颠覆《时间简史》，霍金的终极理论面世

明敏 2023-10-29 12:45:58 来源：量子位

丁乔 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

霍金在一次对话中写到：「我改变主意了。《时间简史》的视角错了。我们需要一种新的（物理）哲学思想来为宇宙学服务」。

《时间起源》这本书，讲述了这一新思想的诞生过程。本书作者托马斯·赫托格，同时也是霍金的合作伙伴，参与研究并见证了霍金最终理论的诞生。

△托马斯·赫托格(左)和史蒂芬·霍金(右)

带着对宇宙起源的好奇，量子位与托马斯·赫托格展开了对宇宙学新认识的对话。

以下是访谈实录。

对宇宙起源的再思考

量子位：谈谈你的新书《时间起源》，它主要讲了什么？

赫托格：很多年来，时间起源都是一个很大的谜团。一个世纪之前，研究人员发现我们的宇宙存在开端，这个开端不仅是在空间意义上的，同样也是时间的起源。时间以及宇宙如何诞生的，是这本书主要讨论的问题。

很长一段时间里，这个问题都没有得到清晰的解释，而现在我们逐渐能够对此给出解释了。这本书背后的核心假设，是霍金和我（作者）发现，当我们沿着时间往回追溯到大爆炸时刻，一种达尔文式的演化向我们敞开，称之为元演化。

在这个阶段，物理演化的法则和原理与它们所主宰的宇宙共同演化。达尔文的进化论是从生命和物种的角度出发，而大多数物理学家倾向于将物理学定律视为永恒的数学真理，但我们逐渐开始意识到物理学定律会随着时间的推移而演变，这涉及我们对于宇宙起源的新认识。

「是时候停止扮演上帝了」

量子位：霍金在自身理论构建上经历了两个主要阶段，在这两个阶段中间发生了怎样的变化？

赫托格：霍金在上世纪80年代写了一本书叫《时间简史》，在这本书里，霍金第一次表达了我们可以从科学的层面去解释时间的起源，但他彼时提出的理论有不完善的地方，他认为宇宙刚诞生的时候，本质上是没有星系，没有恒星，没有光的。

上世纪80年代，普遍的物理定律依旧认为支撑我们宇宙的法则是不变的、永恒的；然而在我们的新理论中，我们从一个演化的角度去看待物理理论。如果我们追溯回宇宙大爆炸的时刻，物理定律本身发生了变化。这与霍金在《时间简史》中的观点完全相反。所以能够看到他改变了自己的想法。参与这个过程是非常有趣的，去回答那个古老的问题：物理学最深层的本质是什么？

量子位：霍金是如何发现人择原理的局限性的？

赫托格：回答这个问题我们需要回到上世纪90年代，那个时候霍金意识到，《时间简史》中关于宇宙起源的的视角错了，他的第一反应是或许我们应该加入某种人择原理。

这是他先前尝试过的方法但并未起效，因为如果你要在物理理论之上加入其他原理，就会陷入歧途，你无法真正验证了叠加后的理论。人择理论受制于个人偏好和主观性，人择原理调用随机选择的过程，设想我们在某种程度上从外部俯瞰宇宙，并在所有和我们一样的>观察者中选择出我们是谁，然而你的人择理论可能和我的人择理论不同，因此无法在实验和观测证据的基础上提供一个合理的解决，这点霍金也意识到了。

所以我们必须以某种方式将我们的存在纳入宇宙学当中。进一步说，我们必须以某种方式将我们作为宇宙内部观测者的视角整合到数学框架中。这就是我们研究的起点，从人类视角重新发展宇宙学——将我们作为一个宇宙内部的观测者，而不是上帝视角。在书中，有关霍金的最终理论强调：我们不再需要人择原理，因为宇宙和人的演化从来都不是分开的，人类的观察对宇宙本身有着切实的影响。

自上而下的宇宙学

量子位：如何解释自上而下的宇宙学？

赫托格：自上而下的宇宙学意味着我们是在倒着阅读宇宙历史的基本原理，我们因此称之为「自上而下」。自上而下的方法是霍金对早期通过自下而上的因果论进行推理的颠覆。

量子位：如果我们采用自上而下追溯的方式，那么时间起源的背后是什么？如何解释「没有时间的时间」？

赫托格：这里涉及到全息宇宙学，这也算是霍金与我在这趟旅程中最后的探险。

如果我们沿着时间回溯，从自上而下的角度看，过去的全部历史从「虚无」中涌现。这样的描述非常抽象，但有趣的是，全息学将自上而下的宇宙学方法在概念层面上封装起来。霍金对此很感兴趣，因为它使我们自上而下的方法最终成为一个几乎不可避免的事情。

