大設計

著名科學家斯蒂芬·霍金在他的新書《大設計(The Grand Design)》里說，宇宙不是上帝創造的。霍金教授認為支持宇宙大爆炸理論的物理學定律向傳統宗教信仰發起了挑戰。霍金在這本新書里說：“由於存在萬有引力等定律，因此宇宙能夠，而且將是從無到有自己創造了自己。自然發生說(spontaneous generation)是有物而非無物存在的原因，它是宇宙和人類存在的原因。沒必要藉助上帝引燃藍色導火線，讓宇宙誕生。”這本書在2010年9月9日出版，聯合作者是美國物理學家列納德·蒙洛迪羅。該書旨在反駁艾薩克·牛頓爵士的信仰：宇宙應該是由上帝創造的，它不會誕生於混沌世界。

霍金列舉了1992年發現一顆行星圍繞另一顆恆星運行，而不是我們的太陽。他說：“它與我們的行星情況一樣——單一太陽、地球-太陽距離和太陽質量的幸運組合，它並非與眾不同，也不能證明地球是為了取悅人類而精心設計的。（”霍金以前顯然接受了上帝創造宇宙的說法，他在1988年的書《時間簡史》里寫道：“要是我們發現了一個完整的理論，它就將是人類理性的最終勝利——那時我們應該清楚上帝的想法。”）這是許多記者對霍金的誤解，霍金所比喻的上帝是“斯賓諾莎的上帝”，非人格化，也代表著宇宙至理，霍金是一位無神論者（詳見：飛越無限——和霍金在一起的日子 簡霍金 著），從《時間簡史》中還隱藏著無邊界設想，而且當時他還不知道其它行星和整個新宇宙，即所謂的“多元宇宙”是否存在生命。

物理學上所說的M-理論，它是弦理論的一種形式，它可能是解釋已知宇宙里的一切問題的“聖杯”。長期以來，物理學家一直在尋找一種可以把量子論（亞原子級別的物質）與萬有引力定律（解釋物質如何互動）統一起來的普遍理論。霍金說：“M-理論是愛因斯坦希望找到的統一理論。事實上我們人類能離了解掌控我們和我們的宇宙的定律如此近，已經是個巨大勝利。”

2010年，霍金一直對許多問題直言不諱。他在4月的紀錄片里說，假設宇宙的其他地方存在智能生命是“完全合乎常理的”。他在一系列聲明中表示，他設想的“大船”可能會給地球帶來威脅，這些船可能正在設法移民地球，掠奪我們的資源。霍金說：“我們只要看看自己，即知道智能生命是如何發展到我們不希望看到的地步了。我設想他們現在就乘坐著一艘艘的大船，已經耗盡了他們星球上的所有資源。他們可能已經成為了游牧民族，伺機征服並殖民他們能夠抵達的任何星球。”因此霍金下結論說，試圖與外星人接觸似乎有點太冒險了。

他說：“如果外星人真的有朝一日到訪地球的話，我想結果和哥倫布到達美洲大陸時的情景差不多，那對美洲的土著居民來說可不是什麼好事。”霍金曾發出警告說，除非人類能在2個世紀內移居太空，否則將會從宇宙中永遠消失。他表示，我們長期倖存下來的唯一機會就是離開地球，移民到更加遙遠的行星上。他在接受大思想(Big Think)網站的採訪時說，他是一個樂觀派，但是未來幾百年還不清楚人類是否能夠倖存下來。霍金華人弟子評霍金新作《大設計》：哲學已死，極端物質化的當今世界是否比以前更進步，還是很可疑的事。人們必須做形而上學的追求，才能脫離動物界的生存狀態。這就是為什麼世代有識之士追求存在、生命和宇宙的意義。

解決這些命題本來應該是哲學家的任務，可惜科學的高度發展使得哲學無法跟上。霍金在新著《大設計》的開篇中說到“哲學已死”就是這個意思。可以斷定，當今世界已經出現不了康德、彭加萊和羅素這樣的人物了。

《大設計》是霍金在《時間簡史》之後的最重要的著作，它凝結了霍金20多年來對科學和哲學的思考成果，它是在蒙洛迪諾的技術協助下完稿付梓的。

幾千年的文明進程使人們逐步意識到，世間萬物的演化是遵循定律而非以人格化的神的意志為轉移和運行的。

拉普拉斯首先提出了決定論。霍金接受世界決定論的觀點，他進一步說，由於“具有意識的肉體牽涉到極大量的自由度”，所以只能用有效理論——心理學來處理。在心理學這種有效理論中就可以鑲嵌進自由意志。這是極其寶貴的。

