對話:《時間簡史》中的基本錯誤是什麼?霍金緣何要推翻它?_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴(ID:fanpu2019),阅读更多!11-02 11:21
今年,距離霍金出版《時間簡史》已經過去了35年,這部暢銷全世界的科普著作,打開了很多人瞭解黑洞、宇宙或是量子力學的大門。但是史蒂芬·霍金本人説,他改主意了,《時間簡史》錯了。
在人生的最後20年,霍金提出了一種全新的自上而下宇宙觀,對宇宙的誕生提供了一個新視角。霍金的弟子兼同事,比利時魯汶大學教授、引力波中心主任、世界著名宇宙學家托馬斯·赫託格,根據霍金遺願寫下了《時間起源》。
11月1日晚,托馬斯·赫託格與北京大學物理學院教授吳飆、華中科技大學物理學院天文學系副教授邱濤濤,進行了一場對談。在這場對話中,他們討論了霍金人生最後的理論是什麼、對物理學有什麼意義,還談到了這個新宇宙觀在哲學上的影響,它可能會徹底改變我們對世界的看法。
以下為根據對談翻譯整理的主要內容:
用自上而下的視角思考宇宙起源
邱濤濤:你與史蒂芬·霍金教授合作的經歷是怎樣的?是什麼驅使你寫出這樣一本書?
赫託格:1998年,我從比利時來到劍橋,遇見了史蒂芬·霍金教授。我當時還是一名學生,和他交談後意識到霍金是其中一位極其少見的科學家,他對宇宙學、宇宙大爆炸和我們來自哪裏等問題非常感興趣。於是我在劍橋跟隨霍金開始了我的博士學位研究,我們的合作持續了20年,期間,霍金和我開發出了一個關於宇宙早期階段全新的思考方式。這就是我書中的內容。
托馬斯·赫託格和霍金
邱濤濤:在這本書中的觀點中,最重要的是自上而下的宇宙學,觀測還可以影響或甚至決定宇宙時刻的起源。您能詳細談談這個想法是如何出現的嗎?
赫託格:我和霍金在早期討論過,我們的宇宙有些非常奇怪的地方。這種奇怪之處在於,我們生活在的宇宙是在物理學的較低層面上,它的物理學定律是非常親生物的。物理定律的精確性、我們所擁有的粒子的種類、我們所擁有的力的種類、宇宙的組成方式、它擴張的方式等等,這些宇宙物理學的要素都是生命的誕生所必須的。這是霍金在20世紀90年代晚期感興趣的深刻謎題,即宇宙大爆炸宇宙學。宇宙暴脹的想法是一個非常成功的模型,它解釋了很多觀測數據,但它依賴於非常特殊的初始條件,也就是宇宙從大爆炸中誕生的方式。沒有數學規則能夠精確地解釋為什麼一個親生物的宇宙會從這些熾熱的早期條件中誕生,所以那是一個精彩的謎題。霍金對此非常感興趣,他的想法是,如果我們瞭解宇宙的親生物本質,我們就能更好地理解宇宙大爆炸,我們也會更好地理解我們的存在如何適應宏觀宇宙結構。
傳統的物理學認為,我們將找到一個理論、一個模型,來解釋為什麼宇宙的大爆炸是如此特殊,然後宇宙就這樣向前進化。而我和霍金合作的20年中所發展的理論卻非常不同,它是自上而下的,它有一個回顧性的元素。它沒有提供一個關於為什麼宇宙是這樣的優先解釋,但它提供給你更多類似達爾文式的解釋,這意味着我們將環顧四周,從我們周圍的力和粒子出發,並在假設單一起源的前提下重構它的歷史。這就是為什麼我的書的標題是《時間起源》,它是查爾斯·達爾文《物種起源》的變體,因為在某種程度上,我們引入了這種不確定性。
我們引入了這種隨機元素,放棄了以前的決定論解釋,而允許演化的隨機性,後者在生物學中是人所熟知的。這種隨機性從何而來?本質上來説,是來自於量子力學。量子力學存在內稟的隨機元素,這是理所當然的。
總之,宇宙在早期演化中固有的這種隨機元素,強迫我們進入一個回顧性視角的元素。我們可以用一種被霍金稱為自上而下的方式來看宇宙——這也是達爾文在生物學中所做的。達爾文尋找化石,並重建生命之樹。我和霍金也是在四處尋找以物理學定律的形式存在的“化石”,並在這個早期的階段重構出物理定律之樹如何誕生。
被困輪椅,促成了霍金無邊界假説
