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已有 204 次阅读2018-3-15 04:55 |系统分类:科普作品| 霍金

史蒂芬·霍金:留给哲学的战书 [


霍金(Stephen Hawking)晚年与物理学家雷纳.曼罗迪诺合著《大设计》(The Grand Design),再次发问宇宙的起源与运作方式、现实的本质、万物的起源等问题。当这本新作面世之时,霍金已在访问中说道:“宇宙有自身的法则,比如万有引力,宇宙本身可以从无到有,不需要假借外力,包括上帝”;而在书中的第一章,他更直接地否认了哲学回答上述问题的可能性:“……哲学已死。哲学已经跟不上科学尤其物理学的现代发展。”

2018年3月14日,霍金去世,读者已经无法再向其继续探问,宇宙的“大设计”究竟出自何种力量之手以及其中运作的规律。霍金最激进的位置乃是想以物理学回答宇宙为何如此行为,而不仅描述宇宙的规律——这点正是霍金对哲学、甚至乎宗教的最大挑战。

以下篇章摘录自《大设计》,由湖南科学技术出版社出版,吴忠超翻译。

The Grand Design, Stephen Hawking

第一章 存在之谜

我们每个人都只能存在很短的时间,在这短暂的时间里我们只能探索整个宇宙的一隅。然而,人类是好奇的物种。我们想要知道,我们追寻答案。生活在这时而仁慈又时而残酷的广袤世界,凝望着头顶上的浩淼苍穹,人们一直以来就在寻问大堆的问题:我们怎么理解我们身居其中的世界?宇宙怎么行为?实在的本质是甚么?所有一切从何而来?宇宙需要一个创造者吗?我们中的大多数人都不会花太多的时间去操心这些问题,但几乎我们所有人都会在某些时候为它们发愁。

在传统上,这些问题是哲学问题,然而哲学死了。哲学已经跟不上科学尤其是物理学的现代发展。在我们探索知识的进程中,科学家已成为发现的火炬手。本书的目的就在于给出由新近的探索发现和理论进展提供的解答。它们带领我们走进一个描绘宇宙和人类在宇宙中所处位置的新图景,那个图景非常不同于传统图景,甚至也不同于我们在一二十年前所描绘的那个。不过,一个新概念的最初轮廓是可以追溯到几乎一个世纪以前的。按照传统的宇宙观念,物体沿着定义明确的路径运动,并且拥有确定的历史。我们能够指明它们在每一个时刻的精确位置。

尽管这种描述对于日常目的已经足够成功了,但是,在二十世纪二十年代,人们发现这种“经典”图景不能解释观测到的实存于原子和亚原子尺度的看似奇异的行为样态。作为替代,这就有必要采纳一个称为量子物理的不同框架。量子论已被证明对于预测那些尺度中发生的事件是非常精确的,同时它也能再现旧有经典理论运用到日常生活宏观世界所给出的预言。然而,量子物理和经典物理是建立在迥异的物理实在观念的基础之上的。

量子论可以用许多不同的方式来表述,但理查(迪克)·费恩曼给出的表述可能是最为直观的,他是一个生活丰富多彩的人,工作于加州理工学院,经常在路边的脱衣舞夜总会敲奏邦戈鼓。按照费恩曼的说法,一个系统并非只有一个历史而是有每一种可能的历史。在追寻答案的进程中,我们将详细解释费恩曼的方法,并运用这种方法来探究这样一个观念,即宇宙本身并没有单一的历史,甚至也不是独立的存在。这个观念即使在许多物理学家看来都显得太过激进了。的确,正如今天科学当中的许多观点一样,它似乎违背了常识。然而,常识基于日常经验,而不是基于需要通过技术奇迹才能显现的宇宙,这些技术奇迹允许我们深入观察原子或是追溯早期宇宙。

