推翻《時間簡史》，霍金最后20年的思考和探索

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

比利時的宇宙學家托馬斯·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《高能物理學雜志》上的文章中，霍金和他提出的觀點稱，多元宇宙并沒有那么多，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化的，即所謂的“自上而下的宇宙學”。在霍金去世后，赫托格將霍金在生命終點所規(guī)劃的巨著完成，形成了《時間起源》一書，試圖重塑我們對宇宙和生命演化的整體觀念。下文是北京大學吳飆教授為此書撰寫的書評。

撰文丨吳飆（北京大學物理學院教授）

宇宙似乎是為了生命的存在而精心設計的。原子核內(nèi)的強相互作用若與實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；另外，空間正好是對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@個樣子的？” 1998 年 6 月中旬，托馬斯·赫托格受邀第一次來到霍金的辦公室時，霍金向他提出了這個問題。自此，赫托格開始與霍金共同研究量子宇宙論，探尋時間之源。

可以試著提一個小一點兒的問題：為什么地球上有生命？通過和太陽系中其他行星的比較，我們發(fā)現(xiàn)地球正好處于一個恰當?shù)奈恢?，其質(zhì)量大小也正合適。通過和銀河系中其他恒星比較，我們發(fā)現(xiàn)太陽的大小也正好合適。這一切似乎是有人為了生物的存在精心設計的。很多人確實是這樣認為的：一個超自然的主宰精心設計了太陽的質(zhì)量、地球的質(zhì)量以及它們之間的相對距離以保證地球有生命。但科學現(xiàn)在已經(jīng)給出了更合理的解釋：宇宙中有很多個恒星（保守估計大約 10^22 個），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。事實上，現(xiàn)代天文觀測已經(jīng)在太陽系之外發(fā)現(xiàn)了很多適合生命居住的行星。

如果有很多個不同的宇宙存在，那么其中有少數(shù)幾個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Χ嘣钪嬲摬⒉粷M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。而相對于恒星與行星的形成，我們對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有不同的基本相互作用。如果想徹底回答這些問題，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，但是對于大爆炸本身，我們迄今一無所知?；艚鸬哪繕耸墙㈥P(guān)于大爆炸的量子理論，告訴我們時間之前發(fā)生了什么，以及為什么我們的宇宙對生物這么友好。

1998年的那次會面之后，托馬斯和霍金開始了一段共同探尋宇宙和時間之源的旅程。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，進行了最后一次交談。霍金（通過電子器件）費力地說道：“是時候?qū)懸槐拘聲恕庇谑蔷陀辛诉@本《時間起源》，它記錄了霍金在他人生最后 20 年對宇宙和時間的思考和探索。

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

現(xiàn)在有很多關(guān)于統(tǒng)一引力和量子力學的理論，但是我們不知道哪一個是對的。甚至所有現(xiàn)存的量子引力理論都可能是錯的，包括得到霍金支持的超弦理論。這是因為我們還沒有足夠的實驗數(shù)據(jù)來驗證這些理論。正因為這個原因，我們現(xiàn)在不可能準確地描述宇宙最初的大爆炸，也無從知道時間是如何從中涌現(xiàn)出來的，適合生物進化的物理規(guī)律是如何形成的。然而，這并不意味著我們應該放棄探索。我們應該繼續(xù)努力，尋找真理?；艚鹁褪沁@樣做的。他知道自己可能不會找到答案，但他仍然堅定地走上了探索之路。他認為“哲學已死”，和時間之源相關(guān)的問題都是科學問題，不是哲學問題?？茖W家應該勇敢地去思考和探索?；艚鹪谧约荷淖詈箅A段正是這樣做的，他的精神、勇氣和智慧將永遠被人銘記。他是一個真正的榜樣，他將激勵著一代又一代的科學家繼續(xù)前行。

霍金認為，宇宙的起點是沒有時間的。無論將來量子引力理論的具體形式如何，這結(jié)論可能都是對的。在物理學中，已經(jīng)有類似的現(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，都沒有體積。宏觀物質(zhì)的體積來自原子中電子的波函數(shù)，電子的一個量子狀態(tài)。中國古人曾說：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭?！备鶕?jù)現(xiàn)代科學，這是不對的。每日取一半，大概一個月后就只剩分子了；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，即普朗克時間。這時候時間已經(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間可能還不一樣，所以 10^（–44） 秒可能還不是最小的時間。關(guān)于宇宙還有太多的問題沒有回答，我們將繼續(xù)霍金的探索。

托馬斯·赫托格的《時間起源》是一部關(guān)于宇宙和時間的科普書，記錄了霍金在人生最后階段對這些問題的思考和探索。作者用通俗易懂的語言介紹了與宇宙學相關(guān)的各個科學領(lǐng)域，包括量子力學、黑洞、弦理論等，帶領(lǐng)讀者踏上了一段有趣的科學旅程。對于任何有興趣思考和探索時間和宇宙的人來說，《時間起源》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)讀者對科學的興趣和熱情。

《時間起源》一書作者簡介

托馬斯·赫托格，著名宇宙學家，比利時魯汶大學教授、引力波中心主任，與霍金是多年的合作伙伴。他在比利時的團隊主要致力于在弦論的基礎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獨立科研基金。2015年獲得佛蘭德科學研究基金資助。

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，本書也是在此基礎上寫作而成，代表了霍金科研生涯最后的成果。

《時間起源》一書譯者簡介

邱濤濤，中國科學院高能物理研究所理論物理博士，臺灣中原大學、臺灣大學博士后研究員，華中科技大學物理學院天文學系副教授。長期從事宇宙學理論方面的研究，主要研究方向為暴脹、反彈宇宙、修改引力理論、原初擾動理論、暗能量等方面。

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