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霍金的大設計

毫無疑問,霍金是活著的對公眾最有影響力的科學家,這種影響力很難說是正面的還是負面的。例如,前段時間他警告不要草率地試圖與外星人接觸,因為存在被他們輕易地確定地球位置從而入侵地球的危險。美國和一些西方國家研究了SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence)很多年,也許這個警告有一定價值。就像科幻作家劉慈欣在《三體》中構想的那樣,在半人馬座存在比人類文明更加發達的文明,他們覺得地球的環境更好,所以要入侵地球。但是,很難說這種警告是基於嚴謹的科學研究所做出的。

最近,霍金和列納德·蒙洛迪諾(Leonard Mlodinow)合寫的《大設計》英文版上市,我還沒有時間認真閱讀,只是大致翻了一下。在這本書中,作者的目的是介紹理論物理和宇宙學的最新研究進展。作者特別強調了量子力學中的多歷史觀點,即宇宙的歷史並不是一個確定的歷史(物理學中稱之為經典歷史),而是同時存在很多不同的歷史,類似一個粒子同時存在於很多不同的地方。對於一個粒子來說,當你具體測量它的位置時,它的位置才確定下來——但測量之前我們不能肯定它的位置。對於歷史來說,我們卻不能通過測量使得歷史固定下來。霍金為什麼要強調歷史的線性疊加呢?他主要想兜售他和哈特爾(James Hartle)在1983年提出的基於多歷史的量子宇宙學。他們的量子宇宙學需要更多的專業知識才能弄懂,這裡,就像霍金本人做的那樣,我們只能大致說明一下。他們假定宇宙本身由一個分佈函數決定,就像擲骰子,不同的結果有不同的幾率。這個分佈函數又是通過疊加不同歷史得到的,而他們給出一個不需要初始條件的疊加辦法。這裡,所謂初始條件就是宇宙開始時的狀態。霍金將這個方案稱為無邊界條件。

無邊界的歷史疊加是霍金的大設計方案中的重要部分之一。另一個重要部分就是弦論,現在又稱為M理論。對於公眾來說,經常有人誤解霍金是發明M理論的人,這是錯的,霍金只是相信M理論的人之一。我自己也相信了M理論很多年,但是,M理論的最新進展卻導致了分歧。這個進展就是弦論景觀。過去,我們一直認為宇宙是唯一的,而宇宙的唯一性是理論或者邏輯決定的,弦論研究者們多數相信這一點。但是,宇宙加速膨脹的發現,促使人們深入挖掘弦論,發現弦論竟然允許很多不同的宇宙存在。也就是說,我們現在這個宇宙只是「很多」中可能的宇宙之一。就像一個山脈中的小村莊,而整個山脈巨大無比,存在很多很多不同的村莊——即不同的宇宙。弦景觀這個術語就得自山脈的比喻。但和山脈中的村莊不同,有的宇宙是不適宜人類居住的,甚至不允許任何生命出現。我們這個宇宙在很多方面是獨特的,首先,要求生命和智慧出現就需要物理規律採取特殊形式,這些物理規律中的一些數,例如電子電荷和質量,也不能太任意。有些人很喜歡這個弦景觀,他們所取的看法是,也許很多物理常數本身根本無法用物理規律來解釋,它們本來是任意的。之所以這些物理常數在我們宇宙中取這些看上去難以解釋的數值,是因為只有這樣人類才能出現,這就是所謂人擇原理。人擇原理假定很多不同宇宙同時存在,但我們這個宇宙之所以這麼特殊是因為它允許我們存在。

很明顯,霍金是相信人擇原理的。他認為,人擇原理結合他的無邊界條件足以解釋一切,甚至人類的存在。所以他說,這個宇宙不需要上帝存在。在這本書中,作者們確實多次提到了上帝,並否定上帝的存在。也許由於這個原因,這本書引發宗教界的反對聲音。國內媒體也特別注意到了這個聲音。《南方週末》記者因這本書採訪了我,報道中引了我一句話:「如果可以在實驗室用極端的條件,創造一個大爆炸宇宙,那麼新的宇宙可以想像為原始的宇宙氣球上新長出來的一個泡泡,這時,這個新的泡泡是有人在操縱還是自然生成?是有一個宗教意義上『造物主』的角色起作用嗎?我們不知道。」

其實,我還說了很多其他的話,他們沒有引。我特別強調了這本書並不是建立在已被證實的理論基礎上的。下面我就霍金和蒙洛迪諾的理論說幾句話。

首先,我是研究弦論或M理論的,但這不表明我就無條件地相信這個理論。毫無疑問,這個理論是一個很美妙的理論。例如,它有很多數學應用,甚至有很多物理應用,像用來研究某些粒子物理問題和凝聚態物理問題。但作為一個統一各種基本相互作用的理論,它還需要實驗支持。目前,還沒有任何實驗支持,而且也不能肯定在可見的將來會有。的確,M理論在結構上比其他競爭的理論優越,但我們還沒有排除其他理論甚至還沒有出現的理論才是正確的可能性。

其次,霍金和哈特爾的無邊界理論是基於某種量子引力的基礎上的,而這個量子引力理論還不存在,所以無邊界理論在理論上還不能被認為是成立的。即使在弦論中,還沒有人能夠證明無邊界理論是可行的。所以,霍金多年來鼓吹的不需要第一推動的理論並不存在。他們的理論只是一種近似,也許根本就是錯的。

我的結論是,霍金和蒙洛迪諾的努力是值得讚賞的,但不能誤讀,可惜的是他們的書在西方一定會誤導很多普通讀者。