来源:科学网 发布时间:2023/11/4 20:21:29
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荐书 | 霍金推翻了霍金:《时间简史》错了,《时间起源》来了

 

距离《时间简史》出版已经过去了35年,但是史蒂芬·霍金本人说,他改主意了,《时间简史》错了!

在人生的最后20年,霍金提出了一种全新的自上而下宇宙观,对宇宙的诞生提供了一个惊人的新视角,它将深刻地改变我们对人类在宇宙中的位置的看法。

霍金的弟子兼同事,比利时鲁汶大学教授、世界著名宇宙学家托马斯·赫托格,根据霍金遗愿著成《时间起源》。这本书极受全球科学界的重视,4月英文版刚刚面世,书评就登上顶刊Nature。

2023年11月1日晚,托马斯·赫托格与北京大学物理学院教授吴飙、华中科技大学物理学院天文学系副教授邱涛涛进行了一场精彩对谈。他们不仅讨论了霍金人生最后的理论是什么、对物理学有什么意义,还谈到了这个新宇宙观在哲学上的影响,它可能会彻底改变我们对世界的看法。此外,赫托格从霍金弟子和最后合作者的视角,讲述了他眼中的恩师霍金。

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以下为对话内容节选:

用自上而下的视角思考宇宙起源

邱涛涛:你与史蒂芬·霍金教授合作的经历是怎样的?是什么驱使你写出这样一本书?

赫托格:1998年,我从比利时来到剑桥,遇见了史蒂芬·霍金教授。我当时还是一名学生,和他交谈后意识到霍金是其中一位极其少见的科学家,他对宇宙学、宇宙大爆炸和我们来自哪里等问题非常感兴趣。于是我在剑桥跟随霍金开始了我的博士学位研究,我们的合作持续了20年,期间,霍金和我开发出了一个关于宇宙早期阶段全新的思考方式。这就是我书中的内容。

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托马斯·赫托格和霍金

邱涛涛:在这本书中的观点中,最重要的是自上而下的宇宙学,观测还可以影响或甚至决定宇宙时刻的起源。您能详细谈谈这个想法是如何出现的吗?

赫托格:霍金在20世纪90年代晚期感兴趣的深刻谜题,是宇宙大爆炸宇宙学。宇宙暴胀的想法是一个非常成功的模型,它解释了很多观测数据,但它依赖于非常特殊的初始条件,也就是宇宙从大爆炸中诞生的方式。霍金对此非常感兴趣,他的想法是,如果我们了解宇宙的亲生物本质,我们就能更好地理解宇宙大爆炸,我们也会更好地理解我们的存在如何适应宏观宇宙结构。

我和霍金合作的20年中所发展的理论与传统物理学的观点非常不同,它没有提供一个关于为什么宇宙是这样的优先解释,但它提供给你更多类似达尔文式的解释。这意味着我们将环顾四周,从我们周围的力和粒子出发,并在假设单一起源的前提下重构它的历史。这就是为什么我的书的标题是《时间起源》,它是查尔斯·达尔文《物种起源》的变体,因为在某种程度上,我们引入了这种不确定性。

我们可以用一种被霍金称为自上而下的方式来看宇宙——这也是达尔文在生物学中所做的。达尔文寻找化石,并重建生命之树。我和霍金也是在四处寻找以物理学定律的形式存在的“化石”,并在这个早期的阶段重构出物理定律之树如何诞生。

赫托格眼中的恩师霍金

邱涛涛:在与霍金教授共事的20年中,令您印象深刻的时刻是什么时候?

赫托格:就是当他告诉我《时间简史》错了的时候,当然,一开始我不明白他为什么要这么说,但这是一个非常有趣的声明。事实上,这就是霍金的伟大之处,他会改变他的想法,他更感兴趣于弄清楚事情,而不是坚持真相。他的深刻的好奇心驱动着他,这是他最美好的地方。

邱涛涛:为什么你在书中说,史蒂芬·霍金是你所认识的最自由的人?

