1樓:匿名使用者
在廣義相對論中,由於時間和空間在公式中表達的方式,使實際談論時間的創生成為可能。麻煩的是,在經典理論中,當空間和時間「開始形成」時,實在的點本身是數學中的奇點,數學失效了,所以它不能給你一個創生論。你在傳統的宇宙論中所能說的是,存在許多不同的可能宇宙,它們所有都和愛因斯坦方程式相符合。
我們恰巧在這個宇宙中生活的事實,毋寧說純粹是出於偶然。你不能賦予任何理由——甚至在原則上也不能。你所能說的一切是條件陳述:
假定宇宙在這一時刻處在這個狀態,則它在以後的時刻將處於那個狀態。它是條件性型別的演化。
【「虛」的含義】
虛時間中的詞「虛」不是指想象:它是指數學中非常古老的觀念。對於一位給定的觀察者,空間和時間當然是可區分的:
我們用尺來測量空間,用鐘錶測量時間。愛因斯坦和赫爾曼·閔可夫斯基在上世紀初指出,不同的觀察者的空間和時間概念,只不過是同一個統一的空間——時間觀念的不同方面。空間——時間是四維空間幾何,它有某些類空間的方向和某些類時間的方向。
所以就一定意義上來講,在那裡空間和時間概念仍是可以區分的。
【一個奇怪的可能性】
然而,當你談到虛時間,就有一個奇怪的可能性,也就是「現在」不一定要有一連串的過去時刻。如果我們從現在這一時刻往過去回溯,在很長的時間內一切都完全正常地進行,甚至在虛時間中也是如此。只要你使用這個唯象的時間,看起來就像你在通常時間裡回溯過去。
但是隨著你往以前退去,越來越接近傳統的實時間影象中變成原點之處,你就發現時間的性質在改變,復的或虛的變得越來越有份量。最後,在經典理論中應該是奇點的東西被抹平了,你就得到這張漂亮的圖畫,這些碗狀的宇宙創生影象。那裡沒有起點,只是某種光滑的形狀。
【哈特爾和霍金的發現】
哈特爾和霍金所發現的是:如果你假設,宇宙在虛時間裡的過去歷史影象是所有可能的、恰好和我們現在時刻宇宙相符的這類形狀,而你多多少少用傳統量子力學方式來解釋之,至少在原則上你會得到整個宇宙唯一的波函式。
【對這個發現的分析】
這樣,你就得到了這個沒有過去的美妙圖畫,宇宙根本不從任何東西產生出來。因為它是一個自洽的數學結構,所有你真正能說的是宇宙存在。和從某點創生宇宙的圖景不一樣,這宇宙沒有過去,因為沒有任何它在其中創生的東西。
如此,宇宙從「無」中創生的說法,實際上有一點用詞不當;這是詞彙「無」的誤用。它不只是指在空虛的空間中出現宇宙,你也許可以把這空間稱為「無」:因為甚至連創生事件也不存在,所以根本不存在任何東西!
在這些理論中,動詞過去時態的使用變成不恰當。當然,在人們相信實時間時就建立了時態。不幸的是,我們還沒有在虛時間中表示時態的語言形式。
因此,在這層意義上,說「從無中創生」肯定是誤導的。它對於這個在預先存在的時間中忽然出現的宇宙影象很合適,可是它並不是哈特爾——霍金態的貼切描述。
為了預言宇宙是如何起始的,人們需要在時間開端處也能成立的定律。在實時間內只存在兩種可能性:或者時間往過去回溯直至無窮,或者時間在一個奇點處有一個開端。
人們可以把實時間認為是從大**起到大擠壓止的一根直線。但是,人們還可以考慮和實時間成直角的另一個時間方向。這叫做時間的虛方向。
在時間的虛方向,不必要任何形成宇宙開端或終結的奇點。
在虛時間裡,沒有科學定律在該處失效的奇點,也沒有人們需要在該處乞求上帝的宇宙邊緣。宇宙既不創生也不毀滅結束。它就是存在。
也許虛時間才真正是真實的時間,而我們稱為實時間的僅是我們的想象。宇宙在實時間裡各有一個開端和終結。可是在虛時間裡,不存在奇點或邊界。
因此,也許我們稱為的虛時間是真正更基本的,而我們叫做實時間的,只不過是我們發明的觀念,用來幫助自己描述我們認為的宇宙的樣子。
許多人相信,上帝允許宇宙按照一套定律來演化,上帝並不干涉演化的過程促使宇宙觸犯這些定律。然而,仍然需要靠上帝去卷緊發條並選擇如何去啟動它。只要宇宙有一個開端,我們就可以設想有一位造物主。
但是,如果宇宙確實是完全自足的,那還會有造物主的存身之處嗎?
