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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877027]
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宇宙是唯一的，只发生一次
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在本书开始的几章，我质问了数学在科学中的地位。在本书结束之前，我将很快回到这一主题。因为我们应该看到，时间的真实性对于数学在物理学中的地位有着很重要的影响。
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在牛顿范式中，不含时间的位形空间被描述成数学对象。物理定律可由数学对象表示，它们的解也可由数学对象表示。这些解便是系统可能的历史。数学所对应的并不是真实的物理过程，只是物理过程的完整记录——从定义上看，这些完成了的记录独立于时间。然而，这个世界一直是一束随时间演化的过程的集合。其中只有一小部分，能被独立于时间的数学对象代表。
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牛顿范式无法拓展到整个宇宙。正因如此，对应于整个宇宙历史的数学对象没有必要存在。对于宇宙整体而言，由数学对象表达的永恒的位形空间和永恒的物理定律都没有必要存在。
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约翰·惠勒曾在黑板上写下公式后，退到黑板旁说：“现在我开始拍手，就会有宇宙蹦跳着成为现实存在。”当然，宇宙并没有这样做。[3]霍金在《时间简史》中问道：“是什么将火焰吸入了方程之中？是什么让宇宙为方程所描述？”这些问题揭示了“数学先于自然”的观点的荒谬之处。在真实的世界中，自然之后才有数学，数学没有产生事物的能力。换句话说，数学结论受到逻辑推理限制，而自然事件由时间中的因果过程产生，二者并非同一事物；逻辑推理可以对因果过程的一些方面进行建模，但它不等同于因果过程。逻辑不是因果的镜像。
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逻辑和数学抓住了自然世界的某些方面，却没有抓住整个自然世界。真实宇宙的一些方面永远不能通过数学加以表现，比如，真实世界中总有一些特别的瞬间。
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因此，在掌握了时间的真实性后，我们学到的最为重要的一点是，任何单独的数学或逻辑体系都不能够完整地概括自然世界，宇宙就简简单单地在那里。换种更好的说法，宇宙就简简单单地发生了。宇宙是唯一的。宇宙只发生一次，组成自然的每一个事件、每一个唯一的事件，只发生一次。宇宙为什么会这样？宇宙为什么不空无一物？这些问题很可能没有答案。又或许，可能的答案是，存在就意味着和其他存在的事物之间拥有相对关系，而宇宙就简单的是所有这些相对关系的集合，宇宙自身和宇宙之外的事物没有相对关系。宇宙为什么会选择存在，而不是不存在呢？这个问题超出了充足理由律的范畴。
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如果宇宙学不再是一个永恒的数学定律作用在一些永恒的初始条件上，那么宇宙学的发现又该如何表达呢？这个问题的答案决定了未来宇宙学的方向。只需稍加思索，一些可能的答案便会浮现。
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前文中，我给了诸如宇宙自然选择假说、先例原则这样的例子。这些例子说明，我们在超越牛顿范式之后，可以构想能被实验验证的科学理论。科学史上，很多假说都没有数学表述。回想这些例子，对我们很有帮助。有些情况下，不用数学推理，我们也能从假说中得到结论。自然选择学说便是这样一个例子，这个理论的某些方面被一些简单的数学模型所概括。但没有一个单独的数学模型能概括自然选择作用于自然世界的全部机制。事实上，新的物种随时可能诞生，新的进化机制随时可能出现。
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假说要想具有科学性，就必须预言某些观测结果。通过观测，我们便能将其证实或证伪。有时，这要求假说拥有数学表达；有时，数学表达不是必须的。数学是一种科学的语言，它是一种非常强大，也非常重要的方法。但是，数学在科学中的应用基于一种一致性之上，即数学计算的结果和实验观测的结果相一致。我们在现实世界中进行实验，而不在数学世界中进行实验。所以，二者之间的连接必须通过日常语言来表述。数学是一种伟大的工具，但掌控科学的终极语言是自然语言。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877028]
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危机之中，只有时间知道答案
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我们不应低估面前的挑战，宇宙学正处于危机之中。我们唯一确信的是，如果继续旧有的方法论，我们就会停滞不前。当试图将标准的牛顿范式作为宇宙学根基时，我们制造了很多悖论。这些悖论的产生使我们看清了这一点。所以，我们必须进入未知领域。我们面临诸多激进的方案。哪种方案正确？仅当我们看到，某个方向可以为我们作出能被新的观测或已有观测检验的预言时，我们才能作出决定。一些已知的事实现在看上去还匪夷所思，我们期待新的理论可以为它们提供扎实的解释。许多不同的方法都可以解决以上棘手的问题，对于这些方法，我们都应给予鼓励。
