托马斯·赫托格 图片由受访者提供
撰文 | 李珊珊
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“为什么我们要操心其他宇宙呢？”
在新书《时间起源》中，霍金的合作者，比利时鲁汶大学宇宙学家托马斯•赫托格讲起了自己初见霍金时的一段对话。当时，作为一名数学成绩出色的剑桥博士生，霍金选中了赫托格来“聊一聊”。
“史蒂芬（霍金）的回答令人很难捉摸”，赫托格写道。
“因为我们观察到的宇宙似乎是被设计好的。”他说。他的话随着他的点击而继续：“为什么宇宙是这样子的？我们为什么会在这里？”
我以前的物理老师们从不会用这种形而上学的话来谈论物理学和宇宙学。
“这不是哲学问题吗？”我试着问。
“哲学已经死了。”史蒂芬说，他的目光闪烁，准备投入战斗。
在书中，虽然“连一根手指都抬不起来”，霍金却是一位斗志昂扬地“要让宇宙服从于他的意志”的战士。他要挑战那个世界上最大的问题——宇宙是如何创造出如此完美且适宜生命生存的环境的。
赫托格与霍金 （图片由出版社提供）
在书中，赫托格写下了霍金在CERN参观大型强子对撞机时说的：“我希望你们能制造出黑洞”——根据他们的计算，如果这一碰撞能够将足够多的能量集中到足够小的体积中的话，那将会是一个小黑洞，并且只能短暂存在，“因为它会通过向外发出的霍金辐射而瞬间蒸发掉”。
也写下了固执老牌的英国人霍金，会在对话中途，在屏幕上写下：“我不行了……”把大家吓了一跳之后，这句话的后面继续显示：“……我……得……喝……杯……茶……了。”
那是在下午四点，雷打不动的下午茶时间，到了。
约翰•惠勒说，做伟大的科学有三种方法：鼹鼠的方法、野狗的方法和地图绘制者的方法。鼹鼠是从地面上的一点开始，有条不紊地向前移动；野狗是东嗅西嗅，从一条线索被引到另一条线索；而地图绘制者则是构想出整体图景，对事物如何结合有了一个直觉，从而找到新的见解。
而霍金，在赫托格看来，是个地图绘制者，这个绘制者拥有着受禁锢的身体和完全不受禁锢的思想。
为了绘制这幅地图，霍金研究了宇宙的大爆炸起源，但很快，他早期的工作遇到了危机，因为根据他的预测结果，在可能产生的所有宇宙中，占最大比例的那些宇宙类别无法孕育生命——换句话说，人类是如此小概率事件，而为什么会这样，我们不得而知。
赫托格会永远记得，2002年的一天，霍金眼睛里充满着兴奋，对赫托格“说”：“我改变主意了。《时间简史》的视角错了”。
“在《时间简史》中，你以上帝的视角看待宇宙……在宇宙学中，上帝视角显然是错误的。我们是身在宇宙之中，而不是在宇宙之外。”
从那一天起，霍金与赫托格开始了他们全新的宇宙探索之旅，尝试用全新的方式，用一种“新的（物理）哲学思想”来理解我们的宇宙。
那场全新的关于时间与宇宙起源的思想之旅告诉了我们什么？《知识分子》与赫托格进行了如下对话：
《时间简史》错了
知识分子：讲讲您在书里提到的，用一种新的（物理）哲学思想来理解我们的宇宙，那是什么？
赫托格：我的书阐述了一个关于早期宇宙大爆炸的理论，这个理论的核心是关于我们的宇宙是如何开始的。这是一个我与史蒂芬·霍金合作研究了20年的理论。其关键在于，我们认为在宇宙演化的最初阶段，是否存在一种类似达尔文的过程，曾经发生在物理定律的层面上。也就是，会不会出现某种物理定律的“树”。
所，以我们尝试从进化论角度来看物理学，这是我们这项新理论的本质，所以，这本书的标题叫做《时间起源》，这与达尔文的《物种起源》有关。
知识分子：与霍金教授合作了20年，有什么难忘的经历或故事吗？您从中获得了什么启发？
赫托格：我在书中写了很多这方面的内容，跟霍金合作的20年，就像一个侦探故事，我们一直在深挖，寻找一个更好的理论。
