霍金的大设计

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毫无疑问,霍金是活着的对公众最有影响力的科学家,这种影响力很难说是正面的还是负面的。例如,前段时间他警告不要草率地试图与外星人接触,因为存在被他们轻易地确定地球位置从而入侵地球的危险。美国和一些西方国家研究了SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence)很多年,也许这个警告有一定价值。就像科幻作家刘慈欣在《三体》中构想的那样,在半人马座存在比人类文明更加发达的文明,他们觉得地球的环境更好,所以要入侵地球。但是,很难说这种警告是基于严谨的科学研究所做出的。

最近,霍金和列纳德·蒙洛迪诺(Leonard Mlodinow)合写的《大设计》英文版上市,我还没有时间认真阅读,只是大致翻了一下。在这本书中,作者的目的是介绍理论物理和宇宙学的最新研究进展。作者特别强调了量子力学中的多历史观点,即宇宙的历史并不是一个确定的历史(物理学中称之为经典历史),而是同时存在很多不同的历史,类似一个粒子同时存在于很多不同的地方。对于一个粒子来说,当你具体测量它的位置时,它的位置才确定下来——但测量之前我们不能肯定它的位置。对于历史来说,我们却不能通过测量使得历史固定下来。霍金为什么要强调历史的线性叠加呢?他主要想兜售他和哈特尔(James Hartle)在1983年提出的基于多历史的量子宇宙学。他们的量子宇宙学需要更多的专业知识才能弄懂,这里,就像霍金本人做的那样,我们只能大致说明一下。他们假定宇宙本身由一个分布函数决定,就像掷骰子,不同的结果有不同的几率。这个分布函数又是通过叠加不同历史得到的,而他们给出一个不需要初始条件的叠加办法。这里,所谓初始条件就是宇宙开始时的状态。霍金将这个方案称为无边界条件。

无边界的历史叠加是霍金的大设计方案中的重要部分之一。另一个重要部分就是弦论,现在又称为M理论。对于公众来说,经常有人误解霍金是发明M理论的人,这是错的,霍金只是相信M理论的人之一。我自己也相信了M理论很多年,但是,M理论的最新进展却导致了分歧。这个进展就是弦论景观。过去,我们一直认为宇宙是唯一的,而宇宙的唯一性是理论或者逻辑决定的,弦论研究者们多数相信这一点。但是,宇宙加速膨胀的发现,促使人们深入挖掘弦论,发现弦论竟然允许很多不同的宇宙存在。也就是说,我们现在这个宇宙只是“很多”中可能的宇宙之一。就像一个山脉中的小村庄,而整个山脉巨大无比,存在很多很多不同的村庄——即不同的宇宙。弦景观这个术语就得自山脉的比喻。但和山脉中的村庄不同,有的宇宙是不适宜人类居住的,甚至不允许任何生命出现。我们这个宇宙在很多方面是独特的,首先,要求生命和智慧出现就需要物理规律采取特殊形式,这些物理规律中的一些数,例如电子电荷和质量,也不能太任意。有些人很喜欢这个弦景观,他们所取的看法是,也许很多物理常数本身根本无法用物理规律来解释,它们本来是任意的。之所以这些物理常数在我们宇宙中取这些看上去难以解释的数值,是因为只有这样人类才能出现,这就是所谓人择原理。人择原理假定很多不同宇宙同时存在,但我们这个宇宙之所以这么特殊是因为它允许我们存在。

很明显,霍金是相信人择原理的。他认为,人择原理结合他的无边界条件足以解释一切,甚至人类的存在。所以他说,这个宇宙不需要上帝存在。在这本书中,作者们确实多次提到了上帝,并否定上帝的存在。也许由于这个原因,这本书引发宗教界的反对声音。国内媒体也特别注意到了这个声音。《南方周末》记者因这本书采访了我,报道中引了我一句话:“如果可以在实验室用极端的条件,创造一个大爆炸宇宙,那么新的宇宙可以想象为原始的宇宙气球上新长出来的一个泡泡,这时,这个新的泡泡是有人在操纵还是自然生成?是有一个宗教意义上‘造物主’的角色起作用吗?我们不知道。”

其实,我还说了很多其他的话,他们没有引。我特别强调了这本书并不是建立在已被证实的理论基础上的。下面我就霍金和蒙洛迪诺的理论说几句话。

首先,我是研究弦论或M理论的,但这不表明我就无条件地相信这个理论。毫无疑问,这个理论是一个很美妙的理论。例如,它有很多数学应用,甚至有很多物理应用,像用来研究某些粒子物理问题和凝聚态物理问题。但作为一个统一各种基本相互作用的理论,它还需要实验支持。目前,还没有任何实验支持,而且也不能肯定在可见的将来会有。的确,M理论在结构上比其他竞争的理论优越,但我们还没有排除其他理论甚至还没有出现的理论才是正确的可能性。

其次,霍金和哈特尔的无边界理论是基于某种量子引力的基础上的,而这个量子引力理论还不存在,所以无边界理论在理论上还不能被认为是成立的。即使在弦论中,还没有人能够证明无边界理论是可行的。所以,霍金多年来鼓吹的不需要第一推动的理论并不存在。他们的理论只是一种近似,也许根本就是错的。

我的结论是,霍金和蒙洛迪诺的努力是值得赞赏的,但不能误读,可惜的是他们的书在西方一定会误导很多普通读者。