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管理学已死,霍金的一世都在为全人类找出答案

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-09-07 05:13

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霍金逝世,让人无限惋惜,好像他应该永远存在,好提醒世界人类的危险所在!

本节课思维导图

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 极端物质化的当今世界是否比以前更进步,还是很可疑的事。人们必须做形而上的追求,才能脱离动物界的生存状态。这就是为什么世代有识之士追求存在、生命和宇宙的意义。

“伟大的宇宙”(Antifan Real, deriventart.com)

一本《时间简史》掀起世界物理学普及的热潮,一本《果壳里的宇宙》让他永远,闪耀一本《大设计》成就思想的颠峰!他的人生积极传奇,超越人们对他对物理世界的感官,他不仅仅关心物理学的进展,也关注人类命运,人类社会环境及AI智能高科技对人类的生存担忧。

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2011年初,史蒂芬·霍金的新作《大设计》中译本面世,将中国读者的视线重新拉回到霍金系列经典作品上来。这本关于生命、万物、宇宙存在的图书,是霍金在《时间简史》之后最重要的着作,它凝结了作者自《时间简史》出版以来20多年间对科学和哲学的探索成果,以及对这些学科的未来展望。这本书是由物理学家列纳德·蒙洛迪协助完成的。

    解决这些命题本来应该是哲学家的任务,可惜科学的高度发展使得哲学无法跟上。霍金在新著《大设计》的开篇中说到“哲学已死”就是这个意思。可以断定,当今世界已经出现不了康德、彭加莱和罗素这样的人物了。

(文 / 克赖斯 · 爱德华)在史蒂芬 · 霍金和勒纳德 · 穆洛迪诺(Leonard Mlodinow)合著的新书《大设计》( The Grand Design )中,两位作者力求对数学和物理学作一个详细的历史性总结,对关系到宇宙及其起源的各种复杂数学模型和数学理论进行阐释,不仅如此,尚有余墨昭告天下——哲学和上帝已经双双归西 [1] 。

人类对于宇宙的永远充满好奇的,比如我们怎么理解身处于其中的世界?宇宙如何运行?什么是实在性?所有这一切从何而来?宇宙需要一个造物主吗?

关于笛卡尔的三个重要议题,本节课着重讲第一个议题:

20多年前,《时间简史》的出版,曾引起无数读者持续多年对霍金的热烈追捧。中南出版传媒集团股份有限公司旗下的湖南科学技术出版社,自出版《时间简史》中文版以来,一直是霍金几乎所有着作中文简体版的出版者。出版社介绍,《大设计》英文原版自2010年8月出版以来,一直是亚马逊网站上最为畅销的书籍之一,连续8周名列排行总榜第一名,目前仍在前10名内。

   《大设计》是霍金在《时间简史》之后的最重要的著作,它凝结了霍金20多年来对科学和哲学的思考成果。它是在蒙洛迪诺的技术协助下完稿付梓的。

这样一本又深入又浅出的书真是个奇迹。不过,该书对其中最重要的概念,即 “依赖模型的实在论” (Model Dependent Realism,MDR),其表述却可能让读者意犹未尽,亟待详解深究一番。毕竟,“模型实在论”(MDR),不仅为分析宇宙的物理模型提供了重要洞见,还让纠缠古圣先贤千百年的哲学迷思和悖论烟消云散——没有十成也有九分。

霍金认为,按照传统这些都是需要哲学回到的问题。但是霍金又说:哲学已死,哲学跟不上科学,特别是现代物理学的现代发展步伐!霍金三十年前提出了量子无中生有的场景,其后有人追问,是有非无?宇宙与人何以存在?

自然界遵循数学定律,且数学定律本身是不变的。

霍金是享誉世界的科学家,任剑桥大学数学教授30年之久,获得过许多奖项和荣誉,他为大众撰写的《时间简史》、《霍金讲演录》、《果壳中的宇宙》以各种文字畅销世界,在全球拥有众多读者。蒙洛迪是美国加州理工学院的物理学家,同时也是畅销书作者,他的《醉汉的脚步》、《欧几里得的窗口》和《费恩曼的彩虹》很受读者喜爱,他还为《星际迷航:下一代》撰写剧本。两位一流的科学家和科普读物作者联手为全世界读者奉献了一本优秀读物《大设计》。

    几千年的文明进程使人们逐步意识到,世间万物的演化是遵循定律而非以人格化的神的意志为转移和运行的。

爱因斯坦革命的收尾乐章

MDR 真可谓是爱因斯坦革命的收尾乐章。爱因斯坦曾提到,在创造科学和数学方程时,观察和观察者都必须被同等考量。MDR 在逻辑上践行了此条箴言:

起初,我们的感官不断演化,以便从外部宇宙的感知数据中总结出各种模型,接下来这些模型开始演化,其目的不是让我们更清楚地感知整个宇宙的运作,而是为了满足一些演化论的要求,例如帮助人类顽强生存且不断繁衍之类。(前达尔文时代的启蒙哲人深陷感觉经验有限的烦恼,却又没法对之后的演化生物学先知先觉,真是悲哀!)在我们的先祖中,如果有些人无法从一团紧紧打包的分子(我们称之为 “石头”)上接收到光线,亦无从将这团光线形诸模型、并在意识中标记为 “石头”,那么,他们会被一脚踢出演化的基因池(gene pool)。

