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我们从哪里来——霍金《大设计》

(2012-07-17 17:28:37)
标签:

大设计

霍金

时空

量子

宇宙

魏延政

分类: 随想随笔

这本书与其说是科学最前沿的普及,不如说是当代最伟大的科学哲学思想论著。其观点未必100%正确,诚如霍金自己所说,科学以及现实论是基于我们对世界的认识所建立的模型,以及对模型的检测和验证。

 

我们先看如下一些我们熟悉但又从未解决的哲学问题:

我们如何理解我们身处其中的这个世界?

宇宙遵循怎样的行为准则?

现实的本质是什么?

所有这一切从哪里来?

 

本来这些命题应该是留给哲学来回答的,但当代哲学已经远远落后于科学而只能处理些语言上的问题。霍金无愧为当代最伟大的哲学思想家,而不仅仅是物理学家。他无愧于说出“哲学已死”,对于如同原子的微观作用如何影响宏观物体行为这样复杂的问题,作者在此书开篇用“效用论”几句话就把包括物理、化学、生物、心理、经济学的基本行为概括得简单明了。简单的说效用理论不必拘泥于解释每一个复杂的内部细节过程,而是适度的用大家都遵循的效用去量化或预测下一步行为,现代科学的物理、化学、生物、心理、经济学等实际上都是遵循效用论的。

http://s14/middle/489bcf07hc505bd242efd&690

 

在回答以上这些千古哲学问题之前,先介绍另外两本我最近读的霍金在八年前和十多年前写过的另两本书《时间简史(简版)》和《宇宙简史》:

这个简版的《时间简史》大部分像是物理学史,对经典广义相对论、量子理论、量子引力论的最终统一这个预测有比较清晰的论述,以及时空穿越的一些预测。如果前二者真的被统一到第三者(宇宙终极理论),“当代”物理学理论或许就完备了。后续的事情可能就是探索宇宙和穿越时空。

这本《宇宙简史》对宇宙为什么是现在这样、黑洞的形成原理、黑洞不那么黑(黑洞辐射,又叫霍金辐射)、宇宙无边界论等问题论述很详细。后两者是霍金对物理学的两大贡献,如果能证实他将获诺贝尔奖。此书特别发人深思的手法非常引人入胜,让人看完一章就想迫不及待的知道下一章。我是先读的《宇宙简史》,相比之下,那本简版的《时间简史》显得有点小儿科。
《大设计》是霍金综合了包括来自NASA的证据以及其他一些宇宙研究的最新发现、最新验证,并归纳出他认为“最应该”的宇宙模型。相比《时间简史》和《宇宙简史》的核心进展是,霍金放弃了单一宇宙终极理论(或单一万有理论),即:爱因斯坦曾寄希望找到的将相对论和量子理论统一的单一终极理论;如果有的话,霍金明确“M理论”是唯一可能的爱因斯坦所要找的理论。但M理论并不是一条单一理论,而是一个理论集合。霍金用近几年的宇宙观察检验推论M理论的正确性,虽然M理论仍需更多检验,但他相信其正确性。
 
简单介绍一下M理论。由于描述宏观世界的经典引力论(gravity)和描述微观世界的量子理论(quantum)无法完整的统一,霍金认为,主宰宇宙的科学法则应该是一组法则,而不是一个单一的万能法则,M理论就是这样一组法则。M理论基于量子理论,也囊括了爱因斯坦的广义相对论,来解释存在多种宇宙,且每个宇宙都如同量子般具有每一种可能的历史路径(并非如同宏观物体在我们的观测中只有单一历史路径);且不同宇宙有不同的基本法则,我们所处宇宙的基本法则包括引力、电磁力、弱核力、强核力这4种基本作用法则,其它宇宙可能是更多或更少的法则,甚至时空存在形式也许和我们所处的宇宙完全异样。M理论称,我们的宇宙是个11维的时空,其中一维是时间,另外10维是空间纬度,但只有3维是我们可以感知到的宏观空间纬度,其余7维由于能量和引力的作用将这7维空间扭曲到我们无法感知到的形式(原文解释为小到我们无法感知);那些所有我们无法感知到的时空(换句话说就是宇宙)可能存在有10的500次方多个,他们有他们的存在形式、物理法则、以及每一种可能的历史演进路径。
http://s16/bmiddle/489bcf07hc50641676c5f&690量子理论奠基人 Richard Feynman
读《宇宙简史》时书中提到,时间的方向对物理学定律在称为C、P、T的联合作用下保持不变(C粒子反粒子互换、P镜像易位、T运动反向),当时我猜想我们的宇宙可能起源于什么也不存在的“0”。果然,霍金最新的《大设计》在开篇就指出,根据M理论,我们所处的宇宙并非唯一一个,众多的宇宙全都源自一无所有的“虚空”!M理论预言的所有宇宙的诞生,并不需要上帝或者其它超自然事物的干预。处于所有不同时空的宇宙都源自什么也没有的“零”,和佛教的“色即是空”完美吻合!巧合?
 
