薦書(shū)丨霍金推翻霍金?《時(shí)間起源》與《時(shí)間簡(jiǎn)史》到底啥關(guān)系?
如果說(shuō),20世紀(jì)是愛(ài)因斯坦的世紀(jì),那21世紀(jì),無(wú)疑屬于
霍金
。 雖然大家都是通過(guò)上個(gè)世紀(jì)末的那本《時(shí)間簡(jiǎn)史》而熟知霍金,但他真正活躍在公眾視野中,主要還是最近這十多年。 2018年3月14日,當(dāng)全世界都將注意力集中在霍金去世的消息中時(shí),大部分人不太清楚的是,兩個(gè)月之后,他生前投遞的最后一篇論文悄悄發(fā)表在了《高能物理學(xué)》上。 金的墓碑。雕刻的圖案示意氣體云正被黑洞緩緩?fù)淌桑筮叺墓绞腔艚疠椛涞闹饕w現(xiàn)。
事實(shí)上,去世前10天,霍金都還在修改這篇論文,該文也因此被視為“霍金的最后遺產(chǎn)”,被不少人頗具神秘感地總結(jié)為“霍金預(yù)言了世界末日”。 但從霍金自己的視角來(lái)看,他之所以在臨終前都如此看重這篇論文,是因?yàn)樗朐谏弦淮斡H手改變我們看待宇宙的方式之后,
第二次扭轉(zhuǎn)人類對(duì)宇宙的看法
。 霍金提出了一種全新的自上而下宇宙學(xué),認(rèn)為多元宇宙并沒(méi)有那么多,宇宙的演化在整體上是平滑而有限的。 出于身體原因,與晚年的眾多作品一樣,這篇論文也是霍金與他人合作完成,這次,他選擇的是弟子兼同事,比利時(shí)魯汶大學(xué)教授、引力波中心主任、物理學(xué)家托馬斯·赫托格。 史蒂芬·霍金和赫托格在劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)新校區(qū),史蒂芬的辦公室里。
為了完成霍金的囑托,老師去世之后的這5年里,托馬斯·赫托格一直都在進(jìn)一步豐富、完善論文中的理論,寫(xiě)成了這本
《時(shí)間起源:史蒂芬·霍金最后的理論》
。 這本書(shū)的出版極受全球科學(xué)界的重視,今年4月,英文版剛剛面世時(shí),書(shū)評(píng)就登上頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志,知識(shí)含金量可見(jiàn)一斑。 點(diǎn)擊書(shū)封,即刻購(gòu)買
為了能讓大家以最快的速度了解霍金精神遺產(chǎn)中的奧秘,《時(shí)間起源》的中文版與英文版的出版時(shí)差壓縮到了不到半年的時(shí)間。 簡(jiǎn)言之,《時(shí)間起源》對(duì)宇宙的誕生提供了一個(gè)驚人的新視角,它將深刻地改變我們對(duì)自己在宇宙秩序中的位置的看法。 它具有任何一本在人類思想史上留下深刻印記的經(jīng)典著作的共同氣質(zhì),既有科學(xué)意義上的嚴(yán)謹(jǐn),又有人文意義上的深邃,并向那個(gè)冥冥中無(wú)所不在的“上帝”發(fā)起了終極挑戰(zhàn)。 不管從哪個(gè)層面上看,這,就是一本你不可錯(cuò)過(guò)的“
偉大的書(shū)
”。
霍金推翻了霍金:
《時(shí)間簡(jiǎn)史》錯(cuò)了!
距離霍金出版《時(shí)間簡(jiǎn)史》已經(jīng)過(guò)去了35年,這部暢銷全世界的科普著作,打開(kāi)了很多人了解黑洞、宇宙或是量子力學(xué)的大門(mén)。 但是史蒂芬·霍金本人說(shuō),
他改主意了,《時(shí)間簡(jiǎn)史》錯(cuò)了!