邱濤濤:霍金提出的無邊界假説中説,在最一開始時,時間轉變成了空間,因此時間的維度被轉換為空間的維度,從而避免了奇點。
赫託格:在我和霍金現在看來,如果我們回到宇宙大爆炸的時候,這個非常早期的階段是宇宙的某種深度演化。正如你所説,不同的物理規律逐漸融合、簡化,最終將徹底簡化,時間和空間之間的區別也會消失。當然,如果這種區別消失,那麼進化的概念、歷史的概念和因果關係的概念也會消失,某種意義上你就終結了過去,而這在廣義相對論中是不允許的。廣義相對論是個經典引力理論,在其中時間和空間有着天然的差別。霍金在上世紀八十年代意識到,沒有時間維度和空間維度之間的區別的幾何形狀捕捉幷包含了量子引力特性,這些特性在宇宙大爆炸時變得重要。我在書中提出的理論的一個方面是對“無邊界”理論的再解釋,即沒有時間和空間區別的想法,不是像霍金在上世紀八十年代在他的書中所説的那樣,將其解釋成一個創生,而是更像是我們回到過去時的一個終結。時間空間顛倒的想法,是一種非常視覺化的思考宇宙大爆炸的方式,霍金是怎麼想到的?他因為(生病)不能再手寫方程式,於是他開發了一種“視覺思維”,這催生了“無邊界”方案。
我認為這本書的意義可能就在於,史蒂芬最初的想法是可以使用“無邊界”理論,基於超驗的物理定律來描述宇宙的創生。但是在這本書中新的解釋是更像是將時間回溯,而使物理學定律最終消失,因此在某種程度上,這是一個更激進的無邊界思想的解釋,也就是在大爆炸開始時,一路到最開始。它不僅僅是時間起源,時間維度也隨之消失,不是的,它也是物理學的起源。當然,這就是我們提出的所謂達爾文式思想的更深層次的癥結。不管怎樣演化,達爾文主義更深層次的思想是,在生物學中的所有法則或演化出的規律,沒有先驗的真理。這是非常新穎的,這與我們通常對物理學定律的看法非常不同。
霍金竟也007工作制
邱濤濤:我翻譯本書時注意到一個細節,你説當你畢業旅行到烏茲別克斯坦時,霍金打電話給你讓你回去。這種情況經常發生嗎?
赫託格:一般來説,和霍金的合作,用我們歐洲人的話説就是一週幹七天。霍金沒有區分專業生活和私人生活,工作日和週末,我們白天工作,晚上工作,平日工作,週末也工作,在辦公室工作,也在家工作。他非常熱衷於這項研究和宇宙學,很有激情。所以這是一個非常浸入式的經驗。但是在我的博士階段後期,我想我應該休息一下,所以我決定沿着絲綢之路旅行——我的目的地在中國,喀什或者新疆的某個城市。但是霍金確實產生了一個想法,叫我回來。
實際上,我認為這是我們合作中最美好的時刻或最難忘的時刻之一,因為這是他真正意識到《時間簡史》中存在基本錯誤的時候。這不是數學上的錯誤,而是我們看待宇宙學的方法的錯誤。這當然非常有趣。在科學中,偶爾您會學到某些關於科學本質的東西,而不僅僅是關於自然的東西。這些是有趣的時刻。
是誰在觀測我們的宇宙?
吳飆:我是一個理論物理學者,但我從事凝聚態物理學研究,所以我所有關於宇宙學的知識都來自科普圖書。
當我還是個孩子的時候對宇宙很好奇,霍金教授追求更好地瞭解宇宙深深地觸動了我。我很喜歡赫託格教授的《時間起源》,我認為他的自上而下的宇宙學理論非常有趣和啓發性。我也喜歡聽一些關於霍金教授的小故事,就像邱教授提到的,你旅行的時候他給你打電話讓你回去等等,我很欣賞這些小故事。這本書也極大地豐富了我的對喬治·勒梅特的瞭解。以前我對勒梅特很少有了解,我只知道他提出了宇宙的膨脹理論,僅此而已。我從你的書中瞭解了大量關於他的信息,我非常喜歡這本書。
但作為一名物理學家,即使我沒有專業學習宇宙學,我也有很多問題想問。赫託格教授,您剛提到的隨機性是來自於量子力學,為這個宇宙提供這種達爾文式的演化,對吧?但是,據我對量子力學的理解,當有觀測者時,隨機性才會出現。在沒有觀測或測量的情況下,量子狀態只會幺正演化。對於宇宙而言,在宇宙外面沒有任何觀察者。所以這讓我感到困惑,宇宙是如何變得隨機的?
