01狭义相对论

阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955）于1905年发表了狭义相对论，正如这个名字所体现的，这个理论并不是广泛适用于所有场合的，而是仅仅适用于某些特定情况。1916年，爱因斯坦发表了广义相对论，同样如其名称所体现的，这个理论可以广泛适用于各种情况，并不局限于（更为简单的）狭义相对论所要求的情况。

绝对空间和绝对时间

值得一提的是，绝对空间和绝对时间有时被用于多少有些不同的语境，也就是用来代表通常被称为空间和时间的实体论主义观点和关系论主义观点。

不管在哪里、对谁来说，时间的流逝都是相等的，是对绝对时间概念的一种表述。这个概念的关键点是时间就是时间，也就是对任何人、在任何地点，时间的流逝都是绝对的、相等的。

与绝对空间概念所面临的情况相同，绝对时间概念也因为相对论的出现而遭遇挑战。

狭义相对论概述

光速恒定原则：在真空中，光速的测量值总是相同的。

重申一下，光速恒定原则是狭义相对论赖以为基础的基本原则之一。

另一个原则通常被称为相对性原则（小心，不要把相对性原则与相对论相混淆）。粗略地说，相对性原则表述如下：

相对性原则（粗略版）：不存在一个优先视角来判定谁在运动而谁是静止的。

相对性原则（更严谨的版本）：如果两个观察者在两个完全相同的实验室里，只是两个实验室相对于彼此在进行匀速直线运动（也就是既不加速也不减速），如果此时两个实验室里正在进行完全相同的实验，那么两个实验的结果将完全相同。

在发表于1905年的论文《论动体的电动力学》中，爱因斯坦首次提出了现在所说的“狭义相对论”。论文中，他提出了相对性原则和光速恒定原则，并把它们假定为前提条件，也就是说，爱因斯坦实际上假设这些原则是确定存在的条件，并证明了在这两个原则基础之上有一个完整的理论（狭义相对论）。随后，爱因斯坦证明了，这个新的理论可以用于解释当麦克斯韦电磁理论（我们在前一章进行了讨论）应用到运动物体时出现的某些问题。（这也就是为什么论文标题的焦点在于动体的电动力学，而没有提及任何新的相对性理论。）

尽管在爱因斯坦最初的论文中，相对性原则和光速恒定原则都被当作是假定的前提条件，但它们其实都相当合理。

如果我们接受了相对性原则，那么当我们谈到运动时，必须把它理解为相对运动，也就是说，运动都是相对于某个视角的。这一点很重要，必须一直记在脑中，要说某人或某个物体在运动并没有问题，但这不能理解为绝对运动，而应该是相对运动，也就是从某一个视角来看的运动。

简单回顾一下：狭义相对论的基础是光速恒定原则和相对性原则。同时，光速恒定原则和相对性原则似乎都是非常合理的原则。

然而，要接受光速恒定原则和相对性原则，同时必须接受的是，对运动中的物体来说，空间和时间会发生一些让人惊讶的变化。

（1）时间膨胀 对运动的人和物体来说，时间流逝变得更慢。具体来说，在运动时，时间流逝按以下比率变慢：

这个方程式被称为洛伦兹-菲茨杰拉德方程式。

（2）长度收缩 对运动的人和物体来说，长度会缩短。具体来说，在运动时，长度按以下比率缩短：

（3）同时性的相对性从一个正在运动的视角看来同时发生的事件，如果从一个静止的视角来看就不是同时发生的。

值得指出的一点是，只有在运动方向上的距离才会按照上述比率缩短。

如果光速恒定原则和相对性原则是正确的，运动的物体就会出现奇怪的现象——长度缩短，时间流逝变慢，从一个视角来看同步发生的事件从另一个视角来看就不是同步的了。

不可抗拒的为什么

狭义相对论自相矛盾

据我所知，解释这一点最好的方法，就是大卫·莫明在其著作《狭义相对论中的空间和时间》中所使用的方法。

时空、不变量以及研究相对论的几何学方法

在爱因斯坦发表狭义相对论后不久，他早年的一位数学老师，赫尔曼·闵可夫斯基（1864-1909）发现了所谓的时空间隔是狭义相对论的一个不变量属性。

理解时空间隔将使我们在一定程度上了解与相对论有关的一个核心概念，也就是时空的概念，也会让我们理解变量和不变量性质。同时，这也可以让我们简要了解另一种常见的研究相对论的方法，也就是几何学方法。

但是如果认为所有属性都是相对的，那就大错特错了。

这个概念只是一种把一个点在空间和时间中位置同时呈现出来的方式。像我们刚刚在前面所描述的，其中除了时间，只有一个空间维度，这就是一个二维时空。

从某个意义上说，时空间隔是事件之间的某种距离。不是两个事件在空间上相隔的距离，也不是在时间上的间隔，而是运用一种同时涉及空间和时间的测量方法后得出的两个事件间的间隔。根据相对论，时空间隔是一个不变量属性。

