霍金的野心 -- 《大设计》

一般意义上说，科学家只能解释这个世界是什么样子，但没法解释为什么会是这个样子，后者是哲学家甚至是神学家的任务。这也就是那句以讹传讹，不知出处的话的由来 -- 当科学家爬到山顶时，发现上面早就坐着一个神学家。

进入20世纪之前，历史上著名的哲学家甚至神学家基本都是科学家，或者是科学素养极高的人士，比如亚里士多德、笛卡尔、康德、圣奥古斯丁，阿奎那等。但进入20世纪以后，科学发展迅猛，尤其物理学的发展已经远远超出一般科学工作者的理解，于是哲学家逐渐失去了对世界本原问题的解释能力，神学家则退回到了死守上帝创世的底线，顶级的物理学家则继续扛起大旗，这能从爱因斯坦、薛定谔、海森堡等人的书和文章中得到映证。

但所有这些人的努力，都不如霍金来的更直接，更彻底。

在《大设计》一书中，霍金已经从一个物理学家和科普作家，演化成了一个思想家和哲学家，对世界和人类的本原问题，作出了回答。

这本书问了三个问题：

为什么存在实在之物，而非一无所有？

我们为什么存在？

为什么是这一族特殊的定律而非别的？

这或许是人类能问出来的最大的问题了。

霍金做出了三个结论：

哲学已死。

不需要上帝。

M理论最有可能成为终极理论。

依赖模型的实在论

霍金开篇就指出，在回答宇宙和人类存在的本原问题上，哲学已死，哲学家已经跟不上科学，尤其是物理学发展的步伐。

与其说哲学已死，不如说霍金自己化身成为了哲学家，他提出了自己看世界的哲学观 -- 依赖模型的实在论，这是回答所有大问题的前提。

书中举了一个简单而又深刻的例子，几年前，意大利蒙札市议会禁止宠物的主人把金鱼养在弯曲的鱼缸里，理由是金鱼向外凝视时会得到歪曲的景色，而这对金鱼是残酷的。

然而，我们何以得知我们拥有真正的没被歪曲的图像？难道我们自己不也可能处于某个大鱼缸之内，我们的美景其实是经过一个巨大的透镜扭曲而成的？金鱼眼里的图像固然和我们的不同，然而我们能肯定它比我们的更不真实吗？ 如何定义真实？我们人类看到的才是真实吗？

相关的思考还有很多，比如《黑客帝国》里描述的我们如何判断自己不是生活在虚拟世界里呢？普特南提出的思想实验，我们如何判断自己不是缸中之脑呢？笛卡尔提出的我们如何判断我们看到一切不是“邪恶魔鬼”的欺骗呢？追溯到更早就是柏拉图的洞穴隐约和庄周梦蝶。

实在论和反实在论是哲学概念，从广义上来说，两者探讨的是抽象的概念（共相）是不是真实的存在，比如“马”是否存在。实在论认为这些概念是真实存在的，反实在论认为这些概念只是从具体事物中抽象出来帮助我们认识外部世界的，并不存在。反实在论推演到极端，就是我们无法在逻辑上判断我们看不见的世界是否真实存在，当你闭上眼睛，月亮还在不在就不知道了。

当然，这些讨论并非重点，霍金要探讨的是狭义的科学领域的实在论和反实在论。这里争论的焦点是，理论以及随理论一起发明的概念，如果无法观测到，是否真实的存在，比如引力、原子、夸克等。实在论认为，理论做出预测，然后观测符合预测，就可以认为理论正确和真实的，因而这些概念就是真实的。反实在论认为，看不见的一律不算真实存在，科学理论就是一个解释世界的工具而已，历史上大家一度相信以太、燃素的存在，后来都证伪了，所以现在看不见的原子、夸克，也不能说就一定存在。

霍金提出了他自己的观点，依赖模型的实在论，而且他认为这终结了上述争论。这个观点认为，不存在与图像或理论无关的实在概念，一个物理理论和世界图像是一个模型（通常具有数学性质）和一组将这个模型的元素与观测相连接的规则。

按照依赖模型的实在论，去问一个模型是否真实是无意义的，只有是否与观测相符才有意义。如果存在两个都和观测相符的模型，正如金鱼的图像和我们的图像，那么人们不能讲这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下，哪个更方便就用哪个。地心说和日心说，牛顿力学和相对论，莫不如此。

同理，我们所有对外界的感知，都是外部信号经过我们的感官系统传递到大脑，然后建立的一种心理图像或者模型。也就是说，我们永远无法知道外部世界的真实情况是什么样子，我们能得到的所有感知，都源自我们大脑对外部信号的处理。

也就是说，我们的思考模型的解释和预测与我们感知模型的结果一致，我们则认为这个理论“正确”，我们就可以认为理论所描述的事物“真实 ”，除此之外，我们没有更好的方法去解释这个世界。

一个模型是个好模型，如果：

1.它是优雅的；

2.它包含很少任意或者可调整的元素；

3.它和全部已有的观测一致并能解释之；

4.它对将来的观测做详细的预言，如果这些预言不成立，观测就能证伪这个模型。

好了所有这些准备，我们终于可以看看霍金对大问题的回答了。

为什么存在实在之物，而非一无所有？

物理学的最前沿就是大爆炸理论了，这是一个模型，宇宙起源与一个奇点。但是几乎所有人都会问，那奇点之前是什么？谁启动的这个大爆炸呢？这很容易给上帝或者神留下位置。罗马教皇就曾经说过，我们基督教同意你们科学研究的成果，但到奇点为止，再往前归上帝管，你们就负责奇点以后的事。