【宇宙如何終結】
宇宙如何終結存在兩種基本理論。一種是開放宇宙的觀念,它會繼續演化,不會突然終止;事情僅僅是緩慢下來,並且按照熱力學第二定律到達熱死。另外一種是閉合宇宙的觀念,它會停止膨脹,而且會向自身坍縮回來,這有時被稱作大擠壓,像是大**,只不過在時間上顛倒過來就是了。
【最簡單的理論】
儘管那種觀念具有巨大威力,在統一這些概念方面仍然可以走得更遠些。如果你用虛數來測量時間方向,那你就得到了空間和時間之間的完全對稱,這在數學上是非常美妙和自然的觀念。無邊界設想就是利用這個數學的單純化,導致所有可能的宇宙的初始條件中的最簡單的理論。
但是,人們不應認為日常經驗中可以直接體驗到虛時間。它是一種用來表達物理方程式的美麗的數學觀念,同時在此情形下,它是一個解釋宇宙初始狀況的特殊設想。
【霍金的奇性定理】
霍金的奇性定理指出,愛因斯坦的廣義相對論和一定的觀測相結合,意味著宇宙在開端處必須有一個奇點。如果你向時間過去回溯,到達某一點就不能再過去了。我們通常將此視為時間的起點。
這擾亂了許多假定宇宙為無限古老的人。霍金的思想指出宇宙有一個開端,有人覺得,這符合創世紀所描述的宇宙在時間中創生;雖然其他神學家說,上帝創世並不見得就發生在我們的時間裡。
上帝也許可以創生一個無限宇宙,但是霍金的思想隱含著時間有一個開端。現在,我們當然知道,愛因斯坦理論在非常接近於那個開端處不能成立。所以我們知道,該理論本身在那裡失效。
那就引起了這樣的可能性:即也許宇宙是無限古老的,或者也許是別的什麼樣子的。
現在許多人連霍金都覺得時間概念本身在接近開端處失效,因此談論開端之前是什麼並沒有意義:在此之前是否有無限的時間呢?還是隻有有限的時間?
宇宙是否有一個時間上的絕對開端呢?由於時間觀念本身在這些極早的時刻並沒有多少意義,所以那些問題有些是沒有什麼意義的。我們能肯定的是,就我們所知,時間有一個開端,可是這開端有一個點,一旦超過那一點,我們標準的時間概念就失效。
在哈特爾——霍金的無邊界設想中,宇宙開端的方式是:時間的行為非常滑稽:在技術意義上時間是虛的。
這樣時間沒有邊緣,你似乎有一個地球的表面。譬如說你從北極出發,沿著經線往外走。這些經線的確從北極散開,北極是完全規則的。
這就是霍金的宇宙影象:這個虛時間既沒有開端也沒有終結。它沒有必要永遠前進。
它是有限的,如同地球只有有限的面積一樣。在地球上不可能永遠繼續向北走下去。由於你可以走到最北的一點,在某種意義上,你會走到盡頭。
但在另一種意義上,在那裡並沒有真正的終點。
因此,霍金說,宇宙在開端處沒有邊界,所以宇宙是一個自足的整體。他還論斷道,上帝實在沒有必要去啟動宇宙:宇宙能夠自身存在那裡,不需要上帝去創造它。
【是否有造物主】
還會有造物主的存身之處嗎?上帝是否創造宇宙的問題和宇宙是否有邊緣並沒有直接關聯,儘管許多人認為是相關的。它們實際上是不怎麼相干的。
例如,我在一張紙上畫了兩條線。這條直線有兩個端點:如果我想象時間以那種方式前進的話,則你可把這一個端點稱為起點,那一個端點稱為終點。
如果時間沿相反方向前進,則情況就變相反,這一個端點稱為終點,那一個端點稱為起點。你可將此當成宇宙的一個模型,一個具有開端和終結的宇宙。
這個圓圈表示另一個宇宙。當時間前進時,在某種意義上存在一個最早的時刻;可是如果你沿著這圓圈的線,該線沒有終點,它只是不斷圍繞著。
但是,我自己畫了這些線,所以在某種意義上而言,我創造了它們。但是它們是否有開端或終結,對我是否創造了它們的問題毫無影響。
我認為宇宙的情形是類似的。在霍金的舊模型中,宇宙具有一個開端,也許還有一個終結。新模型更像這沒有開端和終結的圓圈。
在某種意義上它有個最左的端點;這樣你能說有某種像是最早時刻和最晚時刻的東西。但是,就更技術性的意義來說,既不存在開端也不存在終結。而且這兩種都可以由上帝來創造。