霍金在他人生的最后20年究竟發(fā)現(xiàn)了什么?在他最后的理論中,霍金提出了一種全新的自上而下宇宙學(xué),顛覆了他自己在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中的觀點(diǎn),而這也將帶來(lái)一種全新的宇宙學(xué)哲學(xué)。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),
他讓上帝失去容身之地,讓人成為“人”自己
。
在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中,霍金和以往的物理學(xué)家們(包括牛頓、愛(ài)因斯坦)一樣,是從“上帝的視角”看待宇宙。 曾經(jīng),這種類似上帝的宇宙觀促使了物理學(xué)蓬勃發(fā)展。從哥白尼開(kāi)始,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)自己可以從一個(gè)遙遠(yuǎn)的視角看待研究對(duì)象,從而獲得客觀的理解。在這個(gè)觀念中,人類不再是宇宙的焦點(diǎn)。 借此,哥白尼摒棄了地心說(shuō),牛頓發(fā)現(xiàn)了引力定律,愛(ài)因斯坦提出了相對(duì)論。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái),哥白尼的視角在物理學(xué)語(yǔ)言中變得越來(lái)越根深蒂固。 在今天的物理學(xué)中,無(wú)論研究什么,是加速粒子、合成新元素還是捕捉微弱的光子,在推理的時(shí)候,物理學(xué)家總是想象自己是在自然之外的一個(gè)抽象點(diǎn)——“天外之眼”——上來(lái)處理自然,人們制備好初始狀態(tài),然后測(cè)量最終狀態(tài)。 然而,當(dāng)觸及宇宙起源真正本質(zhì)的問(wèn)題時(shí),這個(gè)視角又把我們帶入歧途。 我們不知道宇宙的初始狀態(tài)是什么,我們當(dāng)然也就不能嘗試制備出不同的初始狀態(tài),去看它們產(chǎn)生了什么樣的宇宙。當(dāng)多元宇宙理論催生了人擇原理,上帝重新被迷茫的科學(xué)家召回時(shí),
霍金明白,天外之眼只能帶我們走到這兒了
。 在《宇宙的原始理論》(1750)中,托馬斯·賴特設(shè)想了一個(gè)永無(wú)止境的宇宙,其中充滿了星系。這些星系“創(chuàng)造了無(wú)盡的浩瀚……與銀河系沒(méi)有什么不同”。若把星系換成島宇宙,則賴特的畫(huà)面便類似于今天的多元宇宙理論,在這個(gè)理論中,新的島宇宙不斷地被創(chuàng)造出來(lái)。那么什么樣的島嶼宇宙應(yīng)該是屬于我們的呢?
事實(shí)上,物理學(xué)家們并非真正身處“天外”,他們?nèi)匀辉诘厍蛏?,受地球條件制約。我們是身在宇宙之中,而不是在宇宙之外。所以,在宇宙學(xué)中,沒(méi)有辦法獲得真正的“上帝的視角”。 霍金反思,“由于沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn),我們進(jìn)入了一條死胡同。我們需要一種新的(物理)哲學(xué)思想來(lái)為宇宙學(xué)服務(wù)?!?我們不采用上帝視角來(lái)看待這個(gè)世界,又將如何呢?如果我們放棄了天外之眼,放棄了絕對(duì)客觀,而是置身我們想要理解的系統(tǒng)中,那樣會(huì)怎么樣?宇宙學(xué)是一門(mén)由內(nèi)向外的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)——我們是在系統(tǒng)內(nèi)部,抬頭向外看。 “是時(shí)候停止扮演上帝了?!被艚鹫f(shuō)。
宇宙的歷史取決于你問(wèn)的問(wèn)題
宇宙究竟是如何創(chuàng)造出如此完美且適宜生命生存的環(huán)境的? 假如質(zhì)子要比中子輕一點(diǎn)點(diǎn),假如四種自然基本力中的任何一種都再?gòu)?qiáng)一些或再弱一些,假如空間是四維的而不是三維的……
宇宙中的基本屬性的值出現(xiàn)了哪怕只是輕微的變化,生命都無(wú)法形成
