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去往时空边界的旅程

发布时间:2023-10-03 06:07:13 来源:科普时报 字号: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

史蒂芬·霍金和托马斯·赫托格,在剑桥大学数学科学新校区霍金的办公室里。此时正是他们探索旅程的中段。他们身后的书架上放着霍金徒子徒孙们的博士学位论文。在这些论文下方,微波炉的旁边,是从天空中各个方向到达地球的斑点状的微波背景辐射,在我们周围所形成的一个球体——我们的宇宙学视界。(中信出版社供图)


世界上哪样东西是最长的又是最短的,最快的又是最慢的,最能分割的又是最广大的,最不受人重视的又是最受人们惋惜的;没有它,什么事情都做不成;它使一切渺小的东西归于消失,使一切伟大的东西永世长存?

这是法国 18 世纪著名思想家和哲学家伏尔泰在一部文学作品中写下的一则谜语,其答案由作品中的一位智者查第格给出。他是这样说的:

最长的莫过于时间,因为它永无穷尽;最短的也莫过于时间,因为人们所有的计划都来不及完成;在等待的人眼中,时间是最慢的;在作乐的人眼中,时间是最快的;它可以扩展到无穷大,也可以分割到无穷小;当时,谁都不加重视;过后,谁都表示惋惜;没有它,什么事情都做不成;不值得后世纪念的,它会使人忘却;伟大的,它会使之永垂不朽。

然而,迄今仍旧有着许多谜团的时间,似乎又不是一种单独的存在,它一直困扰着世界上许许多多聪慧的大脑。公元5世纪的古罗马哲学家奥古斯丁在其著作《忏悔录》中就曾感慨:“什么是时间?如果没人问我,我很明白;当我想去解释的时候,我自己却不明白了。”在奥古斯丁看来,对于人类,没有过去或未来,只有3种“现实”:“对过去的事物的记忆、对现存事物的视觉感知以及对未来事物的展望。”他又道:“我的灵魂渴望解开这最棘手的谜题。”

确实,时间绝非一个单纯的科学问题。甚至,可以说,时间长期以来就是横在人类认识道路上的一个知识盲点,揭示时间的秘密是一项极富挑战性的前沿科学课题。事实上,物理学自诞生以来, 其发展历程中的几个最重要的成就,都或多或少地跟人类对时间和空间的认识的进步有着不可分割的关系。特别明显的一个特征是:物理学所研究的量,如重量、动量、能量、电量,都是作为研究对象的物体所具有的特性,唯独时间是人类与自然现象共有的属性,而且似乎只能沿着一定的方向经过;如果不经历事件,则时间将失去意义。时间与事件,似乎是一条不断的链。

当今世界,人们对于时间问题的关注和了解,或许更多地源自史蒂芬·霍金在 1988年出版的超级畅销书《时间简史》。30多年后,霍金生前的主要合作对象——比利时鲁汶大学教授托马斯·赫托格,又推出了《时间起源》(中译本将由中信出版社推出)。在这部新著中,作者提出并探讨了一系列有关时间起源的“大”问题,并以独特的视角阐释了自己的新观点。

霍金和赫托格研究发现,大爆炸不仅是时间的开始,也是物理定律的起源。他们的宇宙起源学的核心,是关于起源的一个新的物理理论,他们后来认识到,它同时也包括了理论的起源。“当我们追溯到宇宙最早的时候,我们会遇到宇宙演化的更深层次,在这个层次上,物理规律本身会发生变化,并以某种元演化的方式进行演化。在原始宇宙中,物理学的规则处在一个随机变化和选择的过程中,类似于达尔文的进化论,而各种粒子、相互作用力,甚至我们认为连时间都会逐渐消失在大爆炸中。”

这当中不乏有趣的话题。譬如:物理学为时间的起源提供了神圣的基础吗?我们需要这样的基础吗?还有宇宙学中的设计之谜:物理学的基本定律似乎是专门为促进生命的出现而设计的,就好像有一个隐藏的密谋,它将我们的存在与宇宙运行的基本规则编织在一起。这看起来不可思议,然而事实就是这样!可这个密谋究竟是什么呢?

这本书对关于宇宙开端、时间零点、生命起源等的研究进展,以及迄今为止人类对宇宙中自然法则或自然规律的认识,也做了细致的梳理、深入的剖析。它也没有回避那些至今仍争议多多、让人非常摸不着头脑的推论:如果时间本身是从大爆炸开始的,那么关于在此之前发生了什么的所有问题都将显得毫无意义。哪怕猜测是什么造成了大爆炸也没有意义,因为原因先于影响,并且需要一个时间的概念。在时间起源处,基本因果关系看起来似乎瓦解了。

延伸思考下去,线索越来越多,思路也越来越广:如果我们从时空的角度来思考宇宙,为什么宇宙只能在空间上扩张呢?为什么不同时包括时间?也许对时间流动更准确的理解,应该是将其视作新时间的创生。我们不要把大爆炸看作是三维空间的爆炸,而是四维大爆炸,它不断创造出新的空间和新的时间。再则,如果大爆炸不是世间万物的开端,而仅仅是时常发生的事件,也许它就更容易被理解……其他类似的想法不断涌现,越来越多的物理学家和宇宙学家也已开始研究时间反演,并认真考虑时间箭头所提出的问题。而可观测宇宙令人印象深刻的时间不对称性,似乎给他们提供了一条,揭露时空终极运作机制的线索。他们的任务,就是要利用这样那样的线索,拼凑出一幅令人信服的完整画卷。

此书中难能可贵的是,赫托格还饱含深情地记述了与霍金日常相处、合作研究的点点滴滴,写实的霍金形象跃然纸上。

20多年前我曾看到过一幅照片,画面上仅有3个人,其中一位是当时世界上最有权势的人之一——美国总统克林顿,一位是科学界的泰斗级人物——坐在轮椅上的霍金。克林顿侧脸站在霍金身旁,向他鼓掌致意。照片旁有这样一句注释:“一时的政客与永恒的学者”。

我不禁联想到,即便这位智慧的偶像曾经“被荣誉冲昏了头”(霍金前妻语),他内心深处那种探求宇宙奥秘的强烈的使命感和意志力也未曾有过消减;而且,正是它们支撑着身患绝症的他活了更长的时间,并且取得了令世界瞩目的辉煌成就。正如霍金自己所言:“如果你的身体有残疾,那么就不可能再让你的精神也残疾了。”

赫托格称,与霍金一起工作不仅是去往时空边界的旅程,也是进入他内心深处——叩问霍金何以成为霍金的旅程。霍金让研究团队成员觉得,我们是在写自己的创世故事。共同的追求,让研究者之间的关系越来越亲密。在《时间起源》一书中,赫托格以这样一段意味深长的话语作结:“从史蒂芬·霍金那里,我们可以学会热爱这个世界,爱之至深,以至于渴望重新想象它,永不放弃。做一个真正的人。尽管史蒂芬几乎无法动弹,但他是我所认识的最自由的人。”

诚哉斯言!

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