伟大设计 (2)宇宙似乎特别宠爱观察者

admin

　　因为引力赋形于空间和时间，它允许时空局部稳定但全体不稳定。在整个宇宙的尺度下，物质的正能量可被引力能的负能量平衡，这样对于整个宇宙的创生并未添加任何限制。因为存在像引力那样的定律，宇宙能够并且将以在第六章中描述的方式从无之中把自己创生出来。自发创生是存在实在之物而非一无所有，为何宇宙存在，为何我们存在的原因。不必要祈求上帝点燃导火索使宇宙运行。
　　为何基本定律象我们描述的那样？终极理论必须和谐而且对我们能测量的量必须预言有限的结果。我们已经看到，必须存在象引力的定律，而且我们在第五章看到，为了引力论预言有限的量，该理论必须具有在自然力和力作用其上的物质之间的所谓的超对称。m理论是最一般的超对称的引力论。由于这些原因，m理论是宇宙完备理论的仅存的候选者。如果它是有限的——这还有待证明——它就是一个创生自己的宇宙的一个模型。我们必须是这个宇宙的部分，因为不存在其它协调的模型。
　　m理论是爱因斯坦所希望找到的统一理论。我们人类——我们自身只不过是自然的基本粒子的集聚——已经能够这么接近理解制约我们和我们宇宙的定律，这一事实就是一项伟大的胜利。但也许真正的奇迹在于，逻辑的抽象思考导致一个唯一的理论，它预言和描述了我们所看到的充满令人惊异的千姿百态的浩淼宇宙。如果该理论被观测所证实，它就将是长达三千年以上智力探索的成功终结。我们就将找到大设计。
　　小辞典----
　　另外历史：量子论的一种表述，其中任何观测的概率由所有能导致该观测的可能历史构成。
　　人存原理：我们基于我们存在的事实能得出有关物理表观定律的结论的思想。
　　反物质：每种物质粒子都有相应的反粒子。如果它们相遇，它们就相互湮灭，只余下纯粹能量。
　　表观定律：我们在我们宇宙中观察到的自然定律——四种力的定律以及诸如表征基本粒子的质量和荷的参数——与允许具有不同定律的不同宇宙的m理论的更基本定律相对照。
　　渐近自由：是强力的一个性质，使它在短距离下变弱。因此，虽然夸克在核子中被强力束缚，它们在核中可能运动，犹如它们根本没有感受到力一样。
　　原子：通常物质的基元，包含一个具有质子和中子的核，核被公转的电子包围。
　　重子：诸如质子和中子的一类基本粒子，由三个夸克构成。
　　大爆炸：宇宙的紧致、灼热的开端。大爆炸理论假定，在大约137亿年前，我们今天能看到的宇宙的部分只有几毫米那么宽。现在宇宙变得非常大非常凉，然而我们能在弥漫于整个空间的宇宙微波背景幅射中观察到那个早期的残余。
　　黑洞：时空的一个区域，由于它极大的引力而与宇宙的其余部分隔离。
　　玻色子：携带力的基本粒子。
　　从底到顶的方法：在宇宙学中，依赖以下假设的思想，即存在宇宙单独的历史，该历史具有明确定义的启始点，以及现在宇宙的状态是从那个启始演化而来。
　　经典物理：物理学的任何理论，在该理论中假设宇宙具有单独的明确定义的历史。
　　宇宙常数：爱因斯坦方程中予时空以固有膨胀倾向的一个参数。
　　电磁力：自然的四种力中的第二强的力。它在具有电荷的粒子之间作用。
　　电子：物质的一种基本粒子，它具有负电荷，而且负责元素的化学性质。
　　费米子：物质类型的基本粒子。
　　星系：由引力束缚在一起的恒星、星际物质和暗物质的大的系统。
　　引力：自然四种力中最弱的力。具有质量的物体正是用它来相互吸引。
　　海森伯不确定性原理：量子论的一个定律，它是讲物理性质的某些对不能同时在任意精度上知道。
　　介子：一类基本粒子，它是由夸克和反夸克构成。
　　m理论：物理学的基本理论，它是万物理论的一个候选者。
　　多宇宙：一族宇宙。
　　中微子：一种极轻的基本粒子，它只受弱核力和引力的作用。
　　中子：一类电中性的重子，它和质子形成原子核。
　　无边界条件：宇宙的历史是没有边界的闭合面的要求。
　　相位：在波的循环中的位置。
　　光子：携带电磁力的玻色子。光的量子粒子。
　　概率幅度：在量子论中，其绝对值平方给出概率的复数。
　　质子：一类带正电荷的重子，它与中子构成原子核。
　　量子论：一种在其中物体不具有单独明确历史的理论。
　　夸克：具有分数电荷的基本粒子，它感受强力。质子和中子各自由三个夸克组成。
　　重整化：设计来使在量子论中产生的无限具有意义的数学技艺。
　　奇点：时空中的点，在该处物理量变成无限大。
　　时空：一种数学空间，它的点必须既被指明空间坐标又被指明时间坐标。
　　弦论：物理学的理论，其中粒子被描述成振动的模式，振动具有长度却无高度或宽度——就象一段无限细的弦。
　　强核力：自然的四种力中最强的力。这种力在原子核中把质子和中子束缚在一起。它还把质子和中子自身束缚在一起，因为它们是由更微小的粒子夸克组成，所以这是必须的。
　　超引力：引力论的一种，它拥有一种称作超对称的对称。