。 物理學(xué)的定律好像是專門(mén)為了讓生命出現(xiàn)而量身定制的,仿佛有一雙大手在背后“設(shè)計(jì)”著我們這個(gè)世界。
有人用多元宇宙學(xué)來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象:我們的宇宙只是無(wú)數(shù)個(gè)宇宙中的一個(gè),每一個(gè)獨(dú)立的宇宙都遵循不同的物理定律,其中大多數(shù)都不適合已知生命的發(fā)展,我們只是恰好生活在一切都適合生命發(fā)展的宇宙中。 但順著這個(gè)思路走下去,我們?nèi)匀徽也坏接钪娴慕K極起源。 有一個(gè)問(wèn)題始終橫亙?cè)谖覀兠媲埃耗莻€(gè)讓多元宇宙誕生、支配所有宇宙的終極理論,即元法則,是什么? 多元宇宙理論無(wú)法說(shuō)明在這茫茫宇宙中,我們是誰(shuí),以及我們?yōu)槭裁丛谶@里。于是多元宇宙論者提出了一個(gè)激進(jìn)的方案以修補(bǔ)多元宇宙學(xué),這就是人擇原理,它是說(shuō),我們發(fā)現(xiàn)了適宜生存的宇宙,是因?yàn)槲覀冊(cè)谶@里。 人擇原理再一次將生命體置于特權(quán)地位,把它放到詮釋宇宙的核心,從而又使我們后退了5個(gè)世紀(jì),回到了哥白尼之前。 世紀(jì)之初,霍金越來(lái)越擔(dān)心,宇宙學(xué)中的人擇原理破壞了理性方法,后者可是科學(xué)的生命之源??茖W(xué)就在于其可證偽性,但沒(méi)有任何辦法能驗(yàn)證人擇原理。 在和自己的弟子兼長(zhǎng)期合作者托馬斯·赫托格的日常研討中,霍金表示,想要用量子宇宙觀代替宇宙學(xué)中的人擇觀點(diǎn)。 2001年8月,馬丁·里斯(站在史蒂芬左邊)在他位于英國(guó)劍橋的農(nóng)舍里召開(kāi)了一次會(huì)議,討論人擇原理在基礎(chǔ)物理學(xué)和宇宙學(xué)中可能有的價(jià)值。正是在這次會(huì)議的間隙,史蒂芬和托馬斯·赫托格(第三排,史蒂芬后面)開(kāi)始認(rèn)真討論如何用量子宇宙觀取代宇宙學(xué)中的人擇觀點(diǎn)。
霍金認(rèn)為我們生活在一個(gè)量子宇宙中,他反對(duì)多元宇宙學(xué)將經(jīng)典思維和量子思維雜合的構(gòu)想,霍金認(rèn)為多元宇宙中的經(jīng)典基礎(chǔ)是宇宙學(xué)中長(zhǎng)期以來(lái)的上帝思維的罪魁禍?zhǔn)住?從純粹量子宇宙觀出發(fā),我們就需要摒棄“存在整體上經(jīng)典的背景時(shí)空之類”的這種想法。相反,我們應(yīng)該把宇宙看作是許多可能的時(shí)空的疊加,每個(gè)歷史都有自己的概率。 因此,即使在最大的尺度上,哪怕遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們宇宙學(xué)視界,就像在與永恒暴脹有關(guān)的尺度上一樣,量子宇宙也是不確定的。 “我們所觀測(cè)到的宇宙是宇宙學(xué)中唯一合理的起點(diǎn)。”霍金通過(guò)均衡器對(duì)赫托格說(shuō)出這句話時(shí),桌子上的加濕器正噴出白色的煙霧,赫托格說(shuō),恍惚間他覺(jué)得自己看到了神諭的升起。
赫托格對(duì)從上帝視角看待宇宙早已充滿疑慮,他感到霍金要將他引向量子宇宙學(xué)更廣闊、更流暢的歷史觀。 霍金說(shuō):“我們和我們的理論都是我們所描述的宇宙的一部分?!边@一點(diǎn)顯而易見(jiàn),看起來(lái)像一句廢話。但這一明顯的實(shí)事意味著我們必須對(duì)宇宙有一個(gè)“由內(nèi)而外”的視角。霍金稱之為“蟲(chóng)眼”視角。 但霍金接下來(lái)說(shuō)的話還是讓他大吃一驚?;艚鹛岢隽艘环N自上而下的哲學(xué):“我認(rèn)為,(對(duì)宇宙的)正確量子觀將帶來(lái)一種不同的宇宙學(xué)哲學(xué),在這種哲學(xué)中,我們自上而下,在時(shí)間上往回演化,從觀測(cè)所及的表面上開(kāi)始工作?!?在這場(chǎng)談話的最后,霍金以其特有的簡(jiǎn)練和雄心,闡釋了這一全新的視角:“宇宙的歷史取決于你問(wèn)的問(wèn)題。晚安?!?
