宇宙的边界是怎么定义的?

宇宙的边界是怎么定义的?
宇宙的边界是怎么定义的?

宇宙的边界是怎么定义的?
科学家已经达成共识,我们的宇宙是由一个果壳状的瞬子创生而来的,而在瞬子上的量子理论所能允许的时空和物质的最小涨落,也就是果壳上的皱纹,即是宇宙中的诸如星系团、星系甚至生命的一切结构的起源.霍金是这个学说的主要创立者.他认为宇宙的边界条件是宇宙没有边界,这样就真正科学地实现了宇宙“无中生有”的场景.
在爱因斯坦提出广义相对论和哈勃发现红移定律亦即宇宙膨胀之前,人们认为时间从无限的过去流往无限的将来,因果之链也就这么从过去延伸到将来.这是牛顿的时间观.在牛顿发现万有引力定律之后,本来他就可以预言宇宙要么膨胀,要么收缩,但是他不知如何处理无限空间的物质分布的引力效应,以及囿于头脑中的神学残余,于是他就将这个问题留给造物主.尽管他在《原理》的后卷扉页上写下了雄心万丈的话：“我要开始论述宇宙的体系”,其实他做的只是研究星体运动,而未触及宇宙的演化.
在牛顿之前和之后,圣奥古斯丁和康德都对时间进行过纯思辨的思考.康德在《纯粹理性批判》中阐述了时间是有限还是无限的二律背反.而更早得多的圣奥古斯丁则认为宇宙是从和现状大致相同的状态创生于有限的过去.而他思想的可贵之处在于,他认为上帝在创生宇宙之前无事可做,这反而和现代宇宙学观点非常接近.
相对论和量子论是二十世纪最伟大的科学成就.尤其是前者,他完全是人类智慧的伟大构筑.所以在《果壳中的宇宙》的第一章相对论简史中主要是关于爱因斯坦的生平.量子论则是实验观测的被动产物,它的含义迄今还解释不清.在广义相对论中,时空不再是一个被动的背景,而是宇宙演化的主动参与者.物质分布使时空弯曲.现在再去侈谈宇宙之外的空间和时间,对这些概念进行所谓的思辨,只能是倒退到圣奥古斯丁之前.牛顿的时空观是一个虚幻,而虚幻的惟一功能是对软弱者的安慰.
爱因斯坦的引力论是将万有引力归结为时空的曲率.那么时空能否被弯曲得这么厉害,以至于人们可以返回到过去改变历史呢?严格的科学计算指出,这是不可能的.
那么关于预言将来的能力呢?现在看来它至少在三个层次上受到限制.第一是动力学系统的混沌行为,使得拉普拉斯意义上的决定性在实际上是不可能实现的.第二,在量子力学中状态是由波函数描述的,海森堡的不确定性原理使得经典意义上的决定性被减半.第三,不平凡的时空拓朴,使波函数被密度矩阵所取代,就在这里引进了热力学意义上的随机性.
宇宙的未来是怎样的呢?如果我们承认科学定律的普适性和无穷威力,则不管人类的雄心有多大,毕竟要受环境和人口问题的限制,我们不能和这些限制做无望和愚昧的搏斗.人类只能采用一种明智和节制欲望的生活方式.
从《时间简史》首版以来的十年间,相对论家、宇宙学家和粒子物理学家通力合作,在寻找宇宙最核心的万物理论上取得长足进展.但和人们以往期望不同的是,我们可能不再具有统一理论的惟一表述,这正如不能用一张地图描绘整个地球表面一样.这种所谓的M-理论把五种弦理论在一个单独的理论框架中统一起来.超引力和五种超弦理论是在不同情形下对自然的方便的近似.但是M-理论的整体概况还是不很清楚.
我们的宇宙很可能是高维空间中的一个四维膜,我们的宇宙果壳也就更加神奇.困扰天体物理学家多年的暗物质很可能是影子星系的贯穿高维空间到达我们星系的引力效应,引力的近距效应和牛顿定律有偏差等等.四维膜之外的高维空间的行为如何?是个饶有兴趣的问题.但是只要它们对膜世界具有相同的效应,对于它们的区别就没有意义.
量子宇宙学家就相信无中生有的场景而言是彻底的无神论者,就科学的方法论而言是不可救药的实证主义者,而就沉迷于宇宙和理论的美而言,又是泛神论者.
此书也许是第一部以十几种文字在全球同步发行的科学著作.九月十九日,他的秘书凯伦·赛蒙女士将霍金致中国读者的问候传给我：
I would like to share my excitement at recent discoveries on black holes and
cosmology with Chinese readers.(“我愿意和中国读者分享对黑洞和宇宙学最近发现的激动.” ) 宇宙学走过了极其漫长的岁月,一代代哲人的智慧和辛劳使人类的宇宙观臻于如此澄明的境界,回顾这一切,我们这些膜世界上的生灵们倍感自豪!