011.htm

我下的时候觉得好编程类的

    那种理论便是量子引力论。我们尚未知道正确的量子引力论应采取的准确形式。我
们此刻所拥有的最佳候选者是超弦理论，但它仍有许多未解决的困难。然而，人们可以
期望，任何有前途的理论都应具有的某些特征。其中之一便是爱因斯坦的思想，引力效
应由被物质和能量所弯曲甚至卷曲的时空来体现。物体在弯曲空间中沿着最接近于直线
的轨迹运行。然而，由于时空是弯曲的，所以它们的路径就显得是弯折的，正如同被引
力场所弯折了似的。
    另一种在这个终极理论中可以预料的要素是里查德·费因曼的设想，即量子理论可
以表达成“对历史的求和”。该思想可以最简单的形式表达成，每颗粒子在时间中走过
任何可能的路径或历史。每一路径或历史具有依其形状而定的概率。为了使这种思想可
行，人们必须考虑在虚时间里发生的历史，而不是在我们感觉生活于其中的实时间里发
生的历史。虚时间听起来有点像是科学幻想的东西，其实它是定义得很好的数学概念。
它在某种意义上可被认为是和实时间成直角的时间方向。人们把所有具有某种性质的粒
子历史，譬如讲在某些时刻通过某些点的历史的概率加起来。然后应把这结果延拓到我
们在其中生活的实的时空中去。这不是量子力学的最熟知的手段，但它给出和其他方法
得到的相同结果。
    在量子引力的情形下，费因曼的对历史求和的思想牵涉到对宇宙的不同的可能的历
史，也就是对不同的弯曲时空的求和。这些代表了宇宙和它之中的任何东西的历史。人
们必须指明，在对历史的求和中，应包括哪些种类的弯曲空间。这种空间种类的选取确
定了宇宙处于什么状态。如果定义宇宙状态的弯曲空间种类包括具有奇性的空间，则该
理论就不能确定这类空间的概率。相反的，它们必须以某种任意的方法被赋予概率。这
意味着科学不能预言时空的这类奇性历史的概率。这样，它就不能预言宇宙应如何运行。
然而，宇宙可能处于由只包括非奇性弯曲空间的求和所定义的状态。在这种情形下，科
学定律就把宇宙完全确定，人们就不必吁求宇宙之外的某物来确定宇宙如何启始。由只
对非奇性历史的求和确定宇宙的状态有点像一名醉汉在灯柱之下找他的钥匙：这儿也许
不是他遗失之处，但是这儿是他可能找到的仅有的地方。类似的，宇宙也许不处于由对
非奇性历史求和定义的状态，但这是科学能预言宇宙应当什么样子的仅有的状态。
    1983年詹姆·哈特尔和我提出，宇宙的状态应由对一定种类历史的求和给出。这类
历史由没有奇性的，而且具有有限尺度却没有边界或边缘的弯曲空间组成。它们像是地
球的表面，只不过多了两维。地球的表面具有有限的面积，但是它不具有任何奇性、边
界或边缘。我曾经用实验验证过这一点。我作过环球旅行，而没有落到外面去。
    哈特尔和我所做的设想可以被重新表达成：宇宙的边界条件是它没有边界。只有当
宇宙处于这个无边界状态时，科学定律自身才能确定每种可能历史的概率。因此，只有
在这种情形下，已知的定律才会确定宇宙应如何运行。如果宇宙处于任何其他的状态，
则历史求和中的弯曲空间的种类就要包括具有奇性的空间。人们必须求助于已知科学定
律以外的某种原理，才能确定这种奇性历史的概率。这种原理就会是外在于我们宇宙的
某种东西。我们不能从我们宇宙之中将其推导出来。而另一方面，如果宇宙是处于无边
界状态，在原则上，我们就能在不确定性原理容忍的限制之内完全确定宇宙应如何运行。
    如果宇宙处于无边界状态，那对于科学而言就太好了，但是我们如何才能知道事情
究竟是否如此呢？其答案是，无边界设想对宇宙应如何运行作出了明确的预言。如果这
些预言不与观测相符合，则我们就能得出结论说，宇宙不处于无边界状态。这样，在哲
学家卡尔·波普定义的意义上说，无边界设想是一种好的科学理论：它可被观测证伪。
    如果观测不与预言相符合，我们就知道在可能历史的种类中必须有奇性。然而，这
就大致上是我们知道的一切。我们不能计算出这种奇性历史的概率，因此我们不能预言
宇宙应如何运行。有人也许会认为，如果不可预见性只发生在大爆炸处，那不会太碍事，
那毕竟是一百亿或二百亿年以前的事。但是，如果可预言性在大爆炸的非常强引力场中
失效，那么只要恒星坍缩它也会失效。这种事件仅在我们的银河系中每周就会发生几次。
我们的预言能力甚至按照天气预报的标准来说也是非常差劲的。
    当然，人们还会说，我们根本不必在乎发生在一颗遥远恒星处的可预言性的失效。
然而，在量子理论中任何不被实际上禁止的东西都能够并将要发生。这样，如果可能历
史的种类中包括奇性空间的话，这些奇性可在任何地方发生，而不仅在大爆炸处以及坍
缩星之中。这意味着，我们不能预言任何东西。反过来说，我们能够预言事件的这一事
