霍金与托马斯·赫托格。图片来源：托马斯·赫托格
《时间起源》
作者：[比利时] 托马斯·赫托格
译者：邱涛涛
出版社：中信出版·鹦鹉螺
以下为对话部分内容：
用自上而下的视角思考宇宙起源
邱涛涛：你与史蒂芬·霍金教授合作的经历是怎样的？是什么驱使你写出这样一本书？
赫托格：1998年，我从比利时来到剑桥，遇见了史蒂芬·霍金教授。我当时还是一名学生，和他交谈后意识到霍金是其中一位极其少见的科学家，他对宇宙学、宇宙大爆炸和我们来自哪里等问题非常感兴趣。于是我在剑桥跟随霍金开始了我的博士学位研究，我们的合作持续了20年，期间，霍金和我开发出了一个关于宇宙早期阶段全新的思考方式。这就是我书中的内容。
邱涛涛：在这本书中的观点中，最重要的是自上而下的宇宙学，观测还可以影响或甚至决定宇宙时刻的起源。您能详细谈谈这个想法是如何出现的吗？
赫托格：我和霍金在早期讨论过，我们的宇宙有些非常奇怪的地方。这种奇怪之处在于，我们生活在的宇宙是在物理学的较低层面上，它的物理学定律是非常亲生物的。物理定律的精确性、我们所拥有的粒子的种类、我们所拥有的力的种类、宇宙的组成方式、它扩张的方式等等，这些宇宙物理学的要素都是生命的诞生所必须的。这是霍金在20世纪90年代晚期感兴趣的深刻谜题，即宇宙大爆炸宇宙学。宇宙暴胀的想法是一个非常成功的模型，它解释了很多观测数据，但它依赖于非常特殊的初始条件，也就是宇宙从大爆炸中诞生的方式。没有数学规则能够精确地解释为什么一个亲生物的宇宙会从这些炽热的早期条件中诞生，所以那是一个精彩的谜题。霍金对此非常感兴趣，他的想法是，如果我们了解宇宙的亲生物本质，我们就能更好地理解宇宙大爆炸，我们也会更好地理解我们的存在如何适应宏观宇宙结构。
传统的物理学认为，我们将找到一个理论、一个模型，来解释为什么宇宙的大爆炸是如此特殊，然后宇宙就这样向前进化。而我和霍金合作的20年中所发展的理论却非常不同，它是自上而下的，它有一个回顾性的元素。它没有提供一个关于为什么宇宙是这样的优先解释，但它提供给你更多类似达尔文式的解释，这意味着我们将环顾四周，从我们周围的力和粒子出发，并在假设单一起源的前提下重构它的历史。这就是为什么我的书的标题是《时间起源》，它是查尔斯·达尔文《物种起源》的变体，因为在某种程度上，我们引入了这种不确定性。
我们引入了这种随机元素，放弃了以前的决定论解释，而允许演化的随机性，后者在生物学中是人所熟知的。这种随机性从何而来？本质上来说，是来自于量子力学。量子力学存在内禀的随机元素，这是理所当然的。
总之，宇宙在早期演化中固有的这种随机元素，强迫我们进入一个回顾性视角的元素。我们可以用一种被霍金称为自上而下的方式来看宇宙——这也是达尔文在生物学中所做的。达尔文寻找化石，并重建生命之树。我和霍金也是在四处寻找以物理学定律的形式存在的“化石”，并在这个早期的阶段重构出物理定律之树如何诞生。
被困轮椅，促成了霍金无边界假说
邱涛涛：霍金提出的无边界假说中说，在最一开始时，时间转变成了空间，因此时间的维度被转换为空间的维度，从而避免了奇点。
赫托格：在我和霍金现在看来，如果我们回到宇宙大爆炸的时候，这个非常早期的阶段是宇宙的某种深度演化。正如你所说，不同的物理规律逐渐融合、简化，最终将彻底简化，时间和空间之间的区别也会消失。当然，如果这种区别消失，那么进化的概念、历史的概念和因果关系的概念也会消失，某种意义上你就终结了过去，而这在广义相对论中是不允许的。广义相对论是个经典引力理论，在其中时间和空间有着天然的差别。
霍金在上世纪八十年代意识到，没有时间维度和空间维度之间的区别的几何形状捕捉并包含了量子引力特性，这些特性在宇宙大爆炸时变得重要。我在书中提出的理论的一个方面是对“无边界”理论的再解释，即没有时间和空间区别的想法，不是像霍金在上世纪八十年代在他的书中所说的那样，将其解释成一个创生，而是更像是我们回到过去时的一个终结。时间空间颠倒的想法，是一种非常视觉化的思考宇宙大爆炸的方式，霍金是怎么想到的？他因为（生病）不能再手写方程式，于是他开发了一种“视觉思维”，这催生了“无边界”方案。