把人當(dāng)成他自己
霍金是什么意思呢? 他的自上而下宇宙觀既不把人當(dāng)成一個(gè)像神一般高居宇宙之上的角色,也不把人當(dāng)成處在現(xiàn)實(shí)邊緣的宇宙演化的無(wú)助受害者。他就是把人當(dāng)成他自己。 真正的量子宇宙觀可以對(duì)抗現(xiàn)代科學(xué)無(wú)情的異化力量,讓人們從內(nèi)部視角重新構(gòu)建宇宙學(xué),這就是霍金最終理論的精髓。 史蒂芬在他劍橋的辦公室,拍攝時(shí)間是2012年,他70歲生日的時(shí)候。
事先聲明,量子力學(xué)中“觀測(cè)行為”——即霍金所說(shuō)的“你問(wèn)的問(wèn)題”——可不是像你過(guò)馬路時(shí)環(huán)顧四周那樣。量子力學(xué)中的觀測(cè)者不一定非得是人類。兔子可以是觀察者,一塊石英也可以,一粒亞原子的原始?jí)m埃也同樣可以。 觀測(cè)者可以指任何與其環(huán)境相互作用的東西,從而使現(xiàn)實(shí)成為現(xiàn)實(shí)。這就是“薛定諤的貓”所描述的場(chǎng)景。實(shí)驗(yàn)者的觀測(cè)和測(cè)量明確地參與了預(yù)言的過(guò)程,這是量子力學(xué)最令人驚訝的特征之一。 而將這種量子觀拓展到對(duì)整個(gè)宇宙的認(rèn)識(shí),我們就有可能擺脫上帝的視角,并從蟲(chóng)眼視角重新構(gòu)建宇宙學(xué)——
量子宇宙學(xué)
。 量子宇宙。今天的觀測(cè)從“可能發(fā)生的事情”的廣闊范圍中長(zhǎng)出樹(shù)根,表示可能的過(guò)去,并勾勒出樹(shù)枝,表示可能的未來(lái)。
“通過(guò)自上而下(的方法),我們將人類重新置于(宇宙學(xué)理論的)中心?!被艚鹫f(shuō),“有趣的是,我們正是這樣被賦予了支配權(quán)?!?自上而下的宇宙學(xué)把宇宙表面上的設(shè)計(jì)之謎顛倒了過(guò)來(lái)。它體現(xiàn)了這樣一種觀點(diǎn),即在量子層面上,宇宙親手設(shè)計(jì)了自己的生命體友好性。根據(jù)該理論,生命和宇宙在某種程度上是相互契合的,因?yàn)樵诟畹囊饬x上,它們是一起出現(xiàn)的。 自上而下的宇宙學(xué)擺脫了對(duì)絕對(duì)真理的任何主張,為從藝術(shù)到科學(xué)的多個(gè)思想領(lǐng)域提供了空間,每個(gè)領(lǐng)域都有不同的目標(biāo),可以激發(fā)出互補(bǔ)的見(jiàn)解。如果說(shuō)自上而下的思維確實(shí)孕育了一種新的世界觀的話,這就是一種完全多元化的世界觀。 按照霍金的思路,如果所有的科學(xué)定律,包括物理學(xué)的“基本”定律,都是衍生定律的話,那么我們很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)自然界更廣闊的景象。 事實(shí)上,這些見(jiàn)解正好與一系列科學(xué)學(xué)科的最新發(fā)展相吻合。科學(xué)在幾個(gè)分支上已拋棄了尋找統(tǒng)一規(guī)律的念頭,而正在把“是什么”的研究擴(kuò)展到“可能是什么”。
我們創(chuàng)造了宇宙
