【內容提要】
宇宙論可以說是一門既古老又年輕的學科,作為宇宙裏高等生物的人類不會滿足於自身的生存和種族的綿延,一代代人前赴後繼地探索著存在和生命的意義。
關於宇宙演化,正如作者在該書中所指出的那樣,人類理念的進化是極其緩慢和艱苦的。從亞裏士多德、托勒密的地心說到哥白尼、伽利略的日心說的演化就花了2000年的時間。令人吃驚的是,盡管人們知道世間的一切都在運動,到了20世紀20年代因哈勃發現了紅移定律後,宇宙演化的觀念才進入人類的意識。人們甚至從來沒有想到過宇宙還會演化。牛頓的萬有引力定律表明,宇宙的物質在引力作用下不可能處於穩定的狀態。愛因斯坦為了得到一個穩定的宇宙模型,他曾將宇宙常數引進理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩定的宇宙模型。可見,宇宙演化的觀念並不是產生於這些天才的頭腦之中。
關於宇宙的誕生,作者認為,應該將哈勃的發現當成現代宇宙論的誕生標誌。哈勃發現,從星係光譜的紅移可以推斷,越遠的星係以越快的速度離開我們而去,這表明整個宇宙處於膨脹的狀態。從時間上倒溯到過去,估計在100億到200億年前曾經發生過一樁開天辟地的大事件,即宇宙從大爆炸而產生。伽莫夫在1948年發表的一篇關於熱大爆炸模型的文章中作出了一個驚人的預言,認為早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周圍,不過由於宇宙膨脹引起的紅移,其絕對溫度隻餘下幾度左右,在這種溫度下,輻射是處於微波的波段。
關於第一推動的問題,科學工作者一般認為,愛因斯坦的廣義相對論是用於描述宇宙演化的正確理論。在經典廣義相對論的框架裏。對此,作者等人證明,在很一般的條件下,空間——時間一定存在奇點,最著名的奇點即是黑洞裏的奇點以及宇宙大爆炸處的奇點。在奇點處,所有定律以及可預見性都失效。奇點可以看成空間時間的邊緣或邊界。隻有給定了奇點處的邊界條件,才能由愛因斯坦方程得到宇宙的演化。由於邊界條件隻能由宇宙外的造物主所給定,所以宇宙的命運就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時代起一直困擾人類智慧的第一推動問題。
作者風趣地說:“如果空間——時間沒有邊界,則就不必勞駕上帝進行第一推動了。這隻有在量子引力論中才能做到。”作者認為宇宙的量子態是處於一種基態,空間——時間可看成一有限無界的四維麵,正如地球的表麵一樣,隻不過多兩個維數而已。宇宙中的所有結構都可歸結於測不準原理所允許的最小起伏。從—些簡單的模型得出和天文觀測相一致的推論,如星係、恒星等等是平坦的,並因此才使得星係及至生命的發展成為可能,還有時間的方向箭頭等等。作者的量子宇宙論的意義在於它真正使宇宙論成為一門成熟的科學,它是一個自足的理論,即在原則上,單憑科學定律我們便可以將宇宙中的一切都預言出來。
作者最早在理論上描述和解釋了宇宙的這種思想,認為,事件或自然現象是由具備人類感情的靈魂所控製,它們的行為和人類非常相像,並且是不可預言的。這些靈魂棲息在自然對象之中,諸如河流和山嶽,包括諸如太陽和月亮這樣的天體之中。它們必須被祈禱並供奉,以保證土壤的肥沃和四季的變化。然而,一些規律性逐漸地被注意到:太陽總是東升西落,而不管是否用犧牲去對之進貢。更進一步,太陽、月亮和行星沿著已被預言得相當精確的軌道穿越天穹。太陽、月亮仍然還可以是神祇,隻不過是服從嚴格定律的神。
作者在該書中也談到,隨著文明的發展,特別是近300年期間,越來越多的規則和定律被發現。這些定律的成功,使得拉普拉斯在19世紀初主張科學的宿命論,他提議隻要給定宇宙在某一時刻的結構,由給定的一組定律即能精確地決定它的演化。
但同時,作者認為,拉普拉斯的宿命論在兩個方麵是不完整的。它沒講定律應該如何選擇,也沒指定宇宙的初始結構。這些都留給了上帝。上帝會選擇讓宇宙如何開始並要服從什麼定律,但是一旦開始之後它將不再幹涉。事實上,上帝是被限製於19世紀科學不能理解的領域裏。其實,拉普拉斯的宿命論的希望,至少在按照他頭腦中的方式,是不能實現的。量子力學不確定性原理表明,某些諸如粒子的位置和速度的對偶的量,不能同時以完全的精確度去預言。粒子沒有很好定義的位置和速度,而是由一個波來代表。它在這種意義上,這些量子理論從屬於宿命論。這樣,如果某一時刻這個波是已知的,便可以將任一時刻的波算出。