《時間的起源》：宇宙是怎麼開始的？物理大師霍金的終極答案！
如果要我用一段話形容讀完這本《時間的起源》的感想，我大概會這麼說：「這是一本非常『好』看，也非常『難』看的書。我不敢說完全看懂了，甚至應該說有不少地方沒讀透，但我非常非常喜歡這本書！」
作者湯瑪士．赫托是物理大師史蒂芬．霍金的學生。在霍金去世前幾週，赫托去拜訪了他。自知將不久於人世的霍金對他說：「是時候該寫本新書了……」換句話說，這本書可以說是霍金的託孤之作。
這本書聚焦於一個問題：為什麼宇宙是現在的模樣？或者，反過來問：這一切是怎麼開始的？書中，赫托娓娓道來數十年來物理界各學派對宇宙起源的研究，思索各種演變的可能，最終給出霍金生前的最新答案。
不得不說，這本書談的是非常前沿的探索，還沒被寫進教科書的那種。要說缺點，大概是閱讀時享受多過於批判性思考（光要搞懂就有點吃力了啊）。好在，赫托不僅思路清晰，文筆也相當好，常讓我會心一笑（例如他把弦論比喻為「物理定律的沃爾瑪」）。以下盡可能以我的理解和大家聊聊這本書。
【時間的起源】
關於宇宙的起源，當前最被廣泛接受的學說便是大霹靂理論。有趣的是，這學說的提出者居然是一位名叫勒梅特的神父。他透過鑽研愛因斯坦的廣義相對論，得出了「擴張宇宙」的想法。如果將時間倒回宇宙起點，所有物質都會被極度壓縮在一起，並且溫度極高（因為物質被壓擠時會升溫且釋放輻射）。勒梅特稱這樣的起點為「太古原子」。
然而，愛因斯坦卻不喜歡宇宙有起點的想法，因為這讓他聯想到基督教的創世說。不過，眾多科學證據卻支持勒梅特的觀點，最終迫使愛因斯坦也不得不修正自己的看法。爾後，勒梅特進一步引入量子的觀點，將大霹靂視為一場終極的量子實驗。他認為，最初太古原子是透過隨機躍遷啟動，最終演變成如今這般複雜的宇宙。如此，便可擺脫「上帝創造宇宙」的想法，將神學與物理學拉開來。
勒梅特所製作的宇宙演化圖表（截自《時間的起源》）
儘管大霹靂理論為宇宙的起源提供了一個合理的解釋，但宇宙如何演變成現在這模樣的問題仍未完全解決。其中一個令物理學家感到困惑的問題是「宇宙為何如此適合生命？」只要基本物理性質有一絲絲改變，宇宙的宜居性便會岌岌可危。當前的宇宙似乎充滿了許多「幸運的巧合」，彷彿有某種力量在背後「設計」了一切。
這種現象讓物理學家感到困惑，因為達爾文的演化論已經移除了「設計者」的概念。他的偉大見解認為，生物演化是一種自然過程，而其中的簡單機制——隨機變異和自然選擇——無需設計者也能解釋生命的複雜性。
「宇宙為什麼這麼適合生命」這一問題成為了本書後段的討論焦點。礙於能力與篇幅所限，這邊簡要介紹宇宙演化的三種可能解釋：
〔一、終極定律論〕
這是科學家最早的基本假設：宇宙存在一個客觀實在的終極數學真理，根據這樣的定理開展出現在這樣多元又複雜的宇宙樣貌。許多科學家們都致力於找到這個「大一統理論」。
〔二、人擇多重宇宙學〕
這理論認為，世界上其實存在著多重宇宙。每個島宇宙的結構和組成都不同，也都有獨特的物理定律。而我們現在生存的宇宙其實是在多重宇宙中，透過「人擇原理」得到的宜居島宇宙。
人擇原理將「觀測」帶入宇宙演化。當前宇宙的物理定律之所以有利生命發展，只是因為我們無法在排斥我們存在的宇宙中演化。或可這樣說，我們在可觀測宇宙發現的物理定律之所以如此，是因為我們人在這裡。
〔三、上而下宇宙學〕
這是霍金的終極答案。他的設想是，宇宙透過「觀測」過程逐漸顯現，這些結果被編碼在有效定理中，從廣大範圍的可能宇宙歷史中選擇了那些與標準模型一致的歷史。
根據這一理論，宇宙並不存在所謂的「終極定理」。我們現在觀察到的科學定律，是在觀測過程中「湧現」的，換言之，這些定律本身也是「演化」出來的。如果回到大霹靂的那一刻，物理定律也就消失了。「我們創造了宇宙，一如宇宙創造了我們。」霍金說。如此一來，宇宙適合生命之謎就解開了。
