦可以沒有明確的運算因果順序。這種電腦利用因果順序的疊加以實作更高效的計算。[18]
界面理論預測物理因果是虛構的。這與物理學並不矛盾。如果像物理學家現在認為的那樣，時空註定消亡，那麽其中的物理物件和它們表面上的因果關系也註定會消亡。目前的意識理論也註定如此，例如朱利奧·托諾尼的 綜合資訊理論* （IIT）或約翰·塞爾的 生物自然論 ，這些理論認為意識具有時空中物理系統的某些因果內容。[19]如果像神經元這樣的物理物件沒有因果效力，那麽IIT就是將意識等同於虛構，而不是具有效力的行為。此外，因果計算還不如放棄了因果的計算有力度。[20]當IIT將意識等同於因果計算時，它就是將意識等同於次一等的計算。為什麽意識應該低人一等？有沒有關於意識的原理性洞察支撐這個可疑的主張？ （編註：綜合資訊理論， Integrated Information Theory，也譯作「整合消息理論」 ）
物理因果的虛構性使得構建玄妙的「萬物理論」變得棘手。我們必須先給出一個關於我們的界面的理論，以及它的各個層次的資料壓縮和糾錯。然後我們可以用這個理論來問，從我們在界面上看到的結構中，我們能否推斷出關於客觀實在的什麽。如果我們不能推斷出任何東西，那麽我們就必須假設一個客觀實在的理論，並預測它會如何呈現在我們的界面上。如果要用我們的理論作出經驗性預測，並透過細致的實驗進行驗證，以上是常規的科學程式。我懷疑，如果我們在這項事業上取得成功，我們將會發現，我們對生命和非生命的區分並不是出於對實在本質的洞察，而是由我們的時空界面的局限造成的。 一旦我們將界面的局限性考慮進來，我們將會找到對實在的統一描述，包括生命和非生命 。我們還會發現，神經元網路是我們用來表示糾錯編碼器的符號之一。
感知-決策-行動迴圈
在感知界面理論中，我們可以用如圖1所示自主體與世界的互動簡單表示感知與行為的關聯。圖頂部的圓角框表示自主體之外的世界。我暫時不會聲稱對這個世界有任何了解。特別是，我不會假設它有空間、時間或物件。我只能說這個神秘的世界有許多可以變化的狀態，不管它們是什麽。就自主體本身來說，有一系列體驗和行為，也用圓角框表示。自主體基於當前的體驗，決定是否以及如何改變當前的行為選擇。標記為「決策」的箭頭表示了這個決定。自主體然後對世界執行其選擇的行為，圖中表示為標有「行動」的箭頭。自主體的行為改變世界的狀態。反過來世界又會改變自主體的體驗，圖中表示為標有「感知」的箭頭。感知和行為就這樣在「感知-決策-行動」 (PDA) 的迴圈中關聯到一起（在附錄中有對此的數學描述）。
圖1:「感知-決策-行動」(PDA)迴圈。自然選擇塑造了這個迴圈，讓經驗可以指導提高適應力行為。©唐納·霍夫曼
PDA迴圈由前進演化的一個基本要素—— 適應度收益函式 塑造。行為的適應力取決於世界的狀態，但也取決於生物 (自主體) 及其狀態。每當自主體對世界執行某種行為，它就會改變世界的狀態，並獲得適應度獎勵 (或懲罰) 。只有行為能獲得足夠適應度收益的自主體才能生存和繁衍。自然選擇偏好PDA迴圈能正確調整適應度的自主體。對於這樣的自主體，它的「感知」箭頭傳遞了關於適應度的資訊，它的體驗呈現了這些關於適應度的資訊。這些資訊和體驗都是關於適應度的，而不是關於世界的狀態。自主體的體驗變成了界面——不求完美，夠用就行。它引導能收集足夠適應度的行為，從而能存活足夠長時間繁育後代。