在现代物理学到来以前,人们普遍认为,关于世界的所有知识都能通过直接的观测获得,事物就是它们表现出来的样子,通过我们的知觉被我们感知。然而,基于费恩曼观点这类与日常经验冲突的观念的现代物理学,它取得的惊人成就已经表明事实并非如此。关于实在的那种幼稚观点因而是与现代物理学格格不入的。为了解决这些悖论,我们将采纳一种称为依赖模型的实在论的方法。它基于这样的观念,即我们的大脑通过建立一个关于世界的模型来解译我们的感官输入。当这样的模型能够成功地解释事件,我们就倾向于给它以及组成它的元素和概念赋予实在性或者绝对真理性。然而,可能存在不同的方法,在每一种方法中人们可以利用不同的基本元素和概念来为相同的物理状况建模。假如有两种这样的物理理论或者模型都能准确地预测同一个事件,我们就不能认为一个比另一个更真实;相反,我们可以自由地运用任何最为简便的模型。


科学史上,从柏拉图到牛顿经典理论再到现代量子论,我们已经发现了一连串越来越好的理论或模型。人们自然会问,这种发现的序列最后是否会终结于一个宇宙终极理论,它将包含,所有的力并预言我们所能做的一切观测,又或者我们将持续不断地找到越来越好的理论而没有任何一个理论不能再作改进?对于这个问题,我们尚无确切答案,不过,如果确实存在一个万物终极理论,那么我们现在已经有了其候选者,这就是所谓的 M 理论。M 理论是具备在我们看来最终理论所应具备的所有性质的惟一模型,我们后面的讨论有许多都基于 M 理论。

M 理论不是通常意义上的那种理论,而是许多各不相同的理论的全族,其中每一个理论仅仅在物理状况的某个范围内才能算是好的描述。这有点像地图。众所周知,我们不能只用一幅地图就展现地表全貌。常用于世界地图的墨卡托投影法会使得更北和更南的区域显得越来越大,并且没有覆盖北极和南极。为了忠实地绘製整个地球,我们必须使用一系列地图,每张地图都只能覆盖一个有限的地区。这些地图彼此叠合,在叠合之处,它们就显示同样的地表景观。M 理论与此类似,M 理论中的各种理论看上去都非常不同,但都可以看作是同一个基础理论的某些方面。它们作为理论版本,只能运用于有限的领域——例如在能量之类的某些量相当小的场合。就像墨卡托投影中叠合的地图一样,在不同理论版本叠合的领域,它们就预测同样的现象。但是,正如没有任何一幅平面地图能很好地展现地球整个表面,也没有哪个单一理论能很好地表述所有情况下的观测。


世界地图 正如需要叠合的地图来表现地球一样,我们也需要一系列叠合的理论 来表现宇宙。

我们将描述 M 理论是如何为创世问题提供解答的。根据 M 理论,我们的宇宙不是唯一的宇宙。相反,M 理论预测了许许多多的宇宙都无中生有地创造出来。它们的创生不需要某位元超自然存在或者神的介入。这些多重宇宙是物理定律自然地导致的。它们是科学的预测。在晚期,也就是在当今这样的宇宙创生已久的时期,每个宇宙都有了许多可能的历史以及许多可能的状态。大多数的状态将会非常不同于我们观测着的这个宇宙,也将会相当不适宜任何形式的生命存在。只有非常少数的宇宙允许像我们这样的生物存活。因而,我们的存在就从大堆宇宙中将那些适宜我们生存的宇宙选择出来。尽管我们在宇宙的尺度中是微不足道、无关紧要的,但在某种意义上这使我们成为了万物之灵。

为了最深层次地理解宇宙,我们不仅需要知道宇宙如何行为,而且还需要知道宇宙为何如此行为。

为何有物存在而非虚无?

为何我们会存在?

为何是这一组特殊的定律而非其他?

这是生命、宇宙和万物的终极问题。本书中我们将尝试解答它。与《银河系漫游指南》给出的答案不同,我们的答案不会简单地是“42 ”。

注:本文转载自“香港01”网站。


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