大設計

發稿時間:2011/04/02
大設計
大設計
作者|史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)、雷納.曼羅迪諾(Leonard Mlodinow)
譯者|郭兆林、周念縈
出版社|大塊文化
出版日期|2011/03/02

  過去人類認為宇宙是單一存在,而且可以測量出結果。但宇宙時空大小至今仍無法確定,宇宙的起源與本質也還沒有答案,晚近科學家認為還無法提出理由證實為科學可認定的事實時,只有另闢蹊徑,提出數學機制的解釋模型,新書《大設計》介紹多種解釋宇宙的新模型,由於沒有真實的程度,還是無法證實是否為真。

  本書由討論時間意義的《時間簡史》作者,劍橋大學數學系講座教授史蒂芬‧霍金,與加州理工學院物理學家雷納‧曼羅迪諾合著,書中指出,從金魚缸看世界是扭曲不正確的,如有金魚質疑這一世界觀,也無法跳出缸外去證實,人類宇宙觀很類似這種狀況,就像天文科學發展之初,認為地球為宇宙中心,後來才證實錯誤。

  書中介紹費曼M理論模型說,宇宙有很多個而非唯一,並有各自歷史,此時此刻可能有個宇宙正上演與地球一樣卻又不完全一樣的事。劍橋大學數學家康威提出像西洋棋盤的方格陣列世界模型,以亮燈或黑色代表活與死,活的或死的方格若有兩、三個活鄰居,會繼續活或活過來,象徵活著或誕生,其他情況的方格是死亡,方格可無限延伸,前述法則會產生一代又一代圖案,出現複製與繁衍後代的可能。

  由於沒有人能監視與證明宇宙的運作法則,科學家只好提出解釋的模型,只是看誰的模型解釋最精彩又能被人們接受。但各種宇宙解釋模型傾向自然創造法則,即宇宙的大設計是自發創造出來的,等於挑戰歷來認為有造物主或上帝存在的主張,這是科學上突破的新假設,是否為真?有賴科學家繼續努力。

文章節錄

《大設計:霍金十年首見卓越巨著,為生命終極問題提供最新答案》

  量子理論有許多種表述方法,但其中最直覺式的描述或許要數費曼(Richard Feynman)的說法。這位多采多姿的物理學家曾任教於加州理工學院,並在學校附近一家夜總會演奏森巴鼓。他主張,一個系統不只擁有一種歷史,而是具有每一種可能的歷史。在本書尋求答案的過程中,會詳細解釋費曼的方法,並進一步探索 「宇宙沒有單一歷史、甚至不具獨立存在」的說法。

  這項主張就算是在物理學家眼中,依然顯得十分激進。的確,這項主張就像今日許多科學觀念一樣,似乎都與常識相違。然而,所謂的「常識」是以日常生活經驗為基礎,而非以現代精益求精的科技,例如原子探測技術或對早期宇宙的偵測等,所揭露的宇宙真貌為依據。

  在近代物理揭開序幕之前,一般咸認世界上所有的知識都可靠直接觀察而獲得,萬事萬物皆可由感官知覺而窺其真貌。然而近代物理的空前突破,是建立在像 費曼所提那樣與日常生活經驗相衝突的觀念之上,這顯示過去的取徑已非全然正確。對真實的直觀與近代物理無法相容。面對這種弔詭,我們將採用「模型相 關真實論」(model-dependent realism)的觀點。

  模型相關真實論的基本概念是人類大腦打造了這個世界的模型,據以詮釋感官輸入;當某個模型能夠成功解釋事 件時,我們便會對此模型及其構成元素與概念賦與真實特質或視之為絕對真實。但面對相同的自然狀況,可能有不同的模型存在,且分別具有不同的基本元素 和概念。如果有兩項物理理論或模型都能夠正確預測相同的事件,我們不能說哪個比較真實,而是我們可以隨意採用最便利的模型。

  在科學史上,從柏拉圖到牛頓的古典理論,再到近代的量子理論,出現過一連串愈來愈好的理論或模型。我們自然會問:這一連串的發現最後會走到盡頭,獲 得一項終極的宇宙理論,能包含所有的作用力並且預測每項觀察的結果嗎?或者,我們會一直發現更好的理論,卻永遠找不到一項完滿的理論呢?這個問題尚 無定論,但如果真的有終極理論存在,那M理論可以做為候選理論。M理論是唯一具備終極理論各項特性的模型,也是本書之後討論的重點。

  M理論不是一般所認知的理論,它是由許多不同理論構成的一個大家族,其中每一項理論只能夠對某個範圍觀察到的物理現象做良好的描述。這有點像繪製地 圖。大家都知道完整的地球表面無法利用單一地圖來呈現,一般世界地圖所採用的麥卡托投影法(Mercator projection),會讓愈接近最南和最北的地方愈形放 大,而且無法涵蓋南極與北極。要忠實繪製出整個地表,必須動用許多分別涵蓋不同範圍的地圖。地圖會彼此重疊,而重疊之處顯示出相同的地貌。

  M理論的 情況與此相似。M理論家族中不同的理論或許看似差異極大,但都可視為同一基本理論的不同面向;它們是基本理論的不同版本,各只適用於有限的範圍,例 如適用於當某些量(如能量)相當微小的時候。

  如同以麥卡托投影法繪製的地圖彼此交疊,當不同的理論版本涵蓋範圍重疊時,也可預測相同的物理現象。不 過,正如同一幅平面地圖無法完整代表地球表面一般,也沒有單一理論可以完整代表對所有物理現象的觀察。

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