在人生的最后20年，霍金提出了一种全新的自上而下宇宙观，对宇宙的诞生提供了一个惊人的新视角，它将深刻地改变我们对人类在宇宙中的位置的看法。霍金的弟子兼同事托马斯·赫托格，根据霍金遗愿著成《时间起源》。

11月1日晚，在新京报书评周刊·文化客厅第168场活动中，书评君联合中信出版集团邀请到世界著名宇宙学家托马斯·赫托格，北京大学物理学院教授吴飙与华中科技大学物理学院天文学系副教授、也是《时间起源》一书的译者邱涛涛一起，沿着霍金的思考，共同讨论并寻找了人类存在的意义和方向。

本文为对谈整理，内容有删改。

《时间起源》，[比利时] 托马斯·赫托格 著；2023年10月；中信出版集团。

用自上而下的视角思考宇宙起源

1998年，托马斯·赫托格从比利时来到剑桥，遇见了史蒂芬·霍金。赫托格当时还是一名学生，和霍金交谈后，赫托格意识到，霍金是其中一位极其少见的科学家，他对宇宙学、宇宙大爆炸和我们来自哪里等问题非常感兴趣。于是赫托格在剑桥跟随霍金开始了自己的博士学位研究，这种合作持续了20年，期间，霍金和赫托格开发出了一个关于宇宙早期阶段全新的思考方式。

托马斯·赫托格与霍金。

在早期合作时，赫托格就曾与霍金讨论过，我们的宇宙有些非常奇怪的地方。这种奇怪之处在于，我们生活在的宇宙是在物理学的较低层面上，它的物理学定律是非常亲生物的。物理定律的精确性、我们所拥有的粒子的种类、我们所拥有的力的种类、宇宙的组成方式、它扩张的方式等等，这些宇宙物理学的要素都是生命的诞生所必须的。这是霍金在20世纪90年代晚期感兴趣的深刻谜题，即宇宙大爆炸宇宙学。

宇宙暴胀的想法是一个非常成功的模型，它解释了很多观测数据，但它依赖于非常特殊的初始条件，也就是宇宙从大爆炸中诞生的方式。没有数学规则能够精确地解释为什么一个亲生物的宇宙会从这些炽热的早期条件中诞生，那是一个精彩的谜题。霍金对此非常感兴趣，他的想法是，如果我们了解宇宙的亲生物本质，我们就能更好地理解宇宙大爆炸，我们也会更好地理解我们的存在如何适应宏观宇宙结构。

传统的物理学认为，我们将找到一个理论、一个模型，来解释为什么宇宙大爆炸是如此特殊，然后宇宙就这样向前进化。而赫托格和霍金合作的20年中所发展的理论却非常不同，它是自上而下的，它有一个回顾性的元素。它没有提供一个关于为什么宇宙是这样的优先解释，但它提供给你更多类似达尔文式的解释，这意味着我们将环顾四周，从我们周围的力和粒子出发，并在假设单一起源的前提下重构它的历史。将书名确定为《时间起源》，是因为它是查尔斯·达尔文《物种起源》的变体，在某种程度上引入了这种随机元素，放弃了以前的决定论解释，允许演化的随机性，后者在生物学中是人所熟知的。这种随机性从何而来？本质上来说，是来自于量子力学。量子力学存在内禀的随机元素，这是理所当然的。

赫托格总结表示，宇宙在早期演化中固有的这种随机元素，强迫我们进入一个回顾性视角。我们可以用一种被霍金称为自上而下的方式来看宇宙——这也是达尔文在生物学中所做的。达尔文寻找化石，并重建生命之树。赫托格和霍金也在四处寻找以物理学定律的形式存在的“化石”，并在这个早期的阶段重构出物理定律之树如何诞生。

对“无边界”理论的再解释

对谈中，邱涛涛表示，霍金提出的无边界假说中说，在最一开始时，时间转变成了空间，因此时间的维度被转换为空间的维度，从而避免了奇点。这在赫托格和霍金看来，如果我们回到宇宙大爆炸的时候，这个非常早期的阶段是宇宙的某种深度演化。

