导读：爱因斯坦曾做过一个精彩的比喻：宇宙就像是一个打不开的表壳，你只能站在外面，猜测这个表的内部结构和运作机制。所谓的客观性、实在性，不过是一套自洽的、跟观测一致的主观逻辑模型而已。
1927年，比利时布鲁塞尔的第五次索尔会议上，
爱因斯坦和玻尔展开激烈辩论。
我们离真理究竟有多远？
（之二）
文 | 立峰
（接上文）
5、普朗克、玻尔、波恩、海森堡
即便伟大如牛顿，用他的经典物理，直接将人类带入了现代社会，那又如何？几百年间屹立不倒的牛顿经典力学，却被瑞士专利局的一个26岁小职员爱因斯坦，一举颠覆，而他凭借的，不过是在头脑中做的一个思想实验。
就算智慧如爱因斯坦，用让人脑洞大开、打破常识的相对论，推翻了几百年来，牢牢占据常人观念的绝对时空观，为宇宙的时空赋予了形状，但那又如何？在关于量子力学的大辩论中，爱因斯坦也一样败下阵来。
科学史上的每一次重大的发现，都是理性对于常识的颠覆，哥白尼提出日心说是这样，爱因斯坦提出相对论同样如此。似乎所有常识，都只是用来被后人推翻的。人类不断探索宇宙自然的过程，亦是一次次突破定势、打破常识的过程。
20世纪初，关于量子力学的种种新发现、新学说，无一不让人感觉匪夷所思、违反常识，奇葩得连爱因斯坦都无法接受。在与玻尔Niels Bohr的著名论战中，爱因斯坦至死都坚持认为：“上帝是不会掷骰子的”。
而玻尔却针锋相对，毫不客气地反驳当时已经名满天下的爱因斯坦：“爱因斯坦先生，请您不要告诉上帝他应该怎么做。”
1911年第一次索尔会议，中间的居里夫人低头讨论问题，
镜头都懒得看；而爱因斯坦(右二)当时还只是无名小卒，
只能站在边边上。
以爱因斯坦和玻尔为代表，薛定谔Schrödinger、波恩Max Born、海森堡Heisenberg等，这些物理学史上金光闪闪的天才，全都投入到了量子力学的大论战中。论战的结果十分明确：爱因斯坦错了，量子力学是正确的，上帝的确掷骰子。
而当时的物理学界，无疑是决定论的天下。
自从伽利略和牛顿道出了世间万物的运动规律，人类好像一下成了世界的主宰，不但能准确计算所有物体的运动状态，还能精准预言日食的时间。宇宙就像一台精密的机器，所有的零件都按部就班，因果关系如此清晰，人只要掌握足够规律，及足够的测量、计算能力，整个宇宙就能尽在掌握。
这在哲学上叫做决定论，是很长时间以来，人们理解世界的方式。
但科学家研究微观粒子时却发现，粒子的运动却完全不合常理。你即使掌握了电子的初始状态，拥有强大的计算工具，考虑了所有可能因素，电子的位置仍无法被预言。
这并非能力不足，而是微观粒子从根本上就无法被预测。量子力学，不是推翻了某条规律，而是彻底推翻了整个决定论系统，颠覆了全部的物理学基础。
普朗克在关于黑体辐射的研究中，提出了量子假设，即能量不能被无限分割，而是必须有一个最小单位，即量子，于是便诞生了量子论。
但这也直接否定了微积分关于连续性和平滑性的假设，动摇了牛顿力学和麦克斯韦电磁学，因为两者都建立在微积分连续性的基础上。量子论一下抽走了经典物理学大厦的地基。
波恩的电子双缝干涉实验证明，微观粒子的位置，是无法确定、随机分布的；人们能够掌握的，只有粒子的出现概率。在量子力学中，概率是深藏在世界底层的根本性质，一切都是掷骰子决定的。
波恩的结论是，即便给出全部的条件，也无法预测结果。而海森堡进一步用不确定性原理证明，就连给出条件都做不到。因为压根儿不存在一个位置和速度完全确定的电子。而且，观测行为本身会对粒子造成干扰，从而影响观测结果。
在量子的世界里，并没有一个绝对客观的实体，电子或光子也没有客观的速度和位置，只有测量得到的物理量，并且测量结果与测量方式有关。如果不进行测量，粒子的状态根本没有意义；只有可被测量的物理量才是有意义的。