实是反对奇性并赞同无边界设想的实验证据。
    那么无边界设想为宇宙做出什么预言呢？第一个预言是，因为宇宙的所有可能的历
史在广延上都是有限的，所以人们用来作为时间测度的任何量都必须有一个最大值和一
个最小值。这样宇宙就有一个开端和一个终结。在实时间中的开端即是大爆炸奇点。然
而在虚时间中这个开端就不再是奇点。相反的，它有点像地球的北极。如果人们把地球
表面的纬度当作时间的类似物，则可以说地球的表面从北极开始。然而，北极是地球上
完全普通的一点。它没有任何特殊之处，同样的定律在北极正如同在地球上的其他地方
同样地成立。类似的，我们用来标志作“在虚时间内宇宙的启始”的事件是时空中的一
个通常的点，正如其他的点那样。科学定律在开端处正如在其他地方一样成立。
    人们从和地球表面的类比，也许会预料到，正如北极和南极相似一样，宇宙的终结
会和开端相类似。然而，北南二极是对应于虚时间中的宇宙历史的开端和终结。如果人
们把对历史求和的结果从虚时间向实时间延拓，就会发现宇宙在实时间中的开端和它的
终结可以非常不同。
    约纳逊·哈里威尔和我对无边界条件的含义作过一个近似计算。我们把宇宙当作一
个完全光滑和均匀的背景来处理，在这个背景上存在密度的小微扰。宇宙在实时间中从
非常小的半径开始膨胀。最初的这种膨胀被称作暴涨，也就是说，宇宙尺度在比一秒还
要短暂非常多的每一时间间隔中得到加倍，这正如在某些国家中每一年价格都要加倍一
样。第一次世界大战后的德国也许创下了通货膨胀的世界纪录，一捆面包的价格在几个
月的时间内从一个马克涨到一百万马克。但是没有任何东西可与似乎在极早期宇宙发生
过的暴涨相比拟，宇宙尺度在一秒的极微小的部分时间内至少增加了一百万亿亿亿倍。
这当然是发生在当局政府之前的事。
    暴涨在如下意义上来说，是件好事，它产生了一个在大尺度上光滑而均匀的宇宙，
而且这个宇宙以刚好避免坍缩的临界速度膨胀。它还能在相当严格的意义上把宇宙的所
有内容从无中创生出来，这是暴涨的又一好处。当宇宙像北极那样的一个单独点时，它
不包含有任何东西。然而，在我们可观测到的宇宙部分至少有十的八十次方颗粒子。所
有这些粒子从何而来呢？其答案是，相对论和量子力学允许物质从能量中以粒子反粒子
对的形式创生出来。那么能量又是从何而来以创生物质呢？其答案是，它是从宇宙的引
力能中借来的。宇宙亏欠了极大数量的负引力能的债务，它刚好和物质的正能量相平衡。
其结果便是凯恩斯经济学的胜利：一个充满物质的、充满活力的正在膨胀的宇宙。引力
能的债务只有在宇宙终结时才能偿付清。
    早期宇宙不能是完全均匀一致的，因为否则的话就会违反量子力学的不确定性原理。
相反的，必须存在对均匀密度的一些偏差。无边界设想意味着，这些密度差别是从它们
的基态开始，也就是说，它们是和不确定性原理相一致的尽可能的小。然而，这些差别
在暴涨时被放大了。在暴涨时期结束之后，留下的宇宙是一些地方比另一些地方膨胀得
稍快一些。在膨胀稍慢的区域，物质的引力吸引使膨胀进一步减慢。该区域最终会停止
膨胀，并且收缩形成星系和恒星。这样，无边界设想可以解释我们四周看到的所有复杂
结构。然而，它没有给宇宙作出单独的预言。相反地，它预言整整一族可能的历史，每
一个历史都具有自己的概率。也许可能有这样的历史，工党在上次英国竞选中取胜，虽
然这种概率很小。
    无边界设想对于上帝在宇宙事务中的作用含义极其深远。人们现在广泛接受，宇宙
按照定义很好的定律演化。这些定律可能是上帝钦定的，但是他似乎不去干涉宇宙去违
反这些定律。然而，直到不久以前，人们都认为这些定律不能适用于宇宙的开初。那就
要依赖上帝去旋紧发条，并让宇宙顺着他的意愿的方式去运行。这样，宇宙的现状是上
帝对初始条件选择的结果。
    然而，如果某种像无边界设想的东西是正确的话，则情况就会大大改观。在那种情
形下，物理定律甚至也适用于宇宙的开端，这样上帝就没有选取初始条件的自由。当然
他在选取宇宙要服从的定律上仍然具有自由。然而，这里并没有许多选择的余地。也许
只存在很少数目的定律，这些定律是自洽的，并能导致像我们自己这么复杂的生物的存
在，他能询问什么是上帝的性质。
    甚至即使只存在唯一的一族可能的定律，它也只不过是一族方程。究竟是什么东西
将生命之火赋予这些方程，使之产生一个受它们制约的宇宙呢？难道终极的统一理论是
如此之咄咄逼人，以至于其自身的实现成为不可避免？虽然科学能解决宇宙如何启始的
课题，它仍然无法回答这个问题：为何宇宙必须存在？我对此没有答案。
    ------------------
　　亦凡公益图书馆扫校</body></html>