經過一代又一代的無情選擇，每個自主體都已經被塑造得選擇的行為能帶來理想的適應度收益。要成功繁育後代，自主體就必須采取能收集足夠適應度的行為來繁育後代，感知、決策和行動必須 相互協同。那些缺乏這種協同能力的自主體很可能會悲慘地英年早逝。具有這種協同能力的自主體，則會擁有能形成有用界面的感知，產生能與這個界面正確關聯的行為。
體驗和行為不是免費的。你的技能越多，你所需的卡路裏就越 多，所以選擇壓力會抑制自主體的技能數量。但如果你的技能太少，你可能會缺乏關於適應度的重要數據以及能提升適應度的關鍵行為。不同自主體會演化出不同的解決方案，以不同的方式來平衡選擇的競爭壓力。人類可能比甲蟲擁有更多的嗅覺體驗；熊又比人類擁有更多的嗅覺體驗。沒有完美的解決方案——只有可行的方案，讓自主體在所處的小生境中生存下來。
但無論是怎樣的解決方案，與相關的適應度收益的復雜性比起 來，體驗和行為的數目都是很少的。 自主體感知的所有關於適應度的資訊必須壓縮成便於管理的大小和可用的格式，而且不能遺失關鍵資訊。資訊應該讓自主體能發現和糾正錯誤 。
例如，你在黃昏時沿著人行道散步，突然害怕地跳了起來。你環顧四周，尋找罪魁禍首，當你發現草叢中是一根澆花的水管時，你放心了。你的驚跳是由一條適應度資訊觸發的，但是糾錯不充分——它錯誤地寫著「蛇」。正因為這條訊息沒有在糾錯上浪費時間，所以它很快送達了，並且你迅速采取行動以避免適應度受損。在最初的驚嚇之後，一條糾錯資訊出現了：「別擔心，只是水管。」你不必要的跳躍浪費了卡路裏，壓力誘發了腎上腺素的分泌，所以它略微損害了你的適應度。但從長遠來看，這種快速且容易出錯的 資訊透過降低致命咬傷的風險增加了你的適應度。 如果你只依靠可靠但緩慢的資訊，那麽很可能有一天你會正確地得知「你剛剛被蛇咬了」。 很對，但沒什麽幫助。
這說明對於適應度資訊的壓縮和糾錯有多種解決方案。我們可以想見，自然選擇已經形成了各種解決方案，以應對變化多端的適應力，並且單個生物也可能有多種解決方案，以應對不同的適應力需求。但我們也可以想見在不同物種之間會有類似的解決方案，因為在物種形成的過程中，前進演化通常會再利用而不是重新設計。在眼睛的蹩腳設計中我們就能看到再利用：透過眼睛晶狀體的光必須穿透血管和中間神經元的遮擋，才能碰到視網膜後部的感光器。所有脊椎動物都是這樣的，這表明它在脊椎動物前進演化的早期就出現了，並且從未被糾正過。這種蹩腳設計完全沒有必要。頭足類動物的設計就是正確的，比如章魚和魷魚的光感受器就位於中間神經元和血管的前面。
從二維全像膨脹出三維
我們可以在圖11的視覺範例中看到即時糾錯。左邊的兩個黑盤上有白色的剪口。右邊是這兩個盤旋轉後剪口對齊。突然間，你看到的不僅僅是有剪口的圓盤。你看到一條發光線漂浮在圓盤前面。你可以檢查圓盤之間是否繪制了發光：用拇指蓋住圓盤，發光就會消失。
圖11:修正擦除線。視覺系統在右側的兩個圓盤之間畫一條線來糾正擦除錯誤。©唐納·霍夫曼
你可以把這條發光的線看作你對擦除的糾正。這就好像你的視覺系統判斷實際資訊是一條直線，但是這條直線的一部份在傳輸過程中被抹去了。它透過用一條發光線填充缺口來糾錯。這類似於對 只能發送000和111兩種訊息的簡單「漢明」碼糾錯。[21]如果接收者收到比如說101，那麽它就知道有錯誤，中間的1被擦除了，所以它修復了擦除並得到訊息111。漢明碼使用3位元發送1位元資訊，因此它允許接收者檢測和糾正單個擦除錯誤。
透過糾正黑盤影像中的擦除，你可以恢復一條訊息：「圓盤前面的線。」還可以恢復另一條訊息：「圓盤後面的線。」要得到這條訊息，請將圓盤想象成白紙上的孔。你在透過這些孔看，在紙的後面看到一條線。請註意，當你看到這條線時，圓盤之間的線段不再發光，但你仍可以感覺到它在那裏。
