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文｜曉南 2 HOW DID IT ALL BEGIN?第二章：宇宙是怎樣誕生的？第一第二段翻譯如下：“哈姆雷特曾說：’即使把我關(guān)在果殼之內(nèi)，我也仍自認(rèn)為是無限空間之王。’我認(rèn)為他這句話想表達(dá)意思的是，盡管我們?nèi)祟惖纳碥|是受到限制的，尤其是對于我這樣的人，但是我們的思想?yún)s能夠自由地翱翔于廣袤的宇宙之中，甚至還敢于踏上就連’星際迷航’都裹足不前之地。宇宙究竟是無限的呢還是僅僅是非常大呢？它有過一個開端嗎？它究竟是無始無終呢還是僅僅壽命很長？我們?nèi)祟愑邢薜乃枷牒我阅軌蚶斫鉄o限的宇宙呢？甚至于連我們試圖這樣做都會顯得有點自命不凡嗎？ 冒著有可能給自己招來普羅米修斯式命運的風(fēng)險——就是那個曾經(jīng)為人類從古老的眾神那里盜取火種的普羅米修斯——我想說，我相信我們?nèi)祟惸軌蚨覒?yīng)該試著去理解宇宙。普羅米修斯為他的行為遭受了懲罰，被無限期地綁縛在巖石上，不過令人高興的是，后來赫拉克勒斯把他解救了出來。到目前為止，我們在理解宇宙方面已經(jīng)取得了非凡的進(jìn)展，雖然還沒有獲得全部的答案，但我樂于相信，我們離這個目標(biāo)已經(jīng)不太遠(yuǎn)了。” …… “不管怎么說，并非每個人都喜歡宇宙有一個開端這種觀點。比如亞里士多德，這位古希臘最著名的哲學(xué)家，就深信宇宙從來都是永恒存在著的……相反，相信宇宙有開端的人，則把這個觀點用于證明上帝的存在是宇宙的第一因或者說發(fā)起者。 假如一個人相信了宇宙有一個開端這種觀點的話，那么他就會自然而然地想到下面這些問題：’在宇宙開始之前又發(fā)生過什么事呢？上帝在創(chuàng)造這個世界之前又在做什么事呢？他是不是準(zhǔn)備把問這些問題的人送進(jìn)地獄呢？’宇宙是否有開端這個問題，也曾深刻困擾著德國哲學(xué)家伊曼努爾·康德…… ……雖然羅杰·彭羅斯和我證明的定理告訴我們，宇宙應(yīng)該有一個開端，但是并沒有給出太多關(guān)于這個開端的性質(zhì)的信息，只是表明了，宇宙開始于一次大爆炸，在大爆炸那一刻，整個宇宙和其中的所有物質(zhì)都被擠壓到密度無限大的一個單一的點——時空奇點之中。在這一點之處，愛因斯坦的廣義相對論將會失效，所以也就無法利用該理論預(yù)測宇宙是如何開始的，于是，宇宙起源這個問題，看起來就似乎超出了科學(xué)的范疇之外。 1965年10月，就在我取得第一次奇點結(jié)果的幾個月之后，隨著微弱的遍布太空的宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，終于迎來了能夠證實宇宙曾經(jīng)有一個密度極大的開端的觀測證據(jù)…… 愛因斯坦強烈反對宇宙是由概率統(tǒng)治著的這種觀點，他的這種感情充分體現(xiàn)在他的那句名言’上帝不會擲骰子’里。然而所有的證據(jù)都表明，上帝就是一位不折不扣的賭徒。宇宙就好似一個巨大的賭場，在這個賭場里，每時每刻，或者骰子都在翻滾著，或者輪盤都在旋轉(zhuǎn)著。對于賭場老板來說，每投出一次骰子或者每旋轉(zhuǎn)一次輪盤賭，他都會冒著輸錢的風(fēng)險，但是當(dāng)數(shù)量足夠多的賭局玩過之后，輸贏的幾率就會達(dá)到均值，因此賭場老板就能確保幾率的結(jié)果對他有利了——這就是賭場老板日進(jìn)斗金的秘訣之所在，你如果跟他們玩對賭，你贏他們的唯一機(jī)會就是把你全部的身價壓在骰子的那幾次翻轉(zhuǎn)或者輪盤的那幾次旋轉(zhuǎn)上。 