时间简史-霍金的问题

宇宙到底是一个怎么样的存在？

这是霍金一生致力于的一个问题。而这实质也就是对上帝是否存在的追问。

但对此问题的追问，到目前为止，霍金可能是已知人类中走的最远的一个了。即使他不是最远的一个，也必然是极少数的几个之一。

而《时间简史》是他对宇宙到底是一个怎么样存在的全面的大众化解释。虽然号称销量超过千万册，并因荣登世界畅销书榜历史最久也被列入吉尼斯世界纪录，也虽然霍金仅在书中引用了唯一的一个E=MC^2大家耳熟能详的公式外，没有再用任何其他物理公式，但无法否认的一点，这本书其实很难读。

书中的每个词你都可以理解，但你可能就是不知道最后说了些什么。这也倒不是霍金写的如何晦涩，相反，霍金已经用了尽可能深入浅出的技巧。他在书中的将他的理论也用了十分形象的比喻来说明，只是究竟该如何将这些比喻去和他的观点关联起来，才是考验人的事。

难度不在于因为霍金创造和发现了什么特别的观点，且黑洞和宇宙的爆炸和坍缩也都不是霍金的首创观点。真正的难度在于霍金将已有人类中最前沿，最睿智，最有预见力和最有想象力的那些科学大脑所贡献出来的各种理论串在了一起，几乎涵盖了现代物理学的全部包括狭义和广义相对论，量子力学和热力学等在内的的基础知识，其中任何一个理论都足够难了，但他除了要解释这些理论之外，还进一步融合起来后又往前走了几步，以建立一个崭新的霍金宇宙模型- “有限无界”宇宙论。

对于霍金而言，自他在1963年患上了运动神经萎缩症后，出于热爱，他将自己的兴趣置于在宇宙研究这样无须身体参与的纯脑力世界中，而他耗尽了一生所找到的在这个模型，目前看来无疑是最大胆而又最有新意而无神论的一个。他所建立的那个有限无界的宇宙是由物理定律来运行的，而非上帝。

也许在2000年以后的人类，如果人类还存在的话，或许那时的人类会把霍金的有限无界模型当作是我们现在看2000年前托勒密地球是宇宙中心模型那样幼稚和可笑。但这并不妨碍人类在发现宇宙真相中探索的脚步。相反，人类最大的错误也许是人们不敢用想象去描绘未来。

让我们就来看一下，霍金是如何在他的意识世界里如何一步步构建出来他那个有限无界宇宙模型的？

开始，对于惠勒提出的黑洞理论他充满好奇。于是，他在彭罗斯的宇宙膨胀理论基础上结合了爱因斯坦广义相对论基础推导出来了宇宙中奇点的存在。宇宙在膨胀的能量耗尽之后将会进入收缩状态成为黑洞最后坍缩成一个奇点。而在奇点处时间和空间都不再存在，任何物理定律都会失效。在奇点处和奇点之前的任何定律都不会影响到在奇点的大爆炸后产生的宇宙。但这样就导致了一个困惑，就是宇宙的开端处即爆炸开始的时候，必须要有一个初始条件让它发生。但，那又是谁给出了初始条件呢？

后来，循着这个方向，他结合了最新的量子力学理论，进一步发展了黑洞的坍缩和奇点理论，提出了黑洞其实并不黑的设想。他认为虽然在广义相对论下，大尺度的宇宙中，由于引力弯曲效应，任何靠近黑洞的物质都会被吸入黑洞，黑洞随着吸入的物质不断增多，引力也越来越强，最后即使连光也无法逃逸出去。但由于物质的坍缩，实际上黑洞会变成粒子级别的极小尺度，那么就不只用原来在大尺度下的宇宙运用下广义相对论去看问题，在粒子级别的黑洞实际上量子力学开始会产生作用。一方面由于广义相对论下的时空弯曲效应，他认为黑洞坍缩到量子级别后，由于正反粒子的产生，使得正粒子有机会超过光速离开黑洞形成辐射效应，而反粒子继续进入黑洞但由于反粒子的负质量可以抵消黑洞的部分能量，这样两者之间会达到一个平衡，这时候黑洞就不再收缩，而是形成了一个曲面。称作为视界。而黑洞的辐射效应就叫霍金辐射。

由于时间只能在一维上被压缩，而在黑洞中由于引力是发生了弯曲，所以时间必须有一个和我们认知的实在时间之外应该还存在一个垂直方向的维度，才能有机会发生弯曲。即我们想象在X轴上的一条直线，如果只有X轴，那么坍缩时只会被压缩成点，而要想弯曲成圆形或者曲线，那么只有在Y轴方向上进行弯曲。基于此，霍金引入了一个虚时间的概念，当然这是要给数学上的意义，至于它代表了什么，现在还不知道。不过因为虚时间的存在，霍金就进一步发展了它的黑洞理论，他进一步认为，由于虚时间的存在，宇宙在坍缩过程中最后是一个无边界条件但有限的实体，即有限无界的。举个例子来说，就像一个地球仪，上下有南北两极，代表着宇宙在时间方向上大爆炸的起点和终点。如果北极是宇宙坍缩最后成为的奇点，然后在一次大爆炸中开始膨胀，最后由于能量耗尽后至于南极点，然后进入塌缩再回到北极。而虚时间，就是代表着地球仪上的维度，由于是曲面，在黑洞收缩时，就不断向极点收缩，但物理定律可以同等的作用在极点上，而不会失效，这就完美的建立了一个宇宙自洽的理论，即宇宙的诞生不需要额外考虑是不是上帝给与了初始条件，也需要设想现有宇宙之外的定律，就可以利用我们人类已有的科学定律建立一个自给自足的宇宙创生理论。