然而，有一系列直接明了的方程式，被称为“洛伦兹变换”，可以让我们把一个静止时空坐标系中的坐标转换成运动的时空坐标系中的坐标。

所以，尽管相同事件在不同坐标系中的空间间隔和时间间隔会发生变化，但它们的时空间隔不会发生变化。重申一下，这也就是说，时空间隔在相对论中是一个不变量属性。

作为这一节的最后一点，值得一提的是，这种“几何学”方法，也就是认为所有的点都是在相对于彼此进行运动的四维时空坐标系中的点，并使用洛伦兹变换将一个坐标系中的点转换到另一个坐标系中，是研究相对论的一个常用方法。这种几何学方法为解释与相对论相关的命题提供了一种便利的做法，可以满足多种不同目的的需求。当然，通过这种几何学方法，你同样也会发现我们在本章前面讨论过的那些相对论的效果，也就是时间膨胀、空间压缩以及同时性的相对性。

02广义相对论

基本原理

广义相对论同样以两个基本原则为基础，通常被称为广义协变性原理和等效原理，这对广义相对论来说具有重要的意义。广义协变性原理通常概括表述为：在任何参考系中，物理定律都是相同的。

仅涉及匀速直线运动的参考系被称为“惯性参考系”（或简称为“惯性系”）。利用惯性参考系的概念，相对性原则可以更简明地表述为，在所有惯性参考系中，相同的实验可以得到相同的结果，或者换个说法，也就是物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。确实，相对性原则常常表述如此。

相对性原则从本质上是说物理定律在所有惯性参考系中都是相同的，而广义协变性原理所表述的则是在所有参考系中，物理定律都是相同的，不管这些参考系相对于彼此在进行怎样的运动。这恰恰就是广义相对论被认为是一个广义理论的原因。狭义相对论适用于某些满足了某种特定条件的特殊情况，也就是与惯性参考系有关的情况，而广义相对论则突破了这个限制，可以适用于所有参考系。

等效原理表述为：加速度产生的效果和重力产生的效果是无法进行区分的。

爱因斯坦场方程和广义相对论的预言

两个基本原则所需的数学描述是花费了大量时间才推导出来的。而且与狭义相对论的方程式不同，广义相对论的方程式本身也都相当复杂。

水星近日点应该每年都有进动，而爱因斯坦利用广义相对论所预言的进动量恰好就是人们实际观察到的水星近日点移动量。

远离强引力场的光线，其波长应该会向光谱的红色端偏移。这个效果被称为引力红移。

在广义相对论中，运动对空间和时间也会有类似影响。举个例子，当存在一个强引力场时（或者换个等价的说法，就是在一个正在加速的参考系中），时间流逝会变慢。重点是，与狭义相对论不同，从某个意义上说，这些效果不是对称的。

磁力场线

现在，请注意这个示意图的一个重要特点，也就是磁力场线代表的是存在于在空间中，可能也存在于时间中的力。也就是说，磁力场线表明，比如，在磁石附近的一个特定空间内，铁屑将受到某种磁力作用，而且可能会以一种特定方式在空间和时间中运动。简言之，空间和时间通常是这些磁力场线的背景，或者换句话说，这些磁力场线似乎是存在于空间和时间中的。

广义相对论中的典型磁力场线图

图中的磁力场线所代表的并不是存在于空间和时间中的一个磁场；相反，这些磁力场线所代表的是时空曲率本身。

在这样的示意图中，如果一个物体沿“切片”表面运动，两点之间的最短路线将是一条曲线（这样一条最短路线被称为测地线）。由于光线会沿最短路线传播，因此，当经过像太阳这样的大质量物体时，光线应该会沿一条看起来弯曲的路线传播。

哲学反思：广义相对论和重力

说对重力的解释是与广义相对论紧密相连的一个命题可能有点轻描淡写，因为对广义相对论通常的解读是，它从根本上说就是一个关于重力的理论。

在广义相对论中，像火星和太阳这样的物体之间不存在吸引“力”。事实上，火星只是沿直线运动，但是由于时空曲率，这条直线变成了围绕太阳的一个椭圆形。

火星围绕太阳沿椭圆轨道运转并不是火星与太阳之间相互的吸引力或者说万有引力的结果。相反，与其他运动的物体一样，火星沿直线运动。在广义相对论中，像火星和太阳这样的物体之间不存在吸引“力”。事实上，火星只是沿直线运动，但是由于时空曲率，这条直线变成了围绕太阳的一个椭圆形。

如果我们用现实主义态度来对待广义相对论，实际上就等于让我们不得不用工具主义态度来对待牛顿世界观中重力的概念。也就是说，如果物体落向地球或行星围绕太阳沿椭圆轨道运行，都是时空曲率的结果，而不是物体之间任何吸引力作用的结果，那么说重力是一种吸引力最多就是一个为了方便讨论但字面上并不正确的说法。

03量子理论的经验事实、数学方法和诠释概述

我们的策略是，首先解释三个相关命题之间的一个关键性区别，这三个命题分别是①涉及“量子实体”的经验事实，②量子理论本身，也就是量子理论的数学核心，以及③与诠释量子理论有关的命题。

