大设计
史蒂芬·霍金、列纳德·蒙洛迪诺合著的科普类著作
《大设计》(The Grand 设计)是斯蒂芬·霍金创作的科普类书籍,由列纳德·蒙洛迪诺协助完成,译者是吴忠超。该书籍原版于2010年面市,中译本由湖南科学技术出版社于2011年1月出版。《大设计》的主题是理解生命、万物和宇宙的存在,共分为八章内容,分别为存在之谜、定律规则、何为实在、可择历史、万物理论、选择宇宙、表观奇迹以及伟大设计,表述了有关宇宙奥秘的最新的科学思考,以及对这些学科的未来展望。《大设计》自出版以来,一直高居亚马逊销售排行榜前位,并在豆瓣读书获得平均8.0分的评分。
创作背景
《大设计》的写作背景是在《时间简史》(1988年)出版后的二十多年间,无论在对宇宙的观测,还是对万物理论的探讨都取得了长足的进展,尤其是发现了宇宙加速膨胀,发展了弦论和M理论。这些进步都要求对人类的宇宙观做进一步的审视。《大设计》一书是《时间简史》的发展,它纳入了所有这些新的进展。
早在2001年,斯蒂芬·霍金设想要再写一本书。而这本书从落笔到成书出版,几乎走过10个春秋,直到2010年原著才正式面世。
2006年夏天,霍金第三次访问中国,在北京举行的记者招待会,会上有记者问:“你能对宇宙和我们自身的存在进行评论吗?”霍金答:“根据实证主义哲学,宇宙之所以存在是因为存在一个描述它的协调的理论。我们正在寻求这个理论。但愿我们能找到它。因为没有一个理论,宇宙就会消失。”这恰巧是《大设计》的主旨,这本书正是对他当时回答的圆满阐述。
在《时间简史(普及版)》(2005年)出版之后,斯蒂芬·霍金列纳德·蒙洛迪诺决定一起再写一本书,题目为《大设计》。两人从头开始,霍金介绍自己还未跟公众细说过的一些新的理论,此外这本书还涉及一些非常棘手的问题,比如平行宇宙的理论,这一理论认为宇宙可能是从虚无状态中产生的,而且自然法则似乎恰好按照生命存在所必需的各种要求对宇宙进行了优化和调整。这次的写作跟《时间简史(普及版)》完全不同,是从零开始,因此两人需要拿出很多时间面对面地工作,所以列纳德定期从加利福尼亚州飞到英国剑桥,和斯蒂芬·霍金一起写作,直到在2010年最终完成此书。
出版历史
内容简介
《大设计》的主题是理解生命、万物和宇宙的存在,凝结了斯蒂芬·霍金自《时间简史》出版之后20多年间,对科学和哲学的探索成果,以及对这些学科的未来展望。书中探讨了多重宇宙、多历史演化、虚时间等许多深刻的物理问题,并进而探讨了人类“何以存在”等带有哲学思辩的问题。根据量子理论,宇宙不只有单一的存在或历史。人类是早期宇宙中量子涨落的产物,并展示了量子理论如何预测“多元宇宙”,每个宇宙都有不同的自然法则。此外,该书还对M理论作了总结,斯蒂芬·霍金认为“全能理论”是人类自身和人类所处宇宙的运行法则,是当前除“万物理论”外唯一可行的备选理论。
《大设计》审视了关于宇宙科学知识的历史,从伊奥尼亚希腊人开始,他们声称自然遵循法则,而不是神的意志。随后介绍了尼古拉·哥白尼的工作,他提倡地球不位于宇宙中心的概念。书中试图以更简单的方式解释这些主题,许多例子都是从日常生活、神话和历史中取材,比如关于斯科尔和哈提的北欧神话、电影《黑客帝国》、托勒密宇宙。作者们随后用电子在房间中可能的移动来描述量子力学的理论。一些评论者认为这种表达方式易于理解,但也有人认为有时“晦涩难懂”。
书中主张,不需要援引雅威来解释宇宙的起源,大爆炸只是物理定律的结果。斯蒂芬·霍金表示:“我们无法证明上帝不存在,但科学使上帝变得不必要。”他澄清说他不相信有一个个人的上帝。该书的核心观点是,量子力学理论和相对论理论共同帮助我们理解宇宙如何从虚无中形成。作者写道:“因为有引力这样的定律,宇宙可以并且将从虚无中创造出自己。自发的创造是宇宙存在的原因,为什么我们存在。不需要援引上帝来点燃引信,让宇宙开始。”作者以与M理论一致的方式解释,正如地球只是太阳系中的几颗行星之一一样,我们的银河系只是众多星系中的一个,我们的宇宙本身也可能是众多宇宙中的一个:也就是说,我们的宇宙可能是众多宇宙中的一个。该书以一种只有一些宇宙(或多宇宙)支持生命形式,而我们位于其中一个宇宙的声明结束。对于生命形式存在所需的自然定律在一些宇宙中纯粹是偶然出现的,斯蒂芬·霍金和姆洛多诺解释道(见人类学原理)。
作品特点
主要观点