生命体通过模型感知并适应外部世界

所有在演化中历劫而生的宏观生命体,都必须找到探测周围感知数据的方法,但生命体标记数据的方式却有些随兴,而且似乎都与其最初的某些突如其来的教训有关。比如说,这有一块正在夏日中腐烂的兽肉,很明显,这块兽肉在散发感知信息(臭味),人类发现这种信息令人生厌,因为腐肉会让我们生病,但秃鹫和苍蝇却视之若珍馐美味,逐臭而至。信息的 “原材料” 是一样的(都是臭味),不同的生命体基于此客观物质形成的 “模型” 却各有不同,正如霍金和穆洛迪诺写道的:

太阳在所有波长都向外辐射能量,但该辐射却在我们人类得以看见的可见光波段最为集中,难道有那么巧,我们肉眼可见波长,就刚好好落在太阳辐射最强的范围之内? 不,这更像是我们的眼睛进化出来的能力,使之能准确探测该范围内的电磁波辐射,原因是这个波段内能提供更多的信号。(《大设计》第 91 页 [2] )

一旦明白了我们的 “心智模型” 都是演化带来的结果,很多事情就变的显而易见了。比如说记忆,它不过是心智中存储的图像(images)而已。正如朱利安 · 巴伯 [3] 指出的,人类能触及的不过是我们所处的 “当下”(now),除此之外一无所有(当然,如何定义这个 “当下” 颇为棘手,不过我们此处只需把它看成比如说一个连续的思绪,或意识所能存在的最短时间。按照 史蒂芬 · 平克 等心理学家的估计,它大概在 3 秒左右)。

科学和技术是人类感知的外延

每个 “当下” ,我们都在脑海中构建图像,但这样一来,我们如何知道这些图像究竟是来自过去,还是另有来头,比如说来自未来? 我们会不会一直在 “回忆” 未来而非保存过往?我们的历史书会不会实际上描述了一个技术渐趋消亡的未来世界,而考古学家正在和这个遥远的明天打交道?从上述演化的角度而言,假设记忆与过去相联更为合理——实在很难看出用这种回忆未来的方式,打探周围的外部 “实在” ,对生命的演化有何指导意义,又或者,既然那些将脑海中的图像看作是未来预兆的人类先祖都已经消失在基因池中,这其中必有一番因由。

MDR 接下来将所有的科学和数学模型,包括绝大多数 “发明”,都看作是我们感知的外延。举例来说,哈勃望远镜知道吧,它实际上不是在拍摄来自遥远宇宙疆域的照片,而是收集信息并据此由计算机模型创造出一张照片,来满足创造了哈勃望远镜的人类的理智。要是哈勃望远镜出自高度进化的蜘蛛之手,它肯定会创造一个与现在迥异的模型,以便迎合那些八眼八脚的天文学家。所谓数学概念和科学模型是我们感知的外延,其实就是这么回事。

根据 MDR,宇宙也许有其章法,但人类只能通过力所能及的心智模型来理解它。好比现在你要教一个 5 岁顽童什么是光合作用,你肯定不能去解释概念,因为他们还不具备能听懂你的侃侃而谈所需的教育与经验。所以最后你会发现,你只能用一个 5 岁孩子能理解的方式来解释光合作用,而你讲的肯定无法深入光合作用的本质——或许这就是为什么光是如此令人着迷又使人迷惑的原因吧。

霍金和穆洛迪诺在书中还把光说成是 “行为既像粒子又像波动(第 57 页)”,看上去他们似乎也未能深谙 MDR 的意旨。好吧,其实这不是他们的本意,按照 MDR,光就是光,只不过有些时候把它描述为粒子比较方便,而有些时候把它描述成波动比较方便,我们找不到什么模型能从本质上理解光,光就好比是一种 无法用两个认知筐子同时装住的物质,于是我们只好把它从两个筐子里拿来拿去。

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光的波粒二象性(Jason Padgett, fineartamerica.com)

无疑霍金是带着未知困惑探索物理世界的!

这个论题承接培根的观点,培根认为我们要拷问大自然,但如果大自然没有一定的规律,那我们拷问自然也就没有意义。

在《大设计》中,两位作者试图向公众解释:宇宙何时并如何开始?我们为何在此?为何是有非无?何为实在本性?为何自然定律被这么精细地调谐至让我们这样的生命存在?宇宙的表观“大设计”能否证实事物运行的造物主?科学能否提供另一种解释?在这本新书中,作者以精彩而简朴的非专业语言表述了有关宇宙奥秘的最新科学思考。

    拉普拉斯首先提出了决定论。霍金接受世界决定论的观点,但他进一步说,由于“具有意识的肉体牵涉到极大量的自由度”,所以只能用有效理论——心理学来处理。在心理学这种有效理论中就可以镶嵌进自由意志。这是极其宝贵的。

