牛津大学的罗杰·彭罗斯的《皇帝新脑》一书的出版是国际书界的一件大事。剑桥 
大学前年曾为它专门召开了一次学术会议。 
  
　　这本洋洋大观的贯穿了电脑科学、数学、物理学、宇宙学、神经和精神科学以及哲 
学的巨著体现了作者向哲学上最重大的问题之一“精神---身体关系”挑战的大无畏精神 
。 
  
　　迄今为止的科学基本上都可纳入形而下学的范畴，而这本书可认为是首次对形而上 
学进行的严肃尝试。历史上曾重复地出现过还原主义的思潮，最近代的便是人工智能专 
家的断言：电脑最终能代替人脑甚至超过人脑。彭罗斯的论断却是：正如皇帝没有穿衣 
服一样，电脑并没有头脑。电脑具有智慧吗？人们的共识是用通过图灵检验来定义智慧 
。彭罗斯认为要制造出满意地通过这种检验的机器还是非常遥远的事。即使它真的通过 
了，我们还是不能断定其真有理解力，西尔勒中文屋子的理想实验强有力地表明，用图 
灵检验来定义智慧还是远远不够充分的。 
  
　　希尔伯特曾经有过一个非常宏伟的规划，一旦公理和步骤法则给定，一切真理都应 
该能被推导出来。著名的哥德尔定理使这个规划的宏图化为泡影。以算法来获取真理的 
手段是非常受局限的，在任何一个形式系统中总存在不能由公理和步骤法则证明或证伪 
的正确的命题。康托关于无理数集合的不可列性、罗素集论的理发师佯谬、哥德尔定理 
以及电脑停机问题都是一脉相承地沿用了康托对角线删除法而给予证明的。一言以蔽之 
，世界万花筒般的复杂性不可能用可列的算法步骤来穷尽。 
  
　　灵感和直觉在发现真理方面比逻辑推导重要得多。彭罗斯和柏拉图相认同，发现真 
理是精神和数学观念的柏拉图世界进行接触。正如询问宇宙在大爆炸之前是什么样子的 
问题是没有意义的一样，柏拉图世界是超越时空的，具有“遗世独立”的品格。柏拉图 
世界至少和物理世界一样地具有实在性甚至两者是合二为一的。他认为著名的孟德勒伯 
洛特集合一定是栖息在这个世界中，否则的话何以这么美丽呢？真可谓“此曲只应天上 
有，人间能得几回闻？” 
  
牛顿力学、马克斯韦电磁学、爱因斯坦相对论和量子力学给人类带来了神速的技术进步 
，在使人们充满了自信心的同时也给套上了宿命论的枷锁。我们宇宙的一切都已完全为 
第一推动所决定。过去人们将第一推动归于上帝。而量子宇宙论却把第一推动也都摒除 
了，宇宙在时空上是有限无界的！这肯定是自以为具有自由意志的人类所不能忍受的， 
什么人愿意生活在这种宇宙中呢？远离平衡态的热力学耗散结构也许是生命现象的雏形 
，动力系统的不稳定性导致的混沌之中又隐含着新的秩序，这些是对理解生命的努力， 
也是半个世纪前人们始料不及的，但这还不是形而上学的精神。彭罗斯猜测，宇宙也许 
的确是宿命论的，但同时是不可计算的。我们的宇宙究竟有自由意志的存身之所吗？ 
  
　　人类智慧的最伟大工程之一是爱因斯坦的统一场论。其主要困难在于量子力学和相 
对论之间的不协调。绝大多数物理学家都是责备相对论，认为广义相对论只是一种唯象 
的理论。其实，就理论的美丽和经济性而言，相对论是远远地比量子力学优胜。前者是 
人类智慧的产物，而后者是人们不得不接受的规则。量子力学的解释中仍有许多困难， 
譬如波函数的坍缩、薛定谔猫佯谬和爱因斯坦---玻多尔斯基----罗逊“矛盾”。这些困 
难也许在超越过它们的量子引力中可以得到解决。广义相对论的美丽和经济性体现在非 
线性之中，彭罗斯曾提出过非线性引力子的概念，这是从他早年对引力波碰撞的研究中 
得到启发的。他猜测到，发生量子波函数的坍缩的判据在于其引力效应超过单引力子的 
阈值。 
  
　　彭罗斯镶嵌是除了孟德勒伯洛特集合之外的对柏拉图观念存在性的有力支持。这两 
个例子的共同性是它们的发现和近代科学的进展基本无关。准晶体的五重对称性是这种 
镶嵌的三维体现。彭罗斯猜测到，准晶体的生长的神经元的行为既涉及到单引力子判据 
又涉及到量子引力的非定域性。 
  
