霍金對我說：《時間簡史》錯了。

知識分子

The Intellectual

撰文 |李珊珊

“爲什麼我們要操心其他宇宙呢？”

在新書《時間起源》中，霍金的合作者，比利時魯汶大學宇宙學家托馬斯•赫託格講起了自己初見霍金時的一段對話。當時，作爲一名數學成績出色的劍橋博士生，霍金選中了赫託格來“聊一聊”。

“史蒂芬（霍金）的回答令人很難捉摸”，赫託格寫道。

在書中，雖然“連一根手指都擡不起來”，霍金卻是一位鬥志昂揚地“要讓宇宙服從於他的意志”的戰士。他要挑戰那個世界上最大的問題——宇宙是如何創造出如此完美且適宜生命生存的環境的。

在書中，赫託格寫下了霍金在CERN參觀大型強子對撞機時說的：“我希望你們能製造出黑洞”——根據他們的計算，如果這一碰撞能夠將足夠多的能量集中到足夠小的體積中的話，那將會是一個小黑洞，並且只能短暫存在，“因爲它會通過向外發出的霍金輻射而瞬間蒸發掉”。

也寫下了固執老牌的英國人霍金，會在對話中途，在屏幕上寫下：“我不行了……”把大家嚇了一跳之後，這句話的後面繼續顯示：“……我……得……喝……杯……茶……了。”

那是在下午四點，雷打不動的下午茶時間，到了。

約翰•惠勒說，做偉大的科學有三種方法：鼴鼠的方法、野狗的方法和地圖繪製者的方法。鼴鼠是從地面上的一點開始，有條不紊地向前移動；野狗是東嗅西嗅，從一條線索被引到另一條線索；而地圖繪製者則是構想出整體圖景，對事物如何結合有了一個直覺，從而找到新的見解。

而霍金，在赫託格看來，是個地圖繪製者，這個繪製者擁有着受禁錮的身體和完全不受禁錮的思想。

爲了繪製這幅地圖，霍金研究了宇宙的大爆炸起源，但很快，他早期的工作遇到了危機，因爲根據他的預測結果，在可能產生的所有宇宙中，佔最大比例的那些宇宙類別無法孕育生命——換句話說，人類是如此小概率事件，而爲什麼會這樣，我們不得而知。

赫託格會永遠記得，2002年的一天，霍金眼睛裡充滿着興奮，對赫託格“說”：“我改變主意了。《時間簡史》的視角錯了”。

“在《時間簡史》中，你以上帝的視角看待宇宙……在宇宙學中，上帝視角顯然是錯誤的。我們是身在宇宙之中，而不是在宇宙之外。”

從那一天起，霍金與赫託格開始了他們全新的宇宙探索之旅，嘗試用全新的方式，用一種“新的（物理）哲學思想”來理解我們的宇宙。

那場全新的關於時間與宇宙起源的思想之旅告訴了我們什麼？《知識分子》與赫託格進行了如下對話：

知識分子：講講您在書裡提到的，用一種新的（物理）哲學思想來理解我們的宇宙，那是什麼？

赫託格：我的書闡述了一個關於早期宇宙大爆炸的理論，這個理論的核心是關於我們的宇宙是如何開始的。這是一個我與史蒂芬·霍金合作研究了20年的理論。其關鍵在於，我們認爲在宇宙演化的最初階段，是否存在一種類似達爾文的過程，曾經發生在物理定律的層面上。也就是，會不會出現某種物理定律的“樹”。

所以我們嘗試從進化論角度來看物理學，這是我們這項新理論的本質，所以，這本書的標題叫做《時間起源》，這與達爾文的《物種起源》有關。

知識分子：與霍金教授合作了20年，有什麼難忘的經歷或故事嗎？您從中獲得了什麼啓發？

赫託格：我在書中寫了很多這方面的內容，跟霍金合作的20年，就像一個偵探故事，我們一直在深挖，尋找一個更好的理論。

我認爲最難忘的時刻，是有一次，霍金告訴我：他改變了主意，在他1980年代寫的那本《時間簡史》中，他得出的結論是錯誤的。

這是一個很大的改變。作爲一名科學家，霍金以能夠改變主意並承認自己犯了錯誤，進而找到一個更好的理論而聞名，這是他對科學的熱情的證明。

知識分子：我幾乎能夠明白那種感覺，我是在上高中時讀的霍金的《時間簡史》，它非常有趣而神秘，很多人都看過那本書，那本書也是很多中國中學生選擇物理專業的原因，而它居然錯了？