　　超对称：一种微妙的对称，它不能和通常空间的变换相关。超对称的一个重要含义是力粒子和物质粒子，也因此力和物质实际上只是同一件东西的两个方面。
　　从顶到底方法：宇宙学的方法，在这方法中人们“从顶到底”，也就是从现在往过去追踪宇宙历史。
　　弱核力：自然的四种力的一种。弱力负责放射性并在恒星中以及早期宇宙中的元素形成中起极重要的作用。
　　感谢
　　宇宙有一个设计，而书也有一个。然而和宇宙不同，书不会从无中自发出现。一部书需要一个创造者，其角色并非全部落到作者的肩膀上。这样，首先也是首要，我们愿意感谢我们的编辑bethrashtaum和annharris的近乎无限的耐心。我们需要学生时，她们是学生，我们需要老师时，她们是老师，而我们需要激励时，她们是激励者。她们专心致心兴高采烈地处理手稿，无论是关于把逗号放在何处，还是不可能把负曲率的面轴对称地嵌入平坦空间中。
　　我们还想感谢：markhillery，他好心地阅读了手稿的大部分并提供了有价值的意见；carolelowenstein，她对内部设计帮助良多；davidstevenson，他指导完成封面设计；和lorennoveck，她的细致免除了许多在付印之前的我们不愿见到的打印错误。非常感谢peterbollinger：你将插图将艺术带给科学，你勤勉地保证每细节之准确。还要感谢sidneyharris：感谢你的美妙卡通以及你对科学家面临问题的极度敏感。我们还因为得到的支持和鼓励感激我们的代理人alzackerman和susanginsburg。如果有两个信息是他们一直提供的，那便是“是已经完成此书的时候了”，和“不要介意你们何时完成，你们最后总能完成。”他们足够明智，知道什么时候该说哪个。而最后，我们感谢史蒂芬的个人助理judithcroasdell；他的电脑助手samblackburn以及joangodwin。他们不仅提供了精神支持，还提供了实际和技术支持，若无这些支持，我们就完成不了本书。此外，他们总知道去何处找到最好的酒吧。
　　译者序
　　《大设计》是霍金在其《时间简史》之后最重要的著作。这本书的主题是理解生命、万物和宇宙的存在。它凝结了作者自《时间简史》出版之后二十多年间，对科学和哲学的探索成果，以及对这些学科的未来展望。这本书是蒙洛迪诺协助完成的。
　　由于近现代科学尤其是量子论的发展，哲学界已不可能跟得上科学的脚步。当今不存在象康德、彭加莱和罗素这样的人物。近三十年前霍金提出了量子宇宙学的无中生有的场景，其后有识之士一直追问，为何是有非无？宇宙何以存在？我们何以存在？
　　人类花费了几千年才从神话的朦胧走向理性的澄明。智慧生命逐渐意识到，宇宙整体及其万物是由规律制约的。这种决定论的观点似乎使自由意志无容身之处。幸亏对于极为复杂的系统，人们可以也必须采用有效模型。比如，心理学就是对于人体的有效模型，而自由意志可被镶嵌其中，从此诗意栖居世间，情感怃慰人心，艺术之花绽放。
　　霍金认为实在性不过是一套自洽的和观测对应的图景、模型或者理论。霍金将其称为依赖模型的现实主义。如果两种图景满足同样的条件，你就不能讲哪种更实在些，你觉得哪种更方便就用哪种。如果没有一种理论满足这些条件，那么宇宙就消失了。自在之物在这里是多余的。这种新观点使科学和哲学中的许多长期争论的问题成为伪问题。
　　宇宙和万物的演化不只经历一个历史，它们经历所有可能的历史。费恩曼的量子论的历史求和表述与依赖模型的现实主义相协调，而与旧实在论相抵触。量子论只有在经典的近似范围才和旧实在论协调。惠勒把这些观点应用于宇宙尺度，于是因果的差异就消失了。过去和将来一样不是已被确定的。
　　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，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解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。
　　正是因为这样，由我们的存在条件导出的结论和从表观定律导出的相一致。宇宙似乎特别宠爱观察者。这激起了斯宾诺莎、爱因斯坦和千千万万探索者的宇宙宗教情感。
　　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。
　　2006年夏天霍金第三次访问中国，并于6月21日在北京举行记者招待会。为了避免记者提问的无聊和空泛，我为之代拟问题，其中包括下面这一道。
　　问：“你能对宇宙和我们自身的存在作些评论吗？”
　　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。”
　　这恰巧是本书的主旨，本书正是对他回答的圆满阐述。由此可见，他在本书表达的思想早在2006夏天就已经相当清晰了。
　　我们似乎处于科学新变革的前夜，这个变革将和哲学的变革同时到来。