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一个定律有无穷多的解,可以描述无穷多的宇宙历史。我们不得不得出这样的结论,当我们将一个物理定律应用于一个亚宇宙系统时,我们其实是在考虑许多不同版本的系统。方程的解有多少,不同的自然版本就有多少。所以,在我们将一个定律应用于一个亚宇宙系统的过程中,可以自由选择初始条件,对于理论的成功尤为重要。
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出于同样的原因,如果某一特定系统存在无穷多的解,那么这个系统的大量事实一定尚未被解释。在此,自由选择初始条件从资产变成了负债。因为它的存在本身,使得理论(通过物理定律表达)永远得不到关于这个宇宙的关键问题的解。在这些问题中,包括任何与宇宙初始条件有联系的宇宙特征。
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宇宙学定律可能有许多解,不同的解对应于不同的宇宙历史。为什么我们的宇宙不选择其他历史?为什么在这无穷多的解中,只有一个解对应于真实的自然世界?这些问题值得思考。
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上述讨论指向了一个共同的结论:在宇宙尺度上,我们错用了自然规律。原因有如下三点:
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●在将一个物理定律应用于整个宇宙的过程中,我们其实在假设其他宇宙的存在,并对这些宇宙作出了大量的预言。而这是个空想。或许,某种比定律弱得多的东西可以解释这个宇宙。一个物理定律往往会预言无穷多个从来没有出现过的宇宙,我们不需要这么奢侈的解释。如果某个理论可以仅仅解释这个宇宙中切实发生的一切,那么这样的理论就已经足够好了。
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●普通的物理定律无法解释,为什么某个描述我们宇宙的解,就该是我们所感知的宇宙。
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●物理定律无法解释自身的合理性。它无法解释为什么自己是对的,而其他定律是不对的。
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因此,当我们用传统自然规律解释宇宙时,我们在一些方面做得有些过头,在另一些方面却还远远不够。想要避开这些困局与悖论,唯一的出路是寻找牛顿范式之外的新方法论。我们需要一个新的范式,它能将物理上升到宇宙尺度。物理不应该在不合情理与匪夷所思中终结。想做到这一点,我们必须淘汰那个一直带领我们取得成功的科学范式。
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在第1章中,我们论证了如何将时间驱逐至物理学之外。但所有的论证都基于这样的假设:牛顿范式可以被应用于整个宇宙的研究。可惜它不能,那么这些去时间化的论证便一一失效。在我们舍弃牛顿范式的同时,需一并舍弃所有这些论证,而这使得相信时间的真实性成为可能。
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如果我们接受时间的真实性,它是否能够帮助我们找到那个真正的宇宙学理论?答案是肯定的。在后文中,我将就此加以解释。
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时间重生:从物理学危机到宇宙的未来
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相对论、量子力学、标准模型——这些理论都是20世纪物理学的伟大发现,它们代表了物理学的最高成就。它们的数学表达十分优美,给出了精确的实验预言。同时,无数实验观测在极高的精度下证实了它们的存在。但在前一章中,我却声称这些理论都不足以充当物理学终极理论,在它们的万丈光芒之前,这可是个鲁莽的断言。
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为了支持自己的说法,我要指出这些著名物理理论的一个共同特征,正是这个特征使得它们难以外推至整个宇宙。这些理论都将世界分为两个部分,一部分随着时间变化,另一部分则假设固定不变。前一部分正是有待研究的系统,它的自由度随时间而变;后一部分正是系统之外的宇宙,我们称它为“背景”。
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很多时候,我们不会明确指出背景的存在,但它的确在那里。正是因为它的存在,前一部分世界中的运动才会有意义。即使不直接挑明,当谈论距离时,我们总是需要一个固定的参照物和一把尺子来进行度量;当谈论时间时,我们总是需要一口系统外的时钟来读取时间。
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正如我们在第3章接物游戏中看到的那样,仅当丹尼这个固定参照物存在时,谈论球的位置才有物理意义。想要定义球的运动,我们还需要一个以固定速率运行的时钟。无论是丹尼还是时钟,两者都处在球这个系统之外,无法被球的位形空间描述。我们假设两者始终保持静态,如果没有这些固定的参照物,我们不知如何联系理论的预言和实验的记录。
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将世界划分为动态部分和静态部分是一种人为划分,在宇宙局部系统的研究中,这一划分也是极为有用的。在真实世界中,静态部分往往由系统之外的许多动态部分组成。我们忽略了这些部分的运动及演化,从而构建了一个发现简单物理定律的有效框架。
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对广义相对论以外的许多理论而言,固定的背景中包含了时间和空间的几何结构。它还包含了物理定律的选取,因为这些定律同样不随时间而变。在广义相对论之中,尽管时空的几何得到了动态描述,理论还是假设了一些固定的结构,比如固定的空间拓扑以及固定的空间维度。[1]
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我们将世界一分为二,一部分动态,一部分静态。静态部分支撑动态部分,为我们提供描述静态部分所需的一切。这一方法成就了牛顿范式,但它同时也显示出,牛顿范式不适用于整个宇宙。
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当将这样的方法推广至整个宇宙时,我们遭遇了一个挑战。要研究整个宇宙,那整个宇宙都是动态部分。而在宇宙之外,没有任何东西存在,也就没有任何东西可以充当静态背景,没有任何固定参照物可供我们测量宇宙中的运动。有没有一种方法可以克服这一阻碍呢?我将其称为“宇宙学挑战”。
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