當你不看時，哪條線在那裏？發光的還是不發光的？這個問題當然很蠢。當你不看時就沒有線。你看到的線是你在更正擦除後恢復的資訊。
讓我們問另一個問題：當你在看時，你會看到哪條線？發光的還是不發光的？你不能確定。有時你會看到發光的線，有時看到不發光的線。但是你可以猜測機率。我更經常看到發光的線。我會說，我看到它發光的機率大約是3/4，看到它不發光的機率約是1/4。如果有人要求我用機率來表示這條線的「狀態」(發光或不發光)，我會為這條線寫下一個「疊加」態，在其中，發光態的機率為3/4，不發光態的機率為1/4。這類似於我們之前在量子理論中遇到的疊加態。回想一下，根據量子貝葉斯理論，量子態並不描述即使沒有人觀察也存在的世界的客觀狀態，而是描述某個自主體的信念，即如果她采取行動，她會看到什麽，或者，更嚴格地說，如果她進行測量，她會得到什麽結果。[22]
讓我們進一步看看這個例子。在圖12中，左側有4個帶切口的黑色圓盤。右邊對這些圓盤進行了旋轉，讓切口對齊。突然間，你不僅僅看到帶有切口的圓盤，你還可以看到4條發光線漂浮在圓盤前方。每條發光線似乎都在圓盤之間的空白處繼續延伸。你可以再次檢查是否是你建立了圓盤之間的發光線，用拇指覆蓋兩個圓盤，發光線消失了。
圖12:修正被擦除的正方形。視覺系統在右邊的4個圓盤上建立一個正方形來糾正擦除錯誤。©唐納·霍夫曼
你的視覺系統糾正了4個擦除錯誤，建立了4條發光線。同時它也檢測到了更高級別的編碼資訊：一個正方形。它接收不同抽象層次的資訊——一維線和二維正方形。你的糾錯可能同時涉及兩個層次；正方形資訊的證據增強了你的視覺系統對應該恢復被擦除線條的信心。
你的視覺系統還可以檢測到另一種關於正方形的資訊。再一 次，把4個黑色圓盤想象成白紙上的孔洞，想象你正在透過這些洞看。你會看到紙的後面有一個正方形。當你這樣作時，註意它的線條並沒有發光。你確信這些線條是存在的，但是它們被白紙遮住了。
所以你可以從這個圖中得到兩條不同的關於正方形的資訊。其中一條資訊是前面的正方形，有發光的線條；第二條資訊是後面的正方形，線條不發光。請註意，要麽4條線都發光，要麽都不發光。你永遠不會同時看到兩條發光的線和兩條不發光的線。為什麽？因為你的視覺系統已經將全部4條線組合成統一的資訊：一個正方形。它將4條線「纏結」在單個物體中，因此4條線必定是一樣的。
現在進行這個例子的最後一步。圖13的左邊是7個有切口的黑色圓盤。右邊對這些圓盤進行旋轉，讓切口對齊。突然你看到了6條發光的線條；你糾正了6處擦除的線條。
圖13:修正被擦除的四棱錐。視覺系統在右邊的7個圓盤上建立一個四棱錐來糾正擦除錯誤。©唐納·霍夫曼
但是現在你會做更激進的事情：你把這些線纏結成單個物體——一個四棱錐——在這個過程中，你建立了一個新的維度——深度。[23] 你用二維資訊全像膨脹出三維 。這個例子中的纏結與建立三維空間的意識體驗密切相關。請註意，有時你會看到頂角朝外的四棱錐，有時是頂角朝內的四棱錐。當你從一個四棱錐變換為另一個時，你逆轉了你全像構建的三維深度關系——前面的線條變成了後面的線條，反之亦然。這些線條都纏結為一個整體，有一個現象可以證實這一點，當四棱錐出現在圓盤前面時，它們都會發光，出現在圓盤後面時，它們都不再發光。
