顛覆《時(shí)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(shí)間簡史》的視角錯(cuò)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(shí)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(shí)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(rèn)識的對話。

以下是訪談實(shí)錄。

對宇宙起源的再思考

量子位：談?wù)勀愕男聲稌r(shí)間起源》，它主要講了什么？

赫托格：很多年來，時(shí)間起源都是一個(gè)很大的謎團(tuán)。一個(gè)世紀(jì)之前，研究人員發(fā)現(xiàn)我們的宇宙存在開端，這個(gè)開端不僅是在空間意義上的，同樣也是時(shí)間的起源。時(shí)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(shí)間里，這個(gè)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(dāng)我們沿著時(shí)間往回追溯到大爆炸時(shí)刻，一種達(dá)爾文式的演化向我們敞開，稱之為元演化。

在這個(gè)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(dá)爾文的進(jìn)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(huì)隨著時(shí)間的推移而演變，這涉及我們對于宇宙起源的新認(rèn)識。

「是時(shí)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(gè)主要階段，在這兩個(gè)階段中間發(fā)生了怎樣的變化？

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

上世紀(jì)80年代，普遍的物理定律依舊認(rèn)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(gè)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(shí)刻，物理定律本身發(fā)生了變化。這與霍金在《時(shí)間簡史》中的觀點(diǎn)完全相反。所以能夠看到他改變了自己的想法。參與這個(gè)過程是非常有趣的，去回答那個(gè)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(gè)問題我們需要回到上世紀(jì)90年代，那個(gè)時(shí)候霍金意識到，《時(shí)間簡史》中關(guān)于宇宙起源的的視角錯(cuò)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?yàn)槿绻阋谖锢砝碚撝霞尤肫渌?，就?huì)陷入歧途，你無法真正驗(yàn)證了疊加后的理論。人擇理論受制于個(gè)人偏好和主觀性，人擇原理調(diào)用隨機(jī)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(shí)驗(yàn)和觀測證據(jù)的基礎(chǔ)上提供一個(gè)合理的解決，這點(diǎn)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(dāng)中。進(jìn)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(diǎn)，從人類視角重新發(fā)展宇宙學(xué)——將我們作為一個(gè)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(qiáng)調(diào)：我們不再需要人擇原理，因?yàn)橛钪婧腿说难莼瘡膩矶疾皇欠珠_的，人類的觀察對宇宙本身有著切實(shí)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(jìn)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(shí)間起源的背后是什么？如何解釋「沒有時(shí)間的時(shí)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(xiǎn)。

如果我們沿著時(shí)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?yàn)樗刮覀冏陨隙碌姆椒ㄗ罱K成為一個(gè)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(jìn)行越來越模糊的觀察。這個(gè)全息圖會(huì)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(shí)間往回追溯到最初的宇宙，時(shí)間的起源不僅代表了一切的開始，也是我們對過去認(rèn)識的極限。

量子位：假設(shè)我們生活在全息宇宙當(dāng)中，會(huì)是怎樣的情形？

赫托格：我認(rèn)為宇宙的全息性質(zhì)只有在最極限的角落里才會(huì)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(dāng)正常的時(shí)間概念在時(shí)間演化中變得有問題時(shí)，全息性質(zhì)變得非常重要。在黑洞內(nèi)部，時(shí)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(shí)間構(gòu)建的先驗(yàn)概念，否則我們永遠(yuǎn)不會(huì)真正理解時(shí)間如何結(jié)束或開始。你需要一個(gè)抽象的物理學(xué)，時(shí)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(jìn)入宇宙最極限的角落，在那里時(shí)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(dāng)我們在討論宇宙最早的物理法則時(shí)，講到法則是在演化中，物理學(xué)法則之樹是（達(dá)爾文式）進(jìn)化的結(jié)果，就像生物學(xué)中的生命之樹一樣，在沿著時(shí)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(shí)候，發(fā)現(xiàn)物理學(xué)本身會(huì)逐漸消失——合并、簡化并最終消失，時(shí)間也會(huì)逐漸消失（時(shí)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(gè)終極的大統(tǒng)一理論？

赫托格：我不否認(rèn)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(shí)起就一直沒有改變。這就是為什么我們認(rèn)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(huì)找到一系列理論，而不是到達(dá)終點(diǎn)。在某種程度上，不存在一個(gè)最終理論。

霍金與我也同樣意識到，生物的進(jìn)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(dāng)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(gè)包括萬象的歷史進(jìn)程的兩個(gè)階段。

回到終極理論上，仍然有可能找到一個(gè)物理理論來解釋我們所有的觀察結(jié)果，但這種理論不會(huì)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(jìn)化樹中的兩個(gè)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(dāng)然，這中間有很多有趣的事情。霍金在很多方面都是極具激勵(lì)性的人。他是一位極其熱情的科學(xué)家，同時(shí)也是一個(gè)對生活充滿動(dòng)力的人，一個(gè)真的樂觀主義者。他對生活和科學(xué)都持樂觀態(tài)度。同時(shí)，我們之間的由于交流不便，所以這種振奮感變得非常強(qiáng)烈。當(dāng)我遇到霍金時(shí)，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(dá)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(huì)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(jìn)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。