我的另一個問題是這樣的。對於生物學的演化來説,它有一個背景——地球,環境,對吧?因此,這些也支撐了生物學演化背後的基本物理和化學法則。如果你想談論宇宙的演化或物理定律的演化,還有其他的背景嗎?因為如果物理定律發生了演化,它必須是根據某些東西發生演化。
赫託格:特別好的兩個問題。我們先來討論第一個問題。
你説的完全沒錯,量子理論的隨機性是通過觀察行為展現出來的。在觀測電子之前,電子具有波函數,但它沒有確切的位置。只有在問它在哪裏的時候,才得出一個隨機的位置。我們這個理論也是一樣。在我們的理論中,對於一個量子宇宙來説,如果不考慮觀測行為,它不會有一個有形的、具體的早期歷史。但是等一下,我們認為在這個早期宇宙中沒有觀察者,但實際上存在觀察者。在量子理論中,觀測行為並不需要涉及到一個人類觀察者。事實上,即使一個單一的光子,也可以進行觀察行為。早期宇宙中主要是各種場之間的相互作用,以此進行一系列觀測。這個早期宇宙不斷地通過場與粒子的相互作用自我觀察,它通過各種相變,建造出一系列逐漸精細或多樣的力和粒子。
對於第二個問題,那當然是最困難的問題。第二個問題是,也許有一個更大的定律集,然而它仍然支配着整個宇宙,如果使用生物學類比,那就像,也許有某種規律支配着所有可能的行星上的所有可能的生命樹。
當然,在生物學中,也許存在這樣的事情,但這不是相關的。其他行星上可能會有生命,但這不會納入達爾文對這個星球上的生命的研究中。這正是因為達爾文采取的是內部視角。他採取了這個視角,因為他從我們對生命樹的觀察入手,重構了這個樹形結構。他不試圖提前預測它,但在物理學中,我們自打一開始就搜索不可變、固定、高於一切的定律作為先驗原則,猶豫了很長時間才採納達爾文的觀點。多元宇宙是你會引用的一個例子,多元宇宙將受到支配整體、所有可能的宇宙的元定律的支配。
而我們的宇宙只是某種本地事物。但是多元宇宙會導致悖論。當涉及到預測我們應該觀察到什麼時,它會導致歧義。因此這是我們理論的核心。我們試圖從宇宙中的觀察者的角度,從內而外重建宇宙學。而令人驚訝的是,這最深刻的含義是你面臨一些對物理定律的進化觀點。你放棄了物理定律是最終基礎的想法。當然,這是一個假説,對吧?或者在某種程度上説,我們的理論與19世紀的達爾文是類似狀況,沒有多少化石,來證明你的測試或假説,但這是一個解決與悖論相聯繫的歧義的假設。
對於科學界和普通讀者的意義
邱濤濤:與《時間簡史》相比,你認為對於科學界以及普通讀者的意義是什麼?
赫託格:對科學界來説,這個自上而下的理論我們已經發展了20年,這是一個演變的過程。我在書中很重視對全息學等新思想的廣泛使用,這是讓量子理論和引力理論相結合的新方法,這非常符合我在書中描繪的更廣泛的達爾文主義圖景。對普通讀者來説,這本書的角度略有不同,這種新的達爾文主義宇宙學視角可能更有趣。我們思考生物學和其他物理定律的這種方式之間的聯繫,是對本體論的某種調整。在歐洲及其他西方世界,這顯然是非常新的,這與我們以前自牛頓時期起的談論物理的方式迥異。這也可能提供了一個有趣的歷史視角。
比《時間簡史》更多新思想,更能激勵人
吳飆:我覺得這本書更引人思考,因為它包含了許多我以前從未聽説過的想法,不像《時間簡史》。《時間簡史》中談論的大部分內容對大多數物理學家來説都耳熟能詳,但《時間起源》包含了更多的新思想。這些想法,我以前基本上從未聽説過,比如“物理定律也一樣在不斷變化”。
赫託格:寫這本書的根源在於,霍金自己改變了想法。當然,這是一個演變的過程。首先,霍金意識到多元宇宙的悖論是非常棘手的。然後,他意識到《時間簡史》中有些問題是需要修正的,但是修正它需要多年的時間。所以直到他生命的最後階段,他告訴我,“我們確實需要出一本新書”。因此,在他去世前不久,他請我寫這本書,因為他已無法交流。在這本書中,我試圖將讀者帶入我和霍金這20年的研究過程,我試圖寫成一個探案故事的形式,因為我們大部分時間都很困惑——科學就是這樣。
吳飆:這本書也講述了霍金教授的很多故事。對於讀者而言,它類似於與霍金教授本人的這種個人互動,所以它並不像《時間簡史》那樣僅僅是一本物理學的書。在這本書中,有這些關於霍金的故事,我認為它更能激勵人。
宇宙“大設計“的第三種解釋
邱濤濤:為什麼宇宙適宜人類存在?
