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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876975]
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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。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876976]
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宇宙学的困境
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以上是宇宙学谬误引发的不能回答的问题，现在让我们谈谈这一谬误引发的困局。[3]在牛顿范式中，物理定律本身就含有一个大困局。为什么我们称它们为“定律”？这是因为这些定律适用于许多不同的场合。如果一个定律只适用于一个场合，那它不过是一种观测结果。但任何试图将物理定律运用于局部宇宙的尝试，必然运用了某种近似（见第4章）。我们必须忽略系统与系统外的宇宙之间的相互作用。同样，许多对自然规律的应用也包含了种种近似。
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如果要将近似从自然规律中剔除，我们必须将其应用于整个宇宙。但是，一方面宇宙只有一个；另一方面，一个应用场景无法产生足够的证据来证明某个自然规律的合理性。或许，我们可以将以上两难困境称为“宇宙学困局”。
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尽管存在宇宙学困局，我们仍然可以将牛顿运动定律、广义相对论等自然规律运用于亚宇宙系统。对于每个这样的系统来说，这些定律都适用。所以我们才将它们称作自然规律。但是，我们不应忘记这些适用性建立在近似的基础之上。这些近似常常人为假设，系统之外的宇宙空无一物。[4]这些定律广泛的适用性使得我们想象宇宙的历史就是广义相对论的一个解，宇宙中的物质就是标准模型所包含的物质。但它无法解释为什么是A而不是B，也无法证明自然规律就应该是广义相对论加上标准模型。同一个解，可能起源于许多不同的模型。[5]
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想要将定律与简单的观测结果加以区别，我们不能只做一次测试。我想通过一个例子对此加以说明。
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有户人家的小孩叫米拉。她喜欢吃冰激凌，最爱的口味是巧克力味。这是因为她只尝过巧克力味的冰激凌，吃过一次后她就一直喜欢这个口味。
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米拉的父母相信所有的孩子都爱吃冰激凌，但他们没有调察其他孩子。他们无法检验这个规律，也无法知道这个规律和实际情况的差异。他们所知道的只是米拉爱吃冰激凌这个事实。米拉的爸爸还相信另一个规律，那就是所有的孩子都爱吃巧克力味的冰激凌。哄米拉入睡后，夫妻俩小酌了一杯。米拉的妈妈忽然想到了一个新的规律：所有的孩子都爱吃他们第一次尝到的冰激凌口味。
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米拉爸妈的理论都与他们手头的证据相符，但两人作出的预言却不同。如果对邻居父母们做个系统性的调查，我们可以对这两个理论加以检验，因而这两个理论都是可能的自然规律。但假如米拉是世界上唯一的孩子，那么我们就无法检验米拉父母的理论到底是普遍的规律，还是仅是个例。
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米拉的父母或许会说，基于生物学对人类的研究，孩子们确实爱吃所有含糖和牛奶的东西，这至少验证了他们的一个理论。他们或许说得对。但他们所用的论据基于生物学对许多个体的研究。这里，我们再也无法将米拉的例子类比于宇宙学。因为宇宙真的就只有一个。我们不能将宇宙想象为某个更大集合中的一个宇宙，这样做违背了科学原则。因为针对那个更大的集合，我们做不出任何可被实验观测验证的预言。
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将物理定律运用于亚宇宙系统的过程中必然需要近似，对宇宙学困局来说，这种近似举足轻重。让我们从另一个例子出发来看清这一点。牛顿第一运动定律声称，所有自由粒子总保持匀速直线运动。大量实验检验并证实了这一定律。但世上没有真正自由的粒子，每个实验都含有近似。宇宙中的每个粒子，至少都会受到其他粒子的引力作用。如果我们想不用近似来精确地检验这一定律，只会发现我们找不到一个适合的系统。