事实、理论和诠释

值得指出的是，对于什么物体可以被精确归为量子实体，我故意保持了模糊。前面提到过的实体，也就是包括电子和质子在内的亚原子粒子和光子及与放射性衰变有关的粒子，都很明确是量子实体。

量子理论的核心数学部分发现于20世纪20年代末期，它与其他物理学分支中的数学差不多。。量子理论数学在过去70年中几乎从来没有发生过变化，也没有做出过不正确的预言。在预言和解释方面，量子理论可以说是我们所遇到过的最成功的理论了。

对量子理论的多种不同诠释，其核心都围绕一个问题，那就是“什么样的事实可以同时与量子事实和量子理论本身保持一致”。

如果实验中有对量子实体的探测或测量，那么被探测到的似乎是粒子，也就是说，量子实体在被探测的时候似乎是粒子。但是在没有探测或测量时，量子实体的行为模式似乎表明它们是波。

量子理论实际上是一种“波”数学，应与“粒子”数学相区别。在物理学中，我们发现有“粒子”数学和“波”数学。说粒子数学和波数学，我所指的是两种数学，一种是在涉及离散式物体（粒子）时所使用的，另一种是在涉及波的情形时所使用的。

如果量子理论数学是一种常见的波数学，那为什么我们经常听说量子理论是一个很不寻常的理论呢？

量子理论数学给出的通常是概率性预言，而不是确定的预言。简言之，物理学其他分支所给出的预言通常是确定的（“将在这个方向探测到保龄球”），而量子理论所进行的预言通常都是概率性的（“在这个位置探测到电子的概率是多少”）。

主要差异是关于对数学的诠释。物理学中使用的数学实际上只是数学。因此，数学与这个世界没有必然或内在固有的联系。

我们通常不会发现，使用数学来对这个世界进行预言需要我们把数学诠释成关于这个世界的数学。然而，事实上，我们把数学与这个世界“进行关联”的方式并不是数学内在固有的属性，而是我们对数学的一种诠释。

这正是量子理论数学的主要不同之处，也就是，对如何把量子理论涉及的数学与这个世界联系起来，并不存在共识。

量子理论数学所展示的现实非常怪异，这也就是为什么人们常会听说量子理论是一个非常奇怪的理论。

首先是一个相当不起眼的事实，你可能从来都没认真思考过这个事实，那就是波以群组的形式出现。

尽管清晰解释有关波数学的这些事实与量子理论之间的关联要花费很多功夫，但我们可以进行简略探讨。以下就是最简略的一个总结：

（1）一个量子系统的状态由某个特定的波数学群组所代表，通常其被称为这个系统的波函数。

（2）对一个量子系统可能进行的每一种测量都与某个特定的波群组相关联。

（3）对一个量子系统进行测量时，在（与这个测量相关的）波群组中找到可以组合在一起产生这个量子系统波函数的那些成员，就可以得出有关测量结果的预言。

状态随时间的演变: 在量子理论中，一个系统随时间的演变，可以用薛定谔方程来预言。

具体来说，量子理论数学，就像（1）（2）和（3）所概括的，使我们可以预言在某个特定时间进行的测量结果，而通过薛定谔方程，我们可以预言系统在未来将处于怎样的状态。

薛定谔的猫 : 一个思想实验, 让我们想象，在一个密封的盒子里有一只猫，同时还有一个微弱的放射源。具体来说，这个放射源在一小时内，释放出一粒放射性粒子的概率是50%。如果放射源释放了一粒放射性粒子，这个粒子将会触发一个探测器，而这个探测器在触发之后会打开一小瓶毒药，这种毒药可以毒死盒子里的猫。薛定谔的目的是把微观层面的古怪之处与宏观层面的事件联系起来。同时，薛定谔也试图提出一个论据来反驳对量子理论的一种特定诠释

现在态叠加似乎涉及这样两个状态：一个是猫死了，另一个是猫安然无恙。换句话说，如果我们想知道盒子里面到底发生了什么，量子理论似乎表达的是猫处于死猫和活猫两个态相叠加的状态。

薛定谔试图表明，量子理论数学一定是缺了些什么。他认为“猫不能处于一种生死叠加的状态”是一个基本事实，因此量子理论数学肯定是忽略了某些因素。

隐变量诠释：量子理论没有抓住现实真正的样子，就如前面所描述的，因此需要在理论中加入某些因素（也就是所谓的隐变量），从而使其更好地与我们对现实的直觉保持一致。

与隐变量诠释形成对比的是通常所说的标准诠释，或者哥本哈根诠释。

与隐变量诠释不同，各种标准诠释的支持者都认为量子理论是一个完整的理论，不需要“隐变量”，也不需要增加其他内容。然而事实上，即使是这些支持者，也在前面所描述的数学基础上加入了至少一个因素。总的来说，这些支持者所加入的因素就是通常所说的投影假设。

投影假设控制的是通常所说的波函数的坍缩或衰减。

标准诠释的支持者并不是否认现实的存在。也就是说，存在一个现实，存在量子实体，有一粒电子就在“那里”。然而，那粒电子，以及其他量子实体，在被测量之前，并不具有确定的属性。