赫託格:愛因斯坦和早期霍金的第一個解釋,是存在一個萬物理論,它將解釋宇宙應該是什麼樣子的。有一些設計,它被編碼在宇宙的基本數學計劃中。但這種解釋並沒有奏效。
第二種解釋,就是多元宇宙理論。這在九十年代非常流行,直到現在在電影圈也很流行。在多元宇宙中,大爆炸只是眾多大爆炸之一。如果有很多宇宙,其中大部分想必都是無生命的,偶爾會找到一個好的,我們應該在那裏能發現我們自己。問題在於,多元宇宙理論不是一個可測試的理論,它不會產生明確的預測,以確定我們應該觀察到什麼。問題也不在於我們不能去另一個宇宙去驗證它——我們當然不可以,問題在於我們甚至無法明確預測我們在這個宇宙中應該觀察到什麼,因為該理論並沒有告訴我們人類在哪一個宇宙中。史蒂芬是最早認識到多元宇宙中這種內在的模糊性指向一個根本性錯誤的宇宙學家之一。這就是我們發展量子宇宙學的開端。
實際上,我們通過這本書提供了第三種解釋,這是一種基於進化的解釋,非常像達爾文,它説,“看!它本來可以變得不同”。物理定律、宇宙,可能本可以變得不具親生物性,但我們的理論是從觀察開始逆向工作,我們構建了進化這個隨機的變異元素,就像達爾文一樣。
其他的歷史、其他的宇宙,並沒有進到這個預測宇宙的框架,就像另一個星球上的生命不會進入我們這個使用達爾文理論的地球一樣。因此,我認為我們的解釋有些處於數學必然性的舊解釋與多元宇宙的完全隨機性之間。二者之間完美的分界線,即是這場設計本質上的進化論觀點。
吳飆:我個人還是覺得多元宇宙理論更有説服力一些。曾經地球是我們所知的唯一行星,那時很難理解為什麼地球上有生命,但隨着我們的知識的增長,我們開始意識到太陽系中還有其他星球。所以現在理解地球上為什麼有生命就容易多了,因為只有地球具有合適的質量、離太陽的合適距離以及合適數量的化學元素。行星擁有這種合適條件的機會很小,但是宇宙中有許多行星,所以發現其中一些具有這種罕見條件的並不奇怪。我認為多元宇宙提供了同樣的解釋。因為如果你有許多宇宙,每個宇宙都擁有非常不同的條件,那麼或許其中一個擁有適宜的生命條件。所以對我來説,這是對理解人們為什麼在地球上生活的一種自然的擴展。
我認為宇宙學和量子力學也提供了這種可能性。因為如果你採用這種多世界理論觀點,這裏沒有波函數的坍縮,所以基本上這個演化一直是單一的。在一個波函數中有許多不同的分支,所以不同的分支表示不同的宇宙,不同的世界,然後就可以創造出其他不同種類的多元宇宙。對我來説,很難不接受這個多元宇宙理論。因為它似乎自然而然地出現在我們生活中,它也自然地出現在量子力學中。所以,我仍然認為這是一個很好的理論。
多元宇宙迷失在量子的不確定中
邱濤濤:我認為還有一個重要的問題是:有外星人嗎?如果有,也許我們可以説多元宇宙理論是正確的,是不是?