从全息的角度看，回到过去就像对全息图进行越来越模糊的观察。这个全息图会释放出越来越多它的解码信息，直到耗尽量子比特，这就是宇宙的开端。通过自上而下的方式沿时间往回追溯到最初的宇宙，时间的起源不仅代表了一切的开始，也是我们对过去认识的极限。

量子位：假设我们生活在全息宇宙当中，会是怎样的情形？

赫托格：我认为宇宙的全息性质只有在最极限的角落里才会以某种有意义的方式表现出来，将宇宙视为全息图与我们今天的世界毫无关系，除非在拍电影。

但是，当正常的时间概念在时间演化中变得有问题时，全息性质变得非常重要。在黑洞内部，时间在大爆炸开始的那一刻失去意义。如果我们想了解在大爆炸发生那一刻，黑洞内部发生的事情，我们必须发展出一种新的物理学，它没有时间构建的先验概念，否则我们永远不会真正理解时间如何结束或开始。你需要一个抽象的物理学，时间的维度以及宇宙演化的基本概念，被视为从宇宙中演生出来的性质，这是全息学所探讨的。全息理论带你进入宇宙最极限的角落，在那里时间在某种程度上失去了它的意义，这就是全息理论的力量。

如果最终不存在终极理论

量子位：如何从物理学的角度诠释自然法则？

赫托格：当我们在讨论宇宙最早的物理法则时，讲到法则是在演化中，物理学法则之树是（达尔文式）进化的结果，就像生物学中的生命之树一样，在沿着时间往回追溯的过程中，各种演生的法则在宇宙中出现，不同的力和粒子逐渐获得了它们的身份。

这意味着，正如我们已经讨论过的，如果你沿着大爆炸往回走的时候，发现物理学本身会逐渐消失——合并、简化并最终消失，时间也会逐渐消失（时间在某种意义上是虚幻的）。

量子位：物理学是否必须要找到一个终极的大统一理论？

赫托格：我不否认物理法则层面上的演化在宇宙早期就已经明确。因此，物理法则从那时起就一直没有改变。这就是为什么我们认为它们是固定的永恒法则。

关于终极理论，霍金和我都意识到自上而下的宇宙学方法让我们猜测，如果一直找下去的话，我们会找到一系列理论，而不是到达终点。在某种程度上，不存在一个最终理论。

霍金与我也同样意识到，生物的进化和宇宙学（物理）的演化是非常相似的，并不是泾渭分明。二者都有着非常本质的特性，只不过物理学的演化隐藏得更深一些，藏在宇宙大爆炸当中，没有（像生物学）那么明显。生物学和物理学代表了一个包括万象的历史进程的两个阶段。

回到终极理论上，仍然有可能找到一个物理理论来解释我们所有的观察结果，但这种理论不会像我们想象的那样，是来自「上帝视角」的某种纯粹、客观的真理。终极理论将结合我们的观测问题、宇宙创生模型以及演化的概念。这也诠释了霍金对物理学更深层的理解，从演化的视角出发，意味着物理学和生物学是一棵巨大进化树中的两个不同的层次。

One More Thing

量子位：你与霍金有20多年一起工作的经历，能谈谈与霍金一起工作的感受吗？

赫托格：当然，这中间有很多有趣的事情。霍金在很多方面都是极具激励性的人。他是一位极其热情的科学家，同时也是一个对生活充满动力的人，一个真的乐观主义者。他对生活和科学都持乐观态度。同时，我们之间的由于交流不便，所以这种振奋感变得非常强烈。当我遇到霍金时，他已经失去了自己的声音，所以他正在对着电脑说话。

在我们合作的最后阶段，我们用各种非口头表达的方式交流，所以我们的关系变得非常紧密，从某种意义上说，这是一种非常紧密的合作。在我的印象里，霍金是一位非常友善的朋友，我还记得他的乐观和他的信念感，相信我们可以解决这些关于宇宙的非常困难的问题。如果我们解决了这些问题，我们也会对人类有所了解，对我们在宇宙中的位置有所了解。

正如作者在书最后写的那样：「我们进入大爆炸的旅程是关于我们的起源，而不仅仅是从大爆炸开始的宇宙起源」。

△托马斯·赫托格。摄影：Gert Verbelen

在关于宇宙的新理论中，霍金不仅回答了宇宙起源的问题，更重要的是，他将我们带到了人文主义层面：从宇宙的角度看待我们的存在。