【霍金逝世】他留給世界的問題　時間簡史、量子物理學、哲學已死

霍金（Stephen Hawking）晚年與物理學家雷納．曼羅迪諾合著《大設計》（The Grand Design），再次發問宇宙的起源與運作方式、現實的本質、萬物的起源等問題。當這本新作面世之時，霍金已在訪問中說道：「宇宙有自身的法則，比如萬有引力，宇宙本身可以從從無到有，不需要假借外力，包括上帝」；而在書中的第一章，他更直接地否認了哲學回答上述問題的可能性：「……哲學已死。哲學已經跟不上科學尤其物理學的現代發展。」

2018年3月14日，霍金去世，讀者已經無法再向其繼續探問，宇宙的「大設計」究竟出自何種力量之手以及其中運作的規律。霍金最激進的位置乃是想以物理學回答宇宙為何如此行為，而不僅描述宇宙的規律——這點正是霍金對哲學、甚至乎宗教的最大挑戰。

以下篇章摘錄自《大設計》，由湖南科學技術出版社出版，吳忠超翻譯。

第一章 存在之謎

我們每個人都只能存在很短的時間，在這短暫的時間裡我們只能探索整個宇宙的一隅。然而，人類是好奇的物種。我們想要知道,我們追尋答案。生活在這時而仁慈又時而殘酷的廣袤世界，凝望著頭頂上的浩渺蒼穹，人們一直以來就在尋問大堆的問題：我們怎麼理解我們身居其中的世界？宇宙怎麼行為？實在的本質是甚麼？所有一切從何而來？宇宙需要一個創造者嗎？我們中的大多數人都不會花太多的時間去操心這些問題，但幾乎我們所有人都會在某些時候為它們發愁。

在傳統上，這些問題是哲學問題，然而哲學死了。哲學已經跟不上科學尤其是物理學的現代發展。在我們探索知識的進程中，科學家已成為發現的火炬手。本書的目的就在於給出由新近的探索發現和理論進展提供的解答。它們帶領我們走進一個描繪宇宙和人類在宇宙中所處位置的新圖景，那個圖景非常不同於傳統圖景，甚至也不同於我們在一二十年前所描繪的那個。不過，個新概念的最初輪廓是可以追溯到幾乎一個世紀以前的。按照傳統的宇宙觀念，物體沿著定義明確的路徑運動，並且擁有確定的歷史。我們能夠指明它們在每一個時刻的精確位置。

儘管這種描述對於日常目的已經足夠成功了，但是，在二十世紀二十年代，人們發現這種「經典」圖景不能解釋觀測到的實存於原子和亞原子尺度的看似奇異的行為樣態。作為替代，這就有必要採納一個稱為量子物理的不同框架。量子論已被證明對於預測那些尺度中發生的事件是非常精確的，同時它也能再現舊有經典理論運用到日常生活宏觀世界所給出的預言。然而，量子物理和經典物理是建立在迥異的物理實在觀念的基礎之上的。

量子論可以用許多不同的方式來表述，但理查（迪克）·費恩曼給出的表述可能是最為直觀的，他是一個生活豐富多彩的人，工作於加州理工學院，經常在路邊的脫衣舞夜總會敲奏邦戈鼓。按照費恩曼的說法，一個系統並非只有一個歷史而是有每一種可能的歷史。在追尋答案的進程中，我們將詳細解釋費恩曼的方法，並運用這種方法來探究這樣一個觀念，即宇宙本身並沒有單一的歷史，甚至也不是獨立的存在。這個觀念即使在許多物理學家看來都顯得太過激進了。的確，正如今天科學當中的許多觀點一樣，它似乎違背了常識。然而，常識基於日常經驗，而不是基於需要通過技術奇跡才能顯現的宇宙，這些技術奇跡允許我們深入觀察原子或是追溯早期宇宙。