赫託格：是的，多重宇宙理論在1990年代非常流行，這種理論說存在許多其他的宇宙。在大多數這些宇宙中，可能沒有恆星，沒有星系，也沒有生命。偶爾，你會發現一個適合生命的宇宙，而我們必須在這種宇宙中。

但霍金意識到多重宇宙理論與一個深刻的悖論相關。他意識到——我認爲他可能是第一個意識到這一點的人——人們實際上無法檢驗這種多重宇宙理論。這不僅僅是因爲你無法去另一個宇宙檢查它，也是因爲多重宇宙理論並不能完全明確地預測到這個宇宙中我們應該觀察到的是什麼。

這裡存在某種基本的缺失，缺乏可預測性和可驗證性。所以，霍金認爲，如果事實如此，那麼多重宇宙理論就有某些根本性的錯誤。這一點成爲了我和霍金合作的起點。我們開始設法找到一個比多重宇宙理論更好的解釋：爲什麼我們的宇宙如此適合生命。

知識分子：那麼，您對人擇原理怎麼看?

赫託格：人擇原理是試圖拯救多重宇宙理論的一種嘗試，這是一種冒險，我不認爲它行得通。它沒有解決與之相關的悖論，史蒂芬有一段時間選擇了人擇原理，但最終也決定拋棄它。

但如果不人擇原理，想解釋上述問題就很困難了。目前，在我的書中我們提出的解釋是一個進化論的解釋，即存在一個隨機的進化，宇宙本可以變成完全無生命的，沒有星系，沒有生命，然後，就像生物學中的生命樹一樣，它們可以有其他的選擇，但在一步步的分支中，宇宙選擇了這個世界。這聽起來很像達爾文的精神。

霍金和我發展的理論在宇宙學中做了同樣的事情，我們從我們周圍的這些粒子、力量和物質開始，重構早期宇宙的演化。我們的理論並沒有提供一個先驗的解釋，爲什麼是這個宇宙，而是提供了一個不需要設計師和終極規則的進化論解釋，就像達爾文一樣。

所以，在這本書中，我們某種程度上喚起了一個關於宇宙學和物理學的終極願景，這個願景更接近生物學，而不再是我們以前所習慣的物理學。這可能是我想要傳達的一種範式轉變。

知識分子：我想知道霍金的離世對你的研究領域有什麼影響?你覺得霍金對物理學的貢獻是什麼，特別是對於黑洞物理學?

赫託格：霍金對人類對黑洞和大爆炸的理解做出了著名的貢獻。他認爲黑洞是時間結束的地方，在黑洞裡面，時間結束了。我認爲他把這些看作是某種理論實驗室來研究問題，這最終會讓他獲得洞察力，而這洞察力，最終會應用到大爆炸上。

霍金的大腦會不斷地在思考黑洞和思考大爆炸之間切換，從黑洞獲得的洞察力教會了他一些關於大爆炸的事情，反之亦然。這是一個非常富有成效的工作方式。你看，我們談到了多重宇宙和模糊性，以及多重宇宙遭受的悖論，即它無法告訴我們身在哪個宇宙。因此，你無法驗證這個理論。在黑洞內部存在一個類似的悖論，這是由霍金髮現的，他的計算顯示，任何關於掉入黑洞的信息都會丟失，這與多重宇宙中的問題類似。

在多重宇宙中，我們無法預測我們應該觀察到的是什麼，在一個黑洞中，我們無法預測最終會出現什麼。可以認爲，在這兩種情況下，時間的起源（大爆炸）和時間的終結（黑洞）似乎存在相似的悖論，這些是我們研究的指導燈塔。

知識分子：您在書中提到，LHC的高能對撞可能會產生黑洞，您對中國計劃在未來建造更強大的對撞機、新的黑格斯工廠（見知識分子往期推送：成爲下一個高能物理的世界領袖，中國可以麼？）有何看法？它可能會製造出反物質嗎？這會給世界帶來風險嗎?