总的来说，对于“什么算是量子实体”和“什么算是测量”，并不存在唯一且毫无争议的答案。根据如何回答这些问题，你可以得到标准诠释的不同版本。由于所有标准诠释的变形版本都认为从某种意义上说，现实依赖于测量，我将用“现实依赖于测量”来命名这些变形版本，并把它们分为温和、适度和激进三个等级。

隐变量诠释的基本观点是，到目前为止我们所探讨的数学组成了一个不完整的理论。用爱因斯坦的话来说，这个数学漏掉的是“现实因素”。根据这个诠释，需要做的是对我们到目前为止所讨论的理论进行补充，补充进来的内容就是“隐变量”，也就是说，隐变量是一些额外因素，可以填补现有量子理论已被发现的不完整之处。隐变量理论有两种主要版本。

1. 爱因斯坦实在论

2. 玻姆实在论

爱因斯坦认为，量子实体在测量之前肯定具有确定的属性。

多世界诠释既不是标准诠释的一个变形版本，也不是隐变量诠释的变形版本。

多世界诠释所展示的图景就像是一个不断发出新枝的大树，其中每一根树枝都代表了庞大的态叠加中的一个态。每当一个量子实体进入了可以造成态叠加的情境中时，就会发出一根新枝。由于这种情境经常发生，因此这棵树在以非常惊人的速度发出新枝。

04量子理论与定域性：EPR、贝尔定理和阿斯派克特实验

在这一章中，我们的主要目标是：①理解这些关于量子理论的新近实验，通常认为这些实验会对我们看待现实的观点产生影响；②分析前面所说的这些影响。具体来说，我们将详细探讨“这些新近实验表明任何关于现实的‘定域’观点肯定都是错误的”说法。

正如前面提到过的，某些新近的量子事实把任何关于现实的“定域”观点都排除在外了。也就是说，新近的量子事实很可能只有通过非定域性现实才能产生。

要理解这些新的事实，最简单的方法是研究我所说的“EPR/贝尔/阿斯派克特三部曲”。这个三部曲包括EPR思想实验，这是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在发表于1935年的一篇论文中共同提出的；通常所说的贝尔定理或贝尔不等式，由约翰·贝尔于1964年进行了验证；以及阿莱恩·阿斯派克特实验室自20世纪70年代中期到20世纪80年代早期所进行的一系列实验，其中最重要的一系列实验进行于20世纪80年代早期。

EPR思想实验

我们的主要关注点是光子的“极化”。在这个讨论中，你不需要知道什么是极化。这很好，因为无论如何，并没有人知道极化到底是什么。对于我们的讨论来说，你只需要知道极化是光子的一个属性（这大概就像是说橙色是南瓜的一个属性一样），以及极化探测器可以探测到极化属性。

爱因斯坦、波多尔斯基和罗森试图让我们相信量子理论是不完整的，也就是说，存在量子理论没有包含的“现实因素”（这也是EPR论文中出现的术语）。

爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的论证如下：

（1）光子一定是先具有一个确定的极化，然后才被测量为具有这个极化属性。

但是

（2）量子理论所表达的，并不是两粒光子在被测量为具有某个极化属性前就已经确定具有了这个极化属性。

要理解论述（1）的论据，我们需要理解通常所说的定域性假设。

定域性假设（粗略版）：发生在一个地点的事件不能对发生在另一地点的事件产生影响，除非两个地点之间存在某种联系或通信。

过程：要么定域性假设是错误的，要么就是量子理论是不完整的理论。然而（EPR实验继续论证）认知正常的人都不会放弃定域性假设，因此（EPR实验得出结论）量子理论肯定是不完整的理论。

贝尔定理

请注意，实际进行EPR思想实验其实并没有什么意义，因为其核心命题是光子在被探测前是否具有极化属性，实际进行实验只能让我们看到光子在被探测到时的极化属性，而不是在那之前的。

贝尔的成果通常被称为贝尔定理或贝尔不等式。正如这个名字所透露的，贝尔的成果实际上是一个数学验证。

把两个探测器都设置到中间位置，向它们发射出一对孪生光子，结果是探测器探测到的每一对光子都将是同为上极化或同为下极化。除此之外，这个结果也恰恰是量子理论所预言的。

贝尔表明量子理论和定域性假设彼此不能保持一致。两者不能同时正确。

阿斯派克特实验

阿斯派克特实验结果有力表明了定域性假设是错误的。

定域性、非定域性和幽灵般的超距作用

只有在两个事件发生的时间间隔至少能够让光从一个事件运动到另一个事件时，两个事件之间才能产生联系。

爱因斯坦定域性：发生在一个地点的事件无法影响发生在超距处的另一个事件。

因果定域性：发生在一个地点的事件不能对发生在超距处的另一个事件产生因果影响。

信息定域性：发生在一个地点的事件，不能用来向一个在远处的地点传递信息。

总的来说，似乎没有办法利用EPR/贝尔/阿斯派克特实验设置的影响来向一个超距地点传递信息。因此，与其乍看起来相反，贝尔/阿斯派克特实验并没能让我们有理由认为信息定域性是不正确的。