近現代科學家們多相信存在獨立於觀察者的實在，而自然定律只不過是它的數學反映。然而，現代科學的發展卻強烈地撼動了這種舊實在論。

霍金認為，判斷一種場景是否實在，只在於其間是否有一套完備的自洽的邏輯或定律通行無阻。世界圖像是一個模型或理論以及一系列將其元素和觀測相連接的規則。霍金將它稱為依賴模型的實在性。

這和柏拉圖以來的許多哲學家所堅持的舊實在論不同。舊實在論體現在經典科學的圖像是存在一個與觀察者無關的外部世界。現代物理學，尤其是量子論擊碎了舊實在論。

20世紀40年代，費恩曼提出了量子論的歷史求和表述。在這個基礎上，約翰·惠勒提出了“延遲選擇”的理想實驗。對於宇宙而言，它的過去具有所有可能的歷史，每個歷史都被賦予各自的概率，對現時宇宙狀態的觀測影響它的過去歷史。這種分析甚至指出從大爆炸如何引出我們感知的自然定律。這一點對於宇宙學具有關鍵的意義。

從人類意識到宇宙萬物被定律制約，直到今日對萬物理論的發展，它是一部理性逐步戰勝蒙昧的迄今還在繼續的史詩。

1965年，宇宙微波背景輻射的發現使大爆炸模型被普遍接受。在大爆炸宇宙場景之先有一個暴脹的過程，它可以解釋大爆炸宇宙學中的視界、平性和磁單極子以及宇宙結構的起源問題。所有這些都迴避不了宇宙學最根本的問題——宇宙的創生。

20世紀80年代，霍金等人提出的無中生有的場景是一個徹底解決宇宙創生問題的最滿意方式。那時，理論物理學界認為四維時空中只有一族定律。所以，無邊界量子宇宙學不僅是自洽的，還是自足的，單憑物理定律即能預言宇宙中的一切。這一點對於宗教的含意非常深遠，上帝在這個場景中已無立足之處。這個觀點在《時間簡史》中早已表達得很清楚。在《大設計》出版前夕，路透社記者和中外無數媒體仍然聳人聽聞地說，“他改變了對上帝的看法。”與其如此，不如說，這些人從來沒看懂過《時間簡史》。

物理學研究方法通常是從第一原理出發，對某些模型進行研究，進而與觀測相比較。但從20世紀中開始，人們發現，在天體物理和宇宙學中，往往還可由觀察者存在這個條件出發而得出許多結論。這個原則被稱作人存原理。例如，關於我們觀察到的時空為何是四維，從人存原理早已得知。從量子宇宙學首次推出我們生活其中的時空為四維是晚近的事。在無邊界的超引力宇宙學中，可證明外時空必須是四維的，而內空間為七維的。

人存原理和第一原理似乎處於理論物理的兩極，為什麼從兩者能得出同樣的結論呢？

如果我們得知宇宙某一時刻的內外空間的一切信息，則量子宇宙學中的無邊界設想的原型仍然適用。然而，人們在現實中只能掌握到外空間的信息，所以對無邊界宇宙的場景要做相應的改變。在給定的外空間的狀態下，由於內空間的大量可能性，此前宇宙的與無邊界設想相符的歷史就有許許多多。我們要尋找其中概率最大的那個歷史。這個歷史同時確定了內空間的“捲縮”方式，並由此導出四維時空的表觀定律和初始條件。這種新手段被稱為“從頂到底”的方法。這種方法的含義是，我們的觀察創造歷史，而非歷史創造我們。因和果的差異在這裡居然消失了。由此也可看出為何從人存原理和第一原理可以得出相同的結論。

無邊界量子宇宙學已經把造物主或上帝從宇宙創生的場景中祛除，而這新方法在某種意義上又將我們推上萬物之靈的寶座。

從M理論迄今作為終極理論的唯一合格候選者到宇宙的存在和創生，人類已經如此清晰地理解宇宙和我們的存在，這真正是理性的勝利。事實上，任何文化創造，無論是藝術的還是科學的，恐怕都不及理解我們自身存在這個命題偉大。