将费曼的 “历史求和” 理论化繁为简

MDR 还能用来简化理查德 · 费曼(Richard Feynman)的 “历史求和”(sum over histories)理论,将这个难于掌握的理论化繁为简。让我们回到上面提过的时间概念,即在任何时刻所有人都只有一个 “当下” 意识。这个 “当下” 好似向过去和未来延伸的、一长串不确定中的一个岛屿(但愿这么说没错),我们实际上从未拥有什么过去和未来,立足 “当下” 之岛的我们,面对的仅仅是概率而已。

举个最简单的例子,我知道在一场拳击比赛中选手 A 对选手 B 的胜率是 3:1,那么在比赛之前我只拥有这个比率,而不知道最终谁是冠军。假设我没有看这场比赛的直播,等着明天再看录像,则从比赛结束到明天这段时间,虽然比赛已分胜负、现实已经确定,但对我的认识都没有任何影响。在我观看比赛录像,或者听说谁是冠军之前,我脑海中仅有一个 3:1 的概率,这种不确定性——我的不确定而不是选手的不确定——最后被录像终结,随着录像的结束,我知道了哪些有可能发生的历史(包括极端离奇的那些)没有发生,拳击比赛最终沿着哪一条路线发展。观看录像让比赛前的比率失效,同样,观测(Observation)会将所有的可能性排除,成一条单一的发展路径。但是在拳击比赛开始之前,概率确实允许所有可能性发生,而我作为观察者,在最后看到录像那一刻之前,都必须承认任何事都可能发生。

霍金和穆洛迪诺提到,在物理学著名的双缝干涉实验中, “粒子会经由所有路径,而且是同时经由所有这些路径”(第 75 页)。严格来说,对任何事情我们都无法追溯其完整的过去,因此所有事件的过去都存在无限可能,只有找到相应的证据,我们才能摆脱这种大海捞针式的过去不确定。

使用 MDR,我们发现不仅光表现出这种 “历史求和性” ,所有东西亦复如此。让我们再回到朱利安 · 巴伯的 “当下”:如果我正准备走进一条商业街而又没决定要去哪,那所有人都可以对我接下来的去向估计一个概率,我将走进一间星巴克的概率将非常高,而我突然出现在木星上的概率会极端小(但不是完全不存在),我离星巴克的门越近,我最后会进去的概率也相应就越高,这些人会不停重新计算,直到我踏进星巴克为止,此时我进入星巴克的概率会失效并变得毫无意义,因为我已经选择了一条路径,当我离开星巴克时,概率又开始有效了。

从我自己的 “当下” 来看,我无法绝对确定我走进过星巴克,因为我的过去存在无限种可能性,只有通过搜集各种证据,诸如在星巴克消费的信用卡账单等等,我才可以肯定刚才我去过哪。即便如此,照 MDR 的说法,我真正能说的是 “从我的记忆和搜集到的证据,我不得不认为昨天我选择了星巴克”,而这个断言同样要诉诸概率,因为说不定有人偷了我的信用卡跑去星巴克喝咖啡,或者我的记忆出了问题,当然这些概率都很小,但绝不是不可能(impossible)。总而言之,MDR 表明,我们人类是将概率之光投置过去射向未来的智慧生物。

2006年夏天,霍金第三次访问中国,在记者招待会上,有人问他:“你能对宇宙和我们自身的存在作些评论吗?”

17世纪出现了自然定律的现代概念。第一位明确并严格地表述如我们理解的自然定律概念的是勒内*笛卡尔(1596~1650年)

学者吴忠超在本书的译者序中介绍这一理论时写道:“人类从蒙昧走向文明是一部伟大的史诗:牛顿的经典力学、法拉第和麦克斯韦的电磁学、爱因斯坦的相对论、量子论、弱电理论、色动力学、大爆炸模型、无边界设想、超引力、超弦,直至迄今唯一的终极理论候选者——M理论。M理论中的时空是十一维的,当其中七维卷缩成内空间后,留下各种四维时空及其表观定律。M理论可以在无边界宇宙的框架中预言众多不同的宇宙及其表观定律,但只有极少数适合我们的存在。在观察者存在的条件下,寻求最大概率的无边界便得到我们宇宙的历史。观察者作为某种意义上的万物之灵参与创造了不仅将来的而且过去的历史。”“宇宙中的凝聚物的能量被引力势能平衡,所以宇宙的总能量为零,由此万物不能无中生有,而宇宙却能。真正的太初黑洞必须让宇宙携带其同步才能创生。如果M理论最后被接受为终极理论,那我们就寻找到了大设计。”

    近现代科学家们多相信存在独立于观察者的实在,而自然定律只不过是它的数学反映。然而,现代科学的发展却强烈地撼动了这种旧实在论。

总结人类自身和人类所处宇宙的运行法则

在《大设计》一书中,霍金和穆洛迪诺将 MDR 和一种名为 “M 理论” 的弦理论联系起来,M 理论的核心也认为,我们所有的科学模型都代表了心智的外延,是已经进化到能感知实在的心智的外延。这么说来,M 理论其实应该被称作 “L 理论”,因为它把所有的科学模型都视作 “语言”(Language),语言没有对错之分,只有丰富和贫乏之别:北极的因纽特语(※此处已更改),在描述暴风雪时就词藻丰富;而非洲的班图语,则更适合描述雨林。照此类比,