经典物理学认为，世界是客观实在的。即使人类对世界还无法拥有一个清晰全面的认识，那也是人自己的问题；世界本身的客观实在性，是不以人的意志为转移的。即“客观实在论”。
但在量子力学中，人们无法研究一个所谓客观实在的世界，无法了解宇宙的客观本质，我们只知道自己观测到的宇宙的样子。任何事物，只有在被观测的时候才有意义。
客观实在论被瞬间打破、严格的因果关系荡然无存、统治科学界几百年的决定论被彻底推翻、概率深藏在宇宙的底层——一切实验结果都清楚表明，上帝的确掷骰子。
难怪量子物理学家费曼RichardFeynman说：没有人能够真正理解量子力学。
故事发展至此，曾被预言即将唾手可及的真理，竟又全然不知所踪，人类离真理的距离，一下变得遥不可及。
6、史蒂文·霍金
《时间简史》
这下，我们终于要开始讲霍金StephenHawking啦。
在20世纪以前，人们都普遍相信，宇宙是静止的。爱因斯坦在广义相对论中提出时空可以弯曲；但根据他的“爱因斯坦引力场方程”，宇宙并不是静止的，爱因斯坦总觉得是哪里搞错了，于是就在方程里强行添加了一个宇宙常数，让宇宙看上去好像是静止的。
1916年提出的“爱因斯坦引力场方程”：
R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv
经过修改后的“爱因斯坦引力场方程”：
R_uv-1/2*R*g_uv+Λ*g_uv=κ*T_uv
其中Λ是宇宙常数，其物理意义是宇宙真空场。
但事实上，20世纪早期科学家就已经发现，观测到的恒星都正在远离地球；直到1929年，美国天文学家哈勃Edwin Hubble，发现了恒星远离的速度与距离间的确定关系，即“哈勃定律”，给宇宙膨胀提供了证据。
于是，苏联科学家弗里德曼以爱因斯坦的广义相对论为基础，提出描述宇宙膨胀的弗里德曼模型。在这个模型中，宇宙诞生于大约150亿年前的奇点。奇点的体积无限小，而弯曲程度、密度、引力都无限大。
后来爱因斯坦不得不承认，宇宙常数是他一生犯下的最大错误。
电影《万物理论》饰演霍金的“小雀斑”Eddie Redmayne，
他因此获得了87界奥斯卡最佳男主角奖。
上面的故事来自霍金《时间简史》A BreifHistory of Time。悖论的是，虽然弗里德曼模型是根据广义相对论提出的，但包括广义相对论在内的所有理论，却一起在奇点处失效了。广义相对论预言了自身的坍塌。
奇点刚被提出时，很多科学家包括爱因斯坦，都不太相信这个说法，霍金在学术上的重大贡献之一，恰恰在于与数学家彭罗斯Roger Penrose一起，用严谨的数学方法证明，如果广义相对论的确成立，而且宇宙中被观测到的恒星和星系等确实存在，那么宇宙就一定诞生于一个奇点。
这个理论被称为彭罗斯-霍金奇点定理。宇宙和时间本身都开始于这个奇点，以及随之而来的宇宙大爆炸。
大爆炸奇点，实在是一个太过特殊的存在，难道我们这个宇宙真的是上帝创造的吗？人类是否只能把宇宙的起源问题排除在科学之外，把它交给宗教去解决？
霍金的奇点定律成立的前提，是广义相对论的成立。但事实证明，广义相对论依旧是个不完全的理论，而霍金认为，在大爆炸的一刻，必须引入量子力学。于是霍金提出了他自己的理论模型，即无边界宇宙模型。
《果壳中的宇宙》
莎士比亚的《哈姆雷特》中有一句台词说：即使把我关在果壳之中，仍然自以为无限空间之王。I could be bounded in a nutshell and count myself aking of infinite space.
