引言
如果你能像红鸢捕猎时那样翱翔天际，俯瞰着这世上所有已知和未知的事物，你会发现一个非常奇怪的现象：有很大一类事物，是科学迄今几乎完全没有涉及的。无论是从日常生活层面上说，还是从最基础的物理学现象角度来说，这些事物都是我们认识物理现实的关键——然而，传统观点认为，我们无法将它们纳入基本科学解释中。这类概念与真实存在的状态（也即“事实”）无关，它们描述的是哪些事件可能发生，哪些不可能发生。为了让这类概念区别于“事实”（the factual），我们称它们为“反事实”（counterfactuals）。
假如人类宇航员未来执行任务时造访了一颗位于其他恒星系的遥远行星，并留下了一个不锈钢箱子，箱子里装着威廉·布莱克诗集的批注本。这本诗集后来就始终待在那个星球的某个地方，这就是它的事实属性。书中的文字可以被阅读，这是它的反事实属性——无论是否真的有人阅读了诗集中的文字，都无法改变诗集可以被阅读这个属性。即便这个箱子一直没被发现，书中的文字也仍旧可以阅读——并且大有意义。举个例子，它至少表明有一个智慧文明造访了那颗星球，也表明了这个文明的复杂程度。
为了进一步阐述反事实属性的重要性以及它与事实属性的区别，再举一个计算机方面的例子。假如某台计算机在内置程序的驱使下在显示器上输出了一串“0”，那么它现在的这个状态（屏幕上显示了一串“0”）就是这台计算机的事实属性。另一方面，我们可以给这台计算机重新编程，让它输出其他东西，这就是这台计算机的反事实属性。当然，或许永远都不会有人给这台计算机重新编程，但这种可能性的确存在，如果不存在，那么它就显然不能算是计算机了。
反事实的内涵是物理系统可能或不可能出现哪些变化，这个概念虽然到目前为止在很大程度上处于被忽视的状态，但它对物理学乃至所有科学都非常重要。它的重要之处在于，它体现了约束宇宙中所有物理系统的物理学法则的本质特征。举一个例子，物理学法则告诉我们，不可能造出永动机，这就是一种反事实属性。永动机不仅是一种一旦动起来就不会停的物件，它的运动还必须是有用的。如果这种机械存在，那么它就可以凭空产生能量。这样一来，借助永动机，你的小汽车就可以在不使用任何燃料的情况下不停地飞驰。然而，没有任何物理过程可以在不消耗能量的前提下将某个不携带能量的事物转变成携带能量的事物。至少在这个宇宙中做不到，因为一条被物理学家称为“能量守恒原理”的基本物理学法则禁止这种情况的出现。
物理系统的另一种重要反事实属性也是热力学的核心内容，那就是：蒸汽机有可能存在。蒸汽机这种设备可以将一种形式的能量转变成另一种，因而可以在不违反能量守恒原理的前提下执行诸多有用的任务，比如驱动活塞运动。人类确实造出了蒸汽机，这已经成了宇宙中的事实属性。不过，蒸汽机可能被造出，就是一种反事实属性，它在第一台蒸汽机出现之前就已经存在了。
总结一下，物理学中的反事实属性可以分为两类：一类阐述的是不可行（比如不可能造出永动机）；另一类阐述的是可行（比如可以造出蒸汽机）。这两类反事实属性都是物理学法则的根本特征。此外，它们对我们的奋斗方向也有重要影响：无论我们多么努力，也无论我们构思得多么精巧，都无法实现物理学法则禁止的能量转换——比如，建造永动机。另一方面，只要我们努力思考，就完全可以更多、更好地实现物理学法则允许的能量转换——比如，建造蒸汽机——而且还可以不断提升效率。