霍金在书中提出了无中生有的场景,这一概念牵涉到实在的概念。在《时间简史》的终篇,作者提出,尽管统一理论以及无边界的宇宙模型如此美妙,但也必须面对实现的诘问,《大设计》一书试图回答这个关重要的问题。二十世纪之前,物理学认为实在是独立于观察者的。但现代科学尤其是量子论的发现,使得人们不得不抛弃这个观念。霍金认为,依赖模型的实在论和现代科学相协调。而现代科学的产生基础是人们生活其中的四维时空。而新近提出的M理论,却将宇宙理论扩展到十一维,四维时空是由十一维时空卷缩来的,这就是说,人类的生存环境和表观定律是由人类存在的条件从多世界中挑选出来的,否则人们便无法解释为何人类的自然环境和定律恰好有利于自己,仿佛自然为人类的生存进行了伟大的设计。在这个大设计中,造物主虽然被摒弃,人类作为观察者却参与进来。
哲学与科学
在哲学史上,勒内·笛卡尔伊曼努尔·康德亨利·庞加莱伯特兰·阿瑟·威廉·罗素都是科学家兼哲学家。在他们之后,尤其在发现量子论之后,哲学界就跟不上科学进展的速度。哲学著作中有关时空宇宙的论述对理论物理已经没有什么意义。还有,人们总是被教导说,客观世界是独立于人类而存在的。但量子论却认为,任何观测都会干扰对象,在多数情形下,观测的结果是概率分布的,观测干预了世界的演化,并导致“多世界”或“多宇宙”,人类只能感觉到生活在其中的一个世界中,至于生活在哪个世界则是随机的。此外,在给定的初态和终态之间,宇宙的历史在经典物理中是唯一的,而在量子物理中不但不是唯一的,而且还是任意的。经典物理是量子物理在特定条件下的近似。人类的现态(即目前的状态)甚至会影响宇宙过去的历史,因为如果给定了现态,那么和人类相关的历史必须能演化到这个现态,而其他的历史都没有贡献,人类也观测不到它们的效应。可以说,人类的现态对过去的历史进行了选择。这显然违反了因果律,使因果的差异消失。经典物理中的因果差异过于绝对,过于苛刻。人类也是在这个意义上参与了宇宙的创生。客观世界的独立性和量子论不协调,而人们无法放弃量子论,因为它从未被违背过,所以只好抛弃前者。
量子宇宙学
大爆炸模型已被科学界广泛接受,但它没有解决宇宙起源的问题。宇宙起源的学说有若干,但只有霍金的量子宇宙学是既自洽又自足的。宇宙的边界条件是它没有边界,这样就把宇宙的量子态确定下来,赋予宇宙学以可预见性斯蒂芬·霍金和他的合作者利用费恩曼的路径积分给出宇宙的波函数,人们可以将宇宙视为演化的过程,也可以认为整个演化就是存在。
他在《大设计》中提出依赖模型的实在论,认为实在只不过是可和观测对应的自恰的理论或模型。宇宙或万物可有若干实在,若找不到任何合格的理论或模型,即没有实在,也就是说,宇宙或万物即消失。规律不能统摄的现象是奇迹,如果人们在某场景发现奇迹,就知道该场景是非真的,人们对此已深有体会。在无边界设想的框架中,和观测一致的万物理论,就是宇宙的存在。
“多宇宙”学说
“多宇宙”学说有几种版本,是由许多科学家在不同时期提出的。粗略地讲,有一种版本是基于前面提及的量子论的观测效应,另一种是起源于M理论中的多于10的500次方的不同的宇宙解。这两种版本中在不同的单独宇宙之间没有交流。然而,由观察者存在的条件对人类的环境甚至人类四维时空表观规律的要求,会把人类的世界从多维世界中挑选出来,这被称为人择原理。《大设计》的第7章就是讨论人择原理。人择原理要求人类的世界和太阳系相差无几,尤其是表观定律必须如此这般。
M理论
许多学者认为,尚未完成的M理论也许是万物理论或终极理论的唯一候选者,它要将自然的各种力统一起来,但M理论是一族理论网络,五种弦论和超引力是它在不同情形下的近似。十一维时空是由M理论的自恰性要求的。人类的存在要求其中的七维被卷缩,而人类生活在余下的四维大尺度时空中。七维的卷缩方式决定人类四维时空的表观定律。
M理论在数学上非常美妙,也能包容之前的许多理论模型,这是许多优秀的头脑致力于研究它的原因。但在物理上,M理论至今仍缺乏特有的基本原理,这与狭义相对论广义相对论光速不变原理等效原理作为基础迥然不同。超对称是M理论中的一个非常重要的原理,但它并非专为M理论提出的,它的提出比M理论要早得多。
M理论还未被观测所证实,甚至还未能独立提出过一个可被证伪的预言。弦论家们预言M理论很可能实现阿尔伯特·爱因斯坦统一理论之梦,但就目前而言,还远未像相对论和量子论那样被广泛接受。
作者介绍
原版作者
斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)于2018年去世,曾任剑桥大学卢卡斯数学教授达30年之久,并获得了包括总统自由勋章(Presidential Medal of Freedom)在内的众多奖项和荣誉。代表作有《时间简史》《霍金讲演录》《果壳里的宇宙》以及《时间简史》等。
列纳德·蒙洛迪诺毕业于加州大学洛杉矶分校伯克利分校并获得理论物理学博士学位,著有《酒鬼的散步:随机性如何统治我们的生活》《潜意识:你的潜意识如何统治你的行为》《世界观之战:科学与灵性》等书籍,还曾为《星际迷航:下一代》撰写剧本。
译者
吴忠超福建福州人,剑桥大学博士,师从理论物理学家斯蒂芬·霍金,主要研究极早期宇宙,曾将其导师斯蒂芬·霍金的《时间简史》《果壳中的宇宙》和《大设计》等大量科普著作翻译为中文。
作品影响
《大设计》英文原版自2010年8月出版以来,一直是亚马逊网站上最为畅销的书籍之一,连续8周名列排行总榜第一名。
作品评价
从科普的角度讲,《大设计》与霍金之前创作的两本书(《时间简史》与《果壳里的宇宙》)的不同之处在于,虽然霍金在该书中还是介绍了天体物理学领域研究的一些新进展,但并不仅仅是停留在他天体理论专业思想上面,更多的是阐述了哲学与人文科学概论等交叉科学理论。(湖南科学技术出版社策划编辑孙桂钧 评)
《大设计》可以看成是霍金的学术遗嘱。从这个意义上说,这本书非常值得重视,可能比斯蒂芬·霍金以前所有的著作都值得重视。他在这本书中只是完成了战队,并没有提供新的立场。但是考虑到霍金“当代科学之神”的传奇身份和影响,他的站队就和千千万万平常人的站队不可同日而语了。正是在这个意义上,霍金在“宇宙是否由雅威创造”、“我们要不要和外星文明交往”两个问题上“用老生常谈作出了新贡献”。(上海交通大学教授江晓原 评)
《大设计》虽然讲的是哲学,但霍金作为科学家,所讲的哲学并不是他自己的哲学,而更多的是已有的哲学,以霍金自己的话说就是“站了一次队而已”。如“依赖模型的实在论”这本身也不是一个很新很特别的哲学,以往的哲学家们也阐述过很多类似的观点,而只是他以这种更质朴的物理学家的身份重新表述了理论。(清华大学教授刘兵 评)
积极的评价中,进化生物学家和无神论者理查德·道金斯对霍金的立场表示欢迎,并表示“达尔文主义将雅威从生物学中赶出去,但物理学仍然更不确定。斯蒂芬·霍金现在正在给予致命一击。”理论物理学家肖恩·卡罗尔在《华尔街日报》上写道,该书是一种推测性但雄心勃勃的作品:“《大设计》的重要教训不仅仅是所倡导的特定理论,而是科学可能能够回答作为基本人类好奇心一部分的深刻‘为什么’问题。”宇宙学家劳伦斯·克劳斯在他的文章《我们的自发宇宙》中写道:“有一些引人注目的、可测试的论据,提供了更坚实的实证证据,证明我们的宇宙可能是从虚无中产生的。如果我们的宇宙是从绝对的虚无中自发产生的,那么我们可能预测它的总能量应该为零。当我们测量宇宙的总能量时,它可能是任何值,但答案却是唯一与这种可能性一致的。巧合?也许。但我们从我们革命性的新工具中得到的这样的数据承诺将把现在大部分的形而上学变成物理学。雅威是否能幸存下去,任何人都无法预测。”
批评的声音中,牛津大学数学教授约翰·莱诺克斯宣称“胡言乱语即使是由世界著名的科学家说出来也还是胡言乱语”。他指出了文本中核心主张中的几个自相矛盾的元素,以及书中所犯的许多逻辑错误,声称“哲学已经死了。”《金融时报》的罗杰·彭洛斯对这种方法是否能够得出足够的理解表示怀疑,并指出“与量子力学不同,M理论根本没有任何观察支持。”《科学》杂志的乔·席尔克建议“这里需要一些谦卑……一两个世纪后……我预计M理论对未来宇宙学家来说将会像我们现在对待毕达哥拉斯的宇宙学一样天真。然而,在没有理论的情况下,这只是一种直觉,注定-直到我们开始观察宇宙的诞生-保持未经检验。这个教训不是我们面临雅威和多宇宙之间的两难选择,而是我们不应该在第一次巧合出现时就离开轨道。”
参考资料

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目录
概述
创作背景
出版历史
内容简介
作品特点
主要观点
哲学与科学
量子宇宙学
“多宇宙”学说
M理论
作者介绍
原版作者
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作品影响
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