也许莎士比亚想要描写的是人类的傲慢，而在霍金看来，这却恰好符合了宇宙的现实。
霍金认为，宇宙的历史也是果壳状的，所以霍金把继《时间简史》之后的著作起名为《果壳中的宇宙》The Universe in a Nutshell。
所有物理定律在宇宙诞生的奇点均告失效，而奇点根本无从研究，因此我们无法知道大爆炸那刻究竟发生了什么，宇宙的开端究竟是怎样的？
爱因斯坦的相对论，为时空赋予了形状；而霍金则决定，用他长期研究的“时间”作为切入点，为宇宙的历史赋予形状。
为了解决宇宙起源问题，霍金用数学方法引入了虚时间的概念，提出无边界宇宙模型。
在这个模型中，宇宙是个四维的球状时空，时间和空间交织在一起；这个宇宙，是有限无界的，即在范围上有限、但却没有边界；这个宇宙也没有奇点，因此不存在起源的问题，完全自给自足，也不需要上帝来创造。
这样一来，上帝好像真的成了一个濒危物种。
(所谓的“有限无界”，可以通过类似地球的球体表面来理解。从地球表面某个点开始，无论向哪儿移动，都不可能走到地球外面去；而地球的表面又有确定的范围，不是无限的。)
那么，什么是虚时间呢？
爱因斯坦在广义相对论中，把时间和三维空间合并起来组成四维时空。物质可以在三维空间任意移动；但在时间维度上，只能从过去走向未来，做单向移动。
霍金通过数学转换，把虚时间在数学上等价于空间，虚时间就像时间的投影，相当于空间的第四个方向。这有点儿像量子物理学家费曼Feynman提出的多重历史思想。
因为量子力学中的粒子，从A点到B点的轨迹，并不是确定的，而是具有多重可能性。虚时间，就是让宇宙的历史，也具有了多种可能性。
在虚时间的帮助下，霍金为宇宙的历史赋予了形状。
宇宙在虚时间中的历史，可以被看作一个封闭的四维球面，而上面的每个点都遵循物理规律。好像即便我们设定地球的南极点就是宇宙的开端，但是这个点与其它点没有任何不同，遵从同样的物理规律。
在霍金看来，现有的这个包含了智慧生命的宇宙，在虚时间中的历史，并不是一个完美的球面，而有稍微的变形和起伏，像极了一个充满褶皱的果壳。
这样一来，它所对应的实时间中的宇宙，就可以同样从暴胀开始，当膨胀速度逐渐缓慢，这些稍微的起伏不均，才能使爆炸产生的物质和粒子有机会相遇结合，也才有了恒星、行星、以及智慧生命等形成的机会。而我们正像哈姆雷特，生活在一个虚拟的果壳之中。
当然，现在主流观点还是宇宙大爆炸模型。霍金的无边界宇宙模型，试图把量子力学和相对论结合起来，给出一个能够解释一切的万物理论。但目前，这还只是霍金的一家之言。虽然这只是个假设，但也是一个可被验证的理论模型。
爱因斯坦曾做过一个精彩的比喻：宇宙就像是一个打不开的表壳，你只能站在外面，猜测这个表的内部结构和运作机制。所谓的客观性、实在性，不过是一套自洽的、跟观测一致的主观逻辑模型而已。
自从牛顿用《自然哲学的数学原理》，拉开了现代科学的序幕，科学，在人类进入现代社会的进程中，引领了技术发展、社会进步，一路高歌猛进、势如破竹。
但正如一座大楼被建造得越高，其稳定性就会越低；广义相对论的解释力再强，却还是在奇点处，预言了其自身的坍塌；现代科学的江湖，随着量子力学的诞生，变得前所未有的混沌不堪。
正如霍金2011年，在他《大设计》The GrandDesign一书的开篇，就直接断言：“哲学死了，哲学跟不上科学发展的步伐了。”
1、《上帝掷骰子吗？》2006年出版，作者：曹天元；
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