文|曉南
“哈姆雷特曾說(shuō):’即使把我關(guān)在果殼之內(nèi),我也仍自認(rèn)為是無(wú)限空間之王。’我認(rèn)為他這句話想表達(dá)意思的是,盡管我們?nèi)祟惖纳碥|是受到限制的,尤其是對(duì)于我這樣的人,但是我們的思想?yún)s能夠自由地翱翔于廣袤的宇宙之中,甚至還敢于踏上就連’星際迷航’都裹足不前之地。宇宙究竟是無(wú)限的呢還是僅僅是非常大呢?它有過(guò)一個(gè)開端嗎?它究竟是無(wú)始無(wú)終呢還是僅僅壽命很長(zhǎng)?我們?nèi)祟愑邢薜乃枷牒我阅軌蚶斫鉄o(wú)限的宇宙呢?甚至于連我們?cè)噲D這樣做都會(huì)顯得有點(diǎn)自命不凡嗎?
冒著有可能給自己招來(lái)普羅米修斯式命運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)——就是那個(gè)曾經(jīng)為人類從古老的眾神那里盜取火種的普羅米修斯——我想說(shuō),我相信我們?nèi)祟惸軌蚨覒?yīng)該試著去理解宇宙。普羅米修斯為他的行為遭受了懲罰,被無(wú)限期地綁縛在巖石上,不過(guò)令人高興的是,后來(lái)赫拉克勒斯把他解救了出來(lái)。到目前為止,我們?cè)诶斫庥钪娣矫嬉呀?jīng)取得了非凡的進(jìn)展,雖然還沒有獲得全部的答案,但我樂(lè)于相信,我們離這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)不太遠(yuǎn)了。”
……
“不管怎么說(shuō),并非每個(gè)人都喜歡宇宙有一個(gè)開端這種觀點(diǎn)。比如亞里士多德,這位古希臘最著名的哲學(xué)家,就深信宇宙從來(lái)都是永恒存在著的……相反,相信宇宙有開端的人,則把這個(gè)觀點(diǎn)用于證明上帝的存在是宇宙的第一因或者說(shuō)發(fā)起者。
假如一個(gè)人相信了宇宙有一個(gè)開端這種觀點(diǎn)的話,那么他就會(huì)自然而然地想到下面這些問(wèn)題:’在宇宙開始之前又發(fā)生過(guò)什么事呢?上帝在創(chuàng)造這個(gè)世界之前又在做什么事呢?他是不是準(zhǔn)備把問(wèn)這些問(wèn)題的人送進(jìn)地獄呢?’宇宙是否有開端這個(gè)問(wèn)題,也曾深刻困擾著德國(guó)哲學(xué)家伊曼努爾·康德……
……雖然羅杰·彭羅斯和我證明的定理告訴我們,宇宙應(yīng)該有一個(gè)開端,但是并沒有給出太多關(guān)于這個(gè)開端的性質(zhì)的信息,只是表明了,宇宙開始于一次大爆炸,在大爆炸那一刻,整個(gè)宇宙和其中的所有物質(zhì)都被擠壓到密度無(wú)限大的一個(gè)單一的點(diǎn)——時(shí)空奇點(diǎn)之中。在這一點(diǎn)之處,愛因斯坦的廣義相對(duì)論將會(huì)失效,所以也就無(wú)法利用該理論預(yù)測(cè)宇宙是如何開始的,于是,宇宙起源這個(gè)問(wèn)題,看起來(lái)就似乎超出了科學(xué)的范疇之外。
1965年10月,就在我取得第一次奇點(diǎn)結(jié)果的幾個(gè)月之后,隨著微弱的遍布太空的宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn),終于迎來(lái)了能夠證實(shí)宇宙曾經(jīng)有一個(gè)密度極大的開端的觀測(cè)證據(jù)……
愛因斯坦強(qiáng)烈反對(duì)宇宙是由概率統(tǒng)治著的這種觀點(diǎn),他的這種感情充分體現(xiàn)在他的那句名言’上帝不會(huì)擲骰子’里。然而所有的證據(jù)都表明,上帝就是一位不折不扣的賭徒。宇宙就好似一個(gè)巨大的賭場(chǎng),在這個(gè)賭場(chǎng)里,每時(shí)每刻,或者骰子都在翻滾著,或者輪盤都在旋轉(zhuǎn)著。對(duì)于賭場(chǎng)老板來(lái)說(shuō),每投出一次骰子或者每旋轉(zhuǎn)一次輪盤賭,他都會(huì)冒著輸錢的風(fēng)險(xiǎn),但是當(dāng)數(shù)量足夠多的賭局玩過(guò)之后,輸贏的幾率就會(huì)達(dá)到均值,因此賭場(chǎng)老板就能確保幾率的結(jié)果對(duì)他有利了——這就是賭場(chǎng)老板日進(jìn)斗金的秘訣之所在,你如果跟他們玩對(duì)賭,你贏他們的唯一機(jī)會(huì)就是把你全部的身價(jià)壓在骰子的那幾次翻轉(zhuǎn)或者輪盤的那幾次旋轉(zhuǎn)上。
