顛覆《時間簡史》，霍金的終極理論面世

明敏 2023-10-29 12:45:58 來源：量子位

丁喬 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

霍金在一次對話中寫到：「我改變主意了?！稌r間簡史》的視角錯了。我們需要一種新的（物理）哲學(xué)思想來為宇宙學(xué)服務(wù)」。

《時間起源》這本書，講述了這一新思想的誕生過程。本書作者托馬斯·赫托格，同時也是霍金的合作伙伴，參與研究并見證了霍金最終理論的誕生。

△托馬斯·赫托格(左)和史蒂芬·霍金(右)

帶著對宇宙起源的好奇，量子位與托馬斯·赫托格展開了對宇宙學(xué)新認識的對話。

以下是訪談實錄。

對宇宙起源的再思考

量子位：談?wù)勀愕男聲稌r間起源》，它主要講了什么？

赫托格：很多年來，時間起源都是一個很大的謎團。一個世紀之前，研究人員發(fā)現(xiàn)我們的宇宙存在開端，這個開端不僅是在空間意義上的，同樣也是時間的起源。時間以及宇宙如何誕生的，是這本書主要討論的問題。

很長一段時間里，這個問題都沒有得到清晰的解釋，而現(xiàn)在我們逐漸能夠?qū)Υ私o出解釋了。這本書背后的核心假設(shè)，是霍金和我（作者）發(fā)現(xiàn)，當我們沿著時間往回追溯到大爆炸時刻，一種達爾文式的演化向我們敞開，稱之為元演化。

在這個階段，物理演化的法則和原理與它們所主宰的宇宙共同演化。達爾文的進化論是從生命和物種的角度出發(fā)，而大多數(shù)物理學(xué)家傾向于將物理學(xué)定律視為永恒的數(shù)學(xué)真理，但我們逐漸開始意識到物理學(xué)定律會隨著時間的推移而演變，這涉及我們對于宇宙起源的新認識。

「是時候停止扮演上帝了」

量子位：霍金在自身理論構(gòu)建上經(jīng)歷了兩個主要階段，在這兩個階段中間發(fā)生了怎樣的變化？

赫托格：霍金在上世紀80年代寫了一本書叫《時間簡史》，在這本書里，霍金第一次表達了我們可以從科學(xué)的層面去解釋時間的起源，但他彼時提出的理論有不完善的地方，他認為宇宙剛誕生的時候，本質(zhì)上是沒有星系，沒有恒星，沒有光的。

上世紀80年代，普遍的物理定律依舊認為支撐我們宇宙的法則是不變的、永恒的；然而在我們的新理論中，我們從一個演化的角度去看待物理理論。如果我們追溯回宇宙大爆炸的時刻，物理定律本身發(fā)生了變化。這與霍金在《時間簡史》中的觀點完全相反。所以能夠看到他改變了自己的想法。參與這個過程是非常有趣的，去回答那個古老的問題：物理學(xué)最深層的本質(zhì)是什么？

量子位：霍金是如何發(fā)現(xiàn)人擇原理的局限性的？

赫托格：回答這個問題我們需要回到上世紀90年代，那個時候霍金意識到，《時間簡史》中關(guān)于宇宙起源的的視角錯了，他的第一反應(yīng)是或許我們應(yīng)該加入某種人擇原理。

這是他先前嘗試過的方法但并未起效，因為如果你要在物理理論之上加入其他原理，就會陷入歧途，你無法真正驗證了疊加后的理論。人擇理論受制于個人偏好和主觀性，人擇原理調(diào)用隨機選擇的過程，設(shè)想我們在某種程度上從外部俯瞰宇宙，并在所有和我們一樣的>觀察者中選擇出我們是誰，然而你的人擇理論可能和我的人擇理論不同，因此無法在實驗和觀測證據(jù)的基礎(chǔ)上提供一個合理的解決，這點霍金也意識到了。

所以我們必須以某種方式將我們的存在納入宇宙學(xué)當中。進一步說，我們必須以某種方式將我們作為宇宙內(nèi)部觀測者的視角整合到數(shù)學(xué)框架中。這就是我們研究的起點，從人類視角重新發(fā)展宇宙學(xué)——將我們作為一個宇宙內(nèi)部的觀測者，而不是上帝視角。在書中，有關(guān)霍金的最終理論強調(diào)：我們不再需要人擇原理，因為宇宙和人的演化從來都不是分開的，人類的觀察對宇宙本身有著切實的影響。

自上而下的宇宙學(xué)

量子位：如何解釋自上而下的宇宙學(xué)？

赫托格：自上而下的宇宙學(xué)意味著我們是在倒著閱讀宇宙歷史的基本原理，我們因此稱之為「自上而下」。自上而下的方法是霍金對早期通過自下而上的因果論進行推理的顛覆。

量子位：如果我們采用自上而下追溯的方式，那么時間起源的背后是什么？如何解釋「沒有時間的時間」？

赫托格：這里涉及到全息宇宙學(xué)，這也算是霍金與我在這趟旅程中最后的探險。

如果我們沿著時間回溯，從自上而下的角度看，過去的全部歷史從「虛無」中涌現(xiàn)。這樣的描述非常抽象，但有趣的是，全息學(xué)將自上而下的宇宙學(xué)方法在概念層面上封裝起來?；艚饘Υ撕芨信d趣，因為它使我們自上而下的方法最終成為一個幾乎不可避免的事情。