05演化论概述

从某个意义上说，接下来两章与前几章相比要简单得多，因为至少概括来说，演化论远比相对论和量子理论容易理解。但从另一个意义上来说，这两章难度更大。其中第一个难点在于，在演化论最基础的一些方面，存在着极为普遍而且根深蒂固的严重误解。替换这些根深蒂固而又广泛传播的误解将会非常困难。第二个难点在于，很多人认为演化论的一些推论很难接受。

演化论基本内容概述

“演化”的意思就是随时间发生变化。为了简化讨论，我提到演化时，指的就是随时间发生的变化，并且背后真正的含义就是种群的连续代际中的变化。

演化论的基本内容

演化并不是生物有机体所特有的。群体和代际通常是用在生物学语境中的术语，但并不是只能用在这里。简言之，不需要把演化当作是只适用于生物群体的概念。

要寻找对这一类产品在一段时间内所经历变化的概括性解释，我们必须明确两个基本特性，也就是：

（1）（可以传递给后代的）变化，以及

（2）生存竞争（这将影响什么样的变化可以在后代上继续存在）。

与前面提到的产品一样，生物有机体也面临生存竞争，如果某个变化能够增强有机体在其所处环境中的生存和繁殖能力，那么这个变化在这种有机体后代上得以保存和表达的概率就会更高。

澄清几点：演化论是什么、不是什么

具体来说，存在一个广为传播的错误观念，那就是认为演化是一个目标导向的过程，也就是说，演化论所展示的变化都是为达到某个目标而发生的变化。第二个关于演化论深入人心的困惑与概率所扮演的角色有关。

这些误解包括，“演化‘只是一个理论’”的普遍看法，以及“根据演化论，人类从猩猩演化而来”的想法。

目的论：也许关于演化论最广为传播且最具误导性的错误概念是：某些特性，比如智力、语言、工具的使用等，是“更高等”或“更好”的特性，因此演化过程将会产生具有这些特性的生物有机体。举个例子，思考一下这个不是很常见的问题：如果演化论是正确的，那么为什么其他动物没有发展出人类所具有的那种智力呢？为什么其他动物没有发展出语言或使用复杂工具及直立行走的能力呢？

简言之，并不是演化过程是以产生任何特定类型的特点为目标，而是从这个过程中留下来的特点刚好使生物体得以生存和繁殖。演化过程并不是一个目标导向的过程，也就是说，并不是任何实际意义上的认识论的过程。

那么为什么其他有机体没有发展出人类所具有的那种特点。正如前面提到过而我希望目前已经解释清楚的，只有当你认为“人类的特点无论如何都比其他特点更好，而且这些特点无论如何都会是演化过程中为数众多的有机体所选择的特点”时，前面的这个问题才有意义。然而你心里的这个前提是很难让人理解的。简言之，演化不是一个目标为导向的、认识论的过程。

概率：另一个关于演化论的常见错误概念涉及概率所扮演的角色。演化是一个概率与选择共同发挥作用的过程。

弦理论是物理学中相对较新的一个主张，而且像其他理论一样，设计这个理论是为了解释特定的一些数据。值得注意的是，由于没有直接的实验数据支撑，弦理论在很大程度上是推测，因此，即使是这一理论的主要支持者，也承认至少在现有技术条件下，很难想象能有哪种实验设计可以把弦理论的核心观点付诸实践。

然而，这个理论恰好说明了“理论”这个词在科学中的一个常见用法，也就是用来指代对数据的一种解释，这种解释目前可能是猜测，还没有得到经验的证实或不证实。简言之，在这个语境里，“理论”这个词用来指代一种有趣的想法，但同时这个想法在很大程度上说是猜测，而且还未经经验证实。

具体到演化论上，这里的“理论”是“理论”这个词的第二种用法，而不是第一种用法。也就是说，这个词在这里的用法与我们谈到相对论时对它的用法相同。因此，把演化论描述成“只是一个理论”是一种误导。相比之下，支持演化论的经验证据的力度非同一般；事实上，演化论的经验支撑几乎可以算是现代科学所有观点中最强的。

需要注意的第一点是，人类并不是从现存的任何一种类人猿演化而来的。简言之，正确的观点不是我们从现代类人猿演化而来，而是现代人类与现代类人猿拥有共同的祖先。

达尔文和华莱士的研究工作

达尔文和华莱士的核心观点并不完全是前所未有的，达尔文的祖父伊拉斯谟斯·达尔文曾（多少有些含糊地）通过他所发表的部分诗作来表达观点，而不是任何形式的科学出版物来暗示过与前面所讨论的核心内容相似的想法。帕特里克·马修的造船木料专家在一本介绍海军用最佳木料选择的专著中同样曾明确表达了与前面的（1）和（2）相当相似的原理。

