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愛(ài)因斯坦強(qiáng)烈反對(duì)宇宙由偶然性制約的思想。他的感受可用他的一句名言來(lái)概括：“上帝不擲骰子?！钡撬凶C據(jù)都表明，上帝是位地地道道的賭徒。宇宙就像一個(gè)巨大的賭場(chǎng)，隨時(shí)都有骰子不停被投擲，賭輪盤(pán)不停旋轉(zhuǎn)。賭場(chǎng)老板在每次骰子被擲或賭輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，都有賠錢(qián)的風(fēng)險(xiǎn)。但是賭了大量次數(shù)，各種輸贏就被平均了，而賭場(chǎng)老板確保它們的平均對(duì)自己有利。那就是為什么賭場(chǎng)老板這么富有。

宇宙也是一樣。當(dāng)宇宙很大時(shí)，存在巨量擲骰子行為，結(jié)果平均到人們可以預(yù)測(cè)的程度。但是當(dāng)宇宙非常小，在宇宙大爆炸附近，只有少量擲骰子行為，而不確定性原理就非常重要。因此，為了理解宇宙的起源，人們必須將不確定性原理并入愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。至少在過(guò)去的30年里，這一直是理論物理學(xué)的巨大挑戰(zhàn)。我們尚未解決它，但取得了很多進(jìn)展。現(xiàn)在假設(shè)我們?cè)噲D預(yù)測(cè)未來(lái)。因?yàn)槲覀冎恢懒Ｗ拥奈恢煤退俣鹊哪撤N組合，所以我們無(wú)法對(duì)粒子的未來(lái)位置和速度做出精確的預(yù)測(cè)。我們只能為特定的位置和速度組合賦以概率。因此宇宙的特定未來(lái)有一定的可能性。但現(xiàn)在假設(shè)我們?cè)噲D以同樣的方式理解過(guò)去。

鑒于我們現(xiàn)在可以做出的觀察的性質(zhì)，我們所能做的全部就是將概率賦予宇宙的特定歷史。因此，宇宙必然擁有許多可能的歷史，每個(gè)歷史都有自己的概率。存在一個(gè)宇宙的歷史，英格蘭再次贏得世界杯，盡管概率很低。宇宙有多個(gè)歷史的觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)可能像科幻小說(shuō)，但它現(xiàn)在已被接受為科學(xué)事實(shí)。這要?dú)w功于理查德·費(fèi)曼，他曾在極具聲望的加州理工學(xué)院工作，并在附近的脫衣舞酒吧打邦戈鼓。費(fèi)曼理解事物如何運(yùn)行的方式是，給每個(gè)可能的歷史分配特定的概率，然后使用這個(gè)思想做出預(yù)測(cè)。它預(yù)測(cè)未來(lái)的效果非常好。因此我們認(rèn)為它也可以倒推過(guò)去。

科學(xué)家們正在努力將愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論與費(fèi)曼的多重歷史的思想結(jié)合成為一個(gè)完整的統(tǒng)一理論，它將描述宇宙中發(fā)生的一切。這個(gè)統(tǒng)一理論將使我們能夠計(jì)算出宇宙會(huì)如何演化，只要我們知道它在某時(shí)刻的狀態(tài)。但統(tǒng)一理論本身并沒(méi)告訴我們宇宙是如何開(kāi)始的，或者它的初始狀態(tài)是什么。

為此，我們需要額外的東西。我們所需要的被稱為邊界條件，它告訴我們?cè)谟钪娴倪吔纾纯臻g和時(shí)間的邊緣發(fā)生了什么。不過(guò)如果宇宙的邊界只是處于空間和時(shí)間的正常點(diǎn)的話，我們可以越過(guò)它并宣稱超越的領(lǐng)域還是宇宙的一部分。另一方面，如果宇宙的邊界是鋸齒狀的邊緣，那里的空間或時(shí)間被壓縮，而且密度為無(wú)限，那么要定義有意義的邊界條件就非常困難。所以尚不清楚需要什么樣的邊界條件。

然而，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的吉姆·哈特爾和我意識(shí)到第三種可能性：也許宇宙在空間和時(shí)間上沒(méi)有邊界。乍一看，這似乎與我前面提到的幾何定理直接矛盾。這些定理表明宇宙必須有一個(gè)開(kāi)始，一個(gè)時(shí)間邊界。然而，為了使費(fèi)曼技巧在數(shù)學(xué)上得到很好的定義，數(shù)學(xué)家們發(fā)展了一個(gè)叫作虛時(shí)間的概念。它與我們所經(jīng)驗(yàn)的實(shí)時(shí)間無(wú)關(guān)。這是一個(gè)使計(jì)算成立的數(shù)學(xué)技巧，它取代了我們經(jīng)驗(yàn)的實(shí)時(shí)間。我們的思想是說(shuō)，在虛時(shí)間里沒(méi)有邊界。這就使試圖發(fā)明邊界條件沒(méi)有必要。我們把這個(gè)思想稱為無(wú)邊界設(shè)想。

如果宇宙的邊界條件是它在虛時(shí)間中沒(méi)有邊界，那么它不止存在一個(gè)歷史。在虛時(shí)間里存在許多歷史，其中每個(gè)都將確定在實(shí)時(shí)間中的歷史。因此，我們擁有極豐富的宇宙歷史。是什么從宇宙所有可能的歷史中挑選出我們生活其中的特定歷史或一組歷史呢？

