阅读摘录:

诡异的著名数学悖论:缸中之脑
原创:好书都在
清华大学出版社
2018-10-07 12:50

无限的概念与哲学思想密切相关。中国古代有位哲学大师庄子 (公元前369—前286年),或称庄周,就非常善于观察周围世界中的科学现象,并提出一系列有意义的问题。庄子给“宇宙”一词的定义: “有实而无乎处者,宇也;有长而无木剽者,宙也。”可翻译为:“有实体但不静止于某处,叫做宇;有外延但无法度量,叫做宙。”显然给出了一副无限而动态的宇宙图景。

庄子不仅是著名哲学家和思想家,也是文学家。庄周善于用短小精悍又文字优美的寓言故事来表达深刻的哲理。诸如庄周梦蝶、 混沌开窍、庖丁解牛、惠施相梁、螳螂捕蝉等都是出色的例子,其中庄周梦蝶的故事(图3-4-1(a))与我们本节要介绍的悖论有关。

有一天庄子做梦,梦见自己变成了一只翩翩起舞、快乐无比的蝴蝶,梦醍之后他发现自己仍然是僵卧在床的庄子。于是庄子提出一个发人深省的疑问:我到底是蝴蝶还是庄周呢?也许我本为蝴蝶, 在梦中变成了庄周。但也可能我本为庄周,在梦中变成了蝴蝶。这两种情形哪个是真实的?继而扩展到思考生与死、物和我的微妙界限,我们真的能够区分它们吗?

仅寥寥数言,庄子的描述惟妙惟肖、妙趣横生,因而常被文学家、 哲学家们引用。后人对这个短短的故事有各种不同的诠释,甚至在现代科学中也有一个绝妙的类比。

距离庄周的时代过去2000多年之后,1981年,美国哲学家希拉里· 普特南(Hilary Putnam,1926—)写了一本书:《理性,真理和历史》,书中叙述了一个被称为“缸中之脑”的思想实验,与“庄周梦蝶”有异曲同工之妙,实验的大意如下:

从现代科学的角度,人所感知的一切都将经过神经系统传递到大脑。那么,有疯狂科学家便作如此设想:如果将一个人大脑皮层中接收到的所有信号,通过计算机和电子线路传送到另一个大脑,情形将会如何呢?这第二个大脑是放在一个装有营养液的缸中的,见图 3-4-1(b)。

让我们将这个思想实验叙述得更为具体一些。白天,一个人进行各种活动:划船、游泳、爬山、跑步、看电视、听音乐……假设科学家将这十几小时大脑神经末枘接收到(及传出去)的信号全部记录下来并储存到计算机里。当然,实际上这是一个相当复杂的过程,人脑并非只是被动地接收信号,它还需要对不同的信号进行分析处理并发出反馈信息。

但无论如何,这一切都是通过大脑自身以及神经末梢的输出输入来实现的。当然就目前而言,这只是一个“思想实验”。 夜晚到了,科学家将此人的大脑从头颅中取出,放入实验室的缸中。 缸里装有营养液以维持大脑的生理活性。同时,科学家将原来储存的白天活动的全部信息通过人造的神经末梢传递到缸中的大脑。大脑反馈发出指令,计算机按照储存的程序给予回应。如此反复循环以致实现完成自天十几小时内大脑所经历的整个活动过程。

这颗“缸中之脑”,虽然已经和原来的身休完全没有关系了,但是它却自以为有一个“形体”,它在进行跑步、游泳、划船等各种运动,感觉与白天一样。

我们进一步想象,这个过程可以每天夜以继日、曰以继夜地重复下去。也就是说,让这颗“大脑”,白天活在人的头频中,晚上“活”在实验室的缸中。

现在,疯子科学家提出一个和几千年前庄子提出的类似的问题: 因为“颅中之脑”和“缸中之脑”的体验是一模一样的,所以该大脑无法分清楚它是在缸中还是在颅中。从我们传统“实验者”的角度来看,颅中之脑认识的世界是“真实”的,缸中之脑认识的世界是虚幻的、模拟的、计算机制造出来的。然而,如果你从“大脑”的角度来思考的话:“两种情形既然一模一样,我怎么知道何时是现实,何时为虛拟呢?”

人类认识世界也是靠着我们头颅中的这颗“大脑”,所以上面的问题也可以这么问:我们大脑认识的世界是真实的吗?该不会是某个“疯子、恶魔”操纵的恶作剧吧?