赫托格:是心智上的自由。(在他那儿)不存在什么教义,没有什么问题你不能向史蒂芬提出的,比如说“物理学的规律同样包含初始条件”这样的想法。所以,他是物理学中的探险家。

霍金也是“007”工作制

邱涛涛:我翻译本书时注意到一个细节,你说当你毕业旅行到乌兹别克斯坦时,霍金打电话给你让你回去。这种情况经常发生吗?

赫托格:一般来说,和霍金的合作,用我们欧洲人的话说就是一周干七天。霍金没有区分专业生活和私人生活,工作日和周末。我们白天工作,晚上工作,平日工作,周末也工作,在办公室工作,也在家工作。他非常热衷于这项研究和宇宙学,很有激情。所以这是一个非常沉浸式的经验。但是在我的博士阶段后期,我想我应该休息一下,所以我决定沿着丝绸之路旅行——我的目的地在中国,喀什或者新疆的其他城市。但当时霍金产生了一个想法,把我叫回来了。

实际上,我认为这是我们合作中最美好的时刻或最难忘的时刻之一,因为这是他真正意识到《时间简史》中存在基本错误的时候。这不是数学上的错误,而是我们看待宇宙学的方法的错误。在科学中,你偶尔会学到某些关于科学本质、而不仅仅是关于自然的东西。这些是有趣的时刻。

比《时间简史》更多新思想,更能激励人

吴飙:我觉得这本书更引人思考,。《时间简史》中谈论的大部分内容对大多数物理学家来说都耳熟能详,但《时间起源》包含了更多的新思想。这些想法,我以前基本上从未听说过,比如“物理定律也一样在不断变化”。

赫托格:我写这本书的根源在于,霍金自己改变了想法。当然,这是一个演变的过程。首先,霍金意识到多元宇宙的悖论是非常棘手的。然后,他意识到《时间简史》中有些问题是需要修正的,但是修正它需要多年的时间。所以直到他生命的最后阶段,他告诉我,“我们确实需要出一本新书”。因此,在他去世前不久,他请我写这本书,因为他已无法交流。在这本书中,我试图将读者带入我和霍金这20年的研究过程,我试图写成一个探案故事的形式,因为我们大部分时间都很困惑——科学就是这样。

吴飙:这本书也讲述了霍金教授的很多故事。对于读者而言,它类似于与霍金教授本人的这种个人互动,所以它并不像《时间简史》那样仅仅是一本物理学的书。在这本书中,有这些关于霍金的故事,我认为它更能激励人。

自上而下宇宙学的哲学意义

邱涛涛:书中的宇宙学是一种自上而下的宇宙学,这意味着我们应该从现有的观察结果开始追溯到初始时间,这是《时间起源》和《时间简史》之间的主要区别。而且,我认为这不仅仅是宇宙学中的观点,它还可以作为一种重要的哲学思想。

赫托格:在比较传统的生物学和物理学,你会发现科学框架是不同的。在生物学中,我们接受了进化的想法、衍生的想法,所有生物学定律(包括精神层面的),都是衍生出来的规律。而在物理学中,我们总是在寻找先验的、不变的、超越性的、客观的规律。对这两者差别的讨论就是这本书的重要哲学含义。如果我们的假设是正确的,那就没有这个差别,因为所有事物都是衍生的,甚至是物理学的基本层。这也是物理学中一个活跃的研究领域,和凝聚态物理学发展的一些方面有关,这就是所谓的全息学。

吴飙:作为一名物理学家,我是这样看待物理系统的演化的:它的演化看起来像两部分,第一部分是它的运动方程,另一部分是初始条件。我研究的是凝聚态物理学,在这个领域,我们可以很好地控制初始条件和随意改变初始条件。所以在我的研究中,运动方程比初始条件重要得多。

但在我对宇宙学的理解中,情况恰恰相反。因为初始条件更难理解,如果你想了解得更多,你会问是谁设定了这个宇宙中的初始条件,最终,你是会问这个问题的。我虽然是凝聚态物理学家,我也在长时间里一直在思考这个问题,但我没有解决方案。阅读了托马斯的这本书之后,我得到了一些新的想法。因此,我认为从上而下的新宇宙学是解决这些有挑战性的问题的一种方式。我真的被这个启发了,也许这是一个新的看待物理系统的方式。