其實宇宙就跟上述賭場的情形是一樣的。當(dāng)宇宙足夠大的時候，就有數(shù)量足夠多的骰子被投擲出去，因此全部幾率平均下來的結(jié)果，就是能夠被預(yù)測的結(jié)果。但是，當(dāng)宇宙足夠小的時候，比如在接近大爆炸的時間點上，只有數(shù)量很少的骰子被投擲出去，所以，在那個時候，不確定性原理（筆者注：對應(yīng)英文Uncertainty Principle，又稱測不轉(zhuǎn)原理）就變得非常重要了。因此，為了理解宇宙的起源，我們就不得不把不確定性原理與愛因斯坦的廣義相對論融合在一起，而至少在過去的三十年里，這對理論物理學(xué)來說都是一項巨大的挑戰(zhàn)。不過，雖然到目前我們?nèi)晕茨芡耆鉀Q它，但是已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。 現(xiàn)在假定讓我們試著去預(yù)測未來。由于我們只能知道粒子的位置與速度的組合信息，所以我們就沒法準(zhǔn)確預(yù)測粒子在未來的位置和速度，我們能夠做到的，僅僅是給粒子的位置與速度的特定組合分配一個概率，因此，對于宇宙的每一個特定的未來，就會有一個特定的概率值。然而，現(xiàn)在，假如讓我們再試著按照同樣的原理去理解過去。 根據(jù)我們現(xiàn)在能給觀察到的性質(zhì)，我們能做的就是為宇宙的每一個特定的歷史分配一個概率值，于是，我們就會發(fā)現(xiàn)，宇宙其實有許多種可能的歷史，每一種歷史都對應(yīng)有自己的概率值……這種宇宙有多重歷史的理論，乍一聽上去就跟科幻大片一樣，但是如今它已經(jīng)被接受為科學(xué)的事實。這一科學(xué)成果來自于理查德·費曼的創(chuàng)見…… 科學(xué)家們?nèi)缃裾谂Π褠垡蛩固沟膹V義相對論和費曼的多重歷史理論結(jié)合起來以形成一個完備的統(tǒng)一場論，從而能夠描述宇宙中發(fā)生的每一件事…… M-理論是最有可能幫助我們完成統(tǒng)一場論的理論，它允許宇宙有大量的可能的歷史。這些歷史中的大部分都很不適合智慧生命的產(chǎn)生，它們或者空空如也，或者壽命太短，或者過于彎曲，或者具有其它某些不對頭的地方。然而，根據(jù)理查德·費曼的多重歷史理論，這些無人居住的歷史大概率會真的存在。 我們真地并不關(guān)心到底有多少不包含有智慧生命的歷史，我們只對那些發(fā)展出智慧生命的歷史子集感興趣，而且那些智慧生命不必非要跟我們?nèi)祟惥哂心男┫嗨浦幉判?，就算是小綠人也不錯啊，實際上，他們說不定還干得很棒呢。其實我們?nèi)祟惖闹腔坌袨榈挠涗洸⒉惶獠逝?/span>…… 也就是說，我們?nèi)祟惽『蒙嬗谝粋€具有三維空間的宇宙歷史里……事實上，在M-理論中，時空一共有十個空間維度(同時這個理論也還有一個時間維度)，但是人們認(rèn)為，（在我們的這個宇宙里），這十個空間維度中的七個維度的空間方向都被卷曲得很小，從而讓剩下的三個維度的空間方向得以很大并接近于平坦。就好比一根吸管，盡管吸管的表面是二維的，但是其中一個維度被卷成了細(xì)細(xì)的圓形，因此從遠(yuǎn)處看上去，它就變得像一條一維的直線一樣了…… 因此，盡管多重歷史的理論允許存在任何數(shù)量的接近平坦的空間維度方向，但是只有具有三個平坦的空間維度方向的那個歷史之中才可能包含有智慧生物，只有在這樣的一個歷史之中，才有可能有人會問到這個問題：’為什么空間是三維的？’ …… 我們是非常早期時候的宇宙中量子漲落(Quantum Fluctuation)的產(chǎn)品，上帝的的確確是擲骰子的。