在現代物理學到來以前，人們普遍認為，關於世界的所有知識都能通過直接的觀測獲得，事物就是它們表現出來的樣子，通過我們的知覺被我們感知。然而，基於費恩曼觀點這類與日常經驗衝突的觀念的現代物理學，它取得的驚人成就已經表明事實並非如此。關於實在的那種幼稚觀點因而是與現代物理學格格不入的。為瞭解決這些悖論，我們將採納一種稱為依賴模型的實在論的方法。它基於這樣的觀念，即我們的大腦通過建立一個關於世界的模型來解譯我們的感官輸入。當這樣的模型能夠成功地解釋事件，我們就傾向於給它以及組成它的元素和概念賦予實在性或者絕對真理性。然而，可能存在不同的方法，在每一種方法中人們可以利用不同的基本元素和概念來為相同的物理狀況建模。假如有兩種這樣的物理理論或者模型都能準確地預測同一個事件，我們就不能認為一個比另一個更真實；相反，我們可以自由地運用任何最為簡便的模型。

科學史上，從柏拉圖到牛頓經典理論再到現代量子論，我們已經發現了一連串越來越好的理論或模型。人們自然會問，這種發現的序列最後是否會終結於一個宇宙終極理論，它將包含，所有的力並預言我們所能做的一切觀測，又或者我們將持續不斷地找到越來越好的理論而沒有任何一個理論不能再作改進?對於這個問題，我們尚無確切答案，不過，如果確實存在一個萬物終極理論，那麼我們現在已經有了其候選者，這就是所謂的 M 理論。M 理論是具備在我們看來最終理論所應具備的所有性質的惟一模型，我們後面的討論有許多都基於 M 理論。

M 理論不是通常意義上的那種理論，而是許多各不相同的理論的全族，其中每一個理論僅僅在物理狀況的某個範圍內才能算是好的描述。這有點像地圖。眾所周知，我們不能只用一幅地圖就展現地表全貌。常用於世界地圖的墨卡托投影法會使得更北和更南的區域顯得越來越大，並且沒有覆蓋北極和南極。為了忠實地繪製整個地球，我們必須使用一系列地圖，每張地圖都只能覆蓋一個有限的地區。這些地圖彼此疊合，在疊合之處，它們就顯示同樣的地表景觀。M 理論與此類似，M 理論中的各種理論看上去都非常不同，但都可以看作是同一個基礎理論的某些方面。它們作為理論版本，只能運用於有限的領域——例如在能量之類的某些量相當小的場合。就像墨卡托投影中疊合的地圖一樣，在不同理論版本疊合的領域，它們就預測同樣的現象。但是，正如沒有任何一幅平面地圖能很好地展現地球整個表面，也沒有哪個單一理論能很好地表述所有情況下的觀測。

我們將描述 M 理論是如何為創世問題提供解答的。根據 M 理論，我們的宇宙不是唯一的宇宙。相反，M 理論預測了許許多多的宇宙都無中生有地創造出來。它們的創生不需要某位元超自然存在或者神的介入。這些多重宇宙是物理定律自然地導致的。它們是科學的預測。在晚期，也就是在當今這樣的宇宙創生已久的時期，每個宇宙都有了許多可能的歷史以及許多可能的狀態。大多數的狀態將會非常不同於我們觀測著的這個宇宙，也將會相當不適宜任何形式的生命存在。只有非常少數的宇宙允許像我們這樣的生物存活。因而，我們的存在就從大堆宇宙中將那些適宜我們生存的宇宙選擇出來。儘管我們在宇宙的尺度中是微不足道、無關緊要的，但在某種意義上這使我們成為了萬物之靈。

為了最深層次地理解宇宙，我們不僅需要知道宇宙如何行為，而且還需要知道宇宙為何如此行為。

為何有物存在而非虛無？

為何我們會存在？

為何是這一組特殊的定律而非其他？

這是生命、宇宙和萬物的終極問題。本書中我們將嘗試解答它。與《銀河系漫遊指南》給出的答案不同，我們的答案不會簡單地是「42 」。

關於霍金的消息，《香港01》將會有更多報道，讀者可按此瀏覽