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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876974]
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来
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在第一幕，我们沿着一条不可思议的道路一直前进，试图超越受制于时间的感知，发现超越时间的永恒真理。尤为重要的是，我们追溯了人类在物理学发展道路上取得的一个个伟大成就，以及取得这些成就所运用的方法——牛顿范式。然而，我们也看到，成功伴随着的代价——时间必须被驱逐出物理学家的世界。
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在第二幕我们将看到，这些代价其实不该付出，因为将牛顿范式运用于整个宇宙的尝试注定不会成功。想要科学地理解整个宇宙，我们需要一个新的理论：时间的真实性将会是这个新宇宙学理论的核心要素。
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让我们重回科学的萌芽时代，拜访前苏格拉底时代的大哲学家阿那克西曼德，他被世人称为“有史以来的第一位科学家”。正如卡洛·罗威利在其新著中所描述的那样，阿那克西曼德第一个将自然现象归因于自然本身，而不诉诸神明。[1]
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在阿那克西曼德的时代，人们普遍相信人类栖息于两种平坦的媒介之间，即使是最博学的思想家也不例外。举目四望，人的脚下是大地、头顶之上是苍穹。在古人眼中，宇宙可以依据物体下落的方向划分成不同的层次。他们依据日常经验总结出的自然规律，即万物往下落；只有天空和其上的天体是这一规律的唯一例外。
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当古人试图将万物下落的自然规律应用于整个宇宙（天空与大地）时，他们遇到了一个悖论：如果天空之下的万物都会下落，那么为何大地自身不会下落？既然下落这个规律是普适的，大地不下落的原因必然是下面有什么东西在托着它。有人说那是因为有只大乌龟，它用自己的背托起了整个大地。可又是什么托着那只乌龟呢？是不是下面还有无穷多只乌龟，一只托着一只，构成了一个无穷向下延伸的序列？
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在阿那克西曼德看来，要想避开无穷的“乌龟塔”，要想获得一个适用于宇宙的下落理论，就必须进行一场观念革命。他提出的观点虽说在现在看来平淡无奇，但在古人看来可谓惊世骇俗。“下”这个方向随地点的不同而不同，它应该被定义为指向大地的方向。万物往“下”落，这样说并不对。正确的说法应该是：我们头顶和脚下的所有物体，都往大地上落。这一发现引发了另一个革命性的发现，即大地是圆的而不是平的。这一发现并非由阿那克西曼德本人提出，但他对“下”的重新定义打开了思想的禁区。在他看来，整块大地飘浮于空间之中。接下来，他提出了更为惊人的观点：天空可以不断延伸，在覆盖我们头顶的同时，又覆盖我们的脚下，最终包裹整个大地。
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阿那克西曼德的观点极大地简化了当时的宇宙学。太阳、月亮、星星的东升西落开始被理解为天球的旋转。
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人们不用再想象，每天清晨，新的太阳在东方降生；每天晚上，旧的太阳在西方灭亡。落山后的太阳，将沿着一条我们脚下的轨迹，回到它清晨起始的地方。不难想象，第一次听说这个理论的古人是多么欢呼雀跃！他们心中的那块大石头落地了，他们不用再担心，负责清晨制造太阳的神明睡过了头或不想工作了。
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从某个意义上说，阿那克西曼德的理论比哥白尼的地心说更具有革命性，他对“下”的重新定义，使得“什么托着大地”这个问题变得毫无意义。
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那些总是在想“什么托着大地”的哲学家犯了一个简单的错误：他们试图将适用于宇宙局部的理论推广到整个宇宙。古人的宇宙就是天空和大地，而我们的宇宙是一片充满星系的广袤空间。尽管宇宙观大相径庭，可人们还是犯着同样的错误，这在很大程度上造成了当代宇宙学中的种种困惑。人们会想，如果一个自然规律是普适的，为什么不能将它应用于整个宇宙呢？没有比这更为自然的理论外延了。我们总是禁不住把一个成功的亚宇宙系统规律或原则，推广到整个宇宙，这样做犯了一个大错误。我将其称为“宇宙学谬误”。