赫託格：我不認爲這會帶來風險，這些黑洞會很快蒸發，所以我不認爲需要擔心，要知道，它們非常微小。而且會蒸發。

知識分子：那你對新的黑格斯工廠有什麼看法？因爲我們必須投入大量資金來建設這個大型的科學裝置，它值得嗎？

赫託格：我認爲在大科學上進行投資，其回報遠遠超出看上去更實用的實驗和科學發現。它對一個地區或國家更廣泛的科學文化的培養和增強有所幫助，這纔是真正的價值所在。

這有點像是送給下一代年輕人的禮物。它加強了科學文化。它是對好奇心、創造力、技術創新、社會創新和教育的長期投資。我認爲這些大型項目/裝置的更大、更廣的維度甚至比你講過的創造粒子或黑洞更重要。它是送給下一代的禮物。

知識分子：有人說新世紀是生物學的世紀，您對此怎麼看?物理學還有機會嗎?

赫託格：生物學的世紀?所有的機會都是生物學的。不，我不這麼認爲。引力波和量子信息連接，這也許是物理學的兩個機會。我認爲物理學仍有很多機會。

知識分子：你認爲廣義相對論目前面臨的挑戰和困難是什麼？你認爲哪些方面有突破和進步的機會?

赫託格：在許多方面。

實驗方面，目前，引力波觀測宇宙提供了很多潛力的反響，引力波或時空的漣漪，它們可以從宇宙最初階段到達地球進行記錄。如果我們通過觀察引力波記錄正在進行的宇宙，我們將在未來的幾年或幾十年內有一個全新的宇宙視角。這將是一個全新的宇宙窗口。這會非常有趣。

理論方面也是。我認爲我們有跡象表明引力和信息之間存在某種非常奇怪卻仍未被探索到的聯繫，這可能是物理學的下一個革命。

知識分子：作爲一個研究終極理論的理論物理學家，你如何看待最近這些年基於機器學習的物理研究？你提到了理論實驗室，人工智能對理論物理會帶來什麼好處?

赫託格：我認爲，一般來說科學和人工智能可以非常好地協同工作。我對人工智能應用於科學的前景非常樂觀。一方面，因爲我們可以推進科學。另一方面，同樣重要的是，因爲人工智能的科學應用將幫助我們更好地理解人工智能，更好地理解它是如何思考的、如何工作的，哪裡感覺不對，它在做什麼，理解人工智能將和理解自然一樣重要。

如果我們可以將人工智能帶入科學，我們可以用自然來幫助我們理解人工智能的工作原理。我認爲這很重要，因爲我不同意我們應該只是讓人工智能自由發展。所以，我認爲我們應該儘可能去理解人工智能，科學將是一個非常有成果的領域來幫助我們做到這一點。

知識分子：在未來十年，你認爲物理學最重要的突破會發生在哪個方面?

赫託格：我認爲就是我說的那些。我看到新宇宙觀測,像對暗能量、大尺度結構、引力波的觀測具有很大潛力。我看到量子信息和量子引力的相互作用也具有很大潛力。我認爲這兩個都是非常重要的新方向。

知識分子：正如我們所知，今年的諾貝爾物理學家獎獎勵了一些物理應用領域的研究,比如激光。您認爲宇宙學在不久的將來有可能成爲諾貝爾獎的有力競爭者嗎?

赫託格：宇宙學在過去確實獲得過諾貝爾獎——發現宇宙膨脹加速的獲得了諾貝爾獎；發現所謂的標準宇宙學模型的獲得了諾貝爾獎；發現宇宙微波背景輻射漲落的也獲得了諾貝爾獎。所以，宇宙學獲得過很多諾貝爾獎。但宇宙暴脹理論的發現還沒有獲得過諾貝爾獎,因爲很難去證實。

知識分子：是的。在很多諾貝爾獎候選人名單中,有一些人像安德魯·林德,阿蘭·古斯等由於他們對宇宙暴脹理論的工作，您認爲這些人或其他宇宙學家被諾貝爾委員會認可的前景如何?

