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宇宙是被设计出来的吗？ 解读霍金《大设计》
关键词： 大设计 霍金 宇宙 宇宙微波背景辐射 宇宙加速膨胀 大爆炸理论 宇宙模型 时间简史 宇宙起源 人择原理 七维
霍金，既是物理学家也是思想家。他的任何新思想的提出，都会引起学术界的关注。他的《时间简史》一书，曾经产生了广泛影响。最近他与蒙洛迪诺合作完成了《大设计》一书（湖南科学技术出版社出版），这是继《时间简史》出版之后，近20多年间他对科学与哲学问题的思考成果。在这部书里，作者继续思考着宇宙起始的深邃命题。就此，记者近日采访了该书的译者吴忠超。
宇宙何时并如何起始？我们为何在此？为何是有非无？何为实在本性？为何自然定律被这么精细地调谐至让我们这样的生命存在？以及最后，我们宇宙的表观“大设计”能否证实使事物运行的仁慈的造物主？——科学能否提供另一种解释？
——摘自《大设计》
记者：您是在中国传播霍金学说第一人，霍金的《时间简史》《果壳中的宇宙》等，都是由您翻译介绍给中国公众的。其中尤以《时间简史》影响最大，现在您又翻译了《大设计》一书。您把这本书称为霍金自《时间简史》之后的最重要著作。您在译者序里说，这是一本理解生命、万物和宇宙存在的书。请您简述一下这本书的主要观点。
吴忠超：哈勃发现红移定律使宇宙学进入科学的王国，爱因斯坦的广义相对论为之提供了数学框架，变革了我们的宇宙观，宇宙微波背景辐射的发现使大爆炸模型为主流所接受。霍金对宇宙学的主要贡献是宇宙的创生理论，它给出了宇宙的无中生有的场景。在该场景中，宇宙和万物的创生和演化完全由科学物理定律所决定，而造物主没有存身之处。这是《时间简史》的主题。
《大设计》的写作背景是，在《时间简史》出版后的二十多年间，无论在对宇宙的观测，还是对万物理论的探讨都取得了长足的进展，尤其是发现了宇宙加速膨胀，发展了弦论和M理论。这些进步都要求对我们的宇宙观做进一步的审视。《大设计》一书是《时间简史》的发展，它纳入了所有这些最新的进展。宇宙论本身是科学、神学和哲学的共同领地，所以本书是一部科学、哲学并重的著作。
霍金在书中提出了无中生有的场景，这一概念牵涉到实在的概念。在《时间简史》的终篇，作者提出，尽管统一理论以及无边界的宇宙模型如此美妙，但也必须面对实现的诘问，《大设计》一书试图回答这个攸关重要的问题。二十世纪之前，物理学认为实在是独立于观察者的。但现代科学尤其是量子论的发现，使得人们不得不抛弃这个观念。霍金认为，依赖模型的实在论和现代科学相协调。而现代科学的产生基础是我们生活其中的四维时空。而新近提出的M理论，却将宇宙理论扩展到十一维，四维时空是由十一维时空卷缩来的，这就是说，我们的生存环境和表观定律是由我们存在的条件从多世界中挑选出来的，否则我们便无法解释为何我们的自然环境和定律恰好有利于我们，仿佛自然为我们的生存进行了伟大的设计。在这个大设计中，造物主虽然被摒弃，我们作为观察者却参与进来。
记者：在这部著作中，霍金提出了许多新的概念。他提出由于近代科学尤其是量子论的发展，哲学界已不可能跟得上科学的脚步，那么，哲学在科学面前遇到了怎样的困惑？
吴忠超：在哲学史上，笛卡儿、康德、彭加莱和罗素都是科学家兼哲学家。在他们之后，尤其在发现量子论之后，哲学界就跟不上科学进展的速度。哲学著作中有关时空宇宙的论述对理论物理已经没有什么意义。
