时间简史续编-第8章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！



当·佩奇　

　　当·佩奇1976年在基帕·索恩指导下在加州理工学院获得物理学和天文学的博士。当史蒂芬·霍金在那里做一年访问学者时，他遇到了史蒂芬。当·佩奇是一名福音基督徒；他相信，理解这个宇宙可以揭示上帝的某些方面，但是上帝拥有比这个宇宙更多的东西。从1976年到1979年，当他在剑桥从事博士后研究时和霍金一家住在一起。现任爱德蒙顿的阿尔贝塔大学的物理教授。　

　　我通常在7点15分或7点半左右起床，　冲一下澡，接着读圣经、祷告。然后在8点15分，我下去帮助史蒂芬起床。我经常在吃早饭时告诉他在圣经里读到的内容，希望这最后总有一些影响。　

　　我记得告诉过他一个故事。故事是说，耶稣遇到了一个疯子，这个人被一群魔鬼附身。这群魔鬼要耶稣把他们转附身到一群猪身上。这群疯猪跑到悬崖边缘跳到海中。史蒂芬提高了嗓门说：〃哦，保护动物学会不会欣赏这故事，是不是！〃　

　　另一次耶稣谈论末日，他说末日来临的时候，有两个人在田里干活，上帝会让一个人上天而另一个留下；还有两个人在床上，一个人上天而另一人留下。史蒂芬在早餐时说：〃两个人在吃早餐，一个人上天，而另一个人留下。〃他理解故事的要点，并且友善地接受。　

　　早饭后，我们开始工作。通常先看看是否有人寄来科学论文。这是些尚未在科学杂志发表前请人看的论文。因为他不能翻动书页，所以我得替他拿着，放在他面前，这也使我有机会阅读它们。　

　　我发现，尽管霍金具有伟大的头脑，他却读得相当慢。我可以用大约他两倍的速度阅读。其原因当然是，让他回头来再找是非常困难的，所以他必须过目不忘。而我只要快速浏览，如果我有兴趣，并且想再深入研究，可以再回过头来重读。　

基帕·索恩　

　　有一次我到史蒂芬和简家做客。晚饭后，在史蒂芬要上床的时候，他自己一个人上楼。我忘记了这是一段还是两段的楼梯。这时史蒂芬已不能走路。他上楼梯的办法是抓住支持栏杆的铁柱把手，并用手臂力量把自己拉上去。要把自己从底层拖到二层需要费时又艰苦的奋斗。　

　　简解释说，这是他复健的重要一环，为了尽可能长久地保持他肌肉运动的协调和力量。　

　　在我明白这缘由之前，看到他受这等煎熬，真是令人心碎。正如对史蒂芬其他的类似事情，一旦你了解他，你就会将那些事视作当然。然而，当你初见到这种情景时，一定会大吃一惊，会用非常感动的眼光看他。这只是日常生活的一部分他用这种方法把自己拖到楼上去。　

伊莎贝尔·霍金　

　　我最讨厌的一种事是任何时候身边都有人。我忍受不了那些。然而他发现事情很有趣，他享受人生，他到处横冲直撞。我认为这是难能可贵的。我和他父亲都缺乏这种勇气。我们只能赞赏，而且想不透他怎么得到这种勇气。当·佩奇　

　　有一年，霍金一家带我一道去在威尔斯郡威耶河附近的乡间别墅。这个房子在山上，有一段铺好的人行道通到房子去。我当然希望尽量少走几趟，所以就把备用的电池放在他的轮椅下。可是史蒂芬没有意识到这一点，他不知道他的轮椅的负载已经达到了极限。　

　　他开始上坡并超前我不少大约十米左右吧！然后他拐个弯进入房子，但是这刚好在斜坡上。我注意到史蒂芬的轮椅慢慢地往后倾倒下去。我想跑上去扶住，但是没有来得及，他往后翻倒到灌木中去了。　