我們必須先有信仰,才能問它是否由上帝創造的問題。這是科學既不能證實也不能證偽的事體。
我想,霍金在他的書中小心避免公開直截了當地說沒有上帝。他僅說:還會有造物主的存身之處嗎?然而我想他希望人們從這裡得出何種結論是十分明顯的。
【論霍金虛時間】
所謂虛時間才是真正的實時間,而我們叫做實時間(指l=ct)的東西恰恰是子虛烏有的空想的產物。在實時間中,宇宙的開端和終結都是奇點。這奇點構成了科學定律在那裡不成立的時空邊界。
但是在虛時間裡不存在奇點或邊界。所以,很可能被我們稱為「虛時間」的才真正是更基本的觀念,而我們稱為實時間的反而是我們臆造出來的,它僅僅有助於我們描述宇宙的模樣,如此而已,但是,科學理論只不過是我們用以描述自己所觀察物件的數學模型,它只存在與我們的頭腦中。所以在問諸如這樣的問題是毫無疑義的:
「實」的或「虛」的時間,哪一種是實在的?這僅僅是一個哪一種描述更為有用的問題。因此事實上霍金已經感覺到四維時空座標的缺陷。
但他沒有能夠跳出傳統的邏輯體系而被束縛住了。所以霍金的時間論是有缺陷的。
【愛因斯坦談虛時間】
虛時間是一具很難掌握的概念,它可能是我的書的讀者覺得最困難的東西。我還由於使用虛時間而受到哲學家們猛烈的批評。虛時間和實在的宇宙怎麼會相乾呢?
我以為這些哲學家沒有從歷史吸取教訓。人們曾經一度認為地球是平坦的以及太陽繞著地球轉動,然而從哥白尼和伽利略時代開始,我們就得調整適應這種觀念,即地球是圓形的而且它繞著太陽公轉。類似的,長期以來對於每位觀測者時間以相同速率流逝似乎是顯而易見的,但是從愛因斯坦時代開始,我們就得接受,對於不同的觀測者時間流逝的速率不同。
此外,宇宙具有唯一的歷史似乎是顯然的,但是從發現量子力學起,我們就必須把宇宙考慮成具有任何可能的歷史。我要提出,虛時間的觀念也將是我們必須接受的某種東西。它和相信世界是圓的是同等程度的一個智慧的飛躍。
在有教養的世界中平坦地球的信仰者已是鳳毛麟角。
你可以把通常的實的時間當成一根從左至右的水平線。左邊代表早先,右邊代表以後。但是你還可以考慮時間的另一個方向,也就是書頁的上方和下方。
這就是時間的所謂的庶的方向,它和實時間夾直角。
引入虛時間的緣由是什麼呢?人們為什麼不只拘泥於我們理解的通常的實時間呢?正如早先所提到的,其原因是物質和能量要使時空向其自身彎曲。
在實時間方向,這就不可避免地導致奇性。時空在這裡到達盡頭。物理學方程在奇點處無法定義,這樣人們就不能預言會發生什麼。
但是虛時間方向和實時間成直角。這表明它的行為和在空間中運動的三個方向相類似。宇宙中特質引起的時空曲率就使三個空間方向和這個虛的時間方向繞到後面再相遇到一起。
它們會有任何可以叫做開端或者終結的點,正和地球的表面沒有開端或者終結一樣。
2023年詹姆·哈特爾和我提出,對於宇宙不能取在實時間中的歷史求和,相反的,它應當取在虛時間內的歷史的求和,而且這些歷史,正如地球的表面那樣,自身必須是閉合的。因為這些歷史不具有任何奇性或者任何開端或終結,在它們中發生的什麼可完全由物理定律所確定。這表明在虛時間中發生的東西可被計算出來。
而如果你知道宇宙在虛時間裡的歷史,你就能計算出它在實時間裡如何行為。以這種方法,你可望得到一個完整的統一理論,它能預言宇宙中的一切。愛因斯坦把他的晚年獻身於尋求這樣的一種理論。
因為他不相信量子力學,所以他沒有尋找到。他不準備承認宇宙可以有許多不同的歷史,正如在對歷史求和中的那樣。對於宇宙我們仍然不知道如何正確地對歷史求和,但是我們能夠相當肯定,它將牽涉到虛時間以及時空向自身閉合的思想。
我認為,對於下一代的人而言,這些思想將會像世界是圓形的那麼自然。虛時間已經成為科學幻想的老生常談。但是它不僅是科學幻想或者數學技巧。
它是某種使我們生活於其中的宇宙成形的某種東西。
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