柴子文

萬有霍金

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他曾很驕傲自己是在伽利略誕辰300週年出生,如今,他也會感到榮耀,在愛因斯坦誕辰的紀念日逝世。這一巧合的美好,剛好配得上霍金留給這個世界的貢獻。

將量子論與廣義相對論結合,霍金嘗試提出自己的萬有理論,由此徹底更新和顛覆創世論:「自發創造是為何宇宙存在、為何我們存在,以及為何萬事萬物存在而非空無一物的原因,完全不需要祈求上帝指引,啟動一切讓宇宙運轉。」

科學由大膽假說開始,以小心實證作為終點。但這一條科學決定論的路徑發生了嚴重危機,原子世界的新大陸催生的量子論,卻是以概率作為基礎,波粒二相性、測不準定理,人們無法以某種定理解釋實驗過程,卻依然得到準確的實驗結果。究竟發生了什麼?科學界一分為二。

經典物理學出身的霍金年輕時得到了證實黑洞存在的數學計算,卻無法止於服膺牛頓萬有引力的廣義相對論,因為由廣義相對論預測到的宇宙大爆炸,本身會連同所有經典算法在大爆炸那一刻失效。

夢想家霍金希望可以找到將廣義相對論和量子論合二為一、從而統一自然四種作用力的萬有定理。此後他轉入對量子論的理論探索,除了接受其基本實驗結論和理論假設,採取費曼的歷史總和論以及後來的超弦論。在漫長的探索和論證之後,他將有關思考寫成1988年出版《時間簡史》,最後在2010年出版的《大設計》中公布了霍金萬有定理。

在《大設計》中,霍金追根溯源,從古希臘對組成世界基本元素的認知一路到量子論的粒子特性,卻始終堅信科學決定論仍然是科學的基本特性,他採取的立場是提出「模型依賴現實主義」(Model-dependent realism),就生動比喻,如同一幅二維的平面世界地圖要呈現四維的地球實貌,只能以拼接方式完成。萬有理論只能依賴不同模式中的情景做出分別解釋,而承認其各自有效性。看起來是妥協,實質上是承認了自然的本來面目。

進而他接受量子論的超弦說,提出10的500次方個不同內空間都可能存在,每個都會導致不同的自然法則與不同的物理常數值,這也就意味著10的500次方平行宇宙的存在可能性。

而創世自發性的假說是霍金萬有論的基礎所在,潛心探索宇宙大爆炸悖論之後,最終他得出結論:

「像恆星或黑洞這樣的物體無法無中生有,不過,一整個宇宙可以無中生有。因為引力會扭曲時間和空間,讓時空局部穩定但整體不穩定。在整個宇宙的尺度上,物質的正能量與引力的負能量平衡,因此整個宇宙的創生並沒有限制。」

我並非霍金研究者,也非物理學專業,但他卻並不放棄我這樣的讀者,並且把科學普及作為極重要工作。對於奇妙物理和宇宙的認知需求,用平實、簡潔而有趣的文字,介紹科學史、一次又一次的科學革命,以及最前沿最困難的科學命題。最新一輯BBC的節目中,霍金還帶著觀眾一起探索人類殖民外太空的諸種可能。

普羅大眾的科學啟蒙,意義何在?

本體論和知識論的哲學思考,從古希臘年代開始一直與科學探索緊密相扣,科學家往往兼任著哲學家的角色。在進入現代之後,卻逐步脫節、甚至分道揚鑣。作為理論物理學家的霍金深知,知識的演進如何改變人類的觀念和生活世界,反過來人類的觀念對科學的突破又何等重要。

由三百年前地球中心說,到現在的宇宙大爆炸,人類知識和觀念發生了巨大的演化,同時深刻影響人的自識、社會和文明的演化,從宗教、政體、社會結構、教育,到醫學、健康、身份和日常生活。

而在廣播電視網絡的年代,知識的傳播不能再躲在象牙塔,依賴少數精英、少數天才,這不僅是因為傳播的效率,更重要是因為知識的性質已徹底改變了,科學史的發展正處於另一個軸心時代之中。

我們如今身處的科學大爆炸的年代,牛頓力學的經典科學在20世紀頭三十年被徹底顛覆,從極微觀世界的量子論、粒子科學,到極大尺度的廣義相對論、黑洞、宇宙背景輻射、大爆炸理論等等一系列宇宙學突破,再到進化論在得到基因測序工具之後的迅猛發展,更不用說基於量子論的半導體發展的通信科技發展,電腦、互聯網、量子通信、區塊鏈、量子計算機、人工智能等等。一方面,科學家應接不暇,忙於應對技術的突破,卻荒於做出思想整理的工作,這大大削弱知識普及、觀念革新。

另一方面,不確定性原理、概率論已改寫了真理觀,重估了理性。人文、思想、藝術等領域發展遠遠不像科學領域蓬勃、充滿了活力和希望。相反,從現代主義到後現代主義,期間立體主義、印象主義、自然主義、經驗主義、實證主義等等,這些人文領域的思想範式轉移,長期以來都以一種西方理性主義沒落的末世心態和失敗主義,去迎接一波又一波的新浪潮。這其實不利於文明的革新和演進,卻給退化帶來更多機會。

思想範式的轉換,基於人類命運的一些基本母題:我們從何處來、到何處去?為什麼我們存在、為什麼宇宙是這樣的?這些大哉問不可能從實驗室中取得,卻依賴於科學假說和實證的背書,否則只能流於空想,以致於神祕論和迷信。

因此,相對於霍金在理論物理上做出的傑出貢獻,他把深奧枯澀的物理知識,寫成通俗易懂又傳遞前沿科學難題的《時間簡史》大賣1000萬冊,我認為是更大的貢獻。他告訴我們:人類的未來,不止一種可能,而每個人猶如每顆粒子或每個平行宇宙一般,都是有份其中的,命運是自發自足、相互關聯、難以預測的,但最終也掌握在每個人自己手中。

隨著霍金的逝去,我們應該期待霍金的萬有理論最終能被科學證實,同時,更多科學家願意擔起新科學啟蒙的大任,更多的普羅大眾願意接受科學的重新啟蒙。#

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