如果大家覺得上面這些概念有點難懂，我的理解與解釋能力就只到這邊（笑）。更詳盡的推演，就交給大家自行到書中細細品嘗了。接下來想再跟大家聊聊我為什麼會這麼喜歡這本書的原因。
【思想的演進】
這本書讓我很喜歡的一個點，是能夠看到物理學演進的軌跡。事實上，物理的發展並非線性，而是充滿各種顛覆與意外。
比如愛因斯坦的相對論並不是牛頓力學的延伸，而是截然不同的理論愛因斯坦以更具解釋力的理論取代了牛頓的想法。這樣的顛覆現象有個專有名詞，叫做「典範轉移」。
而「意外」在物理發展中也扮演很重要的角色。例如，當初兩位物理學家在貝爾實驗室校準巨大微波喇叭天線時，無意中發現了大霹靂遺留下來的微弱輻射。在這之前，這兩位科學家對宇宙微波輻射的研究毫無知悉（一開始還想說哪來那麼多雜訊），卻意外證實了這個重大猜想。
正因為物理演進如此跳躍，探索過程中時常會看到物理學家間的思想衝撞，有時甚至有點劍拔弩張（笑）。比如，勒梅特和愛因斯坦就是很好的例子。原本愛因斯坦假想的宇宙是一個不擴張也不收縮的「永恆宇宙」，但勒梅特的擴張宇宙論卻打破了這想法。書中形容說這發現可說是牛頓以來宇宙學最重要的典範轉移。
勒梅特在比利時魯汶的天主教大學授課（截自《時間的起源》）
前面提過，愛因斯坦一開始很反對這樣的想法。甚至數學家傅里德曼早在勒梅特之前，就已經從廣義相對論的方程式中發現了擴張宇宙的解，但愛因斯坦卻只把它當作是數學的反常現象，與真實宇宙無關。
當然，隨著更多科學事實的發現（例如哈伯望遠鏡的星雲光譜觀測），愛因斯坦也不得不修正自己的看法。如同書中所形容的，廣義相對論最終超越愛因斯坦自己的掌控。雖然他的理論作出驚人預測，卻同時也對他的立場帶來極大的挑戰。
這樣思想衝撞的狀況也發生在霍金身上。比如，霍金就曾有點「派」地對赫托說：「安德烈宣稱世界上有無窮多的宇宙。這實在是太荒謬了。」（這位安德烈是俄國物理學家安德烈．林德）。某種程度上，霍金與林德的思想對抗可以看作是勒梅特與愛因斯坦對立的現代翻版。
霍金認為，永恆暴漲多元宇宙的觀點是宇宙世界的過度延伸，既不合理，也和我們希望觀測到的任何事務無關；安德烈則反對無邊界假說，理由是他的預測是觀測者根本不存在。相當針鋒相對（笑）。
一直到現在，物理學家們還是不斷在共同奮鬥（有時吵架？）著。雖然有時稍嫌激烈，但他們的共同點都是對於「知」的渴求。好愛這樣的姿態！
霍金的骨灰被安葬在西敏寺時所鑄造的紀念徽章，上面有黑洞溫度公式及霍金輻射產生的過程（截自《時間的起源》）
【物理之美】
除了欣賞物理演進與思想衝撞之外，書中另外一個我好愛的點，是它讓我再次體悟到物理的「美」。許多描述都讓我忍不住在心裡驚呼：「Ｘ，也太美！」
書中很多物理描述都很妙。比如我很喜歡赫托在解釋狹義相對論時說的那句話：「如果一個光粒子帶著手錶的話，那它根本不會跳動。」真的好俏皮又好精準。而美國物理學家惠勒在形容物質與時空相互作用時所說的那句：「物質告訴時空如何彎曲。時空告訴物質如何運動。」也是生動到不行！
不過要說書中我最愛的物理描述，應該還是勒梅特針對宇宙誕生所說的這段話：
世界的演變可比擬為剛結束的煙火表演；
只留下幾縷紅煙、灰燼與煙霧。
我們站在一塊冷卻的餘燼之上，
看著太陽慢慢落下，
並試圖回想世界起源已逝去的璀璨。
除了物理本身的美，書中霍金對物理的追尋姿態我也覺得好美。
書中有提到劍橋的應用數學與理論物理學系（簡稱DAMTP）有個下午茶傳統。每到下午四點，燈會被點亮，吧桌會提供茶點（雖然赫托說很難喝）。接著，人們就會開始熱烈地討論物理。大家會在鋪著可換洗的白色桌巾上寫下方程式和各種想法。而赫托與霍金常常會一直討論到人都走光，甚至還會去附近的酒吧續攤。好喜歡前言中赫托對霍金的形容：
