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危机之中,只有时间知道答案

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们不应低估面前的挑战,宇宙学正处于危机之中。当试图将标准的牛顿范式作为宇宙学根基时,我们制造了很多悖论。在科学中,没有什么是确定性的。但是,这些研究尚未对可行的实验作出过任何一个可被证伪的预言,它们至多只是推测一些新现象的存在,比如泡沫宇宙间的碰撞。这些困难与无穷大的宇宙中的概率定义有关。相反,如果我们将牛顿范式的观点延展到整个宇宙,理论的科学预言能力就会得到削弱。

危机之中,只有时间知道答案

我们不应低估面前的挑战,宇宙学正处于危机之中。我们唯一确信的是,如果继续旧有的方法论,我们就会停滞不前。当试图将标准的牛顿范式作为宇宙学根基时,我们制造了很多悖论。这些悖论的产生使我们看清了这一点。所以,我们必须进入未知领域。我们面临诸多激进的方案。哪种方案正确?仅当我们看到,某个方向可以为我们作出能被新的观测或已有观测检验的预言时,我们才能作出决定。一些已知的事实现在看上去还匪夷所思,我们期待新的理论可以为它们提供扎实的解释。许多不同的方法都可以解决以上棘手的问题,对于这些方法,我们都应给予鼓励。

无论怎么说,选择之间的落差是巨大的。为了对比摆在我们面前的选择,这里我会一对对地罗列我们前文讨论过的截然相反的论断。这样,我们就整理了两类理论的推论:一类理论认为时间是一种假象,另一类理论认为时间是现实的核心。

科学中,没有什么是确定性的。我们应该做的,就是直面这些不确定性,为不同的假设构建理性的论证。这正是我在本书中所做的。实验观测是终极的裁判。尽管如此,我们还是可以看看一个研究项目能产生多少新的假设,可以作出多少可被实验验证的预言。由此,我们可以得出一些结论。

有些研究项目基于无时宇宙模型,认为量子力学、多重宇宙是终极理论,这些研究已经持续了至少二十余年。但是,这些研究尚未对可行的实验作出过任何一个可被证伪的预言,它们至多只是推测一些新现象的存在,比如泡沫宇宙间的碰撞。如果我们足够幸运,或许我们能观测到碰撞的遗迹。然而,这些推测并不是可被观测证伪的预言,因为如果我们什么都观测不到,我们也能够轻易地解释预言的失败。推测本身不需要付出任何代价。这些研究项目面对的基本问题也没有得到解决,尽管很多聪慧、执着的科学家多年以来一直致力于此。这些困难与我们想为多重宇宙中的其中一个宇宙作出预言有关。多重宇宙中存在无穷多个宇宙,除了一个宇宙,其他所有宇宙我们都无法观测。这些困难与无穷大的宇宙中的概率定义有关。在无穷大的宇宙中,每个事件都有无数个一模一样的拷贝。这些困难也与一个事实有关:不论是理论,还是观测,都不应该强烈地限制新场景的出现。新场景中的事物或许也是真实的,但它们在我们的观测范围之外。

我们无法确定,对以上想法的考察是否会无果而终。但未来的历史很有可能将它们描述为失败的理论。它们的失败,起因于针对科学基础问题采用的错误方法,起因于它们将适用于研究宇宙局部的方法应用于整个宇宙。

如果我的概括正确,那这些失败就不是肤浅的,不可以通过发明同类理论加以修复。对于“为什么是这些定律”“为什么是这些初始条件”之类的宇宙学问题,将物理定律和初始条件作为第一性输入的理论,注定无法回答它们。理论的补救必须是激进的。它不仅要涉及新理论的发明,还要涉及新的方法论,以及由此得出的全新的理论类别。

任务虽然艰巨,但我们还可以做许多力所能及之事。第一步,可能也是最为原始的一步,便是尝试构造一个自然规律的演化假说——假说将会涉及大爆炸之前的宇宙历史,它将为可行的实验作出可被证伪的预言。宇宙自然选择假说的预言便是这样的预言;循环宇宙模型的预言也是这样的预言。现在判断这些观点正确与否还为时尚早,但是目前或近期的观测或许可以证伪这些观点。一旦被证伪,我们便可以将其抛弃。知道这一点本身令人振奋。一些简单的例子表明,如果一个理论中,我们的宇宙是一连串宇宙中的一个阶段,那么这个理论就可能被实验观测检验,因而它是科学的。

历史上,一些思想家对宇宙学进行了非常深入的思考,他们的智慧是指引我们前进的另一股力量。其中,莱布尼茨、马赫、爱因斯坦的学说给人以最大的启发。从他们的学说中,我们总结了出几条原则,这些原则是引领物理学发展至今的极佳指导。

沿着这个方向走,我们得到的最为激进的观点,便是坚信当下的真实性,以及坚信所有的真实都是关于当下的真实。从某种意义上看,这是个硕果累累的观点,我们再也不必将物理学理解为搜寻宇宙的数学镜像。现在,我们视这个梦想为形而上学的幻想。它激励了一代代的理论物理学家,现在却封锁住了物理学继续前进的道路。数学依然是科学的女仆,但她不再是科学的女王。

牺牲科学女王之后,我们换得的回报是一个更为民主的科学理论。很久之前,我们便抛弃了王室与平民的区别。现在,我们也要抛弃并超越,事物状态和指引它们如何随时间演化的物理定律的区别。我们再也看不到永恒的、绝对的物理定律主宰受时间约束、随时间演化的世界了。如果一切事物的真实都是关于某一瞬间的真实,那么物理定律和状态之间的差别一定是相对的。在一个冰冷沉寂的宇宙中,比如说我们的宇宙,两者间的区别开始显现,并容易分辨。但在其他一些剧烈活动的宇宙中,两者间的区别不再,两者合为一个关于世界的崭新的、完全的动态描述。这个描述是理性的,它回答了充足理由律的所有问题。

允许自然规律随着时间演化,这使得我们通过科学假说解释自然规律的机会大大增加。允许自然规律的演化貌似会削弱它们的预言能力,但事实上,它们的总体科学预言能力得到了增强。相反,如果我们将牛顿范式的观点延展到整个宇宙,理论的科学预言能力就会得到削弱。承认自然规律演化理论,承认时间存在于宇宙的最深层次,我们便能更好地理解这个充满神秘的宇宙。

这条道路能否把我们引向成功?只有时间知道答案。

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