　　时间及其方向也许是意识的最大秘密。彭罗斯提出了魏尔曲率猜测，宇宙的引力熵 
由魏尔曲率来度量，而在大爆炸奇点处它必须为零，可惜迄今连这种关系的表达式都还 
没有找到，也许它必须是非定域的。他认为时间流逝的方向是由此衍生而来的。 
  
　　原子时间、生物时间和宇宙时间以及时间箭头只不过是对时间概念的粗糙近似。爱 
因斯坦---玻多尔斯基---罗逊“矛盾”表明波函数坍缩是和狭义相对论的定域性以及因 
果性相矛盾，更遑论广义相对论了。在精神现象中，甚至时序都发生混乱，在灵感、直 
觉过程中或者在与柏拉图世界接触时似乎时间被不可思议地压缩了，它们甚至不发生在 
时间里。我们在洋洋自得的同时，又发现科学理论的成就还是这么贫弱。要完全弄清时 
间的含义得有待于量子引力的成功，这也是推动精神物理发展的关键。 
  
　　彭罗斯对引力物理有过许多重要贡献，他（和霍金一道）证明了广义相对论的奇点 
的不可避免性，提出了黑洞的捕获面，以及克尔黑洞的能层概念。他发明了研究时空的 
拓朴结构的主要工具即彭罗斯图。他对类空、类时和零无穷的阐释使引力辐射的图像更 
具形象。他把旋量引进引力物理，使辐射问题的研究更新，这就是纽曼--彭罗斯形式， 
在此框架中他证明了剥皮定理，即向无穷远辐射的引力可按照其衰减方式被分成四个层 
次（电磁波只有两个层次）。 
  
　　本书充满了许多猜测，正如历史上的许多猜测的命运一样，一些会存活，另一些会 
被淘汰。不管它们的命运如何，这正是当代思想家、哲学家和科学家必须去做正面冲突 
的问题。本书的字里行间充满了作者探索真理的灵感和激情。译者历经一个寒暑的辛苦 
，终于把这译本奉献在读者面前。但愿在浏览此书之时，会有王献之行走于山阴道上目 
不暇接之感。人们在忙碌于都市生活之余，抽空到兰亭一游不也是件赏心乐事吗？ 
  
　 
  
马丁·伽特纳的前言 
  
　 
  
　　许多伟大的数学家和物理学家觉得，要写一本外行能理解的书，如果不是不可能的 
话，也是非常困难的。直到今年，人们也许还认为，罗杰·彭罗斯，这位世界上最博学 
和最有创见的数学物理学家之一，也属于这个范畴之内。我辈读过他的非专门性的文章 
和讲演的稍微了解一些底细。尽管如此，当发现彭罗斯在他的研究之余花费大量时间为 
见多识广的外行写下了这样美妙无比的书时，人们的确感到惊喜。我相信，该书会成为 
一部经典。 
  
　　虽然彭罗斯广泛地涉及到相对论、量子力学和宇宙论，其关心的焦点乃是哲学家所 
谓的“精神��身体问题”。几十年来，人工智能专家尽力说服我们，再有一两个 
世纪的时间（有些人已把这时间缩短到五十年！）电脑就能做到人脑所能做的一切。他 
们因为受年轻时读到的科学幻想的刺激，而坚信我们的精神只不过是“肉体的电脑”（ 
正如马文·闵斯基曾经提出过的）。他们想当然地认为，当电子机器人的算法行为变得 
足够复杂时，痛苦和快乐、对美丽和幽默的鉴赏、意识和自由意志就会自然地涌现出来 
。 
  
　　有些科学哲学家（最著名者为约翰·西尔勒，他的大名鼎鼎的中文屋子的理想实验 
为彭罗斯所深入讨论）强烈地反对这种看法。对他们来说，电脑和用轮子、杠杆或任何 
传递讯号的东西运行的机械计算器并没有什么本质的不同。（人们可用滚动的弹子或通 
过管道流动的水流制造电脑。）因为电流通过导线比其他能量形式（除了光）走得更快 
，它就能比机械计算器更快地摆弄讯号，并因此能承担庞大复杂的任务。但是，一台电 
脑是否以一种比算盘更优越的方式“理解”它的所作所为呢？是的，现代电脑能以大师 
的风度下棋。它们是否比一群电脑迷曾经用积木搭成的方格游戏机（一种西方的初级游 
戏）对游戏“理解”得更好些？ 
  