赫託格:我們的理論裏,並不是説多元宇宙完全消失了,而是其他宇宙在我們預測這個宇宙方式中不起關鍵作用。在舊的多元宇宙理論中,你會以上帝的視角看待整個宇宙系綜,並問自己在哪裏?然後陷入迷潭。在這種新的思考方式中,我們把自己放在這個波函數中,並向後重構一個具體的現實。
那麼所有的宇宙在哪裏?不是消失了,而是迷失在這個波函數的不確定性中了。量子力學具有這種非常有趣的特性,它既是一個關於我們能夠知道什麼的理論,也是一個關於我們無法知道什麼的理論,原因就在於它的不確定性。我感覺在我們談論宇宙大爆炸和多元宇宙的本質的時候,我們無法知道的部分正在脱穎而出,這一部分處在相對中間的位置。我並不是説多元宇宙不存在,我想我是在説我們不能具體説明、也不能確定它的存在,這更像是一種不確定性的領域,而非某種實際存在、具有許多不同宇宙——比如你所在的,包含地球的那個宇宙大空間。我們討論的另一個問題是“是否有更本質的背景,是否應該接受存在某種有界性”,由於我們只是宇宙的一部分並且有相應的侷限性,這是一個非常有趣的討論。
邱濤濤:多元宇宙不是消失了,而是被壓低了。
赫託格:是,或者説迷失在了量子不確定性中。我在我的書中儘可能地做出了説明,但這是很難的,非常困難。
自上而下宇宙學的哲學意義
邱濤濤:書中的宇宙學是一種自上而下的宇宙學,這意味着我們應該從現有的觀察結果開始向回追溯到初始時間,這是《時間起源》和《時間簡史》之間的主要區別。而且,我認為這不僅僅是宇宙學中的觀點,它還可以作為一種重要的哲學思想。
赫託格:在比較傳統的生物學和物理學,你會發現科學框架是不同的。在生物學中,我們接受了進化的想法、衍生的想法,所有生物學定律(包括精神層面的),都是衍生出來的規律。而在物理學中,我們總是在尋找先驗的、不變的、超越性的、客觀的規律。對這兩者差別的討論就是這本書的重要哲學含義。如果我們的假設是正確的,那就沒有這個差別,因為所有事物都是衍生的,甚至是物理學的基本層。這也是物理學中一個活躍的研究領域,和凝聚態物理學發展的一些方面有關,這就是所謂的全息學。
全息學是一種新的引力物理學研究方式,在這裏,時空、時間演化、引力是從量子信息的糾纏這一觀念衍生而來的。粗略地説,將來可能的趨勢是,我們將物理學從基於物質、力和時空的科學轉變為基於信息的科學。這種新的視角有其侷限性,因為如果物理學最終是基於信息的,那麼如果你將其應用於宇宙學,而我們作為宇宙中的觀察者,信息本來就是有限的,所以由此產生的任何演化、任何規律,都會攜帶這種有限性,導致從全息學的角度來看大爆炸宇宙學的時候,當你回到過去時,你的比特數會耗盡、信息會耗盡,就好像物理學規律無法再帶你走得更遠。這也是為什麼我認為在我們的新理論中,多元宇宙會迷失在不確定性中。當然,這些只是書中結尾部分的猜測,但我認為這是正在發生的圖景中的一小部分情況。哲學家們應該會有興趣給出答案。
吳飆:作為一名物理學家,我是這樣看待物理系統的演化的:它的演化看起來像兩部分,第一部分是它的運動方程,另一部分是初始條件。我研究的是凝聚態物理學,在這個領域,我們可以很好地控制初始條件和隨意改變初始條件。所以在我的研究中,運動方程比初始條件重要得多。
但在我對宇宙學的理解中,情況恰恰相反。因為初始條件更難理解,如果你想了解得更多,你會問是誰設定了這個宇宙中的初始條件,最終,你是會問這個問題的。我雖然是凝聚態物理學家,我也在長時間裏一直在思考這個問題,但我沒有解決方案。閲讀了托馬斯的這本書之後,我得到了一些新的想法。因此,我認為從上而下的新宇宙學是解決這些有挑戰性的問題的一種方式。我真的被這個啓發了,也許這是一個新的看待物理系統的方式。
赫託格:我贊同。通常來説,初始條件不是我們試圖理解的規律的一部分。在宇宙學中,在許多情況下,當我們只考慮宇宙或宇宙的一部分的演化時,是沒問題的。但是總有一些外部的東西,我們在考慮宇宙大爆炸時是不一樣的。因此,在某種程度上,宇宙大爆炸讓我們面臨一個本體論和認識論問題。這不是我們通常所需要的那種的一般規律,而是一種不同類型的規律。這是我這本書的內容,也是為什麼霍金如此着迷的原因。因為他認為我們將會學到有關物理本身的內容,物理的本質,物理定律的本質,而不僅僅是關於早期宇宙的一些內容。這非常令人興奮!