霍金这个有限无界的宇宙模型其实是个非常聪明的模型，它一方面给与了我们对宇宙的一个设想，但一方面它也提供了一个证伪的机会。不管最后是对还是错，我们都将得到一个有意义的结果。而如果无边界条件正确的话，那么我们用现有的物理定律可以完全解释宇宙的开始处，没有一个外部输入的初始条件。这样也就不需要有个上帝来给我们设定初始参数。当然如果需要上帝的话，上帝只是选择了这个宇宙要服从哪些定律，但事实上，上帝也没有很多选择的自由。因为如果没有这些定律，可能就不会有现在的这个宇宙存在。也就不会有我们的存在。

所以无边界条件的宇宙假想中不需要给宇宙做出一个独立的寓言，相反地，它在预言整整一族可能的历史每一个历史都有自己的概率，现在的宇宙就是过去所有可能历史状态的求和。如果我们在未来观测到宇宙状态一直和这个论断相符，那么这个预言的有效性就会一直保持。

按照黑洞中存在奇点的理论，在奇点处由于现有的科学定律全部失效，而且时间和空间也都不再有意义。假设现在的宇宙是由奇点的大爆炸后的膨胀中产生，那么以现在的宇宙的状态是有对其所有历史状态的求和来决定的这个结论来看的话，那么这个求和的集合里必然存在一部分超出我们现有科学定律所无法解释的部分。

如果我们一旦有实证发现和我们所预言的不符，就说明基于我们现由定律下的所有历史求和中存在我们没有包含的状态。那么反过来，这也就预言了奇点的存在以及奇点处初始条件存在的可能性。就像一只在等待拧紧了发条才能开始走时的机械手表一样，它需要一只手在开始时它上紧发条后，这只机械表才可以在随后按照弹簧丝在物理定律约束下的动能释放规则下进行走时活动。那么，宇宙则同样，在开启之处，就不得不借助在宇宙之外的一只手，可能就是上帝之手，来拧紧宇宙启动前的发条，然后才能让其按照在宇宙内被赋予的那些物理定律来运行。

爱因斯坦在广义相对论下，由于引力作用产生的时空弯曲必然会推导出宇宙的坍缩，出于对上帝存在的疑虑，即使最后证明是个天大的错误，他还是选择相信宇宙是个恒常的存在，并为了维持这个观念就在广义相对论下设想了一个宇宙常数，作为和引力相对的量来反抗公式中存在的宇宙坍缩必然性。

现在，霍金也同样出于对上帝存在的疑虑，只是和爱因斯坦用宇宙常数来对抗不一样的是，这一次他为宇宙引入了一个虚时间，将宇宙在实在时间里终将无法避免的奇点转化成了在虚时间里的奇性并给了宇宙一个出路。即，让宇宙在坍缩的过程中，在实在的时间里宇宙会变成奇点，但在虚时间里宇宙的这个奇点就成了有限无界模型下的极点，依然在物理定律的约束之下。最后，这个新的有限无界的宇宙模型就像一个地球仪，只是经度方向表示的是实在时间，维度方向表示的是虚时间。而在这个模型里，宇宙就顺理成章的成为一个自洽的存在，也就不再需要借助任何上帝之手。也许在很多年以后，霍金也许会像爱因斯坦那样，因为试图否认上帝的存在而犯下虚时间的错误。但我们终究看到了人类中最优秀的人们对承认人类自身独立性所做的不懈努力。

然而，即使霍金用自己的方法在奇点处排除了上帝之手，他最后也不得不承认另外一个事实，虽然物理定律可以在他的有限无界模型中作用于宇宙的开端，因为在宇宙的开端处无需上帝存在，但是，如何选择宇宙需要服从运行的那些物理定律时，看来依然是被宇宙之外的神秘力量来选择。那是上帝的选择吗？

不过，能让这个宇宙运行的定律可能也就是有限的或者少数几个定律。如此看来，即使那是上帝的选择，上帝可能也没有完全的自由。同时，这些控制着宇宙运行的定律本身也是自洽的，一旦运行起来也就不用任何外部干预了。而人类，作为在宇宙里一种如此结构复杂的生物，如果有一天真的面对上帝，那么我们可以问上帝一个问题，这也正是霍金留给人类最终的一个问题：宇宙为什么要存在？

也许这个问题太过宏大了，当你真正阅读完《时间简史》，再回到现实，你可能会发现最值得去问自己的问题：这个世界，你是否来过？

而最好的回答可能就是，当你在这个世界里塌缩到奇点的那一刻，依然可以微笑着说，

“这个世界，我曾经来过。”