　　看到这位引力大师，被地球微弱的引力所征服，是令人震惊的一幕。　

基帕·索恩　

　　早在1970年代中期，有一两次，史蒂芬和我讨论他将来的命运。那时他似乎有非常清楚的图像。他说，他预料最终会因为得肺炎而死。虽不知何时发生，可是一定会发生。他还预料，在此之前他的智力不会有任何退化，他对此信心百倍，他对自己的最终命运似乎泰然处之。　

第四章　

　　1975年，梵蒂冈把授予〃有杰出成就的年轻科学家〃的庇佑斯十二世奖章颁发给史蒂芬·霍金。他和白纳德·卡尔一同飞往罗马，在梵蒂冈接受教宗保罗六世颁奖。　

白纳德·卡尔　

　　那是一个非常感人的场合。在正常情形下，得奖的人必须走到教宗面前去接受奖章。可是，因为史蒂芬不能上前，所以教宗一直走到史蒂芬面前来。　

　　这是一个历史时刻。教会尤其是天主教会，和宇宙学史之间一向有冲突，这可一直回溯到伽利略时代。史蒂芬对伽利略有极大的亲切感。我记得，我们去梵蒂冈时，他非常渴望到档案馆去查阅被认为是伽利略悔过的文件。在这文件中伽利略在教会的压力下，收回地球围绕太阳旋转的理论。　

　　科学和教会之间的争论仍然方兴未艾。最后，教会宣布他们犯了错误，事实上伽利略是对的。这使我们感到欣慰。但是我很怀疑，如果教宗真的理解史蒂芬的发现，他是否会认可。　

基帕·索恩　

　　我看得十分清楚，从70年代早期开始，史蒂芬的研究方式发生了显著的改变。这种改变，可用他在1980年左右对我说的话来代表：〃我宁愿是正确的，而不是严密的。〃严密性质是数学家追求的，他们认为正确性需要坚定清晰的数学证明。60年代和70年代早期，史蒂芬在研究中追求过这种严密性，他试图使每一部分都完全坚定稳固。　

　　近年来，他在寻求真理时变得更富猜测性。譬如说达到了百分之九十五的正确性，然后他就继续很快地前进。他放弃了似乎在70年代早期对确定性的追求，而喜欢高或然性，从而快速地朝理解宇宙性质的终极目标前进。　

史蒂芬·霍金　

　　1981年在梵蒂冈召开宇宙学会议时，我又重新唤起了对宇宙开端和命运问题的兴趣。之后我们受到教皇的召见，他刚从那次谋杀中恢复过来。他告诉我们，研究宇宙在大爆炸后的演化是可以的，但是由于大爆炸本身是创生的时刻，因而是上帝的事务，所以我们不应该去询问那个时刻本身。我高兴的是，那时候他不知道，我在会议上刚发表的论题是，空间时间为有限的、但是没有边界的可能性，这表明它没有开端，也就是创生的时刻。　

　　因为这篇论文相当技术性，并且采用了一个令人敬畏的题目《宇宙的边界条件》，所以关于宇宙起始的含义不是一下子就那么一目了然。我在该论文中提出：空间和时间在范围上有限，但是自己包容起来，而没有边界或边缘；正如地球的表面面积是有限的，却没有边界或边缘一样。在我所有的旅行中，我从未从世界的边缘掉下去。　

　　在梵蒂冈会议期间，　我不知道如何利用这个思想对宇宙行为作预言。　但是在1982和1983年间，我和我的朋友兼同事加州大学圣他巴巴拉分校的詹姆·哈特尔合作。我们指出如何利用这个无边界思想，在量子引力论中计算出宇宙的态。　

　　如果无边界设想是正确的，则不存在奇性，而科学定律，就在包括宇宙开端的任何地方都成立。宇宙开始的方式就由科学定律所决定。我成功地实现了发现宇宙如何开始的抱负。但是我仍然不知道它为什么要启始。　