邱濤濤:在我看來,自上而下的宇宙學打破了還原主義和決定論。這是科學家自牛頓以來長期以來信奉的理念。但另一個有趣的觀點是,我認為在某種意義上似乎與一箇中國古老的思想相符,道家的“天人合一”。它的字面意思是天與人的相符。這意味着宇宙與我們自己同時存在並共同演化。通過我們的努力實踐,我們可以理解宇宙,甚至可以與宇宙融為一體。因此,看到現代科學可能會提示我們的古代思想可能是正確的,這非常有趣。
赫託格:是的,這非常有趣。在他生命的最後階段,史蒂芬對我説過類似的話,當我們在思考自上而下的宇宙學時,他説,某種程度上,我們的新宇宙學以一種相當詩意的方式將人類重新放回中心位置。當然他並不是指我們處於優越地位,我認為他的意思是將“我們是宇宙的一部分”這一簡單的人類條件放進了物理學的數學框架裏。正如你所指出的,以前從來沒有做過,這是非常新穎的。當然,這個含義我只是略微觸及,要將發展它的話可能會非常有趣。
新宇宙觀對物理研究的啓發
邱濤濤:我的研究是關於早期宇宙的宇宙學的理論部分。我的研究和興趣之一是基於霍金的奇點理論的。我們知道我們的宇宙具有初始奇點,因此,我們致力於構建一些反彈宇宙學的宇宙模型,以避免奇點的出現。
對早期宇宙進行測量或觀察非常困難,因為我們的觀測數據非常少。但是人們可以進行一些對現在宇宙的觀測,例如通過對超新星、大尺度結構以及一些其他觀測來測量早期宇宙,但這些觀測通常都是間接觀測。如果我們利用這樣一個觀點,我認為會有另一種不是通過這種間接方式的觀察早期宇宙的方法,而是通過一些對偶性。如果早期時間和晚期時間之間存在某種對偶關係,那麼我們使用晚期觀測,我們可以利用這種對偶關係觀察到早期宇宙,而不是通過間接方法。因此,這是這本書對我的研究產生影響的觀點,它激發了我自己的研究靈感,我認為這是一個非常好的觀點,很有意思。它可以啓發我在科學研究中很多新的想法。
赫託格:這本書在某種程度上不止服務於一個目標。一方面,我寫作的初衷是為了觸達更廣泛的公眾,但也很希望大家通過深度閲讀後能找出一個真正的新假設,同樣也希望能啓發到大眾的工作。
實際上,我就是受到達爾文《物種起源》的啓發,這樣的假設是容易被廣泛公眾所瞭解的,但同時我的這個假設也是一個新的假設。我們可能會想知道如何檢驗、如何做到這一點。正如你所説,我們並沒有許多關於早期宇宙的直接觀測,但是可以有宇宙晚期的觀測,例如觀察暗能量,或考慮暗能量的一些微小的變化或演化等,這些晚期的觀測可能會給我們留下間接的線索,或是最早階段的線索。以某種方式,我們可能已經有了這個新理論的觀察線索,但我們並沒有完全意識到。我們沒有喜歡的適當框架來解釋所有的觀測,這當然也是一種可能的方式。
邱濤濤:作為凝聚態物理學教授的吳教授,您認為這本書中的某些內容能夠啓發您的研究嗎?
吳飆:首先,我必須説在此時此刻,它沒有直接影響。但是,物理學是一個整體,在未來,霍金教授和赫託格教授提出的一些想法,也許可以通過一些玩具模型來公式化。如果有這種類似的玩具模型,他們可能會用凝聚態物理系統進行模擬。我想現在已經有這樣的研究,例如,對霍金輻射的模擬等。但是,我認為就目前而言,這只是玩具模型。
邱濤濤:還有全息學等。
赫託格:這是一個主要的聯繫,也是一個結合點。雖然這僅僅是個開始,但是它是一個非常迷人的聯繫,可以讓我們在實驗室中建立某些量子系統,這些系統在宏觀尺度上顯示這些量子糾纏,並以其自己的方式編譯引力系統的某些性質。這就是全息學的整個想法,我們所謂的引力,所謂的彎曲空間,所謂的時間,都將從抽象的量子糾纏中衍生出來。
如果能在實驗室中擴大構建這樣的量子物質系統,那將是非常迷人的。這樣,你基本上就可以得到某種實驗宇宙學。當然,這還很遙遠。它將只是個玩具模型,正如你所説,因為這裏引力系統將會是低維的,它是一個低維的“宇宙”。
赫託格眼中的恩師霍金
邱濤濤:在與霍金教授共事的20年中,令您印象深刻的時刻是什麼時候?