從全息的角度看，回到過去就像對全息圖進行越來越模糊的觀察。這個全息圖會釋放出越來越多它的解碼信息，直到耗盡量子比特，這就是宇宙的開端。通過自上而下的方式沿時間往回追溯到最初的宇宙，時間的起源不僅代表了一切的開始，也是我們對過去認識的極限。

量子位：假設(shè)我們生活在全息宇宙當中，會是怎樣的情形？

赫托格：我認為宇宙的全息性質(zhì)只有在最極限的角落里才會以某種有意義的方式表現(xiàn)出來，將宇宙視為全息圖與我們今天的世界毫無關(guān)系，除非在拍電影。

但是，當正常的時間概念在時間演化中變得有問題時，全息性質(zhì)變得非常重要。在黑洞內(nèi)部，時間在大爆炸開始的那一刻失去意義。如果我們想了解在大爆炸發(fā)生那一刻，黑洞內(nèi)部發(fā)生的事情，我們必須發(fā)展出一種新的物理學(xué)，它沒有時間構(gòu)建的先驗概念，否則我們永遠不會真正理解時間如何結(jié)束或開始。你需要一個抽象的物理學(xué)，時間的維度以及宇宙演化的基本概念，被視為從宇宙中演生出來的性質(zhì)，這是全息學(xué)所探討的。全息理論帶你進入宇宙最極限的角落，在那里時間在某種程度上失去了它的意義，這就是全息理論的力量。

如果最終不存在終極理論

量子位：如何從物理學(xué)的角度詮釋自然法則？

赫托格：當我們在討論宇宙最早的物理法則時，講到法則是在演化中，物理學(xué)法則之樹是（達爾文式）進化的結(jié)果，就像生物學(xué)中的生命之樹一樣，在沿著時間往回追溯的過程中，各種演生的法則在宇宙中出現(xiàn)，不同的力和粒子逐漸獲得了它們的身份。

這意味著，正如我們已經(jīng)討論過的，如果你沿著大爆炸往回走的時候，發(fā)現(xiàn)物理學(xué)本身會逐漸消失——合并、簡化并最終消失，時間也會逐漸消失（時間在某種意義上是虛幻的）。

量子位：物理學(xué)是否必須要找到一個終極的大統(tǒng)一理論？

赫托格：我不否認物理法則層面上的演化在宇宙早期就已經(jīng)明確。因此，物理法則從那時起就一直沒有改變。這就是為什么我們認為它們是固定的永恒法則。

關(guān)于終極理論，霍金和我都意識到自上而下的宇宙學(xué)方法讓我們猜測，如果一直找下去的話，我們會找到一系列理論，而不是到達終點。在某種程度上，不存在一個最終理論。

霍金與我也同樣意識到，生物的進化和宇宙學(xué)（物理）的演化是非常相似的，并不是涇渭分明。二者都有著非常本質(zhì)的特性，只不過物理學(xué)的演化隱藏得更深一些，藏在宇宙大爆炸當中，沒有（像生物學(xué)）那么明顯。生物學(xué)和物理學(xué)代表了一個包括萬象的歷史進程的兩個階段。

回到終極理論上，仍然有可能找到一個物理理論來解釋我們所有的觀察結(jié)果，但這種理論不會像我們想象的那樣，是來自「上帝視角」的某種純粹、客觀的真理。終極理論將結(jié)合我們的觀測問題、宇宙創(chuàng)生模型以及演化的概念。這也詮釋了霍金對物理學(xué)更深層的理解，從演化的視角出發(fā)，意味著物理學(xué)和生物學(xué)是一棵巨大進化樹中的兩個不同的層次。

One More Thing

量子位：你與霍金有20多年一起工作的經(jīng)歷，能談?wù)勁c霍金一起工作的感受嗎？

赫托格：當然，這中間有很多有趣的事情?；艚鹪诤芏喾矫娑际菢O具激勵性的人。他是一位極其熱情的科學(xué)家，同時也是一個對生活充滿動力的人，一個真的樂觀主義者。他對生活和科學(xué)都持樂觀態(tài)度。同時，我們之間的由于交流不便，所以這種振奮感變得非常強烈。當我遇到霍金時，他已經(jīng)失去了自己的聲音，所以他正在對著電腦說話。

在我們合作的最后階段，我們用各種非口頭表達的方式交流，所以我們的關(guān)系變得非常緊密，從某種意義上說，這是一種非常緊密的合作。在我的印象里，霍金是一位非常友善的朋友，我還記得他的樂觀和他的信念感，相信我們可以解決這些關(guān)于宇宙的非常困難的問題。如果我們解決了這些問題，我們也會對人類有所了解，對我們在宇宙中的位置有所了解。

正如作者在書最后寫的那樣：「我們進入大爆炸的旅程是關(guān)于我們的起源，而不僅僅是從大爆炸開始的宇宙起源」。

△托馬斯·赫托格。攝影：Gert Verbelen

在關(guān)于宇宙的新理論中，霍金不僅回答了宇宙起源的問題，更重要的是，他將我們帶到了人文主義層面：從宇宙的角度看待我們的存在。