数学模型是对各种层次的现象都多少能言之有物的语言,而牛顿语言用在日常水平上很合适,但放到量子水平上就有些词穷理短了,欧几里德的几何语言在研究平面上的线条时堪称达意,但要是面对弯曲表面我们就得换种语言。所有数学语言加上它们适用的对象,最后就构成了 M 理论。

在《大设计》一书的结尾,霍金和穆洛迪诺写道: “M 理论是最一般的超对称(supersymmetry)引力理论,基于上述原因,它是描述整个宇宙的万物理论的唯一候选。如果它是有限的,当然还有待证明,M 理论作为模型会描绘出一个自创生的宇宙。我们必须是这个宇宙的一部分,因为否则模型就无法自圆其说。”(第 181 页)

不过我不敢肯定这是 M 理论的论断,因为既然 M 理论基于 MDR,依照我对此书的愚见,MDR 不会允许这等豪言壮语存在。相反,MDR 只会声称,宇宙须沿一确定路径前进,以便有朝一日能演化出一种生物,会从客观事物中创造出心智模型,又能将这些心智模型外延成各种数学和科学模型,以便满足对宇宙之描述日渐丰富的需要。

依 MDR 所言,宇宙要做的,就是允许某种生命存在,只要这种生命(仅在某种现实程度上)能创造出各种层次的解释,充作或丰富、或贫乏的描述语言即可。只要真有 5 岁顽童在试图理解光作用,M 理论就要包含基于这个孩子的视角和有限经验的、但实际上无法描述光合作用的模型。果真如此的话,我们恐怕将面对一个无法回避的可能,就是即使我们此前用于描述宇宙的模型真的可行,安知我们不是这些 5 岁顽童,宇宙可能远远超出我们的无忌童言。

更正说明:

第 3 节第 1 自然段中, “语言没有对错之分,只有丰富和贫乏之别: 南极的因纽特语,在描述暴风雪时就词藻丰富;而非洲的班图语,则更适合描述雨林。” 该句中的南极应为 “北极”,经读者指出后更正,特此说明。(2012-3-27)

内容注释:
[1] 霍金在《大设计》一书中写道 “哲学已死。哲学跟不上科学,特别是物理学现代发展的步伐”,“宇宙创造过程中,上帝没有位置。没有必要借助上帝来为宇宙按下启动键”、“由于存在万有引力等定律,因此宇宙能够,而且将是从无到有自己创造了自己。自然发生说是有物而非无物存在的原因,是宇宙和人类存在的原因。没必要借助上帝引燃蓝色导火线,让宇宙诞生”……故有 “哲学与上帝双双归西” 一说。
[2] 此处指英文原书页码,下同。
[3] 朱利安 · 巴伯(Julian Barbour),英国物理学家,1968 年取得博士学位后在牛津乡间买了一间旧农舍与家人归隐,专门研究时间本质与量子引力问题。2001 年出版《时间的终结》( The End of Time )一书,提出时间并无过去未来之分,我们都处在当下,时间只是一个关系系统。
编译说明: 编译自克赖斯 · 爱德华(Chris Edwards)2011年1月1日发布在 Skeptic 网站的文章
英文原文: Stephen Hawking's Other Controversial Theory:Model Dependent Realism in The Grand Design.
文章题图: iStockphoto
内文图片: Antifan Real/DeriventArt;Jason Padgett/FineartAmerica

霍金回答:“根据实证主义哲学,宇宙之所以存在,是因为存在一个描述它的协调的理论,我们正寻求这个理论。但愿我们能找到它,因为没有一个理论,宇宙就会消失。”

自然定律与上帝如何调和?

“人们既然重新相信存在自然定律,于是便试图将那些定律和上帝的概念相调和。按照笛卡尔的观点,上帝可以随心所欲地改变道德原则或者数字定理的对错,但不能改变自然本身。他相信,上帝颁布自然定律,但不能选择这些定律,因为我们所经验的定律是仅有的可能定律,他才挑出这些。这似乎有损上帝的权威,但笛卡儿又论证说,因为定律是上帝自性的反映,所以是不能改变的,由此来躲避触犯上帝。”(摘自霍金著《大设计》P21)

这个概念其实跟唯名论是不一样的(上帝今天可以用这个方法创造一个泡泡,明天可以用另一个方法创造一个泡泡),但这就就无法把握规律了,必须假设上帝就是这个规律的一部分,宇宙之中没有奇迹,一切只归自然规律来控制。

如果自然由定律制约,就产生3个问题?

Q1. 定律的起源是什么?

Q2. 定律存在任何例外即奇迹吗?

Q3. 是否可能只存在一族定律?