在量子理論中，馬克·範拉姆斯東克、布萊恩·施溫格等人的研究表明，時空由纏結的絲線編織而成。[24]我懷疑不僅僅是相似。我懷疑在我們的視覺例子中看到的疊加態、纏結和三維全像膨脹與量子理論中研究的完全相同。 時空不是獨立於觀察者的客觀實在。它是由自然選擇塑造的界面，用來傳遞適應度資訊。在四棱錐的視覺例子中，我們看到這個時空界面以及糾錯、疊加、纏結和全像膨 脹在起作用 。
另一種將二維空間膨脹為三維空間的方法如圖14所示。左邊圓盤中每個點的亮度隨機選擇。你只能看到雜訊。中間圓盤的亮度均勻，看起來是平的。右邊圓盤中的亮度則是逐漸而系統地變化。現在奇跡發生了——你把圓盤膨脹成了球體。即使這些資訊是二維的，你也可以將其全像膨脹成三維物體。
圖14:陰影圓盤。左邊圓盤的隨機陰影和中間圓盤的均勻陰影使它們看起來是平的。右邊圓盤的陰影使它看起來像球體。©唐納·霍夫曼
圖15:凹凸圓盤。假設光源在頂上。©唐納·霍夫曼
有時你膨脹出一個凸面，有時膨脹出一個凹面，如圖15所示：你的視覺系統更喜歡讓膨脹出的形狀顯得光線像是從頂上照射下來的。[25]
除了膨脹亮度梯度外，你還會膨脹曲線，如圖16所示。左邊是有直線網格的圓盤，它看起來是平的。中間圓盤的線條略微彎曲，你會將它膨脹成球體。右邊的曲線和亮度梯度結合在一起，你會將它膨脹成很逼真的球體。
圖16:膨脹第三維。我們有時把彎曲的輪廓解釋為有深度的三維形狀。©唐納·霍夫曼
我們從這些直線、正方形、立方體和球體的例子中學到了什 麽？按照標準的視覺科學的說法，這些例子向我們展示的是視覺系統是如何重建真實物體在客觀時空中的真實形狀。
而根據感知界面理論的說法，它們向我們展示的是完全不同的東西：視覺系統如何解碼有關適應力的資訊。沒有客觀時空，我們也不是在試圖恢復時空中預先存在的物體的真實內容。相反，時空和物體只是傳遞適應力資訊的編碼系統。在剛剛看到的這些視覺例子中，我們發現自己把資訊從二維膨脹成三維，這並不是表明客觀實在是二維而不是三維的。相反，它們旨在挑戰我們認為時空本身是客觀實在 的信念。這些例子有兩個維度只是為了適合在紙上展示。
如果適應力資訊被少量雜訊損壞，系統有時可以糾錯，就像我們看到的發光線條。如果雜訊太多，比如像素具有隨機亮度的圓盤，我們就無法糾錯；我們看到的雜訊沒有清晰的適應力資訊。
但是，如果亮度和輪廓傳遞了一致的資訊，那麽我們通常會將這些資訊解碼成三維形狀的語言，這種語言是為引導適應力動作而量身客製的。例如，我們看到球體，就能知道該如何抓住它或避開它。我們看到蘋果，就知道抓起和吃掉它可以增加我們的適應度；我們看到獵豹，就知道采取靠近它是不明智的。
總之，時空不是在生命萌芽前很久就已存在的古老劇場。它是 我們臨時建立的數據結構，用於搜尋和捕獲適應度收益。像梨子和行星這樣的物體，也不是在意識出現之前很久就已存在的古老舞台道具。它們也是我們建立的數據結構。梨子的形狀是描述適應度收益的編碼，並建議了我們可以采取的獲取它們的行動。它的距離編碼了我接近並抓取它的能量消耗。
出版社：湖南科學技術出版
原版書書名:The Case Against Reality
作者簡介
唐納·霍夫曼 （DonaldHoffman），加州大學厄文分校的認知科學教授，科普作家，致力於研究意識、人工智慧和哲學。是【環球科學】和【前沿】雜誌撰稿人，他的研究被【大西洋】【連線】和【量子】雜誌廣泛報道。
譯者簡介
唐璐 ，中國科學院數學與系統科學研究院博士畢業，現任教於湖南大學電氣與資訊工程學院。轉譯出版了包括【復雜】【燒掉數學書】【自動時代】【哥德爾：邏輯的困境】等十余部科普佳作。
