這本書是我在天瓏書局買的大陸翻譯書(很不錯的是它還附有原文,繁中版是時報出版的《萬有理論》),翻譯的文句也很流暢,看起來並不會吃力。這本書原版是2007年出版,由霍金七場演講的合輯,內容力求通俗易懂,因此少了深奧難懂的數學,反而可以透過大師的思維,一窺這萬物之理 (The Theory of Everything, TOE) 從牛頓以來,愛因斯坦一生所追求的理論,在天文物理學領域的進展。
這本書最棒的地方在於從西洋物理學的開端講起,把我們從小就學到的牛頓萬有引力所衍伸出的大問題 - 宇宙為什麼不會因為萬有引力而黏成一塊,並跟現在大家都略有耳聞,現代天文物理學的大爆炸理論 (美國還有影集以此為名) 做連結,展開一連串關於膨脹的宇宙、黑洞、宇宙的歸宿、時間的方向、以及萬物之理的探討。在大師的妙筆下,推動天文物理學不斷演進的廣義相對論、量子力學等艱澀學理,都不再阻擋我們認識這個宇宙,這些物理學家們日夜努力的成果,化成了一則則耐人尋味的故事。我們彷彿搭著作者所駕駛的太空船,跨越時空地優游在無垠 (或是有垠) 的宇宙中。
看完之後第一個感受,是關於對萬有引力的疑問。確實這是個很基本的問題,但我為什麼不會想到呢?如果萬物都會因萬有引力而互相吸引,除非(上帝)非常特別的安排,否則如何能讓宇宙運轉而不會因為相互吸引而撞成一團呢?科學家需要一些理論去解釋它,所以衍伸了許許多多後續的理論,甚至透過天文觀察 (紅移現象),竟然驚訝的發現宇宙不僅沒有因為萬有引力而不斷縮小,反而是不斷的膨脹當中,大爆炸理論因此成為眾所公認的宇宙起源。
由於霍金以研究黑洞著稱,因此在書中許多篇幅都討論到它。當然,黑洞本身也是天文物理學的重要課題,因為它或許潛藏著宇宙生與死的奧秘。依照霍金在書中的描述,似乎黑洞雖然是廣義相對論的重大預言,但實際上可觀測的證據卻還不夠強。另外,霍金在討論黑洞時導入Entropy(火商)的觀念,從第二熱力學定律說明宇宙的Entropy隨時間不斷增加,因此物質掉入黑洞,似乎Entropy降低,但必然有額外的輻射散逸出來,因此總Entropy仍是不斷增加。從此也可以說明即使在極端的條件下,熱力學的時間箭頭仍然是往同一個方向前進。而在後續的章節,霍金也用電腦儲存0/1資訊雖然是從無序到有序,但事實上為了達成儲存的目的,所耗費的能量增加Entropy卻是比所降低的Entropy要高。他將電腦儲存運算的機制類比人類的心智,也從這邊斷定心理學上的時間箭頭,與熱力學的時間箭頭,都是往同樣的方向前進著。
在談黑洞時,很重要的一點是,黑洞引力中心的奇點,或是大爆炸的起點,依照廣義相對論,密度與曲率都是無限大,所有已知的科學定律都是無效的。這簡直是個麻煩的老鼠屎。為了解決這個問題,在書中霍金轉而談到量子理論,因為在量子理論中無需出現任何奇點。
從這個地方,霍金引出統一理論的可能樣貌,是兼容於費因曼根據歷史求和,並用公式來表數量子理論的思想。『在以實時空為基礎的經典引力理論中,宇宙的行為只有兩種可取的方式,或者它永遠存在,無始無終;或者在過去某個限定的時間,宇宙從奇點有自己的開端。』但『在量子物理中還會出現第三種可能性。因為這時用的是歐幾里得時空,時間方向與空間方向的各方向完全處於同等地位,故時空在範圍上可能是有限的,但並不存在構成邊界或是邊際的任何奇點。時空就像是地球表面,只是多了兩維。地球表面在範圍上是有限的,但它並沒有邊界或者邊緣。』依此無邊界條件的設想,以及量子力學的測不準原理推斷,宇宙行為應該類似於暴漲模型,並可以解釋早期宇宙不均勻的現象。
依據以上的說法,兩大理論 (廣義相對論與量子理論) 在宇宙起源的問題上巧妙的交會,如接力賽一般地建構出我們今日對宇宙的了解。在此 (宇宙的起源與歸宿一章的結語) 霍金話鋒一轉,說道:『如果宇宙確實做到充分自足,不存在任何的邊界或是邊際,那麼它就既不會被創造出來,也不會毀於一旦。宇宙應當從來就是這種樣子。那麼,造物主的位置又在哪裡呢?』這正是最近吵的沸沸揚揚霍金的新書 The Grand Design,被拿出來炒作『上帝不需存在』的題材。原來這個想法,早就在霍金的這本著作 (甚至據說早在《時空簡史》),就已是昭然若揭的。
最後在<萬物之理>一章當中,霍金提到整合廣義相對論與量子力學的測不準原理是統一理論的第一步,使得引力與其他作用力得以統一起來。然而霍金也指出量子理論的一些"無限大"的難題,因此帶出另一個熱門的理論:弦論。弦論是一個曾經風光但又被冷凍起來的理論,直到它有效地證明了超引力的有限性,才又風光起來,後來成為統一理論的熱門候選人。我查了一下,它以不斷振動的一維弦,取代粒子說,並建立了十個(或十一個)維度的宇宙觀,說明引力與時空不過是不同維度的換,由於弦的性質,最小的尺度不會小於浦郎克單位,巧妙地避開了標準模型尷尬零體積的奇點,並成功地整合了引力與其他作用力。然而它的數學非常複雜,而超過人類可知的維度捲曲在無法度量的尺度之內,讓人目眩神怡。霍金在書中預言二十世紀結束前,我們會知道弦論是否能夠成功站上統一理論的王座。但直至今日,似乎這個答案尚未揭曉。
我在看完這本書後,又再上網追加了解弦論的一些說法,一位網友的部落格把弦論做了全面性的介紹 http://blog.udn.com/GolfNut/3144042。一口氣看完,覺得非常的痛快,除了最後這位網友在談空間的裂變,有點卡住寫不下去,所以無法得知弦論在說明宇宙破洞的全貌。這部分我很好奇的原因,是之前曾經在宇宙時間於37億年將終止的文章當中,看到一種說法,就是大爆炸使得宇宙在暴漲的過程往外推移,速度超過光速而形成許多不相連的宇宙泡泡,也就是一個個獨立的宇宙。因此,對於宇宙的破洞相當好奇。
總的來看,主流的宇宙觀,承認宇宙不只一個,即使時間不會倒轉,宇宙的起點終點也不見得是必須存在,而量子力學的不確定原理,卻可與古典理論存在一處,共同解釋宇宙的現象。即使在極小的尺度下,也沒有恆常不變的事物。這樣的宇宙觀,似乎與佛法的宇宙觀,有著高度的吻合。此外,我看到一說,在弦論當中,發現某種極小尺度的引力與極大尺度的作用力有微小的相關性,這讓我不禁有一種假想:心的覺知作用,相同於萬物的作用,若宇宙的變化,是跨越尺度甚至時空而有所關聯,那麼在極為微細的心識作用當中,甚有可能感應宇宙細微的變化,成為不同的念頭現起,這或許便能解釋某些超越時空的神通為何能夠成立。更重要的是,這樣的宇宙觀點醒了我,我們對生命與時空的認識,是多麼的狹隘與侷限。
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