我认为最难忘的时刻，是有一次，霍金告诉我：他改变了主意，在他1980年代写的那本《时间简史》中，他得出的结论是错误的。
这是一个很大的改变。作为一名科学家，霍金以能够改变主意并承认自己犯了错误，进而找到一个更好的理论而闻名，这是他对科学的热情的证明。
知识分子：我几乎能够明白那种感觉，我是在上高中时读的霍金的《时间简史》，它非常有趣而神秘，很多人都看过那本书，那本书也是很多中国中学生选择物理专业的原因，而它居然错了？
赫托格：是的，多重宇宙理论在1990年代非常流行，这种理论说存在许多其他的宇宙。在大多数这些宇宙中，可能没有恒星，没有星系，也没有生命。偶尔，你会发现一个适合生命的宇宙，而我们必须在这种宇宙中。
但霍金意识到多重宇宙理论与一个深刻的悖论相关。他意识到——我认为他可能是第一个意识到这一点的人——人们实际上无法检验这种多重宇宙理论。这不仅仅是因为你无法去另一个宇宙检查它，也是因为多重宇宙理论并不能完全明确地预测到这个宇宙中我们应该观察到的是什么。
这里存在某种基本的缺失，缺乏可预测性和可验证性。所以，霍金认为，如果事实如此，那么多重宇宙理论就有某些根本性的错误。这一点成为了我和霍金合作的起点。我们开始设法找到一个比多重宇宙理论更好的解释：为什么我们的宇宙如此适合生命。
知识分子：那么，您对人择原理怎么看?
赫托格：人择原理是试图拯救多重宇宙理论的一种尝试，这是一种冒险，我不认为它行得通。它没有解决与之相关的悖论，史蒂芬有一段时间选择了人择原理，但最终也决定抛弃它。
但如果不人择原理，想解释上述问题就很困难了。目前，在我的书中我们提出的解释是一个进化论的解释，即存在一个随机的进化，宇宙本可以变成完全无生命的，没有星系，没有生命，然后，就像生物学中的生命树一样，它们可以有其他的选择，但在一步步的分支中，宇宙选择了这个世界。这听起来很像达尔文的精神。
霍金和我发展的理论在宇宙学中做了同样的事情，我们从我们周围的这些粒子、力量和物质开始，重构早期宇宙的演化。我们的理论并没有提供一个先验的解释，为什么是这个宇宙，而是提供了一个不需要设计师和终极规则的进化论解释，就像达尔文一样。
所以，在这本书中，我们某种程度上唤起了一个关于宇宙学和物理学的终极愿景，这个愿景更接近生物学，而不再是我们以前所习惯的物理学。这可能是我想要传达的一种范式转变。
知识分子：我想知道霍金的离世对你的研究领域有什么影响?你觉得霍金对物理学的贡献是什么，特别是对于黑洞物理学?
赫托格：霍金对人类对黑洞和大爆炸的理解做出了著名的贡献。他认为黑洞是时间结束的地方，在黑洞里面，时间结束了。我认为他把这些看作是某种理论实验室来研究问题，这最终会让他获得洞察力，而这洞察力，最终会应用到大爆炸上。
霍金的大脑会不断地在思考黑洞和思考大爆炸之间切换，从黑洞获得的洞察力教会了他一些关于大爆炸的事情，反之亦然。这是一个非常富有成效的工作方式。你看，我们谈到了多重宇宙和模糊性，以及多重宇宙遭受的悖论，即它无法告诉我们身在哪个宇宙。因此，你无法验证这个理论。在黑洞内部存在一个类似的悖论，这是由霍金发现的，他的计算显示，任何关于掉入黑洞的信息都会丢失，这与多重宇宙中的问题类似。
在多重宇宙中，我们无法预测我们应该观察到的是什么，在一个黑洞中，我们无法预测最终会出现什么。可以认为，在这两种情况下，时间的起源（大爆炸）和时间的终结（黑洞）似乎存在相似的悖论，这些是我们研究的指导灯塔。
大科学装置是送给下一代的礼物
知识分子：您在书中提到，LHC的高能对撞可能会产生黑洞，您对中国计划在未来建造更强大的对撞机、新的黑格斯工厂（见知识分子往期推送：成为下一个高能物理的世界领袖，中国可以么？）有何看法？它可能会制造出反物质吗？这会给世界带来风险吗?