赫托格认同了邱涛涛的观点，他表示，不同的物理规律逐渐融合、简化，最终将彻底简化，时间和空间之间的区别也会消失。而如果这种区别消失，那么进化的概念、历史的概念和因果关系的概念也会消失，某种意义上我们就终结了过去，这在广义相对论中是不允许的。

广义相对论是个经典引力理论，在其中时间和空间有着天然的差别。霍金在上世纪八十年代意识到，没有时间维度和空间维度之间的区别的几何形状捕捉并包含了量子引力特性，这些特性在宇宙大爆炸时变得重要。

赫托格在书中提出理论的一个方面，是对“无边界”理论的再解释，即没有时间和空间区别的想法，不是像霍金在上世纪八十年代在他的书中所说的那样，将其解释成一个创生，而是更像是我们回到过去时的一个终结。时间空间颠倒的想法，是一种非常视觉化的思考宇宙大爆炸的方式。

“霍金是怎么想到的？他因为（生病）不能再手写方程式，于是他开发了一种‘视觉思维’，这催生了‘无边界’方案。”赫托格认为，《时间起源》一书的意义正在于霍金最初的想法是可以使用“无边界”理论，基于超验的物理定律来描述宇宙的创生。但是在《时间起源》中，新的解释更像是将时间回溯，使物理学定律最终消失。因此，在某种程度上，这是一个更激进的无边界思想的解释，也就是在大爆炸开始时，一路到最开始。它不仅仅是时间起源，时间维度也随之消失，它也是物理学的起源。

赫托格表示，这正是我们提出的所谓达尔文式思想的更深层次的症结——不管怎样演化，达尔文主义更深层次的思想是，在生物学中的所有法则或演化出的规律，没有先验的真理。这是非常新颖的，这与我们通常对物理学定律的看法非常不同。

对于宇宙而言谁是观测者？

吴飙虽然从事的是凝聚态物理学研究，但他是一个理论物理学者，他所有关于宇宙学的知识都来自科普图书。在吴飙看来，赫托格的《时间起源》中自上而下的宇宙学理论非常具有启发性。但与此同时，他也有许多疑问：既然随机性来自于量子力学，为这个宇宙提供这种达尔文式的演化，那么，谁又是观测者呢？按照量子力学的解释，当有观测者时，随机性才会出现。在没有观测或测量的情况下，量子状态只会幺正演化。对于宇宙而言，在宇宙外面没有任何观察者。这种情况下，宇宙是如何变得随机的呢？

赫托格表示，量子理论的随机性确实是通过观察行为展现出来的。在观测电子之前，电子具有波函数，但它没有确切的位置。只有在问它在哪里的时候，才得出一个随机的位置。这个理论也一样。在这个理论中，对于一个量子宇宙来说，如果不考虑观测行为，它不会有一个有形的、具体的早期历史。但是我们认为在这个早期宇宙中没有观察者，但实际上存在观察者。

量子理论中，观测行为并不需要涉及到一个人类观察者。事实上，即使一个单一的光子，也可以进行观察行为。早期宇宙中主要是各种场之间的相互作用，以此进行一系列观测。这个早期宇宙不断地通过场与粒子的相互作用自我观察，它通过各种相变，建造出一系列逐渐精细或多样的力和粒子。

吴飙的另一个疑问和生物学演化有关，生物学演化有一个背景——地球，也就是环境，这支撑了生物学演化背后的基本物理和化学法则。通常而言，如果物理定律发生了演化，它必须是根据某些东西发生演化。那么，我们在谈论宇宙的演化或物理定律的演化时，还有其他的背景吗？

对此，赫托格说，也许有一个更大的定律集，仍然支配着整个宇宙，如果使用生物学类比，也许有某种规律支配着所有可能行星上的所有可能的生命树。在生物学中，也许存在这样的事情，但这不是相关的。其他行星上可能会有生命，但这不会纳入达尔文对这个星球上的生命的研究中。