詹姆·哈特尔　

　　詹姆·哈特尔是史蒂芬·霍金的哈特尔霍金设想的合作者。他现为加州大学圣他巴巴拉分校的物理教授，他的研究方向主要是相对论和引力。　

　　在量子力学中，我们是用一个系统的波函数来描述它。因此，我们能计算看到的东西的机率。例如，在宇宙的情形下，我们也许对它的大小、形状，以及它能显示出空间的三维几何感兴趣。波函数允许我们计算其他不同答案的机率。所以我们也研究其他可能的模式。可是，我们的宇宙不是这样，我们生活在固定的一个量子态中，因此产生了一个有趣的问题：根据什么原则，从许多可能的宇宙态中特别选出一种态，使我们得到一种机制，用以预测或者联接现有宇宙的不同特征？　

邓尼斯·西阿玛　

　　史蒂芬的〃量子宇宙论〃，或者更通俗点讲〃宇宙的波函数〃是一个新的物理设想。它是说，使用量子力学计算宇宙的行为，要牵涉到高度技巧性的步骤，这些步骤代表了物理作用方式的新假设；因此它们是有争议的，是还没有被确立起来的。　

　　可是，他想指出的是，如果用他建议的步骤计算出宇宙的波函数，那么就能算出宇宙会像什么样子。这是一种非常聪明和卓越的建议，但是并没有公认一定会成功。他和他的学生，以及世界上其他地方的人，都在看真实的宇宙是否具有和他设想的理论含义相同的性质，以此来检验这个新理论。他的观点是：这会导致一系列成功的思想。但是，目前这一切还都处于争议的阶段。　

　　在经典物理中，人们可以给定所有粒子在同一个时刻的位置和速度，从而描述一个系统的状态。另一方面，在量子物理中，粒子不具有精确定义的位置和速度。相反的，人们所能提供最完整的描述只是所谓的波函数。这可以认为是提供在不同位置上找到该粒于的概率。人们不必再指明该粒子的速度。这些在不确定性规定的程度上由波函数决定。　

　　在量子理论中，宇宙的态可由所谓的宇宙波函数来描述。它提供了现在空间为以不同方式弯曲的或者翘曲的概率。空间几乎为平坦的概率最大，但是哈特尔和霍金的无边界设想预言，在空间几何中的小波浪的概率相当大。这些对应于引力波，现在人们正用非常精密的测量手段去检测它们。　

基帕·索恩　

　　描述量子引力也就是广义相对论和量子理论的结合，有许多方法。我发现最富有魅力的，是哈特尔和霍金在描述把量子力学和引力结合在一起时所采用的方法。我觉得这很合我意。当你在科学（譬如物理学）的最前沿探索时，必须大大地仰仗你自己的体会和感觉。你必须决定你的研究方向，或者为学生指出哪个方向较有可为。这一类指导必须来自于直觉，来自于天性。正如苏联同事所说的，来自于心肝。我打从我的心肝里感到它们是对的。　

安东尼·赫维许　

　　我想，过去二十年来最奇妙的事情是：我们现在能论证在时间开端后的一百万分之一秒前发生的事。宇宙具有奇性的起始是一个令人惊异的观念。但是，能够有意义地谈论及争议那么早宇宙的物理，对我而言无疑是一场革命。尤其回顾我自己的一生，想到过去我们甚至不知道宇宙是演化的或是稳态的，真是感慨不已。　

　　这还引起了令人敬畏的哲学问题，诸如时间有无开端，以及这个问题的真正含义。要使物理学家真正掌握这些问题是困难的。　

约翰·惠勒　

　　许多人在许多场合多次提出有关宇宙起源的问题：它是如何启始的？　

　　当爱因斯坦第一次探索自己的理论，发现理论断言宇宙不能永远维持尺度不变时，他不信任它的预言。为什么他如此不相信呢？因为他心目中的伟大英雄斯宾诺莎在很久以前反驳了圣经中的太初创世的思想；斯宾诺莎说过：〃在不存在任何可以告知钟表何时启始之前的东西，钟表存在何方？〃这听起来很矛盾。　