1. 达尔文观点的发展: 在19世纪30年代晚期，达尔文阅读了托马斯·马尔萨斯（1766—1834）所著题为《人口论》的著作，这有助于他认识到基本内容（2）。马尔萨斯观点的核心部分是一个观察结果,即：植物和包括人类在内的动物通常繁殖出的后代都会超过环境所能承载的数量。

只要时间足够长，（1）和（2）带来的变化经过缓慢累积就可以使生物体发生巨大变化，大到产生一个足以被列为新物种的有机体种群。这个过程就是达尔文后来所命名的“自然选择”。

简言之，当达尔文最终打算发布自己的重大发现时，他已经可以拿出大量数据来支撑他的观点，也正是这些数量众多的支持数据使达尔文与众不同。其他人可能也有类似于（1）和（2）中所总结的关键观点，但是达尔文不仅有这些核心观点，还有支持这些观点的数据。

2. 华莱士观点的发展 : 根据华莱士/达尔文的观点，关于物种的标准观点是完全错误的，物种并没有一套确定的基本核心特点。相比之下，一个种群的个体可以无限变化

在达尔文一些朋友的安排下，华莱士的论文和达尔文1844年的手稿以及新准备的一篇观点总述，共同在一个伦敦科学协会即将召开的会议上发表。1858年的这次发表是演化论核心观点首次公布于众。

要清楚地表述一个理论是一回事，就像华莱士通过1858年的20页论文所做的，而解释论证一个理论并提出令人信服的论据则是另一回事了，但这正是达尔文所做的。

然而，达尔文和华莱士关于“自然选择是演化发生的主要机制”的观点，一直到20世纪头几十年都没有得到广泛认可，这可能让人感到意外。

在20世纪之前，存在几种关于遗传的观点，其中两种特别值得一提。第一种可以被称为融合遗传观点，第二种通常被称为关于遗传的拉马克主义观点。

拉马克观点中的一部分是关于后天习得特性的遗传。其核心观点是如果有机体在其有生之年习得了某种特性，比如通过重体力劳动具备了结实的肌肉，那么这些后天习得特性将可以传递到下一代。

如果关于遗传的拉马克主义观点是正确的，那么自然选择就几乎没有发挥作用的空间了，尽管很多秉持拉马克主义观点的人认为自然选择可能发挥某些小作用。然而，根据这个观点，后天习得特性的遗传是有机体获得新的有利特点的主要机制，自然选择就只能发挥很小的作用，或者完全无法发挥作用了。

孟德尔关于遗传的主要观点

第一，孟德尔的观点刚好与当时盛行的观点相悖，他证明了至少对某些特性来说，遗传并不是以融合的方式发生，相反，至少某些特性需要经由某种遗传单元才能传递到后代，而这种单元在从亲体传递到后代时保持不变。（这些单元就是后来所说的基因。）

第二，孟德尔的研究表明，至少对某些特性来说，就其中每一个特性而言，后代都是从两个亲体分别继承了一个单元。

第三，孟德尔表明了，同样还是至少对某些特性来说，即使后代没有表现出亲体所具有的这些特性，但这些特性仍然可以出现在后续世代上。

演化论概述，1900～1950年

20世纪早期：渐进主义VS突变主义

简言之，突变主义者认为孟德尔遗传模型代表了遗传通常是如何发生的，这种观点导致他们不能赞同“自然选择在演化中发挥主要作用”的观点。

相比之下，渐进主义者认为自然选择是演化背后的主要推动力量，认为演化是通过微小变化缓慢累积而发生的。

现代综合论 1920年之前不久，罗纳德·费希尔（1890—1962），也就是后来所说的现代综合论的早期核心人物之一，开始探索突变主义者和渐进主义者之间的僵局是否真的如表面上看起来那样难以打破。费希尔成功证明了突变主义者和渐进主义者这两大阵营共同认可的一个观点是错误的，也就是“‘演化主要以自然选择的方式进行’与‘孟德尔遗传学可用于一切遗传’不能同时成立”的观点是错误的。

费希尔于1930年出版了其在这一领域的核心著作《自然选择的遗传理论》，在这本书中，费希尔阐明，与广为接受的观点相反，孟德尔遗传学与“自然选择是演化背后的主要机制”的观点其实是完全一致的。

群体遗传学关注的是饲养有机体群体的遗传组成，特别是群体中基因分布会如何随时间发生改变，也就是群体如何演化。群体遗传学的早期研究者发现并研究了4种推动演化的因素，也就是自然选择、遗传漂变、基因流动和基因突变。

基因漂变指的是一个群体基因组成由于随机事件而产生的变化，比如某个群体的大部分个体在一次自然灾害中丧生，这样一个随机事件对这个群体基因组成所产生的影响就是基因漂变。基因流动指的是群体基因组成由于迁徙发生变化，比如，大约500年前，大量欧洲人迁徙到北美洲，形成了新的基因组合。最后，突变指的是由辐射和影响DNA的化学制品等因素造成的DNA改变所导致的变化。

