霍金演講稿

『壹』 霍金問道求蒼茫演講稿的中文翻譯

這篇文章不是關於我信仰上帝與否。我將討論我如何理解宇宙 的方法：作為「萬物理論」的大統一理論的現狀和意義。這里存在一個真正的問題。研究和爭論這些問題應該是哲學家的天職，可惜他們多半不具備足夠的數學背景，以趕上現代理論物理進展的節拍。還有一種科學哲學家的子族，他們的背景本應更強一些 ，但是，他們中的許多人是失敗的物理學家，他們知道自己無能力發現新理論，所以專業寫作物理哲學。他們仍然為本世紀初的科學理論，諸如相對論和量子力學而喋喋不朽。他們實際和物理 學的當代前沿相脫節。
也許我對哲學家們過於苛刻一些，但是他們對我也不友善。我 的方法被描述成天真的和頭腦簡單的。我在不同的場合曾被稱為唯名論者、工具注意者、實證主義者、實在主義者以及其他好幾種主義者。其手段似乎是藉助污衊來證偽：只要對我的方法貼上標簽就可以了，不必指出何處出錯。無人不知這些主義的致命錯 誤。 在實際推動理論物理進展的人們並不認同於哲學家和科學史家為他們發明的范疇。我敢斷定，愛因斯坦、海森堡和狄拉克對於他們是否為實證主義者或者是工具主義者根本不在乎。他們只是關心現存的物理理論不能互相協調。在發展理論物理中，尋求邏 輯自洽總比實驗結果更重要。優雅而美麗的理論會因為不和觀測相符而被否決，但是我從未看到任何僅僅基於實驗而發展的主要理論。首先是需求優雅而協調的數學模型提出理論，然後理論提出可被觀測驗證的語言。如果觀測和預言一致，這並未證明該理 論；只不過該理論存活以作進一步的預言，新預言又要由觀測來驗證。如果觀測和預言不符，即拋棄該理論。或者不如說，這 是應當這么發生的。但在實際中，人們非常猶豫放棄他們以投注大量時間和心血的理論。通常他們首先質疑觀測的精度。如果找 不出毛病的話，就以想當然的方式來修正理論。該理論最終就會變成醜陋的龐然大物。然後某人提出一種新理論，所有古怪的觀測都優雅而自然地在新理論中得到解釋。1887年進行的麥克爾遜－莫雷實驗即是一個例子，它指出不管光源還是觀測者如何運動 ，光速總是相同的。這簡直莫名其妙。人們原先以為，朝著光運動比順著光運動一定會測量出更高的光速，然而實驗的結果是，兩者測量出完全一樣的光速。在接著的十八年間，象亨得利克。洛倫茲和喬治。費茲傑朗德等人試圖把這一觀測歸納到當時被接 受的時間和空間的框架中。他們引進的想當然的假設，諸如物體在高速運動時被縮短。物理學的整個框架變得既笨拙又醜陋。之後，愛因斯坦在1905年提出了一種遠為迷人的觀點，時間自身不能是完全獨立的。相反的，它和空間結合成稱為時空的四維的東 西。愛因斯坦之所以得到這個思想，與其說是由於實驗的結果，不如說是由於需要把理論的兩個部分合並成一個協調的整體。這兩部分便是制約電磁場的，以及制約物體運動的兩套定律。
我認為，無論是愛因斯坦還是別的什麼人在1905年都會意識到 ，相對性的這種新理論是多麼的簡單而優雅。它完全變革了我們關於時間和空間的概念。這個例子很好地闡明了，在科學的哲學方面很難成為實在主義者，因為我們認為實在的是以我們所採用的理論為前提。我能肯定，洛倫茲和費茲傑朗德在按照牛頓的絕 對空間和絕對時間觀念來解釋光速實驗時都自認為是實在主義者。這種時間和空間的概念似乎和常識及實在相對應。然而今天仍有極少數的熟悉相對論的人持有不同的觀點。我們必須不斷告訴人們，對諸如空間和時間的基本概念的現代理解。
如果我們認為，實在依我們的理論而定，怎麼可以用它作為我 們哲學的基礎呢？在我認為存在一個有待人們去研究和理解的宇宙的意義上，我願承認自己是個實在主義者。我把唯我主義者的立場認為是在浪費時間，他們認為任何事物都是我們想像的創造物。沒人基於那個基礎行事。但是沒有理論我們關於宇宙就不能 說什麼是實在的。因此，我採取這樣的被描述為頭腦簡單或天真的觀點，即物理理論不過是我們用以描寫觀察結果的數學模型。如果該理論是優雅的模型，它能描寫大量的觀測，並能預言新觀測的結果，則它就是一個好理論。除此之外，問它是否和實在相 對應就沒有任何意義，因為我們不知道什麼與理論無關的實在。