　　当然，当最后发现宇宙在膨胀时，爱因斯坦告诉他和我伟大的朋友乔治·伽莫夫：〃这是我研究生涯中的最大错误。〃　

　　从此以后，他和我都把宇宙膨胀的预言当做强而有力的证据，认为是某种和人类以前理解的一切截然不同的东西，是人类被赋予探索空间和宇宙运行方式的能力的最强有力的证据，以及我们有朝一日能解开这些秘密的最伟大象征。可是，我认为按照量子力学，我们对诸如宇宙如何开端这类问题会有更深刻的洞察，因为我们在那里意识到了时间的概念本身是一种理想化。〃时间〃这个词不是上帝从天上赐予我们的礼物；时间的观念是人们发明的一个词。。如果它牵涉着一些困惑，应是谁的过错？那是我们发明使用这个词的过错。　

　　有一次，我在德州奥斯汀市一个咖啡馆的男厕所看到了一行涂鸦：〃时间是大自然避免使所有事情同时发生的方法〃，这是我们通常解释时间的简要说法。但是，我们用量子力学观点越深入地探究时间，就得到越多洞察，时间本身也就越显得微妙，在彻底理解这全部图像的过程中，需要解决的困惑就越繁重。　

　　所以，任何询问宇宙如何开始的人都应反躬自问：〃你从何处得到时间观念的？〃　

　　在量子力学中，电子的位置是不确定的。这种不确定性在正常情形下是可以忽略的，但是它在原于距离尺度下变成很重要，以至于诸如〃原子在何处？〃的问题没有什么意义的答案。类似地，在量子引力中也存在空间时间几何的不确定性。这种不确定性在正常情形下也是可以忽略的，可是它在非常微小的距离尺度和时间间隔下变得很重要，以至于诸如〃现在什么时候？〃的问题没有什么意义。尤其是，这意味着时间概念在非常接近大爆炸时变成没有意义。　

　　史蒂芬·霍金提出，使用虚时间也许能取得一些进展。虚时间和实时间的关系，犹如虚数和实数的关系。虚时间物理是物理学的爱丽丝奇境；　例如，　粒子可以运动得比光还快，甚至可在（虚）时间中向后运动。当然，当描述变成对量子力学的一种近似时，每件事都是对的，没有人可比光运动得更快或者在（实）时间中向后运动。　

　　詹姆·哈特尔和史蒂芬·霍金提出一种方法，把虚时间技巧用到量子宇宙论中，并用它来分析极端简化了的宇宙模型。虽然该模型比实在宇宙大为简化，当它用经典广义相对论处理时，具有大爆炸奇性，但是它的量子力学形式却根本没有奇性。哈特尔和霍金成功地用所谓历史前的时间来取代奇性。　

　　哈特尔霍金思想是否能成功地应用于实在宇宙，仍是一个未解决的问题。　

克里斯多福·伊宣蒙　

　　克里斯多福·伊宣蒙是伦敦帝国学院的理论物理教授：他研究广义相对论和量子物理之间的关系。　

　　从〃无〃中创生的观念当然是非常激动人心的，这是使人极感兴趣的东西。哈特尔霍金的从〃无〃创生的图像，实际上是以非技术性术语非常形象化地描述数学。你瞧，物理学中正常发生的东西是，在具有传统的因果性和决定性观念的地方，如果给你某个特殊时刻的态，你就能唯一地算出后来某个时刻的态。那就是人们所说的因果性。按照这个观点，你永远不能从〃无〃中创生，事实上你根本不可能有创生。你真正拥有的一切是变化：因果性变化，可是这变化属于已经存在那里的东西。这种变化也许牵涉到创生，例如你在CERN＇9＇　的粒子加速器看到基本粒子相碰撞而出现一堆新粒子；那看起来像创生，但是你其实只是把能量从一种形式转变成另一种形式，而这整个系统纯粹是因果性和决定性的，每一件东西都只是以通常的方式流动，你肯定不是从〃无〃中生〃有〃。　

　　　
　　＇9＇　CERN是欧州核子研究组织，在瑞士日内瓦附近。


　　在广义相对论中，由于时间和空间在公式中表达的方式，使实际谈论时间的创生成为可能。麻烦的是，在经典理论中，当空间和时间〃开始形成〃时，实在的点本身是数学中的奇点，数学失效了，所以它不能给你一个创生论。你在传