于是发了一条以上这段话的微博,一个同学提了一个问题“虚空又是什么呢? 虚空又为什么会不安分的从无生有? 这个过程是自发的还是被动的? ”于是带着这个问题读完了正本书。霍金在书的最后这样回答此问题:整个宇宙是从虚空自发形成的。在产生一个宇宙之初,它符合量子原理,有无限种可能的发展历史路径。产生一个宇宙的从无到有的过程中,产生物质如太阳地球的同时,则产生了正能量(物质)和负能量(之间的引力),能量和物质是two facets of the supersymmetry,这些物质和正负能量可动态的结合并重归虚空;这样的过程继而如此往复。这种往复在局部动态的产生物质和能量,但整个宇宙整体上动态的保持着平衡——也就是“0”或者“虚空”。
 
我的理解不一定完全正确,因为他的这本书是个普及读物,没有严密的数学逻辑证明,所以我这样一个外行也很难精确的理解每一个单词。如果你对这些问题感兴趣,最好也读读大师的原著。可能的话,最好读英文原著,因为国内90年代以后对国外书籍的翻译大都是不负责任的。
 
有一些问题我没有想得很明白,以下是我个人的一些理解或猜想,也不知道对不对,如下:
条件1,M理论推出可能存在10^500多个不同宇宙,每个宇宙有每一种可能的发展历史路径;
条件2,广义相对论称时空并非平坦,条件1中的每一个宇宙时空都被其中的能量和引力将各自不同的时空扭曲;
条件3,霍金的无边界论指出扭曲的时空没有起止时间,宇宙就是这么存在着;
推论1:相对论指出没有绝对时间,时间也是相对的,那么所有这些10^500多个不同宇宙可能也并不产生于同一个大爆炸的起点,因为他们的相对时间并非同一个绝对时间,而地球人所观测到的大爆炸只是我们所处的宇宙时空的时间起点。
推论2:每一个宇宙时空的时间轴,在超出这个时空之外的更大的尺度上看,根据霍金的无边界论,被扭曲(挤压或拉伸)成一个退化的空间纬度,那么“时间”本身也许就没有意义。
推论3:然后以Feynman的量子理论加总所有这些可能存在的10^500个宇宙(我们所处的宇宙只是其中一个),所有宇宙的总和也许就是动态平衡着的“虚空”,时而有时而无,它就这么存在着或者不存在着,并且,“时间”没有起点也没有终点。

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附,另外再推荐一本好书:《新版量子宇宙》,同样推荐读英文原版。

相当多的中国人和西方人的思维有本质差别,中国人说一件事是对的只因为他认为是对的,而西方人说某事是对的要经过逻辑或实验证明的。中国人的想当然不加检验这一陋习也许源自古代圣贤,比如孔孟老庄,一直到现代中小学甚至大学教育,这里不赘述,我自己也深受其害,刚到英国的时候经历过一段非常痛苦的时期,每个星期给导师(一位英国皇家工程院院士)的报告,几乎我的每句话,他都打个问号,问我“but why?”我几乎被他问疯掉,相信不少在欧美读博士的同学也有过类似经历。这本书(作者也是位皇家工程院院士)的讲述方式非常体现这种差别,从理论到应用:纳米技术、量子计算机、量子信息、宇宙黑洞、数码相机CCD成像原理、 电影画面电脑制作、甚至海岸线长度丈量与量子理论的关系,象回顾科学历史一般引人入胜。

http://s6/bmiddle/489bcf07hc53a311671b5&690

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