A1: 对于第一个问题,传统答案——开普勒,伽利略,笛卡儿和牛顿的答案:定律是上帝的杰作。利用上帝来回应这一问题,只不过是用一个神秘来取代另一个神秘而已。

A2:柏拉图,亚里士多德,笛卡儿认为,对于定律不存在例外。

A3:由于对第一个问题的回答是上帝创造定律,那么这个问题就变成上帝在选择它们上有无余地?不管是亚里士多德,柏拉图,还是笛卡儿都相信的,自然的原理因出于“必然性”而存在,也就是说,因为它们是仅有的逻辑合理的规则。

笛卡尔在这里起到承前启后的作用,把两希文明的一些重要观点融合起来,最关键是在旧体系被打破之际,保留了很多古希腊重要的核心思想。

2006年夏天霍金第三次访问中国,在北京举行的记者招待会,会上有记者问:“你能对宇宙和我们自身的存在进行评论吗?”霍金答:“根据实证主义哲学,宇宙之所以存在是因为存在一个描述它的协调的理论。我们正在寻求这个理论。但愿我们能找到它。因为没有一个理论,宇宙就会消失。”

    霍金认为,判断一种场景是否实在,只在于其间是否有一套完备的自洽的逻辑或定律通行无阻。世界图像是一个模型或理论以及一系列将其元素和观测相连接的规则。霍金将它称为依赖模型的实在性。

霍金在其著作《时间简史》里写到:大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论,以至于没有功夫问为什么。以寻根究底为己任的哲学家跟不上科学理论的进步。十八世纪,哲学家把包括科学在内的整个人类知识当做他们的领域,并讨论诸如宇宙有无开端的问题,然后十九世纪和二十世纪,对哲学或除了少数专家以外的任何人来说,科学变得归于专业性和数学化。哲学家把他们质疑范围缩小到如此程度,以至于连维特根斯坦,这位二十世纪最著名的哲学家都说道:“哲学余下的任务仅是语言分析”这是从亚里士多德到康德哲学伟大传统的何等堕落啊!

如何描述定律呢?

笛卡儿认为应该用数学去描述这个宇宙的规律,这其实也是继承古希腊思想的表现,古希腊是推崇数学的,本质是对理性的推崇:因为数学只要闷头计算,就能得出答案,不需要实验,单单通过大脑的思考,就能把这个数学逻辑描绘出来。

所以笛卡儿认为,上帝就是按照这个数学模型来创造宇宙的。这个数学模型是稳定的,自然法则是稳定的。所以宇宙的规律一旦被数学描述出来之后,是不会被更改的。

笛卡尔是说对了,但这一切无非是运气罢了,在很大程度上是蒙对的。笛卡尔统一了代数和几何,创造了现代数学,是伟大的数学家。但是他在数学上的任何造诣并不等于数学就能说明全部的自然现象。但在现实中,数学可以很神奇、甚至不合理地符合大自然的一些规律,让人觉得很不可思议。但数学并非全部适用,要不我们就完全不用做实验了,靠数学推导就行,还是要靠物理、化学实验。而且很多现代学术,例如心理学等,数学的功能并不是那么完善。我们也发现了数学的缺陷,但是数学能帮助到我们的地方确实超乎了想象。

这恰巧是《大设计》的主旨,这本书正是对他当时回答的圆满阐述。

    这和柏拉图以来的许多哲学家所坚持的旧实在论不同。旧实在论体现在经典科学的图像是存在一个与观察者无关的外部世界。现代物理学,尤其是量子论击碎了旧实在论。

如果我们确实发现了一个完备理论,在主要的原理方面它应该及时让所有人理解,而不仅仅让几个科学家理解。那时我们所有人,包括哲学家、科学界以及普普通通的人,都能参与讨论我们和宇宙为什么存在问题。如果我们对此找到了答案,则将是人类理性的终极胜利,因为那是我们知道了上帝的精神。

定律的起源是什么?

起初定律只在天文学中明显存在。然而天文学之外的其他领域中,新定律被渐次发现,而这导致了科学决定论的思想:必定存在一整套定律完备集合,只要给定宇宙在某一特殊时刻的状态,它们就指明宇宙从那个时刻往后将如何发展。这些定律应在任何地方,任何时刻都成立;否则的话就不是定律。不可能有例外或者奇迹。

自然定律告诉我们宇宙如何行为,但未告诉我们,为何我们存在?

    上世纪40年代,费恩曼提出了量子论的历史求和表述。在这个基础上,约翰.惠勒提出了“延迟选择”的理想实验。对于宇宙而言,它的过去具有所有可能的历史,每个历史都被赋予各自的概率,对现时宇宙状态的观测影响它的过去历史。这种分析甚至指出从大爆炸如何引出我们感知的自然定律。这一点对于宇宙学具有关键的意义。

霍金随后在新书《大设计》里否认了上帝创造了宇宙,他说:“宇宙诞生不需要上帝,宇宙不是上帝创造的。宇宙创造过程中,上帝没有位置,没有必要借助上帝来为宇宙按下启动键。”这位被称作当代“爱因斯坦”的天才认为,支持宇宙大爆炸理论的物理学定律向传统宗教信仰发起了挑战。

