第四章
念是人们发明的一个词。。如果它牵涉着一些困惑,应是谁的过错?那是我们发明使用这个词的过错。
有一次,我在德州奥斯汀市一个咖啡馆的男厕所看到了一行涂鸦:“时间是大自然避免使所有事情同时发生的方法”,这是我们通常解释时间的简要说法。但是,我们用量子力学观点越深入地探究时间,就得到越多洞察,时间本身也就越显得微妙,在彻底理解这全部图像的过程中,需要解决的困惑就越繁重。
所以,任何询问宇宙如何开始的人都应反躬自问:“你从何处得到时间观念的?”
在量子力学中,电子的位置是不确定的。这种不确定性在正常情形下是可以忽略的,但是它在原于距离尺度下变成很重要,以至于诸如“原子在何处?”的问题没有什么意义的答案。类似地,在量子引力中也存在空间——时间几何的不确定性。这种不确定性在正常情形下也是可以忽略的,可是它在非常微小的距离尺度和时间间隔下变得很重要,以至于诸如“现在什么时候?”
的问题没有什么意义。尤其是,这意味着时间概念在非常接近大爆炸时变成没有意义。
史蒂芬?霍金提出,使用虚时间也许能取得一些进展。虚时间和实时间的关系,犹如虚数和实数的关系。虚时间物理是物理学的爱丽丝奇境;例如,粒子可以运动得比光还快,甚至可在(虚)时间中向后运动。当然,当描述变成对量子力学的一种近似时,每件事都是对的,没有人可比光运动得更快或者在(实)时间中向后运动。
詹姆?哈特尔和史蒂芬?霍金提出一种方法,把虚时间技巧用到量子宇宙论中,并用它来分析极端简化了的宇宙模型。虽然该模型比实在宇宙大为简化,当它用经典广义相对论处理时,具有大爆炸奇性,但是它的量子力学形式却根本没有奇性。哈特尔和霍金成功地用所谓历史前的时间来取代奇性。
哈特尔——霍金思想是否能成功地应用于实在宇宙,仍是一个未解决的问题。
克里斯多福?伊宣蒙克里斯多福?伊宣蒙是伦敦帝国学院的理论物理教授:他研究广义相对论和量子物理之间的关系。
从“无”中创生的观念当然是非常激动人心的,这是使人极感兴趣的东西。哈特尔——霍金的从“无”创生的图像,实际上是以非技术性术语非常形象化地描述数学。你瞧,物理学中正常发生的东西是,在具有传统的因果性和决定性观念的地方,如果给你某个特殊时刻的态,你就能唯一地算出后来某个时刻的态。那就是人们所说的因果性。按照这个观点,你永远不能从“无”中创生,事实上你根本不可能有创生。你真正拥有的一切是变化:因果性变化,可是这变化属于已经存在那里的东西。这种变化也许牵涉到创生,例如你在CERN[9]的粒子加速器看到基本粒子相碰撞而出现一堆新粒子;那看起来像创生,但是你其实只是把能量从一种形式转变成另一种形式,而这整个系统纯粹是因果性和决定性的,每一件东西都只是以通常的方式流动,你肯定不是从“无”中生“有”。[9]CERN是欧州核子研究组织,在瑞士日内瓦附近。
在广义相对论中,由于时间和空间在公式中表达的方式,使实际谈论时间的创生成为可能。麻烦的是,在经典理论中,当空间和时间“开始形成”时,实在的点本身是数学中的奇点,数学失效了,所以它不能给你一个创生论。你在传统的宇宙论中所能说的是,存在许多不同的可能宇宙,它们所有都和爱因斯坦方程式相符合。
我们恰巧在这个宇宙中生活的事实,毋宁说纯粹是出于偶然。你不能赋予任何理由——甚至在原则上也不能。你所能说的一切是条件陈述:假定宇宙在这一时刻处在这个状态,则它在以后的时刻将处于那个状态。它是条件性类型的演化。
然