2011-01-01

大设计(The Grand Design): 第一章

一凡写在前面的废话:
1. 英文原著:霍金(Stephen Hawking),曼罗迪诺(Leonard Mlodinow)
2. 中文校对:安安
3. 此翻译纯属一凡业余自译自乐。未经授权。

一、 存在的神秘
  我们每个人只能生存短暂的一生,在这一生中只能探索整个宇宙的一小部分。可是人类是好奇的物种。我们琢磨,我们寻求答案。生活在这个友善与残酷轮替的广阔世界,注视着头顶的广袤天空,人们总是一直询问大量的问题:我们怎么能理解我们在其中生存的世界?宇宙如何行为?现实是什么?所有一切从哪里来?宇宙需要一个造物主吗?大多数人并不花大量时间担心这些问题,但几乎所有人都有某些时间担心这些问题。
  传统上这些是哲学问题,但是哲学已死。哲学未能跟上科学的现代发展,特别是物理学。科学家已成为我们探索发现知识的火炬手。这本书的目的就是呈现最近的科学发现和理论进展所建议的答案。这些引导我们进入一个新的宇宙以及我们在其中的画面,非常不同于传统的画面,甚至不同于我们刚在十年或二十年前所描绘的画面。仍然,这些新概念的第一份草图可以追溯回几乎一个世纪前。
  按照对宇宙的传统概念,所有物体都在确定的轨道上运行,具有确定的历史。我们可以指出它们在任一时刻的精确位置。尽管那在日常应用上足够成功,1920年代却发现这种“经典”画面无法应用到在原子和次原子级别所观察到的怪诞行为模式。 作为代替,必须采用一个不同的叫做量子物理的框架。量子理论被证实在预测那些微观级别的事件上相当精确,而且当应用到日常生活的宏观世界时也与老的经典理论的预测完全一致。可是量子理论和经典理论是基于非常不同的物理现实的概念。
  量子理论可以用许多种不同的公式来表述,但其中由理查德.费曼(Richard Feynman)所给出的描述可能是最直观的,费曼是一个出彩的家伙,在加州理工工作期间曾经在一家路边的脱衣舞俱乐部玩邦加鼓(用手指敲的小鼓,夹在两腿间)。根据费曼的描述,一个系统不是仅拥有一条历史轨迹而是拥有所有可能的历史轨迹。在我们探求我们的答案的过程中,我们将详细解释费曼的方法,并采用它去探索这样的思想:宇宙本身并非单一历史,甚至不是一个独立的存在。甚至对许多物理学家来说,这思想看起来都非常激进。确实,如同许多今天的科学里的概念,显得违背常识。可是常识是基于日常的经验,而不是基于宇宙本身的真相――通过技术的成就而揭示的宇宙真相,比如那些能让我们深入“凝视”原子内部或回看早期宇宙的技术。
直到现代物理学降临前,人们通常认为对世界的所有认知都可以通过直接观察获得,即事实直如所见,直如我们的感官所感知的。可是现代物理学的引人入胜的成功却显示事实不是那样,而那成功则是基于那些与日常经验想冲突的观念比如费曼的(而不是基于直接观察)。简单天真(直接观察) 的现实观点因而与现代物理学无法兼容。为了处理这样的矛盾应该采纳一种我们称之为“模型相关现实主义(model-dependent realism”的方法。它是基于这样的观点:我们的大脑通过构造一个模型去理解来自于感觉器官的输入。当这样的模型在解释事件上是成功的,我们就倾向于将现实的质量或绝对事实归因于它,以及归因于构成该模型的元素和概念。可是对同一物理状况,可能有不同的方法去建模,而不同的模型采用不同的基础元素和概念。如果两个物理理论或模型都能精确地预测同一事件,我们就不能说一个模型比另一个更真实;而是能自由采用任一个最方便的模型。
在科学的历史发展中,我们已经探索出一序列的越来越好的理论或模型,从柏拉图(Plato)到牛顿(Newton)的经典理论,再到现代量子理论。一个自然而然的问题:这个序列是否将最终达到一个终点,一个统一所有力(包括引力)并能预测我们所有观测的终极宇宙理论,还是我们将永远继续发现更好的理论,但是却没有任何一个理论不能再被改进?对这个问题我们还没有最终答案,但我们现在有了一个终极万物原理(如果真的存在的话)的候选理论,叫做M理论。M理论是目前唯一的一个模型包含了所有我们认为终极理论应该具有的属性,我们稍后将讨论的大部分内容都是基于该理论。
M理论不是一个通常意义上的理论,而是一个融合各种不同理论的理论群集,其中的任一单个理论只在某些物理条件范畴内适用良好。这有点像地图。众所周知,没人能在单张地图上显示完整的地球表面。通常的用于制作世界地图的墨卡托(Mercator)投影方法会让越靠近南北极的地区显得比实际越来越大,也没有包含南北极点。要绘制整个地球的原始原貌,就必须采用一组地图,每一单幅地图只覆盖有限的区域。地图之间互有重叠,在重叠的地方则显示出完全一样的地形。M理论与此类似。M理论群集里的不同的理论之间可能看起来非常不一样,可是它们都可以被视为是同一基础理论的某些方面。它们是那基础理论的不同版本,各自只适用于有限的范畴,例如,当一些参量比如能量还小的时候。与墨卡托投影地图的重叠类似,在不同版本的理论适用范畴重叠的部分,它们预测出同样的现象结果。可是正如同没有单张平面地图好到足以准确表现地球的整个表面,也没有单一理论好到足以准确表现在所有条件下的观测。
我们将描述M理论如何可能提供针对创世问题的答案。根据M理论,我们的宇宙并非唯一的,相反,M理论预测海量的宇宙从无到有诞生。它们的诞生并不必需要有某些超自然的生物或神的介入。更确切地讲,这许多的宇宙们是自然地起源于自然法则。它们是科学的预测。每一个宇宙本身又有许多可能的历史以及许多可能的后期状态,就是说,像现在的时期,诞生之后很久的时期都有许多可能的状态。大多数的状态将是与我们所处所观测的宇宙非常不同,也非常不适宜任何形态的生命生存。只有极少数能允许像我们这样的生物生存。于是我们的存在这一事实就把只有那些适宜于我们的生存的宇宙从那海量的宇宙中筛选出来。尽管我们在宇宙的尺度上是弱小的微不足道的,我们的存在对宇宙的筛选效用让我们在某种意义上成为万物之灵。
为了最深程度地理解宇宙,我们不仅需要知道宇宙如何运行,而且需要知道为什么
为什么有而不是一无所有?
我们为什么存在?
为什么是这些特别的法则而不是其他的?
这是生命、宇宙以及万物的终极问题。我们将尝试在这本书中回答。但不像《银河系漫游指南》(The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy)所给出的答案,我们的答案将不会是一个简单的数字“42”。