我們很快注意到的一點(diǎn)是，這些可能的宇宙歷史中很多不能經(jīng)歷形成星系和恒星的次序，后者對(duì)我們自身的發(fā)展至關(guān)重要。也許智慧生命會(huì)在沒(méi)有星系和恒星的情況下進(jìn)化，但那似乎不太可能。這樣，我們作為能詰問(wèn)“為什么宇宙是這樣的？”的生命存在這一確鑿事實(shí)本身就是對(duì)我們生活其中的歷史的限制。這意味著它是少數(shù)擁有星系和恒星的歷史之一。

這是所謂“人存原理”的一個(gè)例子。人存原理說(shuō)，宇宙必須或多或少是我們看到的樣子，因?yàn)槿绻遣煌?，那么就沒(méi)有任何人在這里觀察它。

許多科學(xué)家不喜歡人存原理，因?yàn)樗坪踔槐忍摶我徽猩院茫痪哂泻軓?qiáng)的預(yù)言能力。但是人存原理可以給出一個(gè)精確的表述，它在處理宇宙起源時(shí)似乎必不可少。M理論是我們完備的統(tǒng)一理論的最好候選者，它允許非常大量的可能的宇宙歷史。大多數(shù)這些歷史非常不適合智慧生命的發(fā)展。要么它們是空的，要么是過(guò)于短命的，要么是過(guò)于高度彎曲的，或在其他方面出錯(cuò)。然而，根據(jù)理查德·費(fèi)曼的多重歷史思想，這些無(wú)人居住的歷史可能有相當(dāng)高的概率。

斯蒂芬··霍金（Stephen William Hawking)

作為人存原理威力的一個(gè)例子，讓我們考慮空間方向的數(shù)量。我們生活在三維空間中是一個(gè)常識(shí)。也就是說(shuō)，我們可以用三個(gè)數(shù)字來(lái)表示空間中一個(gè)點(diǎn)的位置。例如，緯度、經(jīng)度和海拔。但為什么空間是三維的？為什么它不是兩維、四維，或其他一些維數(shù)，如科幻小說(shuō)中那樣？事實(shí)上，在M理論中，空間有十個(gè)維度（這理論也具有一維時(shí)間），但人們認(rèn)為，十維空間方向中的七維被卷曲得非常小，留下三維大而近似平坦的方向。它就像一根吸管。吸管的表面是二維的。然而，一個(gè)方向被卷曲成一個(gè)小圓圈，因此隔開(kāi)距離看，吸管就像一根一維的線。

為什么我們不生活在一個(gè)歷史中，其中八個(gè)維度被蜷縮得很小，只留下我們注意到的兩維？原因是，兩維動(dòng)物將難以消化食物。如果它像我們一樣，有一個(gè)直通的腸道，它就會(huì)將那只動(dòng)物分裂成兩部分。這個(gè)可憐的生物就被分解了。因此，對(duì)于任何像智慧生物這樣復(fù)雜的事物，兩個(gè)平坦的方向是不夠的。

三個(gè)空間維度有一些特殊之處。在三維空間中，行星可以在恒星周?chē)哂蟹€(wěn)定的軌道。這是服從由羅伯特·胡克在1665年發(fā)現(xiàn)，并由艾薩克·牛頓詳細(xì)闡述的引力服從平方反比定律的結(jié)果?？紤]兩個(gè)物體在特定距離處的引力，如果該距離加倍，則它們之間的力減到四分之一；如果距離增加 3倍，則將力除以 9，依此類(lèi)推。這導(dǎo)致了穩(wěn)定的行星軌道?，F(xiàn)在讓我們考慮四個(gè)空間維度。萬(wàn)有引力就會(huì)遵循立方反比律。如果兩個(gè)物體之間的距離加倍，那么引力將被除以 8，3倍則除以27，如果是4倍，則除以64。這種立方反比律的改變使行星在它們的恒星周?chē)豢赡軗碛蟹€(wěn)定的軌道。它們要么落入它們的恒星，要么逃逸到外面的黑暗和寒冷中去。同樣，原子中的電子軌道也不穩(wěn)定，這樣我們所知道的物質(zhì)就不會(huì)存在。

因此，雖然多重歷史的思想允許任何數(shù)目的幾乎平坦的方向，但只有擁有三個(gè)平坦方向的歷史將包含智慧生命。只有在這樣的歷史中這個(gè)問(wèn)題才會(huì)被提出：“為什么空間具有三個(gè)維度？”

這段對(duì)宇宙形態(tài)的思考，節(jié)選自斯蒂芬·霍金生前的最后著作《十問(wèn)：霍金沉思錄》。

這是一本霍金留給世界的臨別禮物。他經(jīng)常被科學(xué)家，科技企業(yè)家，高級(jí)商業(yè)人士，政治領(lǐng)袖和公眾問(wèn)及他對(duì)當(dāng)前一些“大問(wèn)題”的看法。對(duì)于這些“大問(wèn)題”的解答都被保留在一份巨大的個(gè)人檔案里， 這本書(shū)的內(nèi)容都來(lái)自該檔案。書(shū)中主要是簡(jiǎn)答關(guān)于人類(lèi)和宇宙的10個(gè)大問(wèn)題，其中6個(gè)問(wèn)題深深植根于他的科學(xué)領(lǐng)域：

上帝存在嗎？

一切如何開(kāi)始？

宇宙中存在其他智慧生命嗎？

我們能預(yù)測(cè)未來(lái)嗎？

黑洞中是什么？

時(shí)間旅行可能嗎？

另外4個(gè)則展現(xiàn)了他對(duì)人類(lèi)命運(yùn)的終極關(guān)懷：

我們能在地球上存活嗎？

我們應(yīng)去太空殖民嗎？

人工智能會(huì)不會(huì)超過(guò)我們？

我們?nèi)绾嗡茉煳磥?lái)？

《十問(wèn)：霍金沉思錄》3月14日首發(fā)