顯然，《大設計》是一部具有求知慾和好奇心的青年人必讀之書。

（譯者系著名物理學家霍金的華人學生。霍金的《時間簡史：從大爆炸到黑洞》、《果殼中的宇宙》等作品的中文譯者，現任浙江工業大學教授。）

斯蒂芬·威廉·霍金任劍橋大學盧卡斯數學教授達30年之久，接受過許多獎項和榮譽，包括最近的總統自由獎章。他為大眾撰寫了經典的《時間簡史》、《霍金講演錄》、《果殼中的宇宙》以及《時間簡史（普及版）》等。他住在英國劍橋。列納德·蒙洛迪諾是加州理工學院的物理學家和暢銷書《醉漢的腳步》、《歐幾里得的窗口》和《費恩曼的彩虹》的作者。他還為《星際迷航：下一代》撰寫劇本。他住在加州帕薩迪納，霍金是一位無神論者（詳見：飛越無限——和霍金在一起的日子簡霍金著）。

吳忠超（1946年－），福州人。現任浙江工業大學教授，著名物理學家霍金的華人學生。

霍金科普著作的中譯本，幾乎都是由吳忠超翻譯的，包括《時間簡史》、《時間簡史普及版》、《果殼中的宇宙》和《大設計》等。

★ 網站上最為暢銷的書籍之一，2010年8月出版以來，已經連續8周以上名列排行總榜第一名，目前仍然在榜上前10名內。

★ 世界偉大的思想家之一近10年間的首部巨著，一部對生命的終極詰問最新答案的卓越簡明篇章。

★ 作者斯蒂芬·霍金曾任劍橋大學盧卡斯數學教授長達三十年，獲獎無數，享譽全球。他的著作包括被視作科普經典的《時間簡史》。本書被媒體譽為霍金近十年來出版的最佳作品，比其他普通作品更能激起讀者對科學的熱愛、對科學的探究。本書中的許多觀點，已經在媒體上廣為傳播。

★ 本書是一本行文簡潔、觀點驚人、圖文並茂的宇宙探索指南，將改變我們對於宇宙的理解，並威脅到我們視若珍寶的信仰體系。這將是史無前例的的驚世巨作。

宇宙何時並如何起始？我們為何在此？為何是有非無？何為實在本性？為何自然定律被這麼精細地調諧至讓我們這樣的生命存在？以及最後，我們宇宙的表觀“大設計”能否證實使事物運行的仁慈的造物主？科學能否提供另一種解釋？有關宇宙起源以及生命本身的最基本的問題，曾經為哲學的範圍，現在佔據著科學家、哲學家和神學家相遇但卻自說自話的領地。在霍金和蒙洛迪諾的新書中，他們以精彩簡樸的非專業語言表述有關宇宙奧秘的最新的科學思考。他們在《大設計》中解釋，根據量子論，宇宙不僅具有單獨的存在或歷史，而且同時存在每種可能的歷史。把這種思想應用於宇宙整體，就對因果概念本身提出疑問。然而，霍金和蒙洛迪諾描述的“從頂到底”的宇宙學方法會說，過去沒有採取確定的形式這一事實意味著，我們因觀察歷史而創造歷史，而非歷史創造我們。作者進一步解釋，我們自身是宇宙極早期的量子漲落的產物，並且展現量子論如何預言“多宇宙”——該思想是說，我們的宇宙只不過是自發地從無中出現的許多宇宙中的一個，每個宇宙具有不同的自然定律。霍金和蒙洛迪諾在這過程中詰問實在的傳統概念，提出“依賴模型”的實在論，這是我們能夠希望找到的最佳答案。他們以對M理論的精彩評價來結束全書，M理論解釋了制約我們和我們宇宙的定律，它還是完備的“萬物理論”的目前可行的僅有候選者。他們寫道，如果被證實的話，它將是愛因斯坦尋求的統一理論，也是人類理性的終極勝利。這是一部簡潔的驚人的附有大量插圖的指南，導向正在改變我們的宇宙觀並危及我們最神聖的信仰系統的一些發現。沒有任何一本書像《大設計》這樣信息豐富，這樣刺激。

霍金在新書 《The Grand Design》（《大設計》）里使用物理學的一些最新進展，比如M理論，和他本人在量子引力方面的研究成果作為論據，對這些大問題給了一個相當說得過去的答案。然而在專業的物理學家看來，這個論證很不嚴謹。書中用到的很多物理理論，比如說超引力，在數學上並不嚴格，更不用說M理論還遠遠沒有得到實驗證實。霍金幾乎是等於宣稱物理學家一直追求的“統一理論”已經成型，大問題的答案已經有了，可是很多物理學家不會同意他的看法，比如中科院理論物理研究所的李淼老師就不買賬。

