时间起源：霍金最后20年的思考探索

本文转自：北京日报

他认为“哲学已死”，和时间之源相关的问题都是科学问题，不是哲学问题——

时间起源：霍金最后20年的思考探索

吴飙

《时间起源》 托马斯·赫托格 著 邱涛涛 译 中信出版集团

宇宙似乎是为了生命的存在而精心设计的。原子核内的强相互作用若与实际情况有很小的偏差，恒星内部的核聚变将难以产生碳，而碳是生命的基础；另外，空间正好是对生命非常友好的三维，各种物理参数的大小也是恰到好处。“为什么宇宙是这个样子的？”1998年6月中旬，托马斯·赫托格受邀第一次来到霍金的办公室时，霍金向他提出了这个问题。自此，赫托格开始与霍金共同研究量子宇宙论，探寻时间之源。

可以试着提一个小一点的问题：为什么地球上有生命？通过和太阳系中其他行星的比较，我们发现地球正好处于一个恰当的位置，其质量大小也正合适。通过和银河系中其他恒星比较，我们发现太阳的大小也正好合适。这一切似乎是有人为了生物的存在精心设计的。很多人确实是这样认为的：一个超自然的主宰精心设计了太阳的质量、地球的质量以及它们之间的相对距离以保证地球有生命。但科学现在已经给出了更合理的解释：宇宙中有很多个恒星（保守估计大约1022个），这些恒星和它们的行星各不相同，其中有适合生命的行星存在是非常合理的。事实上，现代天文观测已经在太阳系之外发现了很多适合生命居住的行星。

如果有很多个不同的宇宙存在，那么其中有少数几个适合生物生存的宇宙就不足为奇了。这就是多元宇宙论。霍金对多元宇宙论并不满意，这不难理解。我们知道恒星是由星际尘埃在引力的作用下聚集形成的。尘埃的分布是不均匀的，于是形成了大小不同的恒星以及它们的行星。而相对于恒星与行星的形成，我们对宇宙的了解则非常有限。根据暴胀理论和多世界理论，多元宇宙是可能的，但是我们并不知道多元宇宙中的宇宙是如何形成的，为什么不同的宇宙会有不同的基本相互作用。如果想彻底回答这些问题，我们必须知道如何描述大爆炸发生那一刻的一切。关于大爆炸以后发生的事情，我们已经大致了解，但是对于大爆炸本身，我们迄今一无所知。霍金的目标是建立关于大爆炸的量子理论，告诉我们时间之前发生了什么，以及为什么我们的宇宙对生物这么友好。

1998年的那次会面之后，赫托格和霍金开始了一段共同探寻宇宙和时间之源的旅程。他们的探索持续了大约20年，直到霍金于2018年去世。赫托格探望了临终前的霍金，进行了最后一次交谈。霍金（通过电子器件）费力地说道：“是时候写一本新书了……”于是就有了这本《时间起源》，它记录了霍金在他人生最后20年对宇宙和时间的思考和探索。

赫托格的书生动地记录了霍金的思考和探索，同时作为背景资料也描述了现代宇宙学的发展，特别是详细介绍了勒梅特对大爆炸理论的贡献。赫托格在书中深入浅出地介绍了与宇宙学相关的物理和数学知识，比如量子干涉、量子测量、多世界理论和超弦理论。他的写作风格通俗易懂，经常使用类比的方法以及图表来更加清晰地解释复杂和微妙的概念。书中穿插的霍金的小故事让读者在了解厚重的宇宙学过程中得以小憩。

现在有很多关于统一引力和量子力学的理论，但是我们不知道哪一个是对的。甚至所有现存的量子引力理论都可能是错的，包括得到霍金支持的超弦理论。这是因为我们还没有足够的实验数据来验证这些理论。正因为这个原因，我们现在不可能准确地描述宇宙最初的大爆炸，也无从知道时间是如何从中涌现出来的，适合生物进化的物理规律是如何形成的。然而，这并不意味着我们应该放弃探索。我们应该继续努力，寻找真理。霍金就是这样做的。他知道自己可能不会找到答案，但他仍然坚定地走上了探索之路。他认为“哲学已死”，和时间之源相关的问题都是科学问题，不是哲学问题，科学家应该勇敢地去思考和探索。

霍金认为，宇宙的起点是没有时间的。无论将来量子引力理论的具体形式如何，这结论可能都是对的。在物理学中，已经有类似的现象。宏观物质都有体积，但是组成宏观物质的基本粒子，比如电子、夸克，都没有体积。宏观物质的体积来自原子中电子的波函数，电子的一个量子状态。中国古人曾说，一尺之棰，日取其半，万世不竭。根据现代科学，这是不对的。每日取一半，大概一个月后就只剩分子了；继续下去，剩下的将是原子，棰已经不再存在，体积也消失了。宇宙的寿命大约是1018秒，如果宇宙突然开始坍缩，每日年轻一半，那么大约210天之后，宇宙将回到大爆炸后的10-44秒，即普朗克时间。这时候时间已经不存在了，剩下的只是宇宙最初的某种量子状态，就像体积源自电子的量子状态一样。按照多元宇宙理论，不同宇宙的普朗克时间可能还不一样，所以10-44秒可能还不是最小的时间。关于宇宙还有太多的问题没有回答，我们将继续霍金的探索。

（作者为北京大学物理学院教授）