參考消息網(wǎng)5月17日報(bào)道英國《新科學(xué)家》周刊網(wǎng)站3月20日刊登題為《斯蒂芬·霍金的最終定理顛覆時(shí)間和因果關(guān)系》的文章，作者是比利時(shí)魯汶大學(xué)宇宙學(xué)家托馬斯·赫托格。內(nèi)容編譯如下：

劍橋大學(xué)的學(xué)生都知道，誰在數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)位考試的最后一部分考出最好成績，就會(huì)被邀請與斯蒂芬·霍金見面。我拿到了成績，名列榜首。果然，我應(yīng)邀與他進(jìn)行了討論。

我來到他在應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理學(xué)系的辦公室。這個(gè)系坐落在河畔一幢維多利亞式的舊建筑里?；艚鸬霓k公室就在公共休息室附近，盡管那里比較吵鬧，但他還是喜歡把自己的門半開著。我敲了敲門，停了一下，慢慢推開門。

我不太清楚會(huì)在門的另一邊看見什么。我知道霍金以研究黑洞而聞名，甚至因?yàn)橛嘘P(guān)黑洞爆炸時(shí)發(fā)生了什么的一些觀點(diǎn)而陷入困境。但事實(shí)證明，他正在思考一個(gè)不同的問題：為什么宇宙適合生命存在？

思索這個(gè)問題將變成我們兩人的長期追求。在接下來的20年里，直到去世前，他與我共同研究一些新的觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)表明了一種關(guān)于宇宙為什么是現(xiàn)在這樣的全新認(rèn)識(shí)。

在1998年6月的第一次見面中，我發(fā)現(xiàn)霍金坐在桌子后面，頭靠在輪椅上的一個(gè)頭枕上。辦公室的窗戶敞開著，我后來才知道，他總是喜歡把窗開著，哪怕是在天寒地凍的時(shí)候。其中一塊黑板上的方程式似乎可以追溯到上世紀(jì)80年代初。我心想這是否可能是他最后的手跡。

他通過語音合成器說：“宇宙看起來是經(jīng)過設(shè)計(jì)的?！彼^續(xù)說：“為什么宇宙是現(xiàn)在這樣的？”以前，我的物理老師沒有一個(gè)提過這樣的問題。我試著說：“這不是一個(gè)哲學(xué)問題嗎？”霍金回答說：“哲學(xué)已死?！?/p>

他是一個(gè)用寥寥數(shù)語表達(dá)豐富含義的大師。當(dāng)他談到宇宙經(jīng)過設(shè)計(jì)，他指的是這樣的觀測，即在所有可能存在的宇宙中，我們所身處的宇宙有著可以帶來生命的絕佳配置。數(shù)百年來，如何理解這個(gè)問題以某種方式困擾著思想家。然而直到最近，我們才發(fā)現(xiàn)這其中的水有多深。

精細(xì)微調(diào)宇宙

事實(shí)證明，宇宙的生物友好特性涉及物理學(xué)定律本身。這些定律中的眾多特征使宇宙完全適合生命存在。

盡管大多數(shù)宇宙沒有生命，但在一些宇宙中，自然定律注定適合生命存在。

當(dāng)1998年我第一次走進(jìn)霍金的辦公室時(shí)，這一切都在他的腦海里縈繞。我能感覺到他并不熱衷于多重宇宙論。沒過多久，我與他進(jìn)行合作，試圖找到更好的答案——首先是作為他的博士研究生，后來是作為他的同事。

霍金對擁抱多重宇宙論所持的保留態(tài)度在本世紀(jì)初更加強(qiáng)烈。當(dāng)時(shí)，人們明白多重宇宙論實(shí)際上沒有解釋任何問題。在多重宇宙論中，存在統(tǒng)管所有宇宙的“元定律”。但這些元定律并沒有具體說明我們應(yīng)居住在哪一個(gè)宜居的宇宙。這是一個(gè)問題，因?yàn)槿绻麤]有一個(gè)把多重宇宙元定律與我們所處宇宙中的定律聯(lián)系起來的規(guī)則，那么對多重宇宙的思考就會(huì)陷入悖論的漩渦，使我們無法進(jìn)行可證實(shí)的預(yù)測。多重宇宙論就像一張沒有個(gè)人身份識(shí)別碼的借記卡，或者像一個(gè)沒有說明書的組裝衣柜：沒用。