不過霍金也解釋了為什麼M理論是最佳選擇。首先，如果你的宇宙是一個連續系統，它的物理定律不隨時間改變，那麼其中必定能量守恆。其次，這個守恆的總能量必須等於0。這是因為如果能量大於0，宇宙就無法被憑空創造出來；而如果能量小於0，它就可以在真空中的任何地方出現。更進一步，既然宇宙的總能量為0，而在其中製造星球需要正的能量，那麼它就必須包含引力，因為引力提供負能量。最後，這個引力必須用超引力理論來描述才能消除無窮大項，而M理論正是超引力的最一般理論。

《大設計》是霍金在其《時間簡史》之後最重要的著作。這本書的主題是理解生命、萬物和宇宙的存在。它凝結了作者自《時間簡史》出版之後20多年間，對科學和哲學的探索成果，以及對這些學科的未來展望。這本書是蒙洛迪諾協助完成的。

由於近現代科學尤其是量子論的發展，哲學界已不可能跟得上科學的腳步。當今不存在像康德、龐加萊和羅素這樣的人物。近30年前霍金提出了量子宇宙學的無中生有的場景，其後有識之士一直追問，為何是有非無？宇宙何以存在？我們何以存在？

人類花費了幾千年才從神話的朦朧走向理性的澄明。智慧生命逐漸意識到，宇宙整體及其萬物是由規律制約的。這種決定論的觀點似乎使自由意志無容身之處。幸虧對於極為複雜的系統，人們可以也必須採用有效模型。比如，心理學就是對於人體的有效模型，而自由意志可被鑲嵌其中，從此詩意棲居世間，情感撫慰人心，藝術之花綻放。

霍金認為實在不過是一套自洽的和觀測對應的圖景、模型或者理論。霍金將其稱為依賴模型的實在論。如果兩種圖景滿足同樣的條件，你就不能講哪種更實在些，你覺得哪種更方便就用哪種。如果沒有一種理論滿足這些條件，那麼宇宙就消失了。自在之物在這裡是多餘的。這種新觀點使科學和哲學中的許多長期爭論的問題成為偽問題。

宇宙和萬物的演化不只經歷一個歷史，它們經歷所有可能的歷史。費恩曼的量子論的歷史求和表述與依賴模型的實在論相協調，而與舊實在論相抵觸。量子論只有在經典的近似範圍才和舊實在論協調。惠勒把這些觀點應用於宇宙尺度，於是因果的差異就消失了。過去和將來一樣不是已被確定的。

人類從蒙昧走向文明是一部偉大的史詩：牛頓的經典力學，法拉第和麥克斯韋的電磁學，愛因斯坦的相對論、量子論、弱電理論、色動力學、大模型、無邊界設想、超引力、超弦，直至迄今唯一的終極理論候選者——M理論。M理論中的時空是十一維的，當其中七維蜷縮成內空間后，留下各種四維時空及其表觀定律。

M理論可以在無邊界宇宙的框架中預言眾多不同的宇宙及其表觀定律，但只有極少數適合我們的存在。在觀察者存在的條件下，尋求最大概率的無邊界解便得到我們宇宙的歷史。觀察者作為某種意義上的萬物之靈參與創造了不僅將來的而且過去的歷史。

正是因為這樣，由我們的存在條件導出的結論和從表觀定律導出的相一致。宇宙似乎特別寵愛觀察者。這激起了斯賓諾莎、愛因斯坦和千千萬萬探索者的宇宙宗教情感。

宇宙中的凝聚物的能量被引力勢能平衡，所以宇宙的總能量為零，由此萬物不能無中生有，而宇宙卻能。真正的太初黑洞必須讓宇宙攜帶其同步才能創生。如果M理論最後被接受為終極理論，那我們就尋找到了大設計。

2006年夏天霍金第三次訪問中國，並於6月21日在北京舉行記者招待會。為了避免記者提問的無聊和空泛，我為之代擬問題，其中包括下面這一道。

問：“你能對宇宙和我們自身的存在作些評論嗎？”

答：“根據實證主義哲學，宇宙之所以存在是因為存在一個描述它的協調的理論。我們正在尋求這個理論。但願我們能找到它。因為沒有一個理論，宇宙就會消失。”

這恰巧是本書的主旨，本書正是對他回答的圓滿闡述。由此可見，他在本書表達的思想早在2006夏天就已經相當清晰了。

我們似乎處於科學新變革的前夜，這個變革將和哲學的變革同時到來。

吳忠超

2010年8月26日杭州望湖樓略

後記略