为什么这样说呢？赫托格认为，这正是因为达尔文采取的是内部视角，从我们对生命树的观察入手，重构了树形结构，“他不试图提前预测它。但在物理学中，我们自打一开始就搜索不可变、固定、高于一切的定律作为先验原则，犹豫了很长时间才采纳达尔文的观点。多元宇宙是一个例子，多元宇宙将受到支配整体、所有可能的宇宙的元定律的支配。而我们的宇宙只是某种本地事物。”

赫托格进一步表示，多元宇宙会导致悖论。当涉及到预测我们应该观察到什么时，它会导致歧义。因此这是赫托格和霍金理论的核心。他们试图从宇宙中的观察者的角度，从内而外重建宇宙学。而令人惊讶的是，其中最深刻的含义是我们面临着一些对物理定律的进化观点，使我们不得不放弃物理定律是最终基础的想法。这虽然是一个假说，在某种程度上说，我们的理论与19世纪的达尔文是类似状况——没有多少化石，来证明测试或假说，“但这是一个解决与悖论相联系的歧义的假设。”

为什么宇宙适宜人类存在？

赫托格指出，对科学界来说，这个自上而下的理论已经发展了20年，是一个演变的过程。《时间起源》中很重视对全息学等新思想的广泛使用，这是让量子理论和引力理论相结合的新方法，非常符合书中描绘的更广泛的达尔文主义图景。回归到普通读者的层面，这本书的角度略有不同，这种新的达尔文主义宇宙学视角可能更有趣，“我们思考生物学和其他物理定律的这种方式之间的联系，是对本体论的某种调整。在欧洲及其他西方世界，这显然是非常新的，这与我们以前自牛顿时期起的谈论物理的方式迥异。这也可能提供了一个有趣的历史视角。”

与《时间简史》相比，《时间起源》包含了更多的新思想。赫托格表示，写这本书的根源在于，霍金自己改变了想法，而这是一个演变的过程。首先，霍金意识到多元宇宙的悖论是非常棘手的。然后，他意识到《时间简史》中有些问题是需要修正的，但是修正它需要多年的时间。赫托格说，霍金在生命的最后阶段，曾告诉自己， “我们确实需要出一本新书”。因此，在霍金去世前不久，他请赫托格写这本书，因为他已无法交流，“在这本书中，我试图将读者带入我和霍金这20年的研究过程，我试图写成一个探案故事的形式，因为我们大部分时间都很困惑——科学就是这样。”

那么，为什么宇宙适宜人类存在？

赫托格表示，爱因斯坦和早期霍金的第一个解释，是存在一个万物理论，它将解释宇宙应该是什么样子的。有一些设计，它被编码在宇宙的基本数学计划中。但这种解释并没有奏效。

第二种解释，就是多元宇宙理论。这在上世纪九十年代非常流行，直到现在在电影圈也很流行。在多元宇宙中，大爆炸只是众多大爆炸之一。如果有很多宇宙，其中大部分想必都是无生命的，偶尔会找到一个好的，我们应该在那里能发现我们自己。问题在于，多元宇宙理论不是一个可测试的理论，它不会产生明确的预测，以确定我们应该观察到什么。问题也不在于我们不能去另一个宇宙去验证它——我们当然不可以，问题在于我们甚至无法明确预测我们在这个宇宙中应该观察到什么，因为该理论并没有告诉我们人类在哪一个宇宙中。霍金是最早认识到多元宇宙中这种内在的模糊性指向一个根本性错误的宇宙学家之一。这也是他们发展量子宇宙学的开端。

而在《时间起源》中，二人提供了第三种解释，这是一种基于进化的解释，非常像达尔文，它说，“看！它本来可以变得不同”。物理定律、宇宙，可能本可以变得不具亲生物性，但我们的理论是从观察开始逆向工作，我们构建了进化这个随机的变异元素，就像达尔文一样。其他的历史、其他的宇宙，并没有进到这个预测宇宙的框架，就像另一个星球上的生命不会进入我们这个使用达尔文理论的地球一样。赫托格认为，他们的解释处于数学必然性的旧解释与多元宇宙的完全随机性之间。二者之间完美的分界线，即是这场设计本质上的进化论观点。