赫托格：我不认为这会带来风险，这些黑洞会很快蒸发，所以我不认为需要担心，要知道，它们非常微小。而且会蒸发。
知识分子：那你对新的黑格斯工厂有什么看法？因为我们必须投入大量资金来建设这个大型的科学装置，它值得吗？
赫托格：我认为在大科学上进行投资，其回报远远超出看上去更实用的实验和科学发现。它对一个地区或国家更广泛的科学文化的培养和增强有所帮助，这才是真正的价值所在。
这有点像是送给下一代年轻人的礼物。它加强了科学文化。它是对好奇心、创造力、技术创新、社会创新和教育的长期投资。我认为这些大型项目/装置的更大、更广的维度甚至比你讲过的创造粒子或黑洞更重要。它是送给下一代的礼物。
新世纪，物理学仍有很多机会
知识分子：有人说新世纪是生物学的世纪，您对此怎么看?物理学还有机会吗?
赫托格：生物学的世纪?所有的机会都是生物学的。不，我不这么认为。引力波和量子信息连接，这也许是物理学的两个机会。我认为物理学仍有很多机会。
知识分子：你认为广义相对论目前面临的挑战和困难是什么？你认为哪些方面有突破和进步的机会?
赫托格：在许多方面。
实验方面，目前，引力波观测宇宙提供了很多潜力的反响，引力波或时空的涟漪，它们可以从宇宙最初阶段到达地球进行记录。如果我们通过观察引力波记录正在进行的宇宙，我们将在未来的几年或几十年内有一个全新的宇宙视角。这将是一个全新的宇宙窗口。这会非常有趣。
理论方面也是。我认为我们有迹象表明引力和信息之间存在某种非常奇怪却仍未被探索到的联系，这可能是物理学的下一个革命。
知识分子：作为一个研究终极理论的理论物理学家，你如何看待最近这些年基于机器学习的物理研究？你提到了理论实验室，人工智能对理论物理会带来什么好处?
赫托格：我认为，一般来说科学和人工智能可以非常好地协同工作。我对人工智能应用于科学的前景非常乐观。一方面，因为我们可以推进科学。另一方面，同样重要的是，因为人工智能的科学应用将帮助我们更好地理解人工智能，更好地理解它是如何思考的、如何工作的，哪里感觉不对，它在做什么，理解人工智能将和理解自然一样重要。
如果我们可以将人工智能带入科学，我们可以用自然来帮助我们理解人工智能的工作原理。我认为这很重要，因为我不同意我们应该只是让人工智能自由发展。所以，我认为我们应该尽可能去理解人工智能，科学将是一个非常有成果的领域来帮助我们做到这一点。
知识分子：在未来十年，你认为物理学最重要的突破会发生在哪个方面?
赫托格：我认为就是我说的那些。我看到新宇宙观测,像对暗能量、大尺度结构、引力波的观测具有很大潜力。我看到量子信息和量子引力的相互作用也具有很大潜力。我认为这两个都是非常重要的新方向。
知识分子：正如我们所知，今年的诺贝尔物理学家奖奖励了一些物理应用领域的研究,比如激光。您认为宇宙学在不久的将来有可能成为诺贝尔奖的有力竞争者吗?