M理论

当所有的模型都无一例外的指向,我们是如此幸运的作为能够让生命成为可能性的宇宙中的物种的时候,总会有这样的声音认为存在某一种力量,它设计了我们存在的作品。

于是,出现了最终的理论思考,是否存在一种M理论:认为我们宇宙的维度不止4个(是3维空间 1维时间),宇宙的实际维度有11维,但是有7个都没有发展起来。M理论相信,漫漫无尽中有很多个宇宙,每个宇宙都有各种各样的概率、形成符合自身条件的定律。维度从0-10维都可以。比如某个宇宙的原子跟乒乓球一样大,另一个宇宙就是一个平面。这样各种各样的宇宙出现的概率是多少呢?科学家还真的计算了,概率是10的500次方,这是一个大到难以想象的数字。而我们恰好处在一个各种定律都出现生命的宇宙里。

    从人类意识到宇宙万物被定律制约,直到今日对万物理论的发展,是一部理性逐步战胜蒙昧的迄今还在继续的史诗。

霍金在《大设计》中指出:“由于万有引力等定律的存在,宇宙能够而且也必定是无中生有,自我创造,无须祈求上帝之手让宇宙运转,自我创造是宇宙、人类存在的原因。”

我们为何存在?

我们的存在属于巧合,不是神迹,而且是合乎情理的巧合。有点像生命的诞生,我们每个人出生的概率其实都是很低的。父亲一生有上万亿精子,母亲一生也会有几百个卵子,我们每个人出现的几率是几百万亿、甚至是上千万亿之一,这是在统计学上是可以忽略不计的概率。但对于父母而言,总归是能生出一个孩子。所以哪怕事先看来再不可能,我们还是出生了。

地球也是一样:只有地球在太阳系的八大行星里符合出现生命的最完善的要求。如果地球离太阳再近5%、或再远15%,就会导致地球过热或过冷、无法有大量液态水存在。地球自身有岩浆、有磁场,这样才有一个环境保证有大气层、适合DNA的存活,还有月亮这个卫星使地球的运转稳定。

总而言之,地球符合众多严苛条件,才能出现文明的生物。我们出生在地球上的概率在整个宇宙里看来也是可以忽略不计的,太阳系有两个光年那么大,地球只有一个点,但偏偏我们就生在这个点上。因为只有在这个点上,我们才能被生出来。

    1965年,宇宙微波背景辐射的发现使大爆炸模型被普遍接受。在大爆炸宇宙场景之先有一个暴胀的过程,它可以解释大爆炸宇宙学中的视界、平性和磁单极子以及宇宙结构的起源问题。但是所有这些都回避不了宇宙学最根本的问题——宇宙的创生。

霍金的境界

宇宙是有意识的

依赖模型的实在论的思想告诉我们:我们的头脑以构造某种世界模型来解释来自感官的输入。我们形成了房子,树,其他人,电流,原子,分子以及其他宇宙的心理概念。这些心理概念是我们多能知道的仅有的实在。不存在不不依赖模型的实在性检验。(可以理解成,你跟一个从未见过吃过冰激凌的外星人讲冰激凌多么好吃,在外星人看来冰激凌是不存在的。)而《大设计》给出的重要结论是:不存在与图像或理论无关的实在概念。(所以说这个宇宙也是人类根据自身的“心智模型”“构造”出来的)

人,之所以会感觉害怕、无力、恐惧,那是因为有太多不可知不可控的因素被掩盖在环境中。换言之,对宇宙的认知有多少,对于自己的认知大概也就只有这么点儿而已。所以,宇宙和我们是无法分割的,我们既是宇宙的一部分,我们其实也是自己的宇宙。那些未知的不是不存在的,只是被掩盖了,我们还未探究到。这很像《童蒙止观》中无数次的出现“空”,这里的“空”并不是没有,并不是“零”,“空”是那些在宇宙中未显现的能量。

 想象自己是一个游戏的玩家,你能做的只有进阶通关,在未取得通关钥匙之前,后面的一切都被锁住了,而其实游戏的设计者早已设计完成,只是你未到达而已。

  比如记忆,是心智存储的图像。为什么我觉得你漂亮,她觉得你丑?因为“心智模型”不同嘛。彼之毒药,我之蜜糖; 彼之敝草,我之珍宝,就是这个意思。所以,对于你的“实在”现象一定不是我的,对于这个宇宙的“实在”现象也一定不是另一个宇宙的。好了,正因为如此,人类所触及的唯一实在的是我们所处的“当下”,这前后大概只有3秒而已。你拥有过去嘛?当然不,你拥有未来嘛?当然也不。我们实际上从未拥有过什么过去和未来,立足在“当下”的我们,面对的仅仅是延伸到过去和未来的概率而已。

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管理学已死,霍金的一世都在为全人类找出答案。    上世纪80年代,霍金等人提出的无中生有的场景是一个彻底解决宇宙创生问题的最满意方式。那时,理论物理学界认为四维时空中只有一族定律。所以,无边界量子宇宙学不仅是自洽的,还是自足的,单凭物理定律即能预言宇宙中的一切。这一点对于宗教的含意非常深远,上帝在这个场景中已无立足之处。这个观点在《时间简史》中早已表达得很清楚。在《大设计》出版前夕,路透社记者和中外无数媒体仍然耸人听闻地说,“他改变了对上帝的看法。”与其如此,不如说,这些人从来没看懂过《时间简史》。