群体遗传学家和其他科研人员的研究工作共同带来了一系列实验结果和数据，所涉及的范围特别广泛，从对自然环境中群体进行研究的野外作业，到利用果蝇和其他实验动物进行的实验室对照实验，再到可以表明演化因素影响的数学结果，以及其他许多研究领域。正如在前面提到过的，这一系列实验结果和数据现在通常被称为现代综合论，而且这些实验结果和数据把演化理论变成了一个统一的整体，几乎涵盖了生物研究的所有领域。正如群体遗传学的核心人物费奥多西·杜布赞斯基（1900—1975）于1973年发表的一篇文章中经常被引用的标题所言，“如果不从演化的角度来思考，生物学的一切都是没有意义的”。

另一个巨大变化是在20世纪60年代末期和20世纪70年代初期，随着限制酶的发现而发生的。这些限制酶可以在DNA特定的位置上将其切割，因而成为一个全新而又特别有用的研究工具。限制酶使研究人员可以对DNA按需切割和重组，把基因打开或关闭，从而更好地理解基因的功能。限制酶还使人们实现了对DNA和基因的测序（也就是，限制酶使人们可以得到详细的、分子级的基因结构），并为科研人员开启了其他多种多样的研究领域。

20世纪上半叶，现代综合论表明了演化理论是如何将广泛的生物学研究领域统一起来的，20世纪下半叶分子生物学的出现更为现代综合论带来了数量惊人的新成果。

06演化的哲学与概念影响

我选择重点讨论我认为最有价值的两个问题，也就是演化论对宗教观点的影响和对道德的影响。

很多人，比如威廉·裴利（1743—1805），认为有生命的有机体都有明显的结构和设计，这说明其背后一定有一个设计者。

只要让“上帝”在演化过程中扮演一个角色，那么演化就可以与关于上帝的传统观点一致起来。

强调用自然来解释自然现象，而不是用超自然事物或力量来解释，是现代科学的核心部分。

简言之，严肃对待自然科学就意味着深受超自然事物影响的演化发展过程并不是一个尊重科学的选择。

据此可以得到结论：必须放弃西方宗教传统中的一个常见观点，也就是认为祈祷可以影响自然事件。笃信祈祷的效果其实就是认为超自然因素会影响自然事件的发展，这同样与严肃对待自然科学是不相符的。

丹尼特、道金斯、温伯格等学者：“不能”

大致的共识是：在这里，最重要的问题，也就是涉及宇宙起源、生命发展，以及包括具体事件的发展走向等在内的宇宙日常运转的问题，都是经验命题。要在这些问题上构建观点，某些经验理论对我们的帮助作用最大，因此要研究这些经验命题，我们必须利用这些经验理论。

有关宇宙和生命的详细规划与我们已发现的生命演化起源是直接相悖的。

相比之下，我们对生命演化发展的理解迫使我们接受，所有现存的生命之所以存在，都是因为大量随机事件的发生，这使我们无法认为人类从某个意义上说是特殊的，无法认为从某个意义上说人类是生命演化发展有意为之的产物。

简言之，这些学者认为，演化论为已经发展了一段时间的构想提供了最后一块重要拼板。具体来说，演化论为最后一个以前看似需要用超自然因素来解释的现象提供了自然解释，也就是说，演化论为我们在生物界所发现的复杂性提供了一个自然解释。那么，此时，在一个科学得到充分发展并且尊重科学的世界观里，西方世界关于上帝的传统观点或者关于宇宙有一个宏伟目标的观点，就已经没有了立足之地。

霍特、过新经学和过新神学

有些学者认为，可以本着尊重科学的精神全盘接受整个自然科学和具体的演化论，同时，仍然可以至少从某种意义上说，秉持西方世界有关“上帝”的传统观点。

当霍特说达尔文为神学带来了一个礼物时，前面这个判断就是他脑中出现的想法之一。霍特所认为的礼物包括迫使神学家反思有关上帝、造物和宇宙目的的大问题。

霍特的神学观点与哲学家阿弗烈·诺夫·怀海德（1861—1947）和既是科学家又是神学家的泰亚尔·德·夏尔丹（1881—1955）的著作有关。

与怀海德最为相关的就是“过程哲学”。简单地说，过程哲学认为过程比物体更为基础。也就是说，传统观点把物体当作是现实最基础的组成部分，而把事件、变化和其他过程看作是伴随这些基本物体相互作用而产生的结果，相比之下，过程哲学则把这个顺序完全颠倒过来。根据过程哲学，过程成了现实最基础的组成部分，物体被看作是过程和事件所产生的结果。

当然，这只是对过程哲学其中一个方面最基本的概括，然而，这已经足以让我们看到从过程哲学的角度来看，这个世界，包括其中的物体，如何可以仅仅被当作是持续进行的事件、变化、过程和关系，并从中产生世界中的各种物体。因此，这个世界和世界中的物体，并不是稳定的实体，而是在持续演化的过程。

德·夏尔丹与过程神学也紧密相连。在这样一个新的概念中，上帝并没有被看作是一个与世界分离的事物，而是被当作是那些作为这个世界最基础组成部分的、正在进行并持续变化和演化的过程的一部分（或者全部，又或者其未来阶段）。这样一来，上帝就被看作是这个世界的持续参与者了。在这里，参与者的意思并不是指一个强制干涉这个世界中事件发展走向的角色，而是指一个与各个按自然规律持续向前发展的过程发生了关联的角色。