或许这个问题根本没有什么意义,既然无法判断我们的大脑是 “颅中之脑”还是“缸中之脑”,即使有某个恶魔正在操纵着我们,那又何妨呢?我们照常快快乐乐地活着,早观沧海日出,晚看人间焰火,生活得开开心心,就让魔鬼尽情“操纵”好了。只要虚幻一直持续,它和真实就没有什么区别!

何为虛幻,何为真实?不由得使人联想到量子力学的哥本哈根诠释。物理学家约翰·惠勒可算是哥本哈根学派的最后一位大师, 他有一句名言:“任何一种基本量子现象只有在其被记录之后才是一种现象。”笔者当初乍一听此话觉得怪怪的,但越仔细推敲越觉得有道理。所有我们认为是客观存在的物休,山、水、太阳、月亮、房屋、 树木,都不过是来自于大脑的意识。

经典理论中,我们将人类所有正常大脑能得到的共同认识,总结抽象为“客观实体”。比如说,我们认为月亮是独立于意识而客观存在的,只不过是因为每个正常人(生物)都能看到它,航天员甚至还曾经站在它的表面挥动国旗。但是,务必提醒大家注意:这一切仍然难以“证明’’月亮独立于意识而存在,因为“实际”仍然来自于意识,正如缸中之脑不能证明它体会到的 “外部世界”的真实存在性一样。

但无论如何,尽管无法证明,人类仍然可以将这些日常生活中能得到的“共同”休验称之为“客观存在”。因为它们是每个人(包括动物)的感官都能感觉到的东西。不过,人类总是会犯一个同样的错误:常常希望把自己在常识范围内总结的东西加以推广,推广到与他们的日常经验相违背、难以理解的领域,比如说极小的微观世界和极大的宇宙范围。人们往往会错误地以为被他们称为“客观存在”的东西在那些领域也“真的”客观存在,并且存在的形式也都“应该”是他们见过的模样。

但实际上,到了极其微小的量子世界,大多数人的感觉器官无法 “感觉到”那些量子现象了,只有少数从事量子研究的物理学家们,从 实验和理论中(最终也是来源于意识的)得出了一些与我们日常生活经验相悖的规律。但人们却仍然希望用他们的日常经验来“理解”和 “诠释”这些现象,建立符合他们所能感受到的经验的理论。然而,对尺度完全不同的量子世界,这个要求难以实现,对极大的宇宙范围的研究也会有类似的问题。

我们人类是否永远不能越过自身的认知条件而最终无法妄言理解了“客观世界”?即使存在一个“客观世界”,这个客观世界的样貌在不同的尺度中也将有不同的可能性。“大脑”分不淸自己是在缸中还是在颅中。看看上面这幅埃舍尔的画中的青年,他也分不淸自己是在“画廊里”,还是在自己正在欣赏的“图画中”。

文:张天蓉
图源:网络
版权归原作者所有
编辑:祈蕊

从“十三五”到“十四五”,GE航空集团助飞中国迈向新时代

“十三五”时期,是中国民航安全纪录保持最好、民航发展增量最大的五年。在这五年中,全球最大的飞机发动机制造商GE航空集团一如既往地伴随中国民航共同健康成长、飞速发展。在这五年中,GE航空在华的装机量和新款发动机受欢迎度都创下新高,在国产民机项目、维修网络建设、航空数字化以及民航人才建设等方面,也都与中国民航携手共进、风雨同担;展望未来五年,GE航空将继续助飞中国,为中国民航从单一的航空运输强国向多领域民航强国的“转段进阶”作出贡献。

“十三五”助飞中国写华章

2020年10月,GE的合资企业CFM国际公司(GE与赛峰飞机发动机公司50/50的平股合资公司)的新一代窄体机发动机LEAP-1A在大中华区的累计飞行小时数突破100万。而到2020年底,该数字已迅速接近130万小时。这是一款进入中国市场只有两年多的新型号发动机,自搭载LEAP-1A发动机的空客A320neo于2018年6月交付浙江长龙航空公司投入运营以来,LEAP-1A在华机队规模不断扩大,目前已有190余架以LEAP-1A为动力的空客A320neo交付给大中华区的9家航空公司,并一直保持着零空停的可靠纪录。