霍金提出“无边界宇宙模型”，解决了这个问题，在早期宇宙的极端条件下，由于时空足够小，于是霍金引入了量子力学，这时时间维被扭曲得好像一个空间维，也就是说那时候有四维空间而没有时间，也就不存在“之前”的问题了。可以把那时的宇宙想象成一个有限无界的球，奇点类似南极点，你问南极点以南是什么，是没有意义的。

再进一步，早期宇宙处于量子态，而它的历史则是所有满足“无边界条件”的历史求和的结果。一个量子的宇宙可以自发地诞生。

这样，宇宙就可以不需要上帝，完全自给自足的，从无到有的，没有起点的，自发的诞生出来。

这个观点对我们中国人来说，冲击并不算特别的大，因为我们老子早就说过，道生一，一生二，二生三，三生万物。但是对于西方人，等于宣布了上帝是假的，这对很多人都是无法接受的。这也是本书一经出版，就引发轰动的原因之一。

不过，仔细推敲，霍金还是给上帝留下了位置的，那就是，在另外一个模型里。

我们为什么存在？

这个问题其实问的是，为什么宇宙有这么多巧合，正好让我们人类出现，难道不是设计出来的吗？

比如，其它行星围绕太阳运转的轨道都是椭圆形，但是地球是非常接近正圆的，这就是使得我们温差很小，不至于冻死和热死。

还有更多的巧合，计算表明如果把强相互作用的强度改变0.5%，或者把电磁相互作用的强度改变4%，碳和氧这两个对生命至关重要的元素就不会出现；哪怕把质子的质量增加0.2%，它就会迅速衰变从而根本不会有任何化学现象。另外，空间还必须是三维的，否则行星轨道就不会稳定。

一般的解释是人择原理，就是说，如果宇宙不这样，我们就不会存在，也就不会在这里发表这个感慨或者疑惑了。但这有些逻辑上同义反复的嫌疑，并不令人满意。

霍金引用了量子力学的理论，正如一个粒子可以有多种不同的状态，创世之后也可以产生多种不同类型的宇宙状态。每一个可能的宇宙中都有自己的一套物理定律和物理常数，我们只不过恰好生活在其中一个允许星系和人类出现的宇宙中而已。

打个比方，你摸出一个彩球，中了500万，你会惊叹于各种巧合，一定背后有神秘力量，但是如果你知道有几百万人都摸了，只有一个人中奖，那就没什么神秘的了。

霍金再次把上帝排除在外。

为什么是这一族特殊的定律而非别的？

前面提到了，在多宇宙的模型里，会存在不同的理论，但是我们只能通过我们所在的宇宙来研究。霍金认为，是存在一个大一统的理论把宇宙万物都囊括进来的，M理论就是最合格的候选者（M理论并不是霍金提出来的）。

霍金做出了解释。首先，如果你的宇宙是一个连续系统，它的物理定律不随时间改变，那么其中必定能量守恒。其次，这个守恒的总能量必须等于0。这是因为如果能量大于零，宇宙就无法被凭空创造出来；而如果能量小于零，它就可以在真空中的任何地方出现。更进一步，既然宇宙的总能量为零，而在其中制造星球需要正的能量，那么它就必须包含引力，因为引力提供负能量。最后，这个引力必须用到超对称概念，而M理论是最一般的超对称引力论，因此，M理论是宇宙完备定律“仅有”的候选者。

霍金甚至提出了这套理论的一个预言：如果宇宙真是这样诞生的，那么在微波背景辐射中应该能观测到某种精微的特征，这种特征目前的观测手段还看不到，但将来或许可以看到。

值得指出的是，不管是无边界宇宙模型也好，M理论也好，都仍是科学家的假说，尚未被证实，而且学术界也有不同的声音。这些只是一种模型而已。

关于本书

《大设计》明显不如霍金的另外两本《时间简史》和《果壳中的宇宙》畅销 ，而且中译本开始还有糟糕翻译的风波，也影响了口碑。客观的说，这本书的内容，有70%和另外两本重合，真正有新意的也就大约30%。而且这本书只有100多页，可以看作霍金所有科普著作的导论。

但这30%或许会让本书成为科普历史上最不能忽视的一本，因为它探讨了我们人类所能思考的最大的问题，且给出了一个科学家的目前所能给出的最终极的答案。

同时，本书也是一部极简西方哲学史，极简西方科学史和极简现代物理史。

书的最后写到：

“M理论是爱因斯坦所希望找到的统一理论。人类 -- 我们自身只不过是自然的基本粒子的聚集 -- 已经能够这么接近的理解制约我们和宇宙的定律，这一事实本身就是一项伟大的胜利。但真正的奇迹也许在于，逻辑的抽象思考导致一个唯一的理论，它预言和描述了我们所看到的充满令人惊异的千姿百态的浩瀚宇宙。如果该理论被观测所证实，它就将是过去3000多年来一场智力探索的成功终结。我们就可以说找到那个大设计了。”