在此處，他就坐在輪椅上，即便連根手指都無法舉起，卻懷抱著熱情奮力以他的意志去彎曲這個宇宙。
赫托提到，因為霍金身體的問題，沒有辦法針對計算提供太多指導，而是會擬定出大方向，並信任自己的學生可以解開這些困難的宇宙之謎。很喜歡書中的這段話（覺得超有愛）：
每當我陷入絕望深淵、當我因為某條研究路線失敗，覺得這幾乎代表著我們所要做的事是不可能完成時，史蒂芬就會出現並展開他的心智地圖，向我提供新的觀點，將我們拉出絕望的深淵，帶領我們走上嶄新的軌道。
這樣的霍金，難怪有那麼多人喜歡他！
懸掛在霍金劍橋辦公室裡的黑板。（截自《時間的起源》）
【後記：物理之外】
這本書真的出乎意料的好看。原本擔心會很硬（也真的有點硬啦……），但讀起來卻相當享受。最後，想額外聊兩點跟物理不那麼相關的心得：
〔一、無用之用〕
覺得本書可說是標準的「無用之用」案例。讀前真的完全不知道書中的內容對現在的我能有什麼「用」。一路看著赫托從狹、廣義相對論到量子物理，又大談弦論多重宇宙，最後還提到了我完全沒聽過的全像原理。但這些看似於我無用的東西，卻讓我看得好快樂。
而從這樣看似「無用」的內容中，我其實得到了相當多的刺激。雖然現在還沒辦法說得很清楚，但這本書對我來說絕不是無用。突然想到，這些收穫並不是事先可預期，而是要透過閱讀才能慢慢浮現。這好像也可說是一種觀察的湧現吧（現學現賣？）。
想到之前替代役結束時，曾經收到一整套的《費曼物理學講義》（學校說我可以指定三千元左右的禮物）。之後再找時間來看吧。應該也會有意想不到的收穫！
一直躺在書架上的《費曼物理學講義》
〔二、物理與人〕
除了物理，我在書中也看到很深的人文關懷。無論是霍金還是赫托都把「人」置於物理追尋的核心。
書的最後一章，赫托提到了鄂蘭的〈太空征服和人類的地位〉。文中鄂蘭對科學與人類的反思。她擔心當我們掌握到越來越多重新設計和控制世界——從物理環境、生物世界，到智慧本質——的技術時，人類的自由是否會受到威脅。
鄂蘭甚至認為，現代科學是人類與世界疏遠的根源。現代科學誕生以來，一直在尋找由理性和普世規律所支配的最高真理。對她來說，這種剝離人性要素和人文關懷的科學追求，會讓我們人類失去立足點。因此，她懇求大家應該以人性為基礎，進行科學實作與群落科境的想像。
而這樣的說法或許正對應到霍金不認同弦論的原因吧。因為他認為這些理論學家已經迷失在數學中，覺得探究「宇宙利於生命」的特性並不在他們的學科範圍內。霍金無法認同這樣停留在虛空運算的物理探詢。
而在赫托看來，上而下宇宙學就是鄂蘭與霍金的交會所在。霍金的最終理論使宇宙學擺脫柏拉圖式的束縛，把物理定律帶回「家」。上而下宇宙學將觀測行為整合到其架構中，但又沒有賦予生命特殊角色，從而避免「迷失在數學中」的危險，也避免了人擇原理的陷阱。如同作者形容的，這套理論並沒有把人類視為盤旋在宇宙之上的神，也沒有把人類當成現實邊緣的演化犧牲者，而是僅僅把人類視為人類本身。
或可這樣說，我們是持續變化宇宙中的行動者。我們就是演化本身（或說一部分）。赫托認為，我們必須要找到一條通往地球意識的道路，並以一種珍視未來的方式重新描繪人類之間與生物圈萬物之間的關係。
最後，想用霍金的遺言做結尾：
當我們從太空看像地球時，我們看到的是一個整體；我們看到的是團結，而非分裂。這個畫面很簡單，但傳達的意義卻很深遠；一顆星球，一個人類物種。我們唯一的界線，就是我們看待自己的方式。我們必須成為世界公民。讓我們同心協力，讓未來成為我們會想造訪的地方。
願所有的探詢，都能將我們帶往更好的方向。
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