作为CFM56发动机的完美继任者,LEAP发动机沿袭了CFM一贯的高可靠性,并且结合了GE及CFM公司最先进的技术。与前一代产品相比,LEAP发动机的燃油效率提高了15%,碳排放降低了15%,同时还显著缩小了它所驱动的飞机的噪音影响范围。

GE中国总裁兼首席执行官、GE航空集团大中华区总裁向伟明表示:“即使在2020年全球民航受疫情重创的特殊情况下,依然有超过60架搭载LEAP-1A发动机的A320neo交付给中国客户。LEAP-1A能在短时间内取得如此成绩,得益于客户对CFM国际公司长久的信任和对LEAP发动机的认可。我们也将不负所托,继续扎根中国,用可靠的产品和专业的服务,为中国民航业的发展贡献力量,创造价值。”

中国民航旅客运输量已经连续15年稳居世界第二。前不久召开的2021年全国民航工作会议公布,“十三五期间,全行业实现运输航空安全飞行10周年,创造了持续安全飞行‘120+4’个月、8943万小时的新纪录”“十三五末,我国民航机队规模达6747架”“中国民航航班正常率连续三年超80%”……辉煌成就的背后,既离不开每一个民航人的倾情奉献,也离不开每一台发动机的高效运转。

向伟明表示:“在过去的五年间,GE与CFM在中国民航的装机量从2016年初的4400台,达到2020年末的6400余台,另外还有约4000台的待交付订单。GE和CFM是全球唯一覆盖窄体机和宽体机的发动机制造商。从支线飞机发动机CF34,到窄体机发动机CFM56和LEAP,再到宽体机发动机GE90和GEnx,GE旗下各主力型号民用发动机在中国都有众多用户。”

GE航空集团在华的60多家航空公司客户中就有不少“十三五”期间新开航的航空公司。他们中有些甚至运营着百分之百的GE和CFM机队。比如2015年底开航的多彩贵州航空公司;2016年初首航的江西航空;2018年开航的天骄航空和去年刚刚首航的一二三航空。

除了不断增长的订单和新机交付,GE航空也依托“十三五”期间中国民航业的综合发展,大力推进售后网络、培训、工程和本土采购等方面的能力建设,真正与中国民航形成了全面的合作关系。

在“十三五”期间,GE通过合资、授权等多种方式,持续建设开放式的维修网络。其维修网络中的7家发动机大修厂,可以满足在华运营的主要发动机型号的本地维修需求。2018年,CFM与国航的合资企业四川国际航空发动机维修有限公司(SSAMC)扩建,年修理能力扩展到300台,将成为具有全球竞争力的航空发动机维修基地。

GE航空集团还积极与中国民航携手拥抱数字化浪潮,提供有关飞行安全、飞行管理、机队支持等领域的数字化解决方案,助力智慧民航的进程。在人才建设方面,GE在过去五年中,为来自民航局,各航空公司和航空工业的共计6000余人次提供了技术、管理和机务维修等线下培训课程,而各类线上课程的参与人员更是不计其数。2019年,GE的合资机构——广汉航空发动机维修中心正式启动LEAP发动机在华培训项目,成为了全球规模领先的LEAP发动机培训中心。这所成立了26年,培养无数航空发动机机务维修人员的机构,正是GE源源不断地为中国民航业输送专业人才的一个缩影。

2020并肩战“疫”迎复苏

2020年,GE始终与中国民航携手战“疫”。从年初的护送医疗团队、物资驰援湖北,支持复工复产,接回滞留海外的同胞,护送医护人员返程,海外援助等到如今的疫情防护常态化,每次飞行的背后,GE航空都默默坚守在后方,为搭载了GE/CFM发动机的飞机安全平稳地运行保驾护航,为民航正常运转提供了强大的后援保障。

“十三五”的收官年,经历了新冠肺炎疫情的大考。而中国民航却在全球率先触底反弹,成为了全球恢复最快、运行最好的航空市场。

2020年11月5日~10日,第三届中国国际进口博览会(以下简称“进博会”)在上海举办。这是在疫情防控常态化条件下,我国举办的规模最大、参展国别最多、线上线下结合的国际经贸盛会。GE以“开创工业之未来”为主题连续第三年参展,展示了在航空、能源、医疗和工业数字化等关键领域的创新技术和解决方案。第三届进博会上,GE和CFM还与东方航空、浙江长龙航空和珠海摩天宇航空发动机维修有限公司签署了多项协议。