赫託格:就是當他告訴我《時間簡史》錯了的時候,當然,一開始我不明白他為什麼要這麼説,但這是一個非常有趣的聲明。事實上,這就是霍金的偉大之處,他會改變他的想法,他更感興趣於弄清楚事情。他的深刻的好奇心驅動着他,這是他最美好的地方。
邱濤濤:霍金教授有一種非常特殊的交流方式。它是否為你們兩人之間的合作帶來了一些意外的細節?
赫託格:這種交流方式帶來了很多誤會。他有時會出錯,比如説如果他忘記説“不”,這會使得這個句子的意思完全不同。在他犯錯時,我一下子就會感到困惑,但除了言語交流之外,它真的帶來了一種我們之間的親密感,因為為了理解史蒂芬,你真的必須使用一種混合的方式,即你説的話、你知道他在想什麼,以及你之前與他交流的方式、他的面部表情。所以我非常清楚我們人類在溝通時使用各種技巧。單詞只是其中的一部分,通常是占主導地位的部分,但和霍金交流時,單詞往往不是決定性的部分,其他所有部分更重要。因此,當我們逐漸發展我們的合作關係時,在某種意義上,我們變得非常親近。非常特別。
邱濤濤:你們花了多長時間適應這樣的交流方式?
赫託格:這是一個漸進的過程。一方面,我逐漸適應了這樣的狀態,我越來越瞭解他。但同時,他能夠通過他的電腦溝通的速度正在下降,這是逐漸發生的。在早期,20世紀90年代後期,他使用某種鼠標在計算機屏幕上查找他想要的單詞,效率還不錯。因此,早期他善於用文字向我解釋很多事情。但從2005年、2006年開始,它(他的語言)變得非常緩慢。但幸運的是,我已經變得更瞭解他了,所以我們的交流可以繼續。最後,(溝通)變得非常困難。我必須非常非常專注,提取信息並使用各種技巧。當然,那時我基本上知道他會説什麼。
邱濤濤:你從和霍金教授的合作中獲得的最大靈感是什麼?
赫託格:我會説是他對理解的追求,以及他真正希望滿足好奇心的熱情,他的毅力和他的樂觀主義。也許,也是他對生活的樂觀和對科學的樂觀。當我們科學工作做得很好、真正地重視科學及其背後的原理時,如通過批判性思維,懷疑和公開辯論等手段時,這種極大的樂觀主義能使人類走得更遠。幾乎可以説是他散發出的某種宇宙人類主義,這非常鼓舞人心。
邱濤濤:為什麼你在書中説,史蒂芬·霍金是你所認識的最自由的人?
赫託格:是心智上的自由。(在他那兒)不存在什麼教義,沒有什麼問題你不能向史蒂芬提出的,比如説“物理學的規律同樣包含初始條件”這樣的想法。所以,他是物理學中的探險家。
邱濤濤:吳飆教授,您如何評價霍金教授?
吳飆:霍金教授顯然是非常偉大的物理學家。他對物理學做出了基本的貢獻,並且他的寫作和他個人也激勵了許多年輕人去學習物理學和科學。他通過他的寫作,鼓舞了更多人投身科學和物理學。不像許多其他物理學家可能是對物理學做出了更大的貢獻,霍金是通過寫作,通過作為一個人,一個榜樣,真正鼓舞了許多年輕人學習科學和物理學,我非常欽佩他。
邱濤濤:是,我認為他是一個非常偉大的人,正如赫託格教授所説,他是一個由好奇心和創新驅動的人。他總是想嘗試新的事物,從物理學的想法到愛好,比如打賭,霍金教授非常喜歡打賭,以及登長城,在微重力環境中飛行,等等。所以,我認為是這種力量使他忘記了他的疾病和不便。我覺得這就是使他成為“果殼中的王”的力量。這是史蒂芬非常重要的品質。
物理學家應該具備什麼素質
赫託格:我認為一方面需要對你所在領域最基本問題的深刻的直覺和感覺,另一方面還需要足夠廣泛的工具和技術來解決這些問題。在我看來,這種工具和技術與直覺的火花相結合,才能在物理學中佔據黃金位置,從而使物理學變得如此特別。
吳飆:我的觀點是,不要害怕犯錯誤。提出十個錯誤觀點,也比沒有想法要好得多。如果你想從事物理學研究,你不得不這樣做。別害怕犯錯。
赫託格:也許,物理學幾乎是一種生活方式。樂於提問,樂於探究為什麼,去質疑,我認為這是物理學最深層的快樂。