霍金最后定理

我們能做得更好嗎？是的，霍金與我發(fā)現(xiàn)，我們的理論可以用“上帝視角”，就好像站在宇宙之外。這是一個(gè)顯而易見的、似乎也是重復(fù)的觀點(diǎn)：我們的宇宙論必須對我們存在于宇宙之內(nèi)的事實(shí)進(jìn)行解釋。霍金開始宣揚(yáng)：“我們不是從外部看宇宙的天使?！庇谑?，我們開始從觀測者的角度由內(nèi)而外地重新思考宇宙學(xué)。我們很快發(fā)現(xiàn)，這需要采用來自宇宙內(nèi)部的量子觀。

自20世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)量子理論以來，觀測者的關(guān)鍵作用已經(jīng)得到認(rèn)可。在觀測到一個(gè)粒子的位置之前，甚至連問它在哪里都沒有意義。它沒有確定的位置，只有波函數(shù)所描述的可能位置。當(dāng)然，量子觀測絕不僅限于人類的觀測。量子觀測可以由專門的探測器、環(huán)境甚至通過與單個(gè)光子的相互作用來進(jìn)行。

霍金與我逐漸了解了宇宙早期發(fā)生的情況是一個(gè)類似于地球上自然選擇的過程，變異與選擇的相互作用在這種原初環(huán)境下發(fā)生。變異之所以發(fā)生，是因?yàn)殡S機(jī)的量子跳躍導(dǎo)致決定性行為和偶發(fā)性較大行為的頻繁小規(guī)模漂移。選擇之所以發(fā)揮作用，是因?yàn)橛捎诹孔佑^測，其中一些漂移——尤其是較大的漂移——可以被放大和凍結(jié)。這就產(chǎn)生了幫助影響隨后演變的新規(guī)則。

自然定律演變

這兩種相互競爭的力量在宇宙大爆炸的熔爐中的相互作用產(chǎn)生了一個(gè)分化過程，某種程度上類似于數(shù)十億年后生物物種是如何出現(xiàn)的。在這個(gè)過程中，維度、力量和粒子首先多樣化，然后在宇宙膨脹和冷卻時(shí)獲得有效形式。

就像在達(dá)爾文進(jìn)化論中一樣，這給我們的假設(shè)引入了一個(gè)微妙的時(shí)間倒退的因素。這就好比集體量子觀測以追溯方式解決大爆炸的結(jié)果。出于這個(gè)原因，霍金喜歡把我們的觀點(diǎn)稱為“自上而下的宇宙論”，以強(qiáng)調(diào)我們是事后解讀宇宙的基本原理。這在某種程度上有點(diǎn)像生物學(xué)家重建生命樹。他曾對我說：“我們創(chuàng)造宇宙，不亞于宇宙創(chuàng)造我們?！?006年《新科學(xué)家》周刊報(bào)道我們的觀點(diǎn)，把它描述為“反向的、選擇你自己的冒險(xiǎn)”。

事后看來，某種意義上我們當(dāng)時(shí)是在流沙上行走，我們的觀點(diǎn)并沒有相當(dāng)扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)我們開始尋找更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)時(shí)，從一個(gè)意想不到的角落得到了靈感。大約在那個(gè)時(shí)候，物理學(xué)領(lǐng)域的另一場革命正在興起，這場革命與全息有關(guān)。事實(shí)證明這正是我們所需要的。

普通全息圖對二維表面上一個(gè)三維物體的全部信息作了編碼。從某種意義上說，當(dāng)我們觀測這個(gè)表面時(shí)，第三維就會(huì)出現(xiàn)。關(guān)于地心引力也可能有全息起源的初步跡象可以追溯到霍金和以色列物理學(xué)家雅各布·貝肯施泰因在20世紀(jì)70年代分別進(jìn)行的研究。他們發(fā)現(xiàn)，對黑洞內(nèi)部的所有認(rèn)識(shí)都可以在它們的事件視界表面被加密。