在霍金去世前幾周,赫托格去他家里拜訪了他。 當(dāng)時(shí)他幾乎動(dòng)彈不得,接受著最好的看護(hù)服務(wù)。他知道自己很快就會(huì)死。在他位于華茲華斯格羅夫的書(shū)房里,他們進(jìn)行了最后一次交談。他費(fèi)力地說(shuō):“是時(shí)候?qū)懸槐拘聲?shū)了……”這是他對(duì)赫托格說(shuō)的最后一句話——最后一道家庭作業(yè)題。 而今,托馬斯·赫托格完成了這份作業(yè)。 在《時(shí)間起源》中,赫托格以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度和講故事的筆法,將人類關(guān)于宇宙起源的認(rèn)知?dú)v程娓娓道來(lái),其中穿插著霍金和他相處的點(diǎn)滴,讀者可以感受到赫托格對(duì)霍金的深厚感情以及他對(duì)霍金的科學(xué)崇拜。 當(dāng)我們考慮未來(lái)的時(shí)候,觀測(cè)正在修剪我們面前的可能路徑之樹(shù)。在這個(gè)過(guò)程中,對(duì)于某個(gè)特定觀測(cè)者,在他的經(jīng)驗(yàn)中只有一個(gè)分支存活了下來(lái)。 但是,觀測(cè)也可以觸及過(guò)去?!坝钪娴臍v史取決于你問(wèn)的問(wèn)題?!睆哪撤N意義上說(shuō),量子宇宙和觀測(cè)者是同步出現(xiàn)的。 在霍金的量子宇宙中,觀測(cè)者是整個(gè)行為的中心。在自上而下的宇宙學(xué)中,任何一種可感知的過(guò)去都是觀測(cè)者的過(guò)去。這就好像在一個(gè)一切皆有可能的、深不可測(cè)的王國(guó)中,觀測(cè)者被量子宇宙學(xué)當(dāng)成了一個(gè)操作總部。 托馬斯·赫托格
2018年6月15日,史蒂芬·霍金的骨灰被送入威斯特敏斯特教堂,安葬在一塊黑色的石板下,距離艾薩克·牛頓和查爾斯·達(dá)爾文的墓碑只有幾英尺遠(yuǎn)。 巧合的是,霍金的宇宙學(xué)終曲將艾薩克·牛頓的數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性與查爾斯·達(dá)爾文的深刻見(jiàn)解聯(lián)系在一起,后者是說(shuō),在更深刻的意義上,我們是一體的。 霍金堅(jiān)信,我們問(wèn)問(wèn)題的勇氣以及答案的深度能讓我們安全、明智地駕馭地球走向未來(lái)。 在他的一生中,在被診斷出患有肌萎縮側(cè)索硬化癥后,他發(fā)現(xiàn)了自己愛(ài)的意愿、養(yǎng)育后代的意愿、體驗(yàn)世界各個(gè)維度的意愿以及掌控宇宙的意愿。他的故事激勵(lì)了億萬(wàn)人,并將繼續(xù)成為人類所能取得的成就的有力象征。 2007年,霍金體驗(yàn)了一次零重力飛行。對(duì)于大部分人來(lái)說(shuō),這是我們唯一一次看到他離開(kāi)輪椅。
在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中,早期(自下而上)的霍金曾寫(xiě)道:“即使我們真的找到了一個(gè)萬(wàn)物理論,它也只是一組規(guī)則和方程。是什么給方程注入了活力?” 而《時(shí)間起源》中,后來(lái)(自上而下)的霍金的答案是:觀測(cè)。我們創(chuàng)造了宇宙,正如宇宙創(chuàng)造了我們。