　　彭罗斯的书是迄今为止对强人工智能的最猛烈的攻击。几个世纪以来，人们就一直 
反对还原主义者关于精神只不过是已知物理定律操纵的机器的宣称。但是，因为彭罗斯 
凭据从前的作者不能获知的资讯，所以他的攻击更加令人信服。从这本书可以看出，彭 
罗斯不仅是一位数学物理学家，而且是一位第一流的哲学家，他毫无畏惧地和当代哲学 
家斥之为无稽的问题进行搏斗。 
  
　　彭罗斯还不顾一小群物理学家的越来越强烈的否定，敢于认可坚定的实体主义。不 
仅宇宙是“外在的”，而且数学真理自身也有其神秘的独立性和永恒性。正如牛顿和爱 
因斯坦那样，彭罗斯对物理世界和纯粹数学的柏拉图实体极其谦恭和敬畏。杰出的数论 
学家保罗·厄多斯的口头禅是，所有最好的证明都记载在“上帝的书”上，数学家偶尔 
地被允许去瞥见一页半纸。彭罗斯相信，当一位物理学家或者数学家经历一次突然的“ 
惊喜”的洞察，这不仅是“由复杂计算作出”的某种东西，而是精神在一瞬间和客观真 
理进行了接触。他感到惊讶，莫非柏拉图世界和物理世界（物理学家已将其溶入数学之 
中）真的是合二而一？ 
  
　　彭罗斯用了不少篇幅论及以其发现者贝内特·孟德勒伯洛特命名的孟德勒伯洛特集 
的著名的类分数维结构。虽然其局部放大在统计的意义上是自相似的，它的无限地卷旋 
的模式却以不可预见的方式不断地改变。彭罗斯（和我一样）觉得，若有人不认为这一 
奇异的结构不像喜玛拉雅山那样是“外在的”，而且有待人们像探险丛林那样去勘探， 
那真是不可理喻。 
  
　　彭罗斯是数量不断增加的一伙物理学家的一员，认为当爱因斯坦说他的“小指”告 
诉他量子力学是不完备时，他并非顽冥不化或昏头昏脑。彭罗斯为了支持这一论争，把 
你指引向涵盖众多课题的旅途，诸如复数、图灵机、复杂性理论、哥德尔的不可决定性 
、相空间、希尔伯特空间、黑洞、白洞、霍金幅射、熵、头脑的结构以及许多当代研究 
的核心问题。狗和猫对其自身有“意识”吗？传递物质的机器可能在理论上把一个人好 
像在电视影集星际旅行中那样把航空员从上往下地扫描的办法从一处向另一处运送吗？ 
进化在意识的产生中发现了什么存活的价值？是否存在超越量子力学的一种水平，它为 
时间的方向以及左右之间的差别刻上烙印？量子力学的定律，也许甚至更高深的定律， 
是否对精神现象具有根本的作用？ 
  
　　彭罗斯对上述的最后两个问题的回答为“是”。他的著名的“扭量”理论--在作为 
空间--时间基础的高维复空间中运行的抽象的几何对象--因为过于专门化而不能被包括 
在此书之中。它是彭罗斯花费了超过二十年的对比量子力学的场和粒子更深刻的领域进 
行探索的努力。在他对理论的四种分类，即超等、有用、尝试和误导之中，彭罗斯谦虚 
地把扭量理论和现在激烈争论的超弦以及其他大统一方案一道归于尝试类中。 
  
　　彭罗斯从1973年起担任牛津大学的罗斯·玻勒数学教授。这个头衔对他甚为适合。 
因为W.W.罗斯·玻勒不仅是一位著名的数学家，还是一位业余魔术家。对数学游戏的强 
烈兴趣使他写下该领域的英文经典著作《数学游戏及漫笔》。彭罗斯和玻勒一样地热心 
于游戏。他在年轻时发现了一种称为《三杆》的“不可能物体”。（一个不可能物体是 
由于其自相矛盾的原因而不能存在的立体形态的图画。）他和他的父亲列奥尼，一位遗 
传学家，把三杆转变成彭罗斯楼梯，毛里兹·伊歇把它用于两幅众所周知的石版画：《 
升降》和《瀑布》之中。有一天彭罗斯躺在床上，他在“一阵热狂”之后摹想到了四维 
空间中的不可能的物体。他说，它是这样的一种东西，甚至一个四维空间的生物遇到它 
的话也会惊叫：“天哪，这是什么东西？” 
  