霍特认为，演化是一种正在进行的创造性过程，这个过程会创造出新的有机体种类，有时甚至是全新的物种。

除此之外，霍特认为，只有宇宙中的秩序和随机性达到了正确的平衡，演化才能发生。一方面，如果秩序太多，地球上生命演化发展所需的随机事件就不会发生；另一方面，我们的演化历史表明生命的发展需要一些规律性，因此，如果宇宙中随机性太多，这些规律性也就没有了空间。

事实上，两个阵营的不同点主要在于对经验证据重要性的不同判断。第一个阵营的学者认为，对于有关宇宙性质的观点来说，经验证据是唯一可以依赖的证据，或至少是具有压倒性优势的证据。经验证据之外，就再也没有什么可参考的了。不过，另一方面，霍特则不会赞同在探索有关宇宙性质的观点时仅仅止步于经验证据。

道德观与伦理学

对伦理学的研究通常分为两个宽泛的领域，一个是规范伦理学，另一个是元伦理学。

规范伦理学是伦理学的一个分支，主要关注伦理规范，也就是说，伦理学的这个分支是与涉及人们应该如何行事的命题有关的。

相比之下，元伦理学所关注的是有关伦理学的更宽泛的问题。有关什么样的表达才是道德表达的争论，是元伦理学范畴内的一个话题。元伦理学所关心的问题同样与我们的伦理倾向起源和伦理判断的本质等有关。总的来说，元伦理学并不像规范伦理学一样关心与我们应该怎样行事有关的问题，而是关心一些有关伦理学的更为宽泛的问题。

元伦理学思想：合作和利他行为的演化

为什么利他主义行为从演化角度来看很有问题？利他主义行为是一种对做出这种行为的一方有害（或者可能有害）而对其他人有利的行为。这样的行为是我们通常认为在道德上值得称赞的行为的最佳范例，

比如，一只鸟冒着生命危险，试图把围绕在附近巢中幼鸟周围的捕食者赶走。这种行为被归类为“亲缘利他主义”。另一种利他主义被称为“互惠利他主义”，从演化角度来看同样也不会让人困惑。互惠利他主义所涉及的是，做出这一行为的一方可以合理地认为自己能得到某些有利的东西作为回报。

重复的囚徒困境和合作行为的演化

简单来说，阿克塞尔罗德研究的是诸如“以增加个人利益为目的的情境（比如通过自然选择进行的演化）如何可以产生合作行为”的问题。

要理解重复的囚徒困境，首先了解一下通常所说的“经典”或“一次性”囚徒困境可能会有所帮助。经典囚徒困境可以追溯到托马斯·霍布斯（1588—1679）的研究

最后通牒博弈

利他主义行为，也就是对给出金额过低提案的提案者进行惩罚的浅层次利他主义行为，是世界各地各种文化中的标准行为。

类在世界各地各种文化中都能找到的行为，意味着这种行为并不仅仅是参与者自身文化传统导致的结果。事实上，这样的行为在不同的文化中都是一致的，这意味着这种行为源自于更为根深蒂固的因素。而这些因素太根深蒂固了，因而几乎可以肯定是我们的演化历史所导致的结果。

对合作和利他主义的其他研究

此类利他主义行为可以成功的条件极有可能是出现在现代人类从与其他人类种类（现在已经灭绝）最后的共同祖先分支出来的时候，也就是在大约100000年到200000年前。

信任博弈

在种类繁多的人类互动中，包括在伦理互动中，信任都是一个关键因素。

信任在我们的大量行为中都发挥了举足轻重的作用，包括友谊、政治、经济和几乎所有的社会互动。信任在我们的很多道德行为中也扮演核心角色。

演化与规范伦理学

前面概述的研究适用于对元伦理学的思考，比如有关我们伦理倾向起源的思考、这些倾向曾经在我们的历史上带来过哪些优势等诸如此类的思考和问题。然而，演化思考是否可以解释我们应该如何行事呢？简言之，演化思考是否可以解释规范伦理学？

一个常见的观点是这个问题的答案是“不可以”。然而另一方面，近些年来，有些学者则认为答案是相反的。

自然主义谬误:休谟注意到了，许多人身上都有一种倾向，那就是在没有额外正当理由的情况下，就会从“这个和那个是这样”的“实然”表述转变成“这个和那个应该这样”的“应然”表述。休谟还指出，从“实然”并不能有逻辑地推理出“应然”，至少在没有提供更多理由的情况下是不能的。在过去一个世纪里，这个从“实然”推理出“应然”的问题被称为“自然主义谬误”。

霍特：演化为规范伦理学提供了基础。霍特同意我们的规范伦理学倾向是演化过程的产物，但并不认为这在某种程度上说破坏了道德，而是认为演化论使我们对自己伦理行为的基础有了更好的理解。

鲁斯和威尔逊：规范伦理学是我们演化遗传的一个错觉。