邱濤濤:我認為,首先,好奇心是必需的。沒有人願意去做他不感興趣的事情,也不會做得好。但只有興趣是不夠的,所以你要有意志力去繼續。因為做物理學有一定難度,需要有非常強的意志力,以克服困難。如吳教授所説的,不要害怕犯錯,我認為這也非常重要。
為什麼走上研究物理的道路
赫託格:很小的時候我數學學得很好,與此同時,我對哲學非常感興趣。這些結合在一起,驅使我我沿着理論物理的道路前進。當然,我當時不知道,在我18歲的時候,理論宇宙學會作為一個研究領域存在,那是20世紀90年代早期,在互聯網時代之前,我當然不知道那麼多信息。但是,當我來到劍橋並遇到了霍金,嘿,這就是我一直在尋找的感覺。所以我非常有動力,那就是我早年的故事。
吳飆:我大二,那是三十多年前,我讀了一篇關於海森堡不確定原理的科普文章,我真的被這個所觸動,一個粒子不能同時具有精確的位置和動量。就是因為那一篇文章,讓我決定把我的人生投入到學習量子物理學中,我從來沒有後悔。
邱濤濤:我在高中時期發現,思考一些基本問題和追溯過去很有趣,可以尋找答案,就像讀一些偵探小説一樣。我認為這很有趣,這讓我也對物理很感興趣。我在兒時不擅長數學,常常犯算術錯誤和代數錯誤。但我認為物理很有趣,因為我認為尋找答案很有趣,這是激發興趣的原因。
成為物理學家的樂趣是什麼
赫託格:在職業研究生涯,保持好奇心,持續受到自然和我們周圍的宇宙所刺激,這是無與倫比的樂趣。很難想象有什麼比這更豐富、更激動人心的了。我們可以做自己喜歡的事情,享受這個過程,深入探索,然後時不時地發現一些真正新奇的、以前沒有想過的想法。發現某些東西的感覺是非常奇怪的,非常特別。當然,這永遠不是最終步驟。這在霍金身上總是發生的,一旦我們發現了一些東西,他就會立刻向前跳躍。就好像你的人生忽然變成了一本偵探小説。這真的非常有趣。
吳飆:對我來説,作為一名物理學家,我可以持續提高我對宇宙的理解、對身邊的物理世界的理解,我一直在努力,永遠不會停下來。通過這樣做,我發現了許多快樂。無論什麼時候,即使我沒有發表任何論文或其他東西,如果我可以,只是通過思考和閲讀,我就可以獲得更多理解,理解得更好,這讓我很高興。當然,如果我做出一些重要的事,我會更快樂。因此,我認為這是我想從事物理學研究的原因,因為我可以不斷地改善我對宇宙的理解。
科普書籍的意義
赫託格:一方面,科學和科學的新發現只有被分享、併成為我們文化的一部分時,才能獲得完整的意義。因為宇宙學或物理學本身不會拯救這個世界。實際上,正是因為科學在更廣闊的文化中傳播,分享它的進一步發展,才使得它具有如此強大的力量,如此有前途。
在某種意義上,我認為我們也在談論科學文化。這是一種我們可以全球分享的文化。這是一種包含批判性思維、辯論、反思和交流的價值觀,是我們為邁向更美好的世界而建立的價值觀。所以我認為重要的不僅僅是發現(發現也很有趣),而是將其嵌入到社會問題中,這正是激勵我寫這本書的動力所在。
吳飆:儘管我大學的專業是物理學,但是我一開始並沒有確定投身於物理學研究,直到我讀了一篇關於海森堡不確定性的科普文章,得到啓發。因此,讀科普真的能鼓舞人學習科學或學習物理。這就是我在赫託格教授所説的基礎上所表明的,寫科普文章是多麼重要。
邱濤濤:科學是我們文明的偉大遺產之一,不僅是關於自然本身,它不僅能給我們的日常生活帶來便利,還能給我們帶來精神上的愉悦。
赫託格:科學究竟意味着什麼,物理究竟是關乎什麼,這非常有趣。我們應該繼續保持這種辯論和反思的活力。
一句話安利《時間起源》
赫託格:《時間起源》講述的故事是,霍金如何在他生命的最後二十年中改變了他關於宇宙大爆炸的看法。
吳飆:我認為這本書在某種程度上比《時間簡史》要好。因為你不僅享受到一些有趣的科學上的想法,還會被霍金追求理解這個宇宙的勇氣所激勵。
邱濤濤:這是霍金本人授權的最後一本書,也是我讀過的最大膽、最具顛覆性的一本書。如果你想給你的大腦徹底“洗個澡”,請讀一讀。
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