虽然霍金说哲学已死,哲学跟不上科学的步伐,但他在《大设计》中更体现了物理哲学思维。

    物理学研究方法通常是从第一原理出发,对某些模型进行研究,进而与观测相比较。但从上世纪中开始,人们发现,在天体物理和宇宙学中,往往还可由观察者存在这个条件出发而得出许多结论。这个原则被称作人存原理。例如,关于我们观察到的时空为何是四维,从人存原理早已得知。从量子宇宙学首次推出我们生活其中的时空为四维是晚近的事。在无边界的超引力宇宙学中,可证明外时空必须是四维的,而内空间为七维的。

霍金在《大设计》一书中指出:“对于同一物理的运动,如果人类与鱼缸里的金鱼本身属于两个参考系统,金鱼的实在图像和人类观察的不同,但金鱼仍然可以表述制约它们观察到的在鱼缸外面物体运动的科学定律。例如,由于变形,我们观察到的在一根直线运动的一个自由物体会被金鱼观察成是沿着一根曲线运动。尽管如此,金鱼可以从它们变形的参考系中表述科学定律,这些定律总是成立,而且使它们能预言鱼缸外的物体的未来运动。它们的定律会比我们参考系中的定律更为复杂,但简单性只不过是口味而已。如果一条金鱼表述了这样的一个理论,我们就只好承认金鱼的风景是实在的一个正确的图像。”如果存在两个都和观测相符的模型,正如金鱼(眼中)的图像和我们(眼中)的图像,那么人们不能就因此确定这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下,哪个更方便就用哪个。

    人存原理和第一原理似乎处于理论物理的两极,为什么从两者能得出同样的结论呢?

而人类的思维与对所处环境的观察,主要来之人本身的反映,并不一定是宇宙世界的所有。人类对于宇宙的认识,必然受束缚于自己观察的工具、介质与本身的感观能力。当然光进入人的视线也是经过一个透镜效应,通过视网膜的接收而进行对外观测的,感受一个然后让人有所反映,也是经过这样的一个过程。

    如果我们得知宇宙某一时刻的内外空间的一切信息,则量子宇宙学中的无边界设想的原型仍然适用。然而,人们在现实中只能掌握到外空间的信息,所以对无边界宇宙的场景要做相应的改变。在给定的外空间的状态下,由于内空间的大量可能性,此前宇宙的与无边界设想相符的历史就有许许多多。我们要寻找其中概率最大的那个历史。这个历史同时确定了内空间的“卷缩”方式,并由此导出四维时空的表观定律和初始条件。这种新手段被称为“从顶到底”的方法。这种方法的含义是,我们的观察创造历史,而非历史创造我们。因和果的差异在这里居然消失了。由此也可看出为何从人存原理和第一原理可以得出相同的结论。

霍金书里说道“在某种情形下,单独的物体甚至并没有独立的存在,而仅作为众多的系统的部分而存在。如果一种称为全息原理的理论被证明是正确的,我们以及我们的四维世界可能是一个更大的五维时空在边界上的影子。在那种情形下,我们在宇宙中的状况类似于金鱼的状况。

    无边界量子宇宙学已经把造物主或上帝从宇宙创生的场景中祛除,而这新方法在某种意义上又将我们推上万物之灵的宝座。

彻底的现实主义者经常论证说科学理论描绘实在的证明在于它们的成功,但不同理论可以通过全异的概念框架成功地描述同样的现象。事实上,许多已被证明成功的理论后来被其他基于全新的实在性概念之上的同等成功的理论所取代。

从M理论迄今作为终极理论的唯一合格候选者到宇宙的存在和创生,人类已经如此清晰地理解宇宙和我们的存在,这真正是理性的胜利。事实上,任何文化创造,无论是艺术的还是科学的,恐怕都不及理解我们自身存在这个命题伟大。

依赖模型的现实主义使现实主义和反现实主义的思想学派之间所有这类争议变得毫无意义。按照依赖模型的现实主义,去问一个模型是否真实是毫无意义的,只有是否与观测相符才有意义。如果存在两个都和观测相符的模型,正如金鱼的图像和我们的图像,那么人们不能想当然的认为这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下,哪个更方便就用哪个。例如,如果一个人处于金鱼缸内那么金鱼图像会是有用的,但对外界的人们而言,在地球鱼缸的参照系里去描述从远处星系来的事件就会非常笨拙,尤其是因为鱼缸随着地球围绕太阳公转并围绕着自己的轴自转而在运动。”

    显然,《大设计》是一部具有求知欲和好奇心的青年人必读之书。

霍金书里继续说道:“我们永远观察不到夸克。它们永远以三个一组(质子和中子)或者以夸克反夸克对(π介子)存在,并且它们正像由橡皮带连接在一起似的。

    作者简介:

自夸克模型首次提出之后的年代里,人们一直在争议着“如果永远不能分离出一个夸克,那么认为夸克真的存在是否有意义”的问题。一些次核粒子的不同结合构成了某些粒子的思想提供了一种编组原理,由此对其性质给予简单而引人的解释。但是,尽管物理学家已习惯于接受那些粒子,它们也只从有关其他粒子散射的数据的统计中推断其存在。对许多科学家而言,将实在性赋予一个在原则上也许不能被观测到的粒子是太过分了。