然而，如今科学界的主流观点却视物理系统的反事实属性为“二等公民”，甚至完全摒弃了它，这是很不公平的。为什么会出现这种情况？原因在于一个深刻的误解，而且颇为讽刺的是，这个误解恰恰肇始于我从事的理论物理学研究领域。我们错误地认为，只要理解了物理世界中切实存在的全部事物以及发生在这些事物上的现象——也即所有事实属性——就解释了所有可以解释的东西。听上去是不是完全没有问题？并不尽然。我们很容易陷入上述思维定式，却没有意识到我们所谓的“理论”使用了大量毫无根据的假设。举个例子，单单是能够解释某台计算机在某一时刻执行的计算任务，绝对不能算解释清楚了计算机这个东西是什么——要想做到这点，必须能够解释所有计算机在所有可能的编程方式之下可能执行的所有计算产生的可能结果。再举一个与科学关系不大的例子：为什么所有大型船只都要配备救生艇？如果只是从事实属性的角度出发，那么只有等到海难真正发生的时候，才能解释这一现象。但实际上，我们都知道，救生艇的存在恰恰是为了应对可能发生的海难（反事实属性）——哪怕这艘船在服役期间从来都没有沉没过！
虽然如今的主流科学观点并没有把反事实属性视为物理学的基本特征，但科学还是持续快速地取得了进步。例如，我们建立了极为有效的基础物理学新理论（比如量子理论和爱因斯坦的广义相对论）；我们在生物学领域也有了全新的基础理论，比如遗传学理论和分子生物学理论；我们在神经科学领域也是如此。不过，在某些领域，情况就大不一样了。“科学领域中的所有基本解释都必须从已经发生的事件出发，基本（甚至完全）不考虑反事实属性”这种理论假设现在已经开始逐渐妨碍科学的进步，因为有很多目前科学只能含糊解释甚至根本无法解释的事物，本质上都涉及反事实属性。在涉及热、功和信息的精确统一理论（无论是经典理论还是量子理论）中，反事实属性处于核心位置；在解释诸如生物外观之类的现象时，反事实属性也极为重要。此外，反事实属性还在对知识的科学解释中起到了关键作用。我在本书正文中将会阐述，上面提到的部分内容，比如信息、热和功，已经有了一些物理学解释，但仍不完备。现有理论只能说是一种近似，与更为基本的物理学理论（比如量子理论和广义相对论）无法相提并论。还有一些内容，比如知识的创造，甚至连一个自洽的解释都没有。然而，科学的目标是在各个领域都不断取得进展——从基础物理学到生物学、计算机科学，甚至人工智能，无不如是，因此，我们必须理解所有对象和现象背后的准确原理，容不得一点儿近似。而反事实属性就在其中扮演了不可或缺的角色。
本书探索了反事实属性的方方面面，内容超越了传统物理学概念目前设定的边界。阅读本书就像是踏上了一段前往禁忌之地的探索之旅——有点儿像是达尔文登上了贝格尔号科考船。在这片陌生之地上，你会遇到各种生物，你要做的就是记下他们到底是什么，习性又如何。这样一来，等到读完这本书的时候，你就了解了如何处理反事实属性，明白了这种属性对解决那些悬而未决的重大问题有多么关键的作用。更为重要的是，你会意识到，科学界当下存在一道壁垒，阻碍了我们更深刻地认识反事实属性。你会意识到，在物理学以及其他科学目前无法取得实质进展的领域的核心，往往都存在至少一种被大家忽视的反事实属性。你会意识到，要想将反事实属性整合到物理学以及其他科学领域中，就必须跨过那道无形壁垒。
为了具体说明如何跨过壁垒，我会在书中举几个例子，它们都是物理学中悬而未决的重要问题，但都可以通过反事实得到妥善的解决。首先是最为基础的现象——经典信息和量子信息，然后过渡到关于生活和知识的理论，最后则是热力学方面的问题。这些现象有一个共同特征：以事实属性为基础的物理学现在最多只能算是近似描述了它们背后的原理，而以反事实属性为基础的理论不仅能统一解释上述所有现象，还能揭示出它们之间出人意料的联系。
此外，我还会介绍如何构建以反事实属性为基础的新科学理论，从而勾勒出一幅阐释宇宙基本运作机制的全新图景，也即我所说的“可能与不可能的科学”。这种以反事实属性为基础的科学方法可以极大地改变我们目前的世界观，并使其变得更锐利、更强大。这将是具有突破意义的一步，为揭开困扰人类数个世纪之久的谜团奠定基础。