基本介绍
这其实是几百年前莎士比亚的虚构。近来,日本化学学家史蒂芬·霍金从莎翁卷帙艰深的专著上将这几行诗的蕴意特地挑出,作为他的新书《果壳中的宇宙》的书名。
虽然任何生灵的境遇都多多少少和此相像。就连最简单的基本粒子,它的波函数都可以看成空间的一种假象,波函数的性质可按空间的对称性来定义。在这个意义上讲,倘若生命、精神不自以为是无限空间的君王,反倒是不可理解的。
用科学定理来研究整个宇宙产生了宇宙学这门学科。科学家早已达成共识,我们的宇宙是由一个果壳状的瞬子创生而至的,而在瞬子上的量子理论所能容许的时空和物质的最小涨落,也就是果壳上的色斑,即是宇宙中的例如星体团、星系甚至生命的一切结构的起源。霍金是这个学说的主要创办者。他觉得宇宙的边界条件是宇宙没有边界,这样就真正科学地实现了宇宙"无中生有"的场景。
在爱因斯坦提出广义相对论和哈勃发觉红移定理亦称宇宙膨胀之前量子物理三大理论宇宙神学,人们觉得时间从无限的过去流往无限的将来,因果之链也就如此从过去延展到将来。这是牛顿的时间观。在牛顿发觉万有引力定理以后量子物理三大理论宇宙神学,原本他就可以预言宇宙要么膨胀,要么收缩,然而他不知怎么处理无限空间的物质分布的引力效应,以及囿于脑子中的神学残余,于是他就将这个问题留给造物主。虽然他在《原理》的后卷扉页上写下了雄心万丈的话:"我要开始阐述宇宙的体系",虽然他做的只是研究恒星运动,而未触碰宇宙的演进。
在牛顿之前和以后,圣奥古斯丁和康德都对时间进行过纯思辨的思索。康德在《纯粹理智批判》中阐明了时间是有限还是无限的二律背反。而更早得多的圣奥古斯丁则觉得宇宙是从和现况大致相同的状态创生于有限的过去。而他思想的可贵之处在于,他觉得上帝在创生宇宙之前无事可做,这反倒和现代宇宙学观点十分接近。
相对论和量子论
相对论和量子论是二十世纪最伟大的科学成就。尤其是后者,他完全是人类智慧的伟大构建。所以在《果壳中的宇宙》的第一章相对论导论中主要是关于爱因斯坦的生平。量子论则是实验观测的被动产物,它的涵义迄今还解释不清。在广义相对论中,时空不再是一个被动的背景,而是宇宙演变的主动参与者。物质分布使时空弯曲。如今再去侈谈宇宙之外的空间和时间,对这种概念进行所谓的思辨,只能是倒挪到圣奥古斯丁之前。牛顿的时空观是一个虚幻,而虚幻的唯一功能是对软弱者的开导。
引力论
爱因斯坦的引力论是将万有引力归结为时空的曲率。这么时空能够被弯曲得那么厉害,以至于人们可以返回到过去改变历史呢?严格的科学估算强调,这是不可能的。
这么关于预言将来的能力呢?如今看来它起码在三个层次上遭到限制。第一是动力学系统的混沌行为,促使拉普拉斯意义上的决定性在实际上是不可能实现的。第二,在量子热学中状态是由波函数描述的,海森堡的不确定性原理促使精典意义上的决定性被减半。第三,不平凡的时空拓扑,使波函数被密度矩阵所替代,就在这儿引进了热力学意义上的随机性。
宇宙的未来是如何的呢?假如我们承认科学定理的普适性和无穷威力,则不管人类的雄心有多大,虽然要受环境和人口问题的限制,我们不能和这种限制做渺茫和愚蠢的搏斗。人类只能采用一种明智和节制欲望的生活形式。
时间导论
从《时间史话》首版以来的六年间,相对论家、宇宙学家和粒子化学学家通力合作,在找寻宇宙最核心的万物理论上取得长足进展。但和人们往年期望不同的是,我们可能不再具有统一理论的唯一叙述,这正如不能用一张地图勾勒整个月球表面一样。这些所谓的M-理论把五种弦理论在一个单独的理论框架中统一上去。超引力和五种超弦理论是在不怜悯形下对自然的便捷的近似。并且M-理论的整体概况还是不很清楚。
我们的宇宙很可能是高维空间中的一个四维膜,我们的宇宙果壳也就愈加神奇。困惑天体化学学家多年的暗物质很可能是影子星体的贯串高维空间抵达我们星体的引力效应,引力的近程效应和牛顿定理有误差等等。四维膜之外的高维空间的行为怎么?是个饶有兴趣的问题。并且只要它们对膜世界具有相同的效应,对于它们的区别就没有意义。
量子宇宙学家就相信无中生有的场景而言是彻底的儒教者,就科学的方式论而言是不可救药的实证主义者,而就痴迷于宇宙和理论的美而言,又是泛神论者。
宇宙学走过了非常漫长的时光,一代代先哲的智慧和辛勤使人类的宇宙观臻于这么澄澈的境界,回顾这一切,我们这种膜世界上的生灵们感到自豪!
《果壳中的宇宙》是每个理解自身栖息宇宙人士的必看专著。正如其姊妹篇《时间史话》一样,它让我们分享科学家们在宇宙敞开其秘密时感遭到的兴奋。