我认为这本书的意义可能就在于，史蒂芬最初的想法是可以使用“无边界”理论，基于超验的物理定律来描述宇宙的创生。但是在这本书中新的解释是更像是将时间回溯，而使物理学定律最终消失，因此在某种程度上，这是一个更激进的无边界思想的解释，也就是在大爆炸开始时，一路到最开始。它不仅仅是时间起源，时间维度也随之消失，不是的，它也是物理学的起源。当然，这就是我们提出的所谓达尔文式思想的更深层次的症结。不管怎样演化，达尔文主义更深层次的思想是，在生物学中的所有法则或演化出的规律，没有先验的真理。这是非常新颖的，这与我们通常对物理学定律的看法非常不同。
霍金竟也是007制
邱涛涛：我翻译本书时注意到一个细节，你说当你毕业旅行到乌兹别克斯坦时，霍金打电话给你让你回去。这种情况经常发生吗？
赫托格：一般来说，和霍金的合作，用我们欧洲人的话说就是一周干七天。霍金没有区分专业生活和私人生活，工作日和周末，我们白天工作，晚上工作，平日工作，周末也工作，在办公室工作，也在家工作。他非常热衷于这项研究和宇宙学，很有激情。所以这是一个非常浸入式的经验。但是在我的博士阶段后期，我想我应该休息一下，所以我决定沿着丝绸之路旅行——我的目的地在中国，喀什或者新疆的某个城市。但是霍金确实产生了一个想法，叫我回来。
实际上，我认为这是我们合作中最美好的时刻或最难忘的时刻之一，因为这是他真正意识到《时间简史》中存在基本错误的时候。这不是数学上的错误，而是我们看待宇宙学的方法的错误。这当然非常有趣。在科学中，偶尔您会学到某些关于科学本质的东西，而不仅仅是关于自然的东西。这些是有趣的时刻。
宇宙”大设计“的第三种解释
邱涛涛：为什么宇宙适宜人类存在？
赫托格：爱因斯坦和早期霍金的第一个解释，是存在一个万物理论，它将解释宇宙应该是什么样子的。有一些设计，它被编码在宇宙的基本数学计划中。但这种解释并没有奏效。
第二种解释，就是多元宇宙理论。这在九十年代非常流行，直到现在在电影圈也很流行。在多元宇宙中，大爆炸只是众多大爆炸之一。如果有很多宇宙，其中大部分想必都是无生命的，偶尔会找到一个好的，我们应该在那里能发现我们自己。问题在于，多元宇宙理论不是一个可测试的理论，它不会产生明确的预测，以确定我们应该观察到什么。问题也不在于我们不能去另一个宇宙去验证它——我们当然不可以，问题在于我们甚至无法明确预测我们在这个宇宙中应该观察到什么，因为该理论并没有告诉我们人类在哪一个宇宙中。史蒂芬是最早认识到多元宇宙中这种内在的模糊性指向一个根本性错误的宇宙学家之一。这就是我们发展量子宇宙学的开端。
实际上，我们通过这本书提供了第三种解释，这是一种基于进化的解释，非常像达尔文，它说，“看!它本来可以变得不同”。物理定律、宇宙，可能本可以变得不具亲生物性，但我们的理论是从观察开始逆向工作，我们构建了进化这个随机的变异元素，就像达尔文一样。
其他的历史、其他的宇宙，并没有进到这个预测宇宙的框架，就像另一个星球上的生命不会进入我们这个使用达尔文理论的地球一样。因此，我认为我们的解释有些处于数学必然性的旧解释与多元宇宙的完全随机性之间。二者之间完美的分界线，即是这场设计本质上的进化论观点。
吴飙：我个人还是觉得多元宇宙理论更有说服力一些。曾经地球是我们所知的唯一行星，那时很难理解为什么地球上有生命，但随着我们的知识的增长，我们开始意识到太阳系中还有其他星球。所以现在理解地球上为什么有生命就容易多了，因为只有地球具有合适的质量、离太阳的合适距离以及合适数量的化学元素。行星拥有这种合适条件的机会很小，但是宇宙中有许多行星，所以发现其中一些具有这种罕见条件的并不奇怪。我认为多元宇宙提供了同样的解释。因为如果你有许多宇宙，每个宇宙都拥有非常不同的条件，那么或许其中一个拥有适宜的生命条件。所以对我来说，这是对理解人们为什么在地球上生活的一种自然的扩展。
我认为宇宙学和量子力学也提供了这种可能性。因为如果你采用这种多世界理论观点，这里没有波函数的坍缩，所以基本上这个演化一直是单一的。在一个波函数中有许多不同的分支，所以不同的分支表示不同的宇宙，不同的世界，然后就可以创造出其他不同种类的多元宇宙。对我来说，很难不接受这个多元宇宙理论。因为它似乎自然而然地出现在我们生活中，它也自然地出现在量子力学中。所以，我仍然认为这是一个很好的理论。
多元宇宙迷失在量子的不确定中