多元宇宙迷失在量子的不确定中

我们的宇宙中，真的有外星人吗？

面对这一疑问，赫托格表示，这一理论并不意味着多元宇宙完全消失了，而是其他宇宙在预测这个宇宙方式中不起关键作用。在旧的多元宇宙理论中，人们会以上帝的视角看待整个宇宙系综，并问自己在哪里？然后陷入迷潭。而在这种新的思考方式中，我们把自己放在波函数中，并向后重构一个具体的现实。

那么，所有的宇宙在哪里？不是消失了，而是迷失在这个波函数的不确定性中了。量子力学具有这种非常有趣的特性，它既是一个关于我们能够知道什么的理论，也是一个关于我们无法知道什么的理论，原因就在于它的不确定性。赫托格意识到，我们谈论宇宙大爆炸和多元宇宙的本质的时候，我们无法知道的部分正在脱颖而出，这一部分处在相对中间的位置，“我并不是说多元宇宙不存在，我想我是在说我们不能具体说明、也不能确定它的存在，这更像是一种不确定性的领域，而非某种实际存在、具有许多不同宇宙——比如你所在的，包含地球的那个宇宙大空间。我们讨论的另一个问题是‘是否有更本质的背景，是否应该接受存在某种有界性’，由于我们只是宇宙的一部分并且有相应的局限性，这是一个非常有趣的讨论。”从这个角度而言，赫托格认为，多元宇宙不是消失了，而是迷失在了量子不确定性中。

《时间起源》和《时间简史》最大的区别，就是《时间起源》中的宇宙学是一种自上而下的宇宙学，意味着我们应该从现有的观察结果开始向回追溯到初始时间。在邱涛涛看来，这不仅仅是宇宙学中的观点，还可以作为一种重要的哲学思想。

赫托格对此表示，比较传统的生物学和物理学会发现科学框架是不同的。在生物学中，我们接受了进化的想法、衍生的想法，所有生物学定律（包括精神层面的），都是衍生出来的规律。而在物理学中，我们总是在寻找先验的、不变的、超越性的、客观的规律。对这两者差别的讨论就是《时间起源》的重要哲学含义。如果我们的假设是正确的，那就没有这个差别，因为所有事物都是衍生的，甚至是物理学的基本层。这也是物理学中一个活跃的研究领域，和凝聚态物理学发展的一些方面有关，这就是所谓的全息学。

全息学是一种新的引力物理学研究方式，在这里，时空、时间演化、引力是从量子信息的纠缠这一观念衍生而来的。粗略地说，将来可能的趋势是，我们将物理学从基于物质、力和时空的科学转变为基于信息的科学。这种新的视角有其局限性，因为如果物理学最终是基于信息的，那么如果你将其应用于宇宙学，而我们作为宇宙中的观察者，信息本来就是有限的，所以由此产生的任何演化、任何规律，都会携带这种有限性，导致从全息学的角度来看大爆炸宇宙学的时候，当你回到过去时，你的比特数会耗尽、信息会耗尽，就好像物理学规律无法再带你走得更远，“这也是为什么我认为在我们的新理论中，多元宇宙会迷失在不确定性中。当然，这些只是书中结尾部分的猜测，但我认为这是正在发生的图景中的一小部分情况。哲学家们应该会有兴趣给出答案。”

邱涛涛的研究有关于早期宇宙的宇宙学理论部分，他的研究和兴趣之一是基于霍金的奇点理论的。邱涛涛表示，我们知道我们的宇宙具有初始奇点，因此，我们致力于构建一些反弹宇宙学的宇宙模型，以避免奇点的出现。