　　二十世纪六十年代，当他和朋友史蒂芬·霍金合作研究宇宙论时，做出了也许是他 
最著名的发现。如果相对性理论“一直下去”都是成立的，在物理学定律不再适用的每 
一黑洞里必须有一奇点。甚至这一项成就和他近年的另一项成就相比较也显得黯然失色 
，彭罗斯只用两种形状的花砖就能以伊歇镶嵌的方法把平面铺满，但是这种镶嵌只能采 
取非周期性的形式。（你们可在拙著《彭罗斯镶嵌》中见识到有关这些讨人喜欢的形状 
。）与其说他发明了它们，不如讲发现了它们，当时一点也没预料到它们有何用场。当 
人们发觉，他的镶嵌的三维形式是物质的奇异的新形态基元时，不禁大为惊奇。晶体学 
现代最活跃的研究领域便是探讨这类“准晶体”。这也是好玩的数学找到预想不到应用 
的现代富有戏剧性的事件之一。 
  
　　彭罗斯在数学和物理上的成就--我只能触及一小部分--源于他毕生对“存在”的神 
秘和美丽保持好奇之心。他的小指头告知他，人脑不仅仅是小导线和开关的集合。他的 
序言和跋中的亚当一部分是知觉生命的缓慢进化的意识曙光的象征。依我看来，他也就 
是彭罗斯--坐在离开人工智能领导者第三排的地方--敢于直言人工智能的皇帝没有穿衣 
服。彭罗斯的许多看法都富有幽默，但这件事体决不是闹着玩的 
  
　 
  
序言 
  
　 
  
　　大会堂里有一个盛大的集会，标志着新的“超子”电脑的诞生。总统波罗刚刚结束 
了他的开幕词。他很高兴：他并不很喜欢这样的场合，对电脑也是一窍不通，只知道这 
种电脑即将为他赢得很多时间。制造商们向他保证，在这种电脑的诸多功能中，它还能 
代替他为那些他觉得如此厌倦的棘手的国家问题作决策。想到花费在它上面的金钱的数 
量，这种事最好是真的。他期待着能够在他那豪华的私人高尔夫球场上享受玩上许多小 
时高尔夫球的快乐--这是在他这小国家里所剩下为数不多的一块有相当面积的绿地。 
  
　　亚当觉得置身于那些出席这一开幕典礼的人们之中不胜荣幸。他坐在第三排，两排 
前面坐着他的母亲：一个参加设计超子电脑的主要技术人员。凑巧的是，他的父亲也在 
那个场合--不过并没有得到邀请，现正在大厅后面被安全人员团团围住。在最后一分钟 
，亚当的父亲仍试图炸毁这台电脑。作为一小群灵魂意识委员会边缘活动分子的自命的 
“精神主席”，他给自己下达了这项任务。当然，他和他所带的所有炸药一下子就被各 
种电子的和化学的传感器给盯上了，对他惩罚中的一小部分就是他必须目睹这场开机运 
行的仪式。 
  
　　亚当对他的父母都没多少感情，大概这种感情对他来说也没有必要。他所有的十三 

年是在极端的物质奢华中长大的，而这又几乎全部受惠于电脑。他可以得到他所希望的 
任何东西，只要碰一下按钮即可：食物、饮料、陪伴以及娱乐；而且还有受教育，任何 
时候只要他感到需要--就会由感人的彩色图像显示来加以说明。他母亲的地位使所有这 
一切成为可能。 
  
　　现在，总设计师正在结束他的发言：“……有1017以上的逻辑单元，这比组成我们 
国家中任何人的脑子神经的数目还要多！它的智慧将是不可想象的，不过幸运的是我们 
不必去想象，我们马上就有幸亲眼看到这种智慧：我请我们伟大国家的尊敬的第一夫人 
，伊莎贝拉·波罗来转动这个开关，让我们的超子电脑开动运行！” 
  
　　总统夫人向前走去，有点儿紧张，也有点儿笨拙，不过她还是转动了开关。“嘘” 
的一声，这1017逻辑单元进入运转时有一丝难以觉察的暗淡的光，每个人都在等待，不 
知道期望什么是好。“现在有没有观众想提出第一个问题来让我们的超子电脑开始工作 
？”总设计师问道。每个人都感到羞怯，生怕在众人面前出丑--尤其是在这个新的上帝 
的面前。一片寂静。“可是必须得有一个人来提问呀？”总设计师请求大家。可是大家 
都害怕，似乎感到了一个新的全权的威慑，亚当可没有这种恐惧。他和电脑一起成长的 
，他几乎知道作为一台电脑它可能会怎样感觉。至少他自认为他可能知道，不管怎样， 
他总是好奇。亚当举起手来。“呕，好的，”总设计师说道，“第三排的这位小青年， 
你要向我们的新朋友提个问题，是吗？” 
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