赫托格：宇宙学在过去确实获得过诺贝尔奖——发现宇宙膨胀加速的获得了诺贝尔奖；发现所谓的标准宇宙学模型的获得了诺贝尔奖；发现宇宙微波背景辐射涨落的也获得了诺贝尔奖。所以，宇宙学获得过很多诺贝尔奖。但宇宙暴胀理论的发现还没有获得过诺贝尔奖,因为很难去证实。
知识分子：是的。在很多诺贝尔奖候选人名单中,有一些人像安德鲁·林德,阿兰·古斯等由于他们对宇宙暴胀理论的工作，您认为这些人或其他宇宙学家被诺贝尔委员会认可的前景如何?
赫托格：如我所言，暴胀理论不容易验证。你需要找到与宇宙初期暴胀阶段相关的引力波爆发的证据。当然，新的实验和卫星正在开发，试图测量这些引力波。但即使你有了这些引力波，你提到的这些发现中也涉及了多个人，超过三个，所以，我不太确定诺贝尔奖评委会会如何选择。
知识分子：是的,太多人了，确实可能会比较难以抉择。您对复杂性理论有何看法？它能如何帮助我们理解黑洞内部和其他领域?
赫托格：我不知道它对所有领域的作用。但当涉及到黑洞和大爆炸时，这些现象的量子描述，如果你愿意的话，都会产生极端复杂性。我猜复杂性在物理研究中对黑洞和大爆炸的作用会越来越重要。但具体会如何发挥作用现在很难说。
知识分子：需要解决相对论和广义相对论之间冲突的理论或实验方面的漏洞还有哪些?
赫托格：我认为就是我之前说的，我们已经有关键的突破了，这就是所谓的全息世界的理念。我们已经理解了量子理论和广义相对论可以协同工作。它们是同一实在的两种不同视角。最奇怪的是这些视角存在于不同数量的维度中。黑洞的量子描述发生在黑洞表面。它不涉及黑洞内部。
我认为我们已经理解了量子理论和引力理论如何协同工作。只是这些理论的视角如此不同,以至于我们需要开发一种字典,来实现从一个视角到另一个视角的转换。这也是当今许多研究的重点。量子理论和相对论如何相互对话?这是一个非常激动人心的故事。
知识分子：实验方面的突破呢?
赫托格：我不知道。实验突破仍然是一个问题。我希望一旦我们完全理解宇宙的量子起源,宇宙是如何开始的,我们就会发现那个理论的实验痕迹。所以很难说会在哪里。
知识分子：谢谢。那么，您认为理论物理应该与实验物理保持何种关系？
赫托格：没有理论的物理比较枯燥、空洞，但是没有实验的理论也比较抽象无意义。物理学的美妙和力量恰恰在于理论和观察之间的对话，这个对话有时更强烈，有时比较弱，这取决于技术创新。
例如,我提到的这些引力波观测开辟了一个全新的宇宙窗口，它代表着爱因斯坦引力理论与实验和观测之间对话的全新篇章。每次我们对宇宙或粒子开辟新的窗口时,都会感到惊讶。自然总是给我们惊喜，没有理由认为自然会停止给我们惊喜，所以我们应该继续这种对话。
这就是物理学繁荣的方式,也是物理学运作的方式。这是精细的平衡,理论和实验之间是一条细线。我认为物理学的美在于两者的交汇点。
知识分子：您认为人类有朝一日会完全解开宇宙和物理定律的奥秘吗？探索中还存在哪些障碍?你是乐观还是悲观?
赫托格：我对此持乐观态度。但我不知道还有哪些障碍。要一步步来。我的书更深层的意思在于，所谓的最终理论可能并不像我们现在想的那样，是某种终极法则或最终答案。我不确定我们是否会找到一个最终理论，这更可能是一个不断深入理解的渐进过程。但我不确定我们应该期待一个最终答案。
事实上，在我的书中，我提出了一个类似于进化论的物理学视角。如果我们追溯到大爆炸,物理定律也开始进化、简化并最终消失在大爆炸中，可能根本就不存在一个最终理论，可能只是一个不断深化理解的过程，没有最终答案。我不太相信这是我们应该期待的。这也是我在书中想要传达的一部分。
《时间起源》
托马斯·赫托格 著 邱涛涛 译
中信出版集团 2023年11月 出版
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