赫託格：如我所言，暴脹理論不容易驗證。你需要找到與宇宙初期暴脹階段相關的引力波爆發的證據。當然，新的實驗和衛星正在開發，試圖測量這些引力波。但即使你有了這些引力波，你提到的這些發現中也涉及了多個人，超過三個，所以，我不太確定諾貝爾獎評委會會如何選擇。

知識分子：是的,太多人了，確實可能會比較難以抉擇。您對複雜性理論有何看法？它能如何幫助我們理解黑洞內部和其他領域?

赫託格：我不知道它對所有領域的作用。但當涉及到黑洞和大爆炸時，這些現象的量子描述，如果你願意的話，都會產生極端複雜性。我猜複雜性在物理研究中對黑洞和大爆炸的作用會越來越重要。但具體會如何發揮作用現在很難說。

知識分子：需要解決相對論和廣義相對論之間衝突的理論或實驗方面的漏洞還有哪些?

赫託格：我認爲就是我之前說的，我們已經有關鍵的突破了，這就是所謂的全息世界的理念。我們已經理解了量子理論和廣義相對論可以協同工作。它們是同一實在的兩種不同視角。最奇怪的是這些視角存在於不同數量的維度中。黑洞的量子描述發生在黑洞表面。它不涉及黑洞內部。

我認爲我們已經理解了量子理論和引力理論如何協同工作。只是這些理論的視角如此不同,以至於我們需要開發一種字典,來實現從一個視角到另一個視角的轉換。這也是當今許多研究的重點。量子理論和相對論如何相互對話?這是一個非常激動人心的故事。

知識分子：實驗方面的突破呢?

赫託格：我不知道。實驗突破仍然是一個問題。我希望一旦我們完全理解宇宙的量子起源,宇宙是如何開始的,我們就會發現那個理論的實驗痕跡。所以很難說會在哪裡。

知識分子：謝謝。那麼，您認爲理論物理應該與實驗物理保持何種關係？

赫託格：沒有理論的物理比較枯燥、空洞，但是沒有實驗的理論也比較抽象無意義。物理學的美妙和力量恰恰在於理論和觀察之間的對話，這個對話有時更強烈，有時比較弱，這取決於技術創新。

例如,我提到的這些引力波觀測開闢了一個全新的宇宙窗口，它代表着愛因斯坦引力理論與實驗和觀測之間對話的全新篇章。每次我們對宇宙或粒子開闢新的窗口時,都會感到驚訝。自然總是給我們驚喜，沒有理由認爲自然會停止給我們驚喜，所以我們應該繼續這種對話。

這就是物理學繁榮的方式,也是物理學運作的方式。這是精細的平衡,理論和實驗之間是一條細線。我認爲物理學的美在於兩者的交匯點。

知識分子：您認爲人類有朝一日會完全解開宇宙和物理定律的奧秘嗎？探索中還存在哪些障礙?你是樂觀還是悲觀?

赫託格：我對此持樂觀態度。但我不知道還有哪些障礙。要一步步來。我的書更深層的意思在於，所謂的最終理論可能並不像我們現在想的那樣，是某種終極法則或最終答案。我不確定我們是否會找到一個最終理論，這更可能是一個不斷深入理解的漸進過程。但我不確定我們應該期待一個最終答案。

事實上，在我的書中，我提出了一個類似於進化論的物理學視角。如果我們追溯到大爆炸,物理定律也開始進化、簡化並最終消失在大爆炸中，可能根本就不存在一個最終理論，可能只是一個不斷深化理解的過程，沒有最終答案。我不太相信這是我們應該期待的。這也是我在書中想要傳達的一部分。

《時間起源》

托馬斯·赫託格著邱濤濤 譯

中信出版集團2023年11月 出版