还有，我们总是被教导说，客观世界是独立于我们而存在的。但量子论却认为，任何观测都会干扰对象，在多数情形下，观测的结果是概率分布的，观测干预了世界的演化，并导致“多世界”或“多宇宙”，我们只能感觉到生活在其中的一个世界中，至于生活在哪个世界则是随机的。此外，在给定的初态和终态之间，宇宙的历史在经典物理中是唯一的，而在量子物理中不但不是唯一的，而且还是任意的。经典物理是量子物理在特定条件下的近似。我们的现态（即目前的状态）甚至会影响宇宙过去的历史，因为如果给定了现态，那么和我们相关的历史必须能演化到这个现态，而其他的历史都没有贡献，我们也观测不到它们的效应。可以说，我们的现态对过去的历史进行了选择。这显然违反了因果律，使因果的差异消失。经典物理中的因果差异过于绝对，过于苛刻。我们也是在这个意义上参与了宇宙的创生。客观世界的独立性和量子论不协调，而人们无法放弃量子论，因为它从未被违背过，所以只好抛弃前者。
在近现代科学哲学讨论中还可以举很多这样的例子，所以哲学已谈不上对科学有什么指导。至少目前就是如此。
记者：大爆炸理论是迄今在科学界被广泛接受的关于宇宙起源的理论，而霍金的量子宇宙学是如何描述宇宙的存在的？
吴忠超：大爆炸模型已被科学界广泛接受，但它没有解决宇宙起源的问题。宇宙起源的学说有若干，但只有霍金的量子宇宙学是既自洽又自足的。宇宙的边界条件是它没有边界，这样就把宇宙的量子态确定下来，赋予宇宙学以可预见性。霍金和他的合作者利用费恩曼的路径积分给出宇宙的波函数，人们可以将宇宙视为演化的过程，也可以认为整个演化就是存在。
他在《大设计》中提出依赖模型的实在论，认为实在只不过是可和观测对应的自恰的理论或模型。宇宙或万物可有若干实在，若找不到任何合格的理论或模型，即没有实在，也就是说，宇宙或万物即消失。规律不能统摄的现象是奇迹，如果我们在某场景发现奇迹，就知道该场景是非真的，我们对此已深有体会。在无边界设想的框架中，和观测一致的万物理论，就是宇宙的存在。
记者：从地球中心说到太阳中心说，科学家描述了一个实在的宇宙，而霍金提出的“多宇宙”学说具有怎样的科学基础？
吴忠超：“多宇宙”学说有几种版本，是由许多科学家在不同时期提出的。粗略地讲，有一种版本是基于前面提及的量子论的观测效应，另一种是起源于M理论中的多于10的500次方的不同的宇宙解。这两种版本中在不同的单独宇宙之间没有交流。然而，由观察者存在的条件对我们的环境甚至我们四维时空表观规律的要求，会把我们的世界从多维世界中挑选出来，这被称为人择原理。《大设计》的第7章就是讨论人择原理。人择原理要求我们的世界和太阳系相差无几，尤其是表观定律必须如此这般。
记者：M理论提出了十一维时空的概念，请简述一下这一理论的基本内容。理论物理学界是怎样看待这一理论的？
吴忠超：许多学者认为，尚未完成的M理论也许是万物理论或终极理论的唯一候选者，它要将自然的各种力统一起来，但M理论是一族理论网络，五种弦论和超引力是它在不同情形下的近似。十一维时空是由M理论的自恰性要求的。我们的存在要求其中的七维被卷缩，而我们生活在余下的四维大尺度时空中。七维的卷缩方式决定我们四维时空的表观定律。
M理论在数学上非常美妙，也能包容之前的许多理论模型，这是许多优秀的头脑致力于研究它的原因。但在物理上，M理论至今仍缺乏特有的基本原理，这与狭义相对论，广义相对论有光速不变原理、等效原理作为基础迥然不同。超对称当然是M理论中的一个非常重要的原理，但它并非专为M理论提出的，它的提出比M理论要早得多。
M理论还未被观测所证实，甚至还未能独立提出过一个可被证伪的预言。弦论家们预言M理论很可能实现爱因斯坦统一理论之梦，但就目前而言，还远未像相对论和量子论那样被广泛接受。（本报记者金振蓉）
双星轨道围绕双星系统公转的行星可能拥有荒凉的天气，对于生命而言，有些季节过热，其他季节又过冷。
多宇宙：量子涨落导致微小宇宙从无中创生出来。其中的一些达到临界尺度，然后以暴胀的方式膨胀，形成星系、恒星以及至少一种情形下形成像我们的生命。本版图片摘自《大设计》一书。（编者注）