推翻《時(shí)間簡(jiǎn)史》，霍金最后20年的思考和探索

著名英國(guó)理論物理學(xué)家霍金在生前發(fā)表的最后一篇論文中提出了“自上而下的新宇宙學(xué)”“宇宙全息圖”等全新概念，顛覆了他在《時(shí)間簡(jiǎn)史》中提出的關(guān)于時(shí)間起源的觀點(diǎn)。

比利時(shí)的宇宙學(xué)家托馬斯·赫托格（Thomas Hertog）是霍金的弟子，也是這篇論文的合著者。在這篇發(fā)表在《高能物理學(xué)雜志》上的文章中，霍金和他提出的觀點(diǎn)稱(chēng)，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。他們產(chǎn)生了一個(gè)革命性的想法：物理定律并不是一成不變的，而是隨著它們所統(tǒng)治的宇宙的形成而誕生和共同進(jìn)化的，即所謂的“自上而下的宇宙學(xué)”。在霍金去世后，赫托格將霍金在生命終點(diǎn)所規(guī)劃的巨著完成，形成了《時(shí)間起源》一書(shū)，試圖重塑我們對(duì)宇宙和生命演化的整體觀念。下文是北京大學(xué)吳飆教授為此書(shū)撰寫(xiě)的書(shū)評(píng)。

撰文丨吳飆（北京大學(xué)物理學(xué)院教授）

宇宙似乎是為了生命的存在而精心設(shè)計(jì)的。原子核內(nèi)的強(qiáng)相互作用若與實(shí)際情況有很小的偏差，恒星內(nèi)部的核聚變將難以產(chǎn)生碳，而碳是生命的基礎(chǔ)；另外，空間正好是對(duì)生命非常友好的三維；各種物理參數(shù)的大小也是恰到好處?！盀槭裁从钪媸沁@個(gè)樣子的？” 1998 年 6 月中旬，托馬斯·赫托格受邀第一次來(lái)到霍金的辦公室時(shí)，霍金向他提出了這個(gè)問(wèn)題。自此，赫托格開(kāi)始與霍金共同研究量子宇宙論，探尋時(shí)間之源。

可以試著提一個(gè)小一點(diǎn)兒的問(wèn)題：為什么地球上有生命？通過(guò)和太陽(yáng)系中其他行星的比較，我們發(fā)現(xiàn)地球正好處于一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈恢?，其質(zhì)量大小也正合適。通過(guò)和銀河系中其他恒星比較，我們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的大小也正好合適。這一切似乎是有人為了生物的存在精心設(shè)計(jì)的。很多人確實(shí)是這樣認(rèn)為的：一個(gè)超自然的主宰精心設(shè)計(jì)了太陽(yáng)的質(zhì)量、地球的質(zhì)量以及它們之間的相對(duì)距離以保證地球有生命。但科學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)給出了更合理的解釋?zhuān)河钪嬷杏泻芏鄠€(gè)恒星（保守估計(jì)大約 10^22 個(gè)），這些恒星和它們的行星各不相同，其中有適合生命的行星存在是非常合理的。事實(shí)上，現(xiàn)代天文觀測(cè)已經(jīng)在太陽(yáng)系之外發(fā)現(xiàn)了很多適合生命居住的行星。

如果有很多個(gè)不同的宇宙存在，那么其中有少數(shù)幾個(gè)適合生物生存的宇宙就不足為奇了。這就是多元宇宙論?；艚饘?duì)多元宇宙論并不滿(mǎn)意，這不難理解。我們知道恒星是由星際塵埃在引力的作用下聚集形成的。塵埃的分布是不均勻的，于是形成了大小不同的恒星以及它們的行星。而相對(duì)于恒星與行星的形成，我們對(duì)宇宙的了解則非常有限。根據(jù)暴脹理論和多世界理論，多元宇宙是可能的，但是我們并不知道多元宇宙中的宇宙是如何形成的，為什么不同的宇宙會(huì)有不同的基本相互作用。如果想徹底回答這些問(wèn)題，我們必 須知道如何描述大爆炸發(fā)生那一刻的一切。關(guān)于大爆炸以后發(fā)生的事情，我們已經(jīng)大致了解，但是對(duì)于大爆炸本身，我們迄今一無(wú)所知?；艚鸬哪繕?biāo)是建立關(guān)于大爆炸的量子理論，告訴我們時(shí)間之前發(fā)生了什么，以及為什么我們的宇宙對(duì)生物這么友好。

1998年的那次會(huì)面之后，托馬斯和霍金開(kāi)始了一段共同探尋宇宙和時(shí)間之源的旅程。他們的探索持續(xù)了大約 20 年，直到霍金于 2018 年去世。托馬斯探望了臨終前的霍金，進(jìn)行了最后一次交談?；艚穑ㄍㄟ^(guò)電子器件）費(fèi)力地說(shuō)道：“是時(shí)候?qū)懸槐拘聲?shū)了……”于是就有了這本《時(shí)間起源》，它記錄了霍金在他人生最后 20 年對(duì)宇宙和時(shí)間的思考和探索。