对早期宇宙进行测量或观察非常困难，因为我们的观测数据非常少。但是人们可以进行一些对现在宇宙的观测，例如通过对超新星、大尺度结构以及一些其他观测来测量早期宇宙，但这些观测通常都是间接观测。如果利用这个观点，邱涛涛认为，会有另一种不是通过这种间接方式的观察早期宇宙的方法，而是通过一些对偶性。如果早期时间和晚期时间之间存在某种对偶关系，那么我们使用晚期观测，我们可以利用这种对偶关系观察到早期宇宙，而不是通过间接方法。

霍金是物理学中的探险家

“当他告诉我《时间简史》错了的时候，一开始我不明白他为什么要这么说。”

在与霍金共事的二十年中，因为霍金采用了一种非常特殊的交流方式，这导致了许多误会的出现。赫托格举例说，霍金有时会出错，比如说如果他忘记说“不”，这会使得这个句子的意思完全不同，“在他犯错时，我一下子就会感到困惑，但除了言语交流之外，它真的带来了一种我们之间的亲密感。”

为了理解霍金，赫托格不得不使用一种混合的方式，“即你说的话、你知道他在想什么，以及你之前与他交流的方式、他的面部表情。我非常清楚我们人类在沟通时使用各种技巧。单词只是其中的一部分，通常是占主导地位的部分，但和霍金交流时，单词往往不是决定性的部分，其他所有部分更重要。因此，当我们逐渐发展我们的合作关系时，在某种意义上，我们变得非常亲近。非常特别。”

适应这样的交流方式是一个渐进的过程，赫托格说，一方面，自己逐渐适应了这样的状态，越来越了解他。但同时，霍金能够通过他的电脑沟通的速度正在下降，这是逐渐发生的。在早期，20世纪90年代后期，霍金使用某种鼠标在计算机屏幕上查找他想要的单词，因此，早期他善于用文字向自己解释很多事情。但从2005年、2006年开始，它（他的语言）变得非常缓慢，“幸运的是，我已经变得更了解他了，所以我们的交流可以继续。最后，（沟通）变得非常困难。我必须非常非常专注，提取信息并使用各种技巧。当然，那时我基本上知道他会说什么。”

赫托格在《时间起源》中将霍金称为是自己所认识的最自由的人，赫托格对此解释说，这种自由是心智上的自由，“（在他那儿）不存在什么教义，没有什么问题你不能向史蒂芬提出的，比如说‘物理学的规律同样包含初始条件’这样的想法。所以，他是物理学中的探险家。”

一个物理学家应该具备什么素质呢？

面对这一问题，赫托格认为，一方面需要对所在领域最基本问题的深刻的直觉和感觉，另一方面还需要足够广泛的工具和技术来解决这些问题，“在我看来，这种工具和技术与直觉的火花相结合，才能在物理学中占据黄金位置，从而使物理学变得如此特别。”

吴飙的观点是，不要害怕犯错误，“提出十个错误观点，也比没有想法要好得多。如果你想从事物理学研究，你不得不这样做。别害怕犯错。”从这个角度而言，赫托格认为，也许物理学几乎是一种生活方式，“乐于提问，乐于探究为什么，去质疑，我认为这是物理学最深层的快乐。”

而在邱涛涛看来，好奇心是必需的。没有人愿意去做他不感兴趣的事情，也不会做得好。但只有兴趣是不够的，所以也要有意志力去继续，“做物理学有一定难度，需要有非常强的意志力，以克服困难。如吴教授所说的，不要害怕犯错，我认为这也非常重要。”

赫托格表示，在职业研究生涯，保持好奇心，持续受到自然和我们周围的宇宙所刺激，这是无与伦比的乐趣，“很难想象有什么比这更丰富、更激动人心的了。我们可以做自己喜欢的事情，享受这个过程，深入探索，然后时不时地发现一些真正新奇的、以前没有想过的想法。发现某些东西的感觉是非常奇怪的，非常特别。当然，这永远不是最终步骤。这在霍金身上总是发生的，一旦我们发现了一些东西，他就会立刻向前跳跃。就好像你的人生忽然变成了一本侦探小说。这真的非常有趣。”

整理/何安安

编辑/Lynn

校对/柳宝庆

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