宇宙起源問題的探討---沒有起點的橋

From:nautil.usBy:AmandaGefter

萬物是如何從無中生有的？當威廉·詹姆斯思考這個惱人的基本問題時，意識到要回答它就等於在否定答案本身，於是他做出了如下的結論：「關於存在的問題，是所有哲學思想中最為黑暗的問題。在虛無和存在之間，沒有邏輯的橋樑。」

在科學的世界裡，起因和現象是解釋的基礎。但如果虛無真的什麼也沒有，它也就沒有起因。這並非由於我們無法找到正確的解釋，只是這個解釋本身在虛無面前顯得不堪一擊罷了。

這種失敗不偏不倚地擊中了我們的痛點。敘事是人類的一大特徵。我們的基本常識都是從故事中聽來的，而世界的起源問題則是眾多故事中最為終極的一個，它比英雄的光輝經歷或者男男女女的羅曼史更加根本，它是原初的敘事。然而，它也是一個否定故事的故事，是一種自我毀滅和自相矛盾相互交織的敘事。

怎麼不是呢？這個問題的關鍵詞是虛無，而這個詞本身的存在就是一個悖論。它是一個名詞，代表某種事物，但從意義上說又什麼都沒有。當我們想像或說出它的時候，它的虛空就沾上了含義的印記，被我們破壞了。於是人們就會想，這究竟是虛無的問題還是我們的問題？這究竟是關乎宇宙還是關乎語言？是有關存在還是有關心理？它是一個物理悖論還是一個思想悖論？

無論如何，有一件事情是需要銘記的：悖論的解決方法要在問題里尋，而非在答案中找。在某處一定有一個疏忽，一個有瑕疵的假設，或者一個錯誤的含義。在」萬物是如何從無中生有的？」這樣一個簡潔的問題中，可以隱藏錯誤的地方並不多。也許正因為如此，我們才一而再、再而三地回到披上更新更好偽裝的老觀念，將科學軌跡演奏成賦格曲或主題的變奏。每經過一次變化，我們都試圖在詹姆斯難以捉摸的橋樑上鋪下又一塊墊腳石。

如果你從虛無中什麼也得不到，那就試著讓虛無不那麼空洞，這是最為古老的一塊墊腳石。古希臘人認為空間是被叫做充滿或者以太的物質填充的。亞里士多德認為以太是世界上第五種恆定的元素，它的穩定性比泥土、空氣、火和水還要更加完美和神聖。而真正的虛空卻不同於亞里士多德的理論，在他的理解中，人的身體在死後會根據自然界中確定的位置升入天堂或者墮下地獄。然而，虛空可能是完美對稱的，從任何角度觀察虛空都是一樣，它使「上」、「下」這樣的絕對空間方向變得毫無意義。亞里士多德指出，以太可以作為宇宙中的指南針，在這個終極的參考坐標系中，所有的運動都是可測量的。對於那些憎恨真空的人來說，以太的存在正好將真空驅除地一點不剩。

古代的以太概念在上千年時間裡不曾發生過變化，直到19世紀末被物理學家們重新解釋，這其中包括了麥克斯韋，他發現光是一種電磁波，並且以特定的速度傳播。問題是，波動是什麼，速度的參照物又是什麼？以太似乎是一個唾手可得的答案，它不僅為光的傳播提供了介質，還像亞里士多德當初所設想的那樣，提供了一個參考坐標系，讓宇宙萬物的變化都可測量。不過，當阿爾伯特·麥克遜和愛德華·莫雷在1887年準備測量由地球轉動引起的「以太風」時，他們卻空手而歸。最終，是愛因斯坦的相對論為以太這個概念徹底地畫上了句號。

（譯者註：作者把量子理論比作腐肉中出現的蛆蟲，詳見「自然發生說」相關內容）

幾十年來，我們都將以太視為一種歷史的怪誕和倒退。但它的生命力卻遠超我們的想像。如今，我們可以使用新的形式來一窺究竟，那就是希格斯場，它布滿真空，它的場量子化激發就是現在著名的希格斯玻色子。希格斯場是一種標量場，而且是同類場中唯一被實驗證明的。這意味著它在空間中每一點的狀態都只有一個量(在描述光的場中，每一點存在大小和方向兩個量)。這一點十分重要，因為這意味著，不論觀察者是靜止還是加速狀態，這個場對觀察者來說都是一樣的。

另外，它的量子自旋為零，這保證了從任何角度觀察的一致性。自旋是使粒子回到初始狀態所需要旋轉的量度。對於那些傳遞力的粒子，比如光子和膠子，它們的自旋為整數，把它們旋轉360度後會看起來一樣。而像電子和夸克這樣的物質粒子，自旋是半整數，因此需要將其旋轉兩次，即720度，才能看起來一樣。但希格斯粒子的自旋為零。無論你怎樣轉動它都是一樣。就好象真空一樣。對稱即是隱形。