向伟明说:“进博会为GE与合作伙伴提供了一个开放的平台,为我们在中国市场的发展带来了更多机遇。中国是GE重要的战略市场,2020年,突如其来的新冠肺炎疫情令全球航空业深受重创,而中国民航业领先于全球的复苏速度让我们对这一市场的未来发展更加充满信心。”

2020年6月28日,中国商用飞机有限责任公司(以下简称中国商飞公司)向中国国际航空集团有限公司、中国东方航空集团有限公司、中国南方航空集团有限公司分别交付了1架以GE航空集团CF34发动机为动力的ARJ21飞机。

ARJ21飞机正式入编三大航也意味着国际主流航空公司对ARJ21飞机和CF34发动机的认可,该型号发动机具有高可靠性、易于维护、出色的燃油经济性和环保等优势,并完美地适用于ARJ21飞机的设计要求,满足中国不同地域复杂多变的环境需求。

“十三五”期间,第一架以CF34-10A为动力的ARJ21飞机交付成都航空,并于2016年6月28日首航,正式开启了ARJ21飞机商业运营征程。作为中国商飞公司重要的战略合作伙伴,自2002年以来,GE航空集团在设计、生产、试飞、交付、运行上全方位支持国产支线客机ARJ21项目。如今,ARJ21飞机已进入了交付的快车道,在2020年的疫情挑战之下,GE全力支持中国商飞公司将24架ARJ21如期交付8家航空公司。

在C919国产大飞机项目上,CFM专门设计了领先的集成推进系统,其中包括LEAP-1C发动机以及由奈赛公司(Nexcelle)开发的短舱和反推装置。

GE与航空工业的合资公司——昂际航电则为C919配备了综合模块化航电系统。GE和CFM投入了大量技术、试飞和现场支持团队,全方位支持C919开展动力系统总装、试飞取证测试等各项工作。“十三五”期间,C919首架客机于2017年5月5日成功首飞,轰动全球。目前,C919大型客机的六架试飞飞机正在进行“六机四地”的紧张试飞工作。1月22日,民航上海审定中心完成对C919飞机的首次局方审定试飞。

2020年10月22日,中国商飞供应商大会在上海召开,GE航空和CFM分别被授予“优秀客服奖”和“优秀现场支持奖”。

为民航强国“转段进阶”谋新篇
“十四五”时期,是我国乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年,对于民航来说,也是从单一的航空运输强国向多领域民航强国“转段进阶”的起步阶段。据预测,到“十四五”末,我国民航运输规模将再上一个新台阶,接近甚至有可能超过美国成为全球第一。

“国际航空业内普遍认为,未来20年中国市场还需要7000架~8000架飞机。而在此次疫情发生期间,除了中国外,全球很少还有航空公司在接收新飞机。”向伟明表示:“展望‘十四五’,我们将始终以为客户价值为导向,进一步加强安全运营、提高效率,凭借GE航空的卓越产品、全面服务和强大的维修网络,为中国民航从民航大国走向民航强国贡献力量。”

今年是“十四五”开局之年,是我国现代化建设进程中具有特殊重要性的一年,是推进行业恢复发展的关键一年。GE航空方面也认为,2021年是一个依托国内大循环,加强支线客机运营的好时机,ARJ21支线飞机在此中将会发挥更大的作用、拥有更广阔的发展前景。2021年,GE航空会继续扩大与中国民航在发动机、维修服务、航材等领域的合作,借助中国民航的恢复态势,拓宽其自身业务领域;一如既往地全力支持ARJ21的交付上升和C919高强度的试飞工作,确保大飞机能按期取证,积极竞标宽体机CR929项目;配合民航局和航空公司,为波音737MAX的复飞作好充分的准备,确保复飞和恢复交付的平稳执行;持续建设本土维修能力。

未来,GE作为行业先锋还将继续履行其社会责任,为全球实现低碳目标贡献力量。GE航空将大力投入环保和可持续发展,助力中国打赢“蓝天保卫战”。GE已提前完成了所设定的2020年温室气体减排目标,同时承诺将于2030年实现碳中和。在过去的几十年间,GE推出了各类创新技术,涵盖发动机结构,空气动力学设计以及制造材料,帮助民航每位乘客的碳排放较1990年减少了50%。GE及其合作伙伴正在研发新的具有颠覆性的设计,未来将不断提高发动机燃油效率,并通过GE的数字工具帮助航空公司提高运营效率。
(《中国民航报》、中国民航网 记者柏蓓)

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