    吴忠超,著名物理学家霍金的华人学生。霍金的《时间简史:从大爆炸到黑洞》、《果壳中的宇宙》等作品的中文译者,现任浙江工业大学教授。

然而,这么多年来随着夸克模型导出愈加正确的预言,反对的声音也随之消退。某种拥有十七只手臂、红外眼以及习惯从耳朵吹出浓缩奶油的外星生物会进行与我们相同的实验观察,但不用夸克描述之,这是完全可能的。尽管如此,根据依赖模型的现实主义,夸克存在于一个和我们对次核子粒子如何行为的观察一致的模型中。”

依赖模型的现实主义能够为讨论诸如以下问题提供框架:如果世界是在有限的过去创生的,那么在那之前发生了什么?一位早期的基督教哲学家圣·奥古斯丁(354-430)认为其答案不是上帝正为问此类问题的人们准备地狱,而是时间是上帝创造的世界的一个性质,时间在创生之前不存在,他还相信创生发生于过去不那么久的时刻。

这是一个可能的模型,尽管在世界上存在化石和其他证据使之显得古老得多(它们被放在那里是用来愚弄我们的吗?),那些坚持《创世纪》中的叙述确实是真的人很喜欢这个模型。”

何时需要新的模型

霍金在《大设计》里认为一个好的模型需要满足如下条件:首先,它是优雅的,优雅是指理论的形式,但它与缺少可调整元素紧密相关,由于一个充满了修补的因素的理论不很优雅。引述爱因斯坦的话,一个理论应该尽可能简单,但不能更简单了。优雅就不是容易测量的某种东西,但科学家们非常珍视它,因为自然定律是意味着把许多特殊情况经济地压缩成一个简单公式。其次,它包含很少任意或者可调整的元素。再次,它和全部已有的观测一致并能解释之。最后,它对将来的这种观测做详细的预言,如果这些预言不成立,观测就能证伪这个模型。关于这一点,当新的令人震惊的预言被证明正确时,总给科学家留下深刻印象,另一方面,当一个模型发现做不到这一点,一种普遍反应是说实验错了。如果证明不是那种情形,人们经常仍然不抛弃这个模型,而试图通过修正来挽救它。尽管物理学家执著地努力拯救他们赞美的理论,随着改动变得做作而且繁琐,理论因此而变得“不优雅”,人们修正理论的热情也就消退了。

霍金继续提问何时需要新的模型,许多已被证明成功的理论后来被其他全新的理论取代,十九世纪的时候很多人因为看不见原子而拒绝接受。如果容纳新的观测所需的修正过分雕琢,这就标志需要新模型,稳态宇宙的观念是老模型迫于新观测而撤退的一个例子。十九世纪二十年代,多数科学家相信宇宙是静止的,或者在尺度上不变,后来埃德温·哈勃于1929年发表了他的观测显示宇宙正在膨胀。哈勃观察到由星系发射出的光,但并未直接观察到宇宙在膨胀,那些光携带特征记号或于每个星系成分的光谱,如果星系相对于我们运动,光谱就会改变一个已知的量。因此,哈勃由分析远处星系的光谱能够确定它们的速度,他原先预料会找到离开我们运动的星系数目与靠近我们运动的星系一样多。相反,他发现几乎所有的星系都离开我们运动,而且处在越远的地方,它们就越快地运动。哈勃得出结论,宇宙正在膨胀。

但其他人坚持早先的模型,试图在稳态宇宙的框架中解释他的观测。例如,加州理工学院的物理学家弗里茨·兹威基建议,也许因某些还未知的原因当光线穿越巨大距离时慢慢地损失能量,这种能量减小会对应于光谱的改变。兹威基提议的这种改变能够模拟哈勃的观测。在哈勃之后的几十年间,许多科学家继续坚持稳态理论,但最自然的模型是哈勃的膨胀宇宙模型,而它已被接受。

霍金对世界秩序的担忧

英国天体物理学家霍金曾经在网上公开提出了一个问题“在一个政治、社会环境都很混乱的世界,人类如何走过下一个一百年?”一个月后,他自答说:“我不知道答案,这就是我提问的原因。”这是一个十分有趣的自问自答。过去的一百年里,人类把政治、社会环境搞得十分混乱和复杂让我们的科学家们也无法看到我们人类如何去走过下个一百年。科学对我们人类的下一个一百年提出质疑。如若说是质疑,不如说是警告。这位天体物理学家认为:“长期来看,面对各种可能到来的威胁,包括核大战、天体灾难和气候变化,如果人类能够离开地球到太空中寻找出路,则人类就能继续生存。”

以上内容主要来源:《宇宙的第三种猜想》副书名(哥德尔旋转宇宙新发现)

作者评论:霍金一直在为人类寻找答案,一个是物理学,一个他本身就是传奇 还有他对社会的关爱。霍金思想与惠勒思想也成为作者书中逻辑推演,2017年宇宙大反弹理论开始热门,作者聚合反弹模型也成为近几年最早反弹模型。

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