這種科學理論觀點可能使我成為一個工具主義者或實證主義者— —正如我在上面提及的，他們是這么稱呼我的。稱我為實證主義者的那邊進一步說道，人所共知，實證主義已經過時了——這是用污衊來證偽的又一例證。它在過去的知識界時興過一陣，就這
一點而言的確是過時了。但我所概括的實證主義似乎是人們為描 寫宇宙而尋找新定律新方法的僅有的可能的立場。因為我們沒有和實在概念無關的模型，所以求助於實在將毫無用處。依我的意見，對與模型無關的實在的隱含的信仰是科學哲學家們在對付量子力學和不確定原理時遭遇到困難的基本原因。有一 個稱為薛定諤貓的理想實驗。一隻貓被置於一個密封的盒子中，有一桿槍瞄準著貓，如果一顆放射性核子衰變就開槍。發生此事的概率是百分之五十。（今天沒人敢提這樣的動議，哪怕僅僅是一個理想實驗，但是在薛定諤時代，人們沒聽說過什麼動物解放 之類的話。） 如果人們開啟盒子，就會發現該貓非死即生。但是在此事之前，貓的量子態應是死貓狀態和活貓狀態的混合。有些科學哲學覺得這很難接受。貓不能一半被殺死另一半沒被殺死，他們斷言，正如沒人處於半懷孕狀態一樣。使他們為難的原因在於，他們隱 含地利用了實在的一個經典概念，一個對象只能有一個單獨確定的歷史。量子力學的全部要點是，它對實在有不同的觀點。根據這種觀點，一個對象不僅有單獨的歷史，而且有所有可能的歷史。在大多數情況下，具有特定歷史的概率會和具有稍微不同歷史 的概率相抵消；但是在一定情形下，鄰近歷史的概率會相互加強。我們正是從相互加強的歷史中的一個觀察到了該對象的歷史。在薛定諤貓的情形，存在兩種被加強的歷史。貓在一種歷史中被殺死，在另一種中存活。兩種可能性可在量子理論中共存。因為 有些哲學家隱含地假定貓只能有一個歷史，所以他們就陷入了這個死結而無可自拔。
時間的性質是我們物理理論確定我們實在概念的又一例子。不 管發生了什麼，時間總是勇往直前被認為是顯而易見的。但是相對論把時間和空間結合在一起，而且告知我們這兩者都能被宇宙中的物質和能量所捲曲或畸變。這樣，我們對時間性質的認識就從與宇宙無關改變成由宇宙賦予形態。這樣，在某一點以前時間 根本沒有意義就變成可以理解的了；當人們往過去回朔，就會遭遇到一個不可逾越的障礙，即奇點，他不能超越奇點。如果情形果真如此，去詢問何人或何物引起或創造大爆炸便毫無意義。談論歸因或創生即隱含地假設在大爆炸奇點之前存在時間。愛因斯 坦的廣義相對論預言，時間在一百五十億年前的奇點處必須有一個開端，我們知道這一點已經二十五年了。但是哲學家們還沒有掌握這個思想。他們仍然在為六十五年前發現的量子力學的基礎憂慮。他們沒有意思到物理學的前沿已經前進了。
更糟糕的是虛時間的數學概念。詹姆.哈特爾和我提出，宇宙在虛時間里既沒有開端有沒有終結。我因為談論虛時間受到一位科 學哲學家的猛烈攻擊。他說：像虛時間這樣的一種數學技巧和實在宇宙有什麼相關呢？我認為，這位哲學家把專業數學術語實的以及虛的數和在日常語言中的實在的以及想像的使用方式弄混淆了。這剛好闡述了我的要點：如果某物與我們用以解釋它的理論 或模型無關，何以知道它是實在的？ 我用了相對論和量子力學中的例子來顯示，人們在試圖賦予宇宙意義時所面臨的問題。你是否理解相對論和量子力學，或者這些理論甚至是錯誤的，實際上都無關緊要。我所希望顯示的是，至少對於一名理論物理學家而言，把理論視作一種模型的實證主 義的方法，是理解宇宙的僅有手段。我對我們找到描述宇宙中的萬物的一套協調模型滿懷信心。如果我們我們達到這個目標，那將是人類真正的勝利。
*註：1992年5月在劍橋凱爾斯學院的講演.