邱涛涛：我认为还有一个重要的问题是：有外星人吗？如果有，也许我们可以说多元宇宙理论是正确的，是不是？
赫托格：我们的理论里，并不是说多元宇宙完全消失了，而是其他宇宙在我们预测这个宇宙方式中不起关键作用。在旧的多元宇宙理论中，你会以上帝的视角看待整个宇宙系综，并问自己在哪里？然后陷入迷潭。在这种新的思考方式中，我们把自己放在这个波函数中，并向后重构一个具体的现实。
那么所有的宇宙在哪里？不是消失了，而是迷失在这个波函数的不确定性中了。量子力学具有这种非常有趣的特性，它既是一个关于我们能够知道什么的理论，也是一个关于我们无法知道什么的理论，原因就在于它的不确定性。我感觉在我们谈论宇宙大爆炸和多元宇宙的本质的时候，我们无法知道的部分正在脱颖而出，这一部分处在相对中间的位置。我并不是说多元宇宙不存在，我想我是在说我们不能具体说明、也不能确定它的存在，这更像是一种不确定性的领域，而非某种实际存在、具有许多不同宇宙——比如你所在的，包含地球的那个宇宙大空间。我们讨论的另一个问题是“是否有更本质的背景，是否应该接受存在某种有界性”，由于我们只是宇宙的一部分并且有相应的局限性，这是一个非常有趣的讨论。
邱涛涛：多元宇宙不是消失了，而是被压低了。
赫托格：是，或者说迷失在了量子不确定性中。我在我的书中尽可能地做出了说明，但这是很难的，非常困难。
新宇宙观对物理研究的意义
邱涛涛：我的研究是关于早期宇宙的宇宙学的理论部分。我的研究和兴趣之一是基于霍金的奇点理论的。我们知道我们的宇宙具有初始奇点,因此，我们致力于构建一些反弹宇宙学的宇宙模型，以避免奇点的出现。
对早期宇宙进行测量或观察非常困难，因为我们的观测数据非常少。但是人们可以进行一些对现在宇宙的观测，例如通过对超新星、大尺度结构以及一些其他观测来测量早期宇宙，但这些观测通常都是间接观测。如果我们利用这样一个观点，我认为会有另一种不是通过这种间接方式的观察早期宇宙的方法，而是通过一些对偶性。如果早期时间和晚期时间之间存在某种对偶关系，那么我们使用晚期观测，我们可以利用这种对偶关系观察到早期宇宙，而不是通过间接方法。因此，这是这本书对我的研究产生影响的观点，它激发了我自己的研究灵感，我认为这是一个非常好的观点，很有意思。它可以启发我在科学研究中很多新的想法。
赫托格：这本书在某种程度上不止服务于一个目标。一方面，我写作的初衷是为了触达更广泛的公众，但也很希望大家通过深度阅读后能找出一个真正的新假设，同样也希望能启发到大众的工作。
实际上，我就是受到达尔文《物种起源》的启发，这样的假设是容易被广泛公众所了解的，但同时我的这个假设也是一个新的假设。我们可能会想知道如何检验、如何做到这一点。正如你所说，我们并没有许多关于早期宇宙的直接观测，但是可以有宇宙晚期的观测，例如观察暗能量，或考虑暗能量的一些微小的变化或演化等，这些晚期的观测可能会给我们留下间接的线索，或是最早阶段的线索。以某种方式，我们可能已经有了这个新理论的观察线索，但我们并没有完全意识到。我们没有喜欢的适当框架来解释所有的观测，这当然也是一种可能的方式。
邱涛涛：作为凝聚态物理学教授的吴教授，您认为这本书中的某些内容能够启发您的研究吗？
吴飙：首先，我必须说在此时此刻，它没有直接影响。但是，物理学是一个整体，在未来，霍金教授和赫托格教授提出的一些想法，也许可以通过一些玩具模型来公式化。如果有这种类似的玩具模型，他们可能会用凝聚态物理系统进行模拟。我想现在已经有这样的研究，例如，对霍金辐射的模拟等。但是，我认为就目前而言，这只是玩具模型。
邱涛涛：还有全息学等。
赫托格：这是一个主要的联系，也是一个结合点。虽然这仅仅是个开始，但是它是一个非常迷人的联系，可以让我们在实验室中建立某些量子系统，这些系统在宏观尺度上显示这些量子纠缠，并以其自己的方式编译引力系统的某些性质。这就是全息学的整个想法，我们所谓的引力，所谓的弯曲空间，所谓的时间，都将从抽象的量子纠缠中衍生出来。
如果能在实验室中扩大构建这样的量子物质系统，那将是非常迷人的。这样，你基本上就可以得到某种实验宇宙学。当然，这还很遥远。它将只是个玩具模型，正如你所说，因为这里引力系统将会是低维的，它是一个低维的“宇宙”。
《时间起源》
作者：[比利时] 托马斯·赫托格
译者：邱涛涛
出版社：中信出版·鹦鹉螺