其實(shí)宇宙就跟上述賭場(chǎng)的情形是一樣的。當(dāng)宇宙足夠大的時(shí)候,就有數(shù)量足夠多的骰子被投擲出去,因此全部幾率平均下來(lái)的結(jié)果,就是能夠被預(yù)測(cè)的結(jié)果。但是,當(dāng)宇宙足夠小的時(shí)候,比如在接近大爆炸的時(shí)間點(diǎn)上,只有數(shù)量很少的骰子被投擲出去,所以,在那個(gè)時(shí)候,不確定性原理(筆者注:對(duì)應(yīng)英文UncertaintyPrinciple,又稱測(cè)不轉(zhuǎn)原理)就變得非常重要了。因此,為了理解宇宙的起源,我們就不得不把不確定性原理與愛因斯坦的廣義相對(duì)論融合在一起,而至少在過(guò)去的三十年里,這對(duì)理論物理學(xué)來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。不過(guò),雖然到目前我們?nèi)晕茨芡耆鉀Q它,但是已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。
現(xiàn)在假定讓我們?cè)囍ヮA(yù)測(cè)未來(lái)。由于我們只能知道粒子的位置與速度的組合信息,所以我們就沒法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)粒子在未來(lái)的位置和速度,我們能夠做到的,僅僅是給粒子的位置與速度的特定組合分配一個(gè)概率,因此,對(duì)于宇宙的每一個(gè)特定的未來(lái),就會(huì)有一個(gè)特定的概率值。然而,現(xiàn)在,假如讓我們?cè)僭囍凑胀瑯拥脑砣ダ斫膺^(guò)去。
根據(jù)我們現(xiàn)在能給觀察到的性質(zhì),我們能做的就是為宇宙的每一個(gè)特定的歷史分配一個(gè)概率值,于是,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),宇宙其實(shí)有許多種可能的歷史,每一種歷史都對(duì)應(yīng)有自己的概率值……這種宇宙有多重歷史的理論,乍一聽上去就跟科幻大片一樣,但是如今它已經(jīng)被接受為科學(xué)的事實(shí)。這一科學(xué)成果來(lái)自于理查德·費(fèi)曼的創(chuàng)見……
科學(xué)家們?nèi)缃裾谂Π褠垡蛩固沟膹V義相對(duì)論和費(fèi)曼的多重歷史理論結(jié)合起來(lái)以形成一個(gè)完備的統(tǒng)一場(chǎng)論,從而能夠描述宇宙中發(fā)生的每一件事……
M-理論是最有可能幫助我們完成統(tǒng)一場(chǎng)論的理論,它允許宇宙有大量的可能的歷史。這些歷史中的大部分都很不適合智慧生命的產(chǎn)生,它們或者空空如也,或者壽命太短,或者過(guò)于彎曲,或者具有其它某些不對(duì)頭的地方。然而,根據(jù)理查德·費(fèi)曼的多重歷史理論,這些無(wú)人居住的歷史大概率會(huì)真的存在。
我們真地并不關(guān)心到底有多少不包含有智慧生命的歷史,我們只對(duì)那些發(fā)展出智慧生命的歷史子集感興趣,而且那些智慧生命不必非要跟我們?nèi)祟惥哂心男┫嗨浦幉判?,就算是小綠人也不錯(cuò)啊,實(shí)際上,他們說(shuō)不定還干得很棒呢。其實(shí)我們?nèi)祟惖闹腔坌袨榈挠涗洸⒉惶獠逝?/span>……
也就是說(shuō),我們?nèi)祟惽『蒙嬗谝粋€(gè)具有三維空間的宇宙歷史里……事實(shí)上,在M-理論中,時(shí)空一共有十個(gè)空間維度(同時(shí)這個(gè)理論也還有一個(gè)時(shí)間維度),但是人們認(rèn)為,(在我們的這個(gè)宇宙里),這十個(gè)空間維度中的七個(gè)維度的空間方向都被卷曲得很小,從而讓剩下的三個(gè)維度的空間方向得以很大并接近于平坦。就好比一根吸管,盡管吸管的表面是二維的,但是其中一個(gè)維度被卷成了細(xì)細(xì)的圓形,因此從遠(yuǎn)處看上去,它就變得像一條一維的直線一樣了……
因此,盡管多重歷史的理論允許存在任何數(shù)量的接近平坦的空間維度方向,但是只有具有三個(gè)平坦的空間維度方向的那個(gè)歷史之中才可能包含有智慧生物,只有在這樣的一個(gè)歷史之中,才有可能有人會(huì)問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題:’為什么空間是三維的?’
