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理论|“元层次”的物理学：建构子理论如何解释生命、宇宙和量子计算( 三 )


对于哪些变换可能 ， 哪些变换不可能的解释 ， 从来不依赖于建构子采用的特定形式 ， 因此它可以被抽象出来 ， 留下关于变换的陈述作为建构子理论的主要焦点 。 这一点已经非常有优势 ， 例如 ， 我们可以表达哪些计算机程序或模拟是可实现的 ， 哪些在原则上是不可实现的 ， 而不必担心计算机本身的细节 。
生命为什么会存在？
人们如何能证明 ， 生命的演化 ， 以及生命所有优雅的适应性和外观设计 ， 是符合物理学定律的 ， 而物理学定律似乎没有任何设计可言？对广义相对论和量子力学方程进行再多的检验也不会有任何结果——它们没有显示出生命存在的可能性 。 达尔文的自然选择演化理论解释了生物圈内部设计的出现 ， 但未能解释为什么这样的过程一开始就是可能的 。
生物演化如今被理解为一个过程 ， 基因通过自我复制而世代传递 ， 取代了竞争对手 ， 即名为等位基因的替代基因 。 此外 ， 基因已经演化出用于增殖的复杂“载体” ， 比如细胞和生物体 ， 包括我们自身 。 生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）以推广这一演化论观点而闻名：基因是自然选择的基本单位 ， 它们“努力”以DNA链的形式复制自己 ， 利用临时的保护性载体一代一代地繁衍下去 ， 从而实现永生 。 复制是不完美的 ， 会出现基因突变 ， 从而导致基因在与竞争对手的激烈竞争中出现传播能力的变异 。 环境决定了哪些基因最适合传播 ， 哪些不适合传播 ， 因此成为自然选择的来源 。
有了这种“复制基因载体”的逻辑 ， 人们可以更精确地阐述生物演化的问题：物理定律并没有明确说明演化和生物适应所需要的变换是可能的 。 考虑到这一点 ， 物理定律必须具备哪些属性才能使这样一个需要自我复制、外观设计和自然选择的过程成为可能？
请注意 ， 这个问题不能用主流概念来回答 ， 因为主流概念会迫使我们尝试预测在宇宙初始状态之后生命的出现 。 建构子理论使我们得以重新构建这个问题 ， 并思考生命为什么 ， 以及在什么条件下是可能的 。 正如玛莱托在2014年的一篇论文中所说：“……主流概念最多只能预测在特定初始条件下将（或可能）出现在地球上的山羊的确切数量 。 而在建构子理论中 ， 陈述的是山羊是否可能 ， 以及为什么 。 ”
在多伊奇最初的论文发表仅仅两年后 ， 玛莱托的论文《生命的建构子理论》（Constructor Theory of Life）就发表了 。 她在文中指出 ， 生命的演化与物理定律是相容的 ， 物理定律本身不包含任何设计 ， 只要它们允许数字信息的具体化（在地球上 ， 这一过程以DNA的形式出现） 。 她还指出 ， 一个精确的复制因子 ， 如可存活基因 ， 必须利用载体才能演化 。 从这个意义上 ， 如果建构子理论是正确的 ， 那么临时载体不仅仅是地球生命的偶然事件 ， 而是由自然法则所规定的 。 一个与搜寻地外生命有关的有趣预测是 ， 无论你在宇宙中找到什么生命 ， 它都必然依赖于复制因子和载体 。 当然 ， 这些可能不是我们熟悉的DNA、细胞和生物体 ， 但复制因子和载体会以某种形式出现 。
那么 ， 这个理论能够被验证吗？
你可以把建构子理论看作是关于理论的理论 。 相比之下 ， 广义相对论解释并预测物体在时空舞台上相互作用时的运动 。 这样的理论可以称为“对象层次”理论 。 而建构子理论是一个“元层次”的理论——它的陈述是关于定律的定律 。 因此 ， 广义相对论规定了所有恒星的行为 ， 包括我们已经观测到的和我们从未见过的 ， 而建构子理论规定了所有对象层次的理论 ， 包括当前和未来的理论 ， 都要遵守它的元层次定律 ， 又称为“原则” 。 事后我们可以看到 ， 即使在建构子理论出现之前 ， 科学家们就已经认真地对待这样的原则了 。 例如 ， 物理学家期望所有未知的物理理论都符合能量守恒原理 。
广义相对论可以通过观察恒星和星系的运动来检验；量子力学则可以在大型强子对撞机等实验装置中进行验证 。 但是 ， 既然建构子理论原理不能直接预测物理系统的运动 ， 人们如何验证它们呢？弗拉特科·韦德拉尔（Vlatko Vedral）是牛津大学的物理学家和量子信息科学教授 ， 他已经和玛莱托合作 ， 试图通过思想实验来解决这一问题 。 他们想象了量子力学系统可以与引力相互作用的实验 。


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