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世上没有一套唯一的万物至理
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整体的宇宙和它的各个部分并不相同，与这些部分的总和也不相同。在物理学中，我们通过物体间的相互关系或相互作用来了解物体的性质。宇宙是这些相对关系的总和。也就是说，我们找不到一个与宇宙相称的个体，借以通过相对关系描述宇宙的性质。
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在阿那克西曼德的宇宙中，大地就是这样特别的个体：大地不会下落，因为大地是所有物体相对下落的对象。类似地，我们的宇宙不可能由外因触发，也不可能通过外部事物来加以说明，宇宙本身就是所有原因的集合。
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之前我们将现代科学与古希腊科学做了类比。如果这个类比足够贴切的话，那么现代科学就会因为错误地将小尺度系统的物理定律推广至整个宇宙，而产生无法回答的问题和难以抉择的困局。事实也确实如此。在这个时代，对牛顿范式的虔诚信仰将我们引至两组简单的问题。可惜，一切基于牛顿范式的理论都无法回答它们。
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●为什么是这些定律？为什么宇宙由这套特别的定律支配？到底是什么选择了这些定律，而不是其他定律来支配这个世界？
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●宇宙自大爆炸开始，而大爆炸有着一系列初始条件。为什么是这些初始条件？即使自然规律具有唯一性，宇宙的诞生仍然可以因为无穷多的初始条件而千变万化。到底是什么机制从这无穷多的初始条件中，挑出了真正的初始条件？
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面对这两类宽泛的重要问题，牛顿范式就有些无能为力了。这是因为在牛顿范式中，物理定律和初始条件都是理论的输入。如果整个物理学都被牛顿范式所囊括，那么这两类重要问题将永远得不到回答。
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“为什么是这些定律？”过去我们认为自己可以回答这个问题。曾经，许多理论物理学家相信，量子物理框架下有且仅有一种数学上自洽的理论，可以统一自然界中的四种基本作用力——电磁力、强相互作用力、弱相互作用力以及引力。如果事实果真如此，那么回答上述这一问题将变得非常简单：我们只有一套可能的物理定律，只有这套定律能够诞生一个如我们所见的世界。
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可惜，这一希望已然破灭。就目前来看，我们有充分的证据相信，世上没有一套唯一的万物至理，也没有一套唯一的理论能够融合广义相对论与量子力学。过去30年间，物理学家借助许多不同的方法研究量子引力理论。这些理论都取得了长足的进步。但物理学家同时也得出了这样的结论：尽管这些理论取得了不少成功，然而这些成功的基础是理论独特性的丧失。举例来看，圈量子引力论在研究量子引力时，它允许多种基本粒子或相互作用的出现。
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弦论的情况也大同小异。同圈量子引力论一样，人们认为弦论能够在量子理论和引力理论两者间实现统一。然而越来越多的证据表明有许多不同的弦论存在，其中很多弦论又依赖于不同的参数，这类参数数量庞大，而且可以被调成你想要的任意值，因此所有这些弦论似乎都具有数学自洽。其中的许多弦论能给出类似我们这个宇宙的相互作用与基本粒子谱。当然，这里要强调“类似”。到目前为止，还没有一个弦论能够仅仅给出粒子物理标准模型，而不附赠他物。
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弦论的初衷在于发现一个唯一的终极理论，这个终极理论不但能够精确地重现标准模型，也能根据各种标准模型之外的各种观察作出预测。1986年，哈佛大学物理学家安德鲁·斯特罗明格（Andrew Strominger）发现，弦论有许多不同的版本。这一发现与弦论的初衷相抵触，[2]这一发现同时也促使我思考宇宙究竟如何选择自然规律，并最终致使我接受了时间的真实性。