（筆者注：這一段話的意思可以這樣來理解：我們?nèi)祟惖漠a(chǎn)生，從本質(zhì)上來說，其實是概率性的結(jié)果，這個概率性的結(jié)果，源自于很早期的宇宙中的量子漲落，而且在這一點上，愛因斯坦的觀點確實是錯的。） …… 將會存在著其它一些宇宙。根據(jù)M-理論的預(yù)言，有大量的宇宙被從虛無之中創(chuàng)造了出來，它們對應(yīng)著不同的歷史。每個宇宙都有許多種可能的歷史，并且，隨著他們存續(xù)到現(xiàn)在以及發(fā)展到未來，每個宇宙還會有許多種可能的狀態(tài)，這些狀態(tài)中的多數(shù)都是跟我們觀察到的這個宇宙截然不同的。 ……我相信，已知粒子的超對稱性伴侶(supersymmetric partner)的發(fā)現(xiàn)將會給我們對宇宙的認(rèn)知帶來一場革命。 …… 宇宙在熱大爆炸(Hot Big Bang)時的開端本身就是檢驗M-理論以及以及我們關(guān)于時空和物質(zhì)構(gòu)成要素理論的終極高能實驗室。不同的理論會在當(dāng)前的宇宙結(jié)構(gòu)中留下不同的印記，因此天體物理學(xué)的數(shù)據(jù)能夠向我們提供有關(guān)全部大自然力量的大統(tǒng)一的線索。因此，雖然很可能存在其它一些宇宙，但是很遺憾我們永遠(yuǎn)都無法探測它們。 …… 那么，對于那些概率值最大的宇宙的歷史來說，未來會發(fā)生什么呢？看上去，會有各種各樣的可能性，就跟智慧生物的外形具有各種各樣的可能性一樣。其實它們?nèi)Q于宇宙中的物質(zhì)數(shù)量的多與寡。如果物質(zhì)數(shù)量高于某個臨界點，星系間的萬有引力就會讓宇宙膨脹的速度慢下來，之后它們就會開始彼此走向一起并最終被揉成一個大面團(tuán)，那個時候，在真實時間的意義上，宇宙的歷史將會走向終結(jié)…… 而如果宇宙的密度低于臨界值的話，萬有引力因為太弱就將永遠(yuǎn)都不能讓星系彼此之間的互相飛離停下來，于是，所有的恒星最后都會燃燒殆盡，宇宙將會變得越來越空曠，越來越冷，于是，將會再一次，萬物走向終結(jié)，只不過這一次的過程沒那么劇烈而已。 當(dāng)然，我們(離上述大終結(jié)的日子)還有幾十億年的時間呢。 在本章的回答里，我盡量向大家解釋了一些有關(guān)我們的宇宙的起源、未來和性質(zhì)方面的知識。過去的宇宙，體積又小密度又大，所以它真得像極了我在本章開頭提到的果殼，然而這個果殼里卻又包含了實時發(fā)生的宇宙萬事萬物的密鑰，所以，哈姆雷特所言非常正確：即使把我們關(guān)在果殼之內(nèi)，我們也仍自認(rèn)為是無限空間之王。 ” What came before the Big Bang?在大爆炸之前發(fā)生過什么？“根據(jù)無邊界提議(no-boundary proposal)，問在大爆炸之前發(fā)生過什么這個問題毫無意義——就跟問在南極的南邊還有什么一樣——因為在大爆炸之前并不存在時間這個概念。時間的概念僅僅存在于我們這個宇宙之中。” （待續(xù)） ————————————————————————- 對霍金遺作《對大問題的簡明回答》的簡要翻譯(1) http://www.yushtrip.com/content/19/0312/13/40307874_820946143.shtml 作者郵箱：jeremycuriousman@icloud.com 朋友圈和公眾號內(nèi)開放轉(zhuǎn)載，其它媒體轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者郵箱。 |
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