托馬斯的書(shū)生動(dòng)地記錄了霍金的思考和探索，同時(shí)作為背景資料也描述了現(xiàn)代宇宙學(xué)的發(fā)展，特別是詳細(xì)介紹了勒梅特對(duì)大爆炸理論的貢獻(xiàn)。托馬斯在書(shū)中深入淺出地介紹了與宇宙學(xué)相關(guān)的物理和數(shù)學(xué)知識(shí)，比如量子干涉、量子測(cè)量、多世界理論和超弦理論。他的寫(xiě)作風(fēng)格通俗易懂，經(jīng)常使用類(lèi)比的方法以及圖表來(lái)更加清晰地解釋復(fù)雜和微妙的概念。書(shū)中穿插的霍金的小故事，讓讀者在了解厚重的宇宙學(xué)過(guò)程中得以小憩。

現(xiàn)在有很多關(guān)于統(tǒng)一引力和量子力學(xué)的理論，但是我們不知道哪一個(gè)是對(duì)的。甚至所有現(xiàn)存的量子引力理論都可能是錯(cuò)的，包括得到霍金支持的超弦理論。這是因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證這些理論。正因?yàn)檫@個(gè)原因，我們現(xiàn)在不可能準(zhǔn)確地描述宇宙最初的大爆炸，也無(wú)從知道時(shí)間是如何從中涌現(xiàn)出來(lái)的，適合生物進(jìn)化的物理規(guī)律是如何形成的。然而，這并不意味著我們應(yīng)該放棄探索。我們應(yīng)該繼續(xù)努力，尋找真理。霍金就是這樣做的。他知道自己可能不會(huì)找到答案，但他仍然堅(jiān)定地走上了探索之路。他認(rèn)為“哲學(xué)已死”，和時(shí)間之源相關(guān)的問(wèn)題都是科學(xué)問(wèn)題，不是哲學(xué)問(wèn)題?？茖W(xué)家應(yīng)該勇敢地去思考和探索。霍金在自己生命的最后階段正是這樣做的，他的精神、勇氣和智慧將永遠(yuǎn)被人銘記。他是一個(gè)真正的榜樣，他將激勵(lì)著一代又一代的科學(xué)家繼續(xù)前行。

霍金認(rèn)為，宇宙的起點(diǎn)是沒(méi)有時(shí)間的。無(wú)論將來(lái)量子引力理論的具體形式如何，這結(jié)論可能都是對(duì)的。在物理學(xué)中，已經(jīng)有類(lèi)似的現(xiàn)象。宏觀物質(zhì)都有體積，但是組成宏觀物質(zhì)的基本粒子，比如電子、夸克，都沒(méi)有體積。宏觀物質(zhì)的體積來(lái)自原子中電子的波函數(shù)，電子的一個(gè)量子狀態(tài)。中國(guó)古人曾說(shuō)：“一尺之棰，日取其半，萬(wàn)世不竭。”根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)，這是不對(duì)的。每日取一半，大概一個(gè)月后就只剩分子了；繼續(xù)下去，剩下的將是原子，棰已經(jīng)不再存在，體積也消失了。宇宙的壽命大約是 10^18 秒，如果宇宙突然開(kāi)始坍縮，每日年輕一半，那么大約 210 天之后，宇宙將回到大爆炸后的 10^（–44） 秒，即普朗克時(shí)間。這時(shí)候時(shí)間已經(jīng)不存在了，剩下的只是宇宙最初的某種量子狀態(tài)，就像體積源自電子的量子狀態(tài)一樣。按照多元宇宙理論，不同宇宙的普朗克時(shí)間可能還不一樣，所以 10^（–44） 秒可能還不是最小的時(shí)間。關(guān)于宇宙還有太多的問(wèn)題沒(méi)有回答，我們將繼續(xù)霍金的探索。

托馬斯·赫托格的《時(shí)間起源》是一部關(guān)于宇宙和時(shí)間的科普書(shū)，記錄了霍金在人生最后階段對(duì)這些問(wèn)題的思考和探索。作者用通俗易懂的語(yǔ)言介紹了與宇宙學(xué)相關(guān)的各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，包括量子力學(xué)、黑洞、弦理論等，帶領(lǐng)讀者踏上了一段有趣的科學(xué)旅程。對(duì)于任何有興趣思考和探索時(shí)間和宇宙的人來(lái)說(shuō)，《時(shí)間起源》都是一本非常好的讀物。它不僅能讓讀者了解宇宙的奧秘，還能激發(fā)讀者對(duì)科學(xué)的興趣和熱情。

《時(shí)間起源》一書(shū)作者簡(jiǎn)介

托馬斯·赫托格，著名宇宙學(xué)家，比利時(shí)魯汶大學(xué)教授、引力波中心主任，與霍金是多年的合作伙伴。他在比利時(shí)的團(tuán)隊(duì)主要致力于在弦論的基礎(chǔ)上研究引力波和黑洞的物理本質(zhì)。2014年獲得歐洲研究理事會(huì)獨(dú)立科研基金。2015年獲得佛蘭德科學(xué)研究基金資助。

他和霍金聯(lián)合發(fā)表了霍金生前最后一篇關(guān)于多元宇宙的論文，本書(shū)也是在此基礎(chǔ)上寫(xiě)作而成，代表了霍金科研生涯最后的成果。

《時(shí)間起源》一書(shū)譯者簡(jiǎn)介

邱濤濤，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所理論物理博士，臺(tái)灣中原大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)博士后研究員，華中科技大學(xué)物理學(xué)院天文學(xué)系副教授。長(zhǎng)期從事宇宙學(xué)理論方面的研究，主要研究方向?yàn)楸┟洝⒎磸椨钪?、修改引力理論、原初擾動(dòng)理論、暗能量等方面。

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