赫托格:我赞同。通常来说,初始条件不是我们试图理解的规律的一部分。在宇宙学中,在许多情况下,当我们只考虑宇宙或宇宙的一部分的演化时,是没问题的。但是总有一些外部的东西,我们在考虑宇宙大爆炸时是不一样的。因此,在某种程度上,宇宙大爆炸让我们面临一个本体论和认识论问题。这不是我们通常所需要的那种的一般规律,而是一种不同类型的规律。这是我这本书的内容,也是为什么霍金如此着迷的原因。因为他认为我们将会学到有关物理本身的内容,物理的本质,物理定律的本质,而不仅仅是关于早期宇宙的一些内容。这非常令人兴奋!

邱涛涛:在我看来,自上而下的宇宙学打破了还原主义和决定论。这是科学家自牛顿以来长期以来信奉的理念。但另一个有趣的观点是,我认为在某种意义上似乎与一个中国古老的思想相符,道家的“天人合一”。它的字面意思是天与人的相符。这意味着宇宙与我们自己同时存在并共同演化。通过我们的努力实践,我们可以理解宇宙,甚至可以与宇宙融为一体。因此,看到现代科学可能会提示我们的古代思想可能是正确的,这非常有趣。

赫托格:是的,这非常有趣。在他生命的最后阶段,史蒂芬对我说过类似的话,当我们在思考自上而下的宇宙学时,他说,某种程度上,我们的新宇宙学以一种相当诗意的方式将人类重新放回中心位置。当然他并不是指我们处于优越地位,我认为他的意思是将“我们是宇宙的一部分”这一简单的人类条件放进了物理学的数学框架里。

新宇宙观对物理研究的启发

赫托格:这本书在某种程度上不止服务于一个目标。一方面,我写作的初衷是为了触达更广泛的公众,但也很希望大家通过深度阅读后能找出一个真正的新假设,同样也希望能启发到大众的工作。

邱涛涛:作为凝聚态物理学的教授,吴教授,您认为这本书中的某些内容能够启发您的研究吗?

吴飙:首先,我必须说在此时此刻,它没有直接影响。但是,物理学是一个整体,在未来,霍金教授和赫托格教授提出的一些想法,也许可以通过一些玩具模型来公式化。如果有这种类似的玩具模型,他们可能会用凝聚态物理系统进行模拟。我想现在已经有这样的研究,例如,对霍金辐射的模拟等。但是,我认为就目前而言,这只是玩具模型。

邱涛涛:还有全息学等。

赫托格:这是一个主要的联系,也是一个结合点。虽然这仅仅是个开始,但是它是一个非常迷人的联系,可以让我们在实验室中建立某些量子系统,这些系统在宏观尺度上显示这些量子纠缠,并以其自己的方式编译引力系统的某些性质。这就是全息学的整个想法,我们所谓的引力,所谓的弯曲空间,所谓的时间,都将从抽象的量子纠缠中衍生出来。

如果能在实验室中扩大构建这样的量子物质系统,那将是非常迷人的。这样,你基本上就可以得到某种实验宇宙学。当然,这还很遥远。它将只是个玩具模型,正如你所说,因为这里引力系统将会是低维的,它是一个低维的“宇宙”。

一句话安利《时间起源》

赫托格:《时间起源》讲述的故事是,霍金如何在他生命的最后二十年中改变了他关于宇宙大爆炸的看法。

吴飙:我认为这本书在某种程度上比《时间简史》要好。因为你不仅享受到一些有趣的科学上的想法,还会被霍金追求理解这个宇宙的勇气所激励。

邱涛涛:这是霍金本人授权的最后一本书,也是我读过的最大胆、最具颠覆性的一本书。如果你想给你的大脑彻底“洗个澡”,请读一读。

时间起源

霍金留给世人的智识遗产,颠覆《时间简史》的惊世之作!

作者:[比利时]托马斯·赫托格

译者:邱涛涛

出版社:中信出版集团

 

 

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