接著，阿根廷物理學(xué)家胡安·馬爾達(dá)塞納在1997年更進(jìn)了一步，他設(shè)想整個(gè)宇宙可能類似于一個(gè)全息圖。他證明了位于一個(gè)表面的量子糾纏粒子系統(tǒng)內(nèi)部可以包含一個(gè)更高維度、具有引力和彎曲時(shí)空的宇宙的所有信息。很快，全息成了理論物理學(xué)家津津樂道的話題。他們從中發(fā)現(xiàn)了最終讓愛因斯坦的廣義相對論與量子理論相容的有希望的途徑。

全息宇宙理論

起初，全息所生成的那種宇宙與我們所生活的膨脹宇宙沒有任何相似之處。然而，從2011年左右開始，霍金與我發(fā)現(xiàn)了如何運(yùn)用宇宙全息概念來描述一個(gè)膨脹的宇宙的最初階段。事實(shí)證明，在這種宇宙論環(huán)境下，全息圖突出的是時(shí)間維度。歷史本身就是全息加密的。

更重要的是，時(shí)間以我們所設(shè)想的事后方式出現(xiàn)。根據(jù)全息宇宙論，過去取決于現(xiàn)在，而不是相反。在把宇宙當(dāng)作全息圖的研究方法中，去遙遠(yuǎn)的過去冒險(xiǎn)意味著對宇宙全息圖有一個(gè)模糊的印象。這就像把鏡頭拉遠(yuǎn)，在這種操作中我們丟棄了越來越多全息編碼的糾纏信息。全息理論表明，在大爆炸中消失的不僅有時(shí)間，還有影響我們所處宇宙的物理學(xué)定律。這與過去柏拉圖主義者認(rèn)為自然定律在某種程度上不可改變的觀點(diǎn)截然不同?；艚鹋c我認(rèn)為，重要的不是定律本身，而是定律的變化能力。

這一切的最終結(jié)果是對宇宙學(xué)終極意義的深刻修正。近一個(gè)世紀(jì)以來，我們一直是在固定的自然定律的穩(wěn)定背景下研究宇宙的歷史。但是，霍金與我建立的量子觀從宇宙內(nèi)部解讀宇宙的歷史，認(rèn)為宇宙的歷史在最早期階段包含物理學(xué)定律譜系。

這當(dāng)然是一個(gè)激進(jìn)的觀點(diǎn)，但這可能日后成為可檢驗(yàn)的觀點(diǎn)。一些與早期宇宙有關(guān)的觀點(diǎn)可以通過破譯宇宙微波背景輻射——在大爆炸后38萬年時(shí)釋放的輻射——來加以檢驗(yàn)。但我們所設(shè)想的原初演化是在那之前展開的，這意味著它深藏在宇宙微波背景后面。我們現(xiàn)在所處的環(huán)境與19世紀(jì)的達(dá)爾文并無二致，不過他只有很少的化石證據(jù)支持他宏大的新假說。

偉大科學(xué)遺產(chǎn)

但我希望這種情況不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。我們正在目睹引力波天文學(xué)的一場革命。這些產(chǎn)生于宇宙微波背景時(shí)代之前遙遠(yuǎn)過去的波，經(jīng)過漫長旅行可以抵達(dá)地球。未來對原初引力波的觀測應(yīng)該讓我們能夠探測宇宙的最早期階段。

檢驗(yàn)我們觀點(diǎn)的一條完全不同的路徑也與全息有關(guān)。量子實(shí)驗(yàn)者已經(jīng)在嘗試創(chuàng)建由被俘獲原子或離子組成的深度糾纏的量子系統(tǒng)，這些系統(tǒng)對黑洞的一些特性進(jìn)行全息編碼。通過用這些系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們可以指望更多地了解何種糾纏模式支撐重力和時(shí)空結(jié)構(gòu)。我們或許還能看清時(shí)間的起源是否以霍金與我所設(shè)想的特定方式發(fā)生。

對宇宙論進(jìn)行顛覆是典型的霍金式行為。對于受多重宇宙悖論啟發(fā)的霍金和我來說，這是一種了解宇宙設(shè)計(jì)外形的方式。如果這一新思維被證明是正確的，那么這可能是他最大的科學(xué)遺產(chǎn)。