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无论怎么说，选择之间的落差是巨大的。为了对比摆在我们面前的选择，这里我会一对对地罗列我们前文讨论过的截然相反的论断。这样，我们就整理了两类理论的推论：一类理论认为时间是一种假象，另一类理论认为时间是现实的核心。
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在科学中，没有什么是确定性的。我们应该做的，就是直面这些不确定性，为不同的假设构建理性的论证。这正是我在本书中所做的。实验观测是终极的裁判。尽管如此，我们还是可以看看一个研究项目能产生多少新的假设，可以作出多少可被实验验证的预言。由此，我们可以得出一些结论。
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有些研究项目基于无时宇宙模型，认为量子力学、多重宇宙是终极理论，这些研究已经持续了至少二十余年。但是，这些研究尚未对可行的实验作出过任何一个可被证伪的预言，它们至多只是推测一些新现象的存在，比如泡沫宇宙间的碰撞。如果我们足够幸运，或许我们能观测到碰撞的遗迹。然而，这些推测并不是可被观测证伪的预言，因为如果我们什么都观测不到，我们也能够轻易地解释预言的失败。推测本身不需要付出任何代价。这些研究项目面对的基本问题也没有得到解决，尽管很多聪慧、执着的科学家多年以来一直致力于此。这些困难与我们想为多重宇宙中的其中一个宇宙作出预言有关。多重宇宙中存在无穷多个宇宙，除了一个宇宙，其他所有宇宙我们都无法观测。这些困难与无穷大的宇宙中的概率定义有关。在无穷大的宇宙中，每个事件都有无数个一模一样的拷贝。这些困难也与一个事实有关：不论是理论，还是观测，都不应该强烈地限制新场景的出现。新场景中的事物或许也是真实的，但它们在我们的观测范围之外。
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我们无法确定，对以上想法的考察是否会无果而终。但未来的历史很有可能将它们描述为失败的理论。它们的失败，起因于针对科学基础问题采用的错误方法，起因于它们将适用于研究宇宙局部的方法应用于整个宇宙。
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如果我的概括正确，那这些失败就不是肤浅的，不可以通过发明同类理论加以修复。对于“为什么是这些定律”“为什么是这些初始条件”之类的宇宙学问题，将物理定律和初始条件作为第一性输入的理论，注定无法回答它们。理论的补救必须是激进的。它不仅要涉及新理论的发明，还要涉及新的方法论，以及由此得出的全新的理论类别。
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任务虽然艰巨，但我们还可以做许多力所能及之事。第一步，可能也是最为原始的一步，便是尝试构造一个自然规律的演化假说——假说将会涉及大爆炸之前的宇宙历史，它将为可行的实验作出可被证伪的预言。宇宙自然选择假说的预言便是这样的预言；循环宇宙模型的预言也是这样的预言。现在判断这些观点正确与否还为时尚早，但是目前或近期的观测或许可以证伪这些观点。一旦被证伪，我们便可以将其抛弃。知道这一点本身令人振奋。一些简单的例子表明，如果一个理论中，我们的宇宙是一连串宇宙中的一个阶段，那么这个理论就可能被实验观测检验，因而它是科学的。
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历史上，一些思想家对宇宙学进行了非常深入的思考，他们的智慧是指引我们前进的另一股力量。其中，莱布尼茨、马赫、爱因斯坦的学说给人以最大的启发。从他们的学说中，我们总结了出几条原则，这些原则是引领物理学发展至今的极佳指导。
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沿着这个方向走，我们得到的最为激进的观点，便是坚信当下的真实性，以及坚信所有的真实都是关于当下的真实。从某种意义上看，这是个硕果累累的观点，我们再也不必将物理学理解为搜寻宇宙的数学镜像。现在，我们视这个梦想为形而上学的幻想。它激励了一代代的理论物理学家，现在却封锁住了物理学继续前进的道路。数学依然是科学的女仆，但她不再是科学的女王。
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牺牲科学女王之后，我们换得的回报是一个更为民主的科学理论。很久之前，我们便抛弃了王室与平民的区别。现在，我们也要抛弃并超越，事物状态和指引它们如何随时间演化的物理定律的区别。我们再也看不到永恒的、绝对的物理定律主宰受时间约束、随时间演化的世界了。如果一切事物的真实都是关于某一瞬间的真实，那么物理定律和状态之间的差别一定是相对的。在一个冰冷沉寂的宇宙中，比如说我们的宇宙，两者间的区别开始显现，并容易分辨。但在其他一些剧烈活动的宇宙中，两者间的区别不再，两者合为一个关于世界的崭新的、完全的动态描述。这个描述是理性的，它回答了充足理由律的所有问题。
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