……
我們是非常早期時(shí)候的宇宙中量子漲落(Quantum Fluctuation)的產(chǎn)品,上帝的的確確是擲骰子的。(筆者注:這一段話的意思可以這樣來(lái)理解:我們?nèi)祟惖漠a(chǎn)生,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),其實(shí)是概率性的結(jié)果,這個(gè)概率性的結(jié)果,源自于很早期的宇宙中的量子漲落,而且在這一點(diǎn)上,愛因斯坦的觀點(diǎn)確實(shí)是錯(cuò)的。)
……
將會(huì)存在著其它一些宇宙。根據(jù)M-理論的預(yù)言,有大量的宇宙被從虛無(wú)之中創(chuàng)造了出來(lái),它們對(duì)應(yīng)著不同的歷史。每個(gè)宇宙都有許多種可能的歷史,并且,隨著他們存續(xù)到現(xiàn)在以及發(fā)展到未來(lái),每個(gè)宇宙還會(huì)有許多種可能的狀態(tài),這些狀態(tài)中的多數(shù)都是跟我們觀察到的這個(gè)宇宙截然不同的。
……我相信,已知粒子的超對(duì)稱性伴侶(supersymmetricpartner)的發(fā)現(xiàn)將會(huì)給我們對(duì)宇宙的認(rèn)知帶來(lái)一場(chǎng)革命。
……
宇宙在熱大爆炸(Hot BigBang)時(shí)的開端本身就是檢驗(yàn)M-理論以及以及我們關(guān)于時(shí)空和物質(zhì)構(gòu)成要素理論的終極高能實(shí)驗(yàn)室。不同的理論會(huì)在當(dāng)前的宇宙結(jié)構(gòu)中留下不同的印記,因此天體物理學(xué)的數(shù)據(jù)能夠向我們提供有關(guān)全部大自然力量的大統(tǒng)一的線索。因此,雖然很可能存在其它一些宇宙,但是很遺憾我們永遠(yuǎn)都無(wú)法探測(cè)它們。
……
那么,對(duì)于那些概率值最大的宇宙的歷史來(lái)說(shuō),未來(lái)會(huì)發(fā)生什么呢?看上去,會(huì)有各種各樣的可能性,就跟智慧生物的外形具有各種各樣的可能性一樣。其實(shí)它們?nèi)Q于宇宙中的物質(zhì)數(shù)量的多與寡。如果物質(zhì)數(shù)量高于某個(gè)臨界點(diǎn),星系間的萬(wàn)有引力就會(huì)讓宇宙膨脹的速度慢下來(lái),之后它們就會(huì)開始彼此走向一起并最終被揉成一個(gè)大面團(tuán),那個(gè)時(shí)候,在真實(shí)時(shí)間的意義上,宇宙的歷史將會(huì)走向終結(jié)……
而如果宇宙的密度低于臨界值的話,萬(wàn)有引力因?yàn)樘蹙蛯⒂肋h(yuǎn)都不能讓星系彼此之間的互相飛離停下來(lái),于是,所有的恒星最后都會(huì)燃燒殆盡,宇宙將會(huì)變得越來(lái)越空曠,越來(lái)越冷,于是,將會(huì)再一次,萬(wàn)物走向終結(jié),只不過(guò)這一次的過(guò)程沒那么劇烈而已。
當(dāng)然,我們(離上述大終結(jié)的日子)還有幾十億年的時(shí)間呢。
在本章的回答里,我盡量向大家解釋了一些有關(guān)我們的宇宙的起源、未來(lái)和性質(zhì)方面的知識(shí)。過(guò)去的宇宙,體積又小密度又大,所以它真得像極了我在本章開頭提到的果殼,然而這個(gè)果殼里卻又包含了實(shí)時(shí)發(fā)生的宇宙萬(wàn)事萬(wàn)物的密鑰,所以,哈姆雷特所言非常正確:即使把我們關(guān)在果殼之內(nèi),我們也仍自認(rèn)為是無(wú)限空間之王。 ”
“根據(jù)無(wú)邊界提議(no-boundaryproposal),問(wèn)在大爆炸之前發(fā)生過(guò)什么這個(gè)問(wèn)題毫無(wú)意義——就跟問(wèn)在南極的南邊還有什么一樣——因?yàn)樵诖蟊ㄖ安⒉淮嬖跁r(shí)間這個(gè)概念。時(shí)間的概念僅僅存在于我們這個(gè)宇宙之中。”
(待續(xù))
————————————————————————-
對(duì)霍金遺作《對(duì)大問(wèn)題的簡(jiǎn)明回答》的簡(jiǎn)要翻譯(1)
http://www.360doc.com/content/19/0312/13/40307874_820946143.shtml
作者郵箱:jeremycuriousman@icloud.com
朋友圈和公眾號(hào)內(nèi)開放轉(zhuǎn)載,其它媒體轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者郵箱。
聯(lián)系客服