亞里士多德的直覺在現代有了進一步的發展，物理學家們將虛空視為對稱的終極狀態，這種均勻是如此無情，因為它排除了差異的存在，從而使我們無法對事物進行定義。然而，當物理學家將宇宙的電影膠片倒轉，把目光投向歷史的深淵時，他們看到現實的不同碎片重新聚合起來，形成一個無限擴張的對稱體，它既是宇宙之源，又是虛空。

希格斯粒子之所以享譽世界，是由於它賦予了基本粒子以質量，但這一點掩蓋了它真正的意義。畢竟賦予基本粒子以質量這件事並不難，只要將粒子的速度降至光速以下——瞧，質量就有了。問題的難點是，在賦予質量的過程中不破壞原始的對稱性。而希格斯場則完成了這個壯舉，即使在它的最低能量態，其能量仍然非零。希格斯場的真空期望值是246GeV，由於它在每一點都保持一致，所以我們很難注意到它。只有標量場才可以做到如此的掩人耳目和全身而退。但基本粒子卻能發現它。每當有粒子的質量對宇宙的對稱性進行了破壞，希格斯粒子就會出現，用真空填補遭到破壞的地方。希格斯粒子總是在背後默默耕耘，保證宇宙的對稱性能夠金身不破。所以，即便利昂·萊德曼最初曾把它罵做「該死的粒子」（出版商肯定不會答應），人們也應該可以理解（如果真的不能諒解）媒體給它冠以「上帝粒子」這樣帶有宗教色彩稱號的用意吧。

所有這些都表明，希格斯場比其它概念更加接近虛空的本質，比如麥克斯韋的以太。在空白處上色這方面，它確實是我們迄今為止最為先進的畫筆。希格斯粒子擁有的非凡對稱性使其成為了虛空的偽裝，但它自身卻並不是虛空的。它具有一定的結構，且能與其它粒子相互作用。它那246GeV的來源仍然是未解之謎。通過希格斯粒子，我們能夠向虛空的邊界邁進，但卻無法跨越。

如果讓虛空變得不那麼虛空也無法回答文章開頭的那個問題，也許我們應該讓起因變得不那麼像起因。關於這一點，同樣也有一段歷史。在亞里士多德的時代，腐肉中突然出現的蛆蟲導致了自然發生說的流行，人們相信從稀薄的空氣中可以長出生命。虛空和存在之間的界線被拿來與生和死、精神和物質、神和人之間的界線進行類比。而這又反過來承載了宗教和信仰的全部，並為我們那充滿矛盾的問題提供了一個全面的答案。我們在兩千多年間對此深信不疑，直到1864年微生物學家路易斯·巴斯德揭示了其中的道理。所謂「Omnevivumexvivo」，即生命來源於生命。於是在隨後的幾十年間，歷史上又多了一個奇談怪論——自然發生說。如今，它披著量子漲落的羊皮，就像以太那樣，再一次回到人們的視野中來。

不確定性使量子漲落成為了沒有起因的現象，它是信號中的雜訊，是一種原始的靜態，它具有本質上的隨機性。量子力學的規則允許，事實上是要求，能量（以及質量，根據公式E=mc^2）從無中來。對，就是無中生有，至少看起來就是這樣。

海森伯格的不確定性原理是量子理論的自然之源。根據這個理論，某些成對的物理特性是由一種基本的不確定性捆綁在一起的，例如位置和動量、能量和時間，因此當我們越想確定其中一個的時候，另一個就會變得越模糊。它們被統稱為共軛對，它們的存在排除了虛空的存在。當對一個空間位置進行追蹤的時候，其動量將隨之產生巨大的波動，用來抵消由追蹤帶來的影響；如果要確定更加精確更加細微的時間，能量的變化就會大的難以捉摸。哪怕是在眨眼的瞬間，整個宇宙也能轟轟烈烈地上演一出從誕生到消亡的劇目。只要觀察距離足夠近，你就會發現我們的世界，還有這平靜有序的現實，其實充滿了混亂和隨機。

只有這些共軛對本身不是隨機的：它們成對出現，觀察者無法同時對它們進行測量。撇開有關量子漲落的典型描述不談，世界的「另一邊」可不是什麼預先存在的現實。實驗已多次證明，它可不是存在在那裡，而是在等待著什麼，沒有一絲一毫的不耐煩。量子漲落不是關於存在的描述，它是關於條件的描述。它們並不反映是什麼，而是在觀察者選擇進行某種測量時，反映出可能發生什麼。似乎觀察者的測量決定了事物的存在。本體論概括了認識論。自然的不確定性就是觀察的不確定性。

要給一個物理系統的所有特徵都賦予定值是不可能的，所以當觀察者進行測量時，其結果將是完全隨機的。在量子效應的微觀尺度上，糾纏會對因果鏈產生重大影響。量子力學的創始人波爾說，「量子力學和因果論是無法相容的。」而愛因斯坦卻有句名言，「上帝不擲骰子。」波爾對這句話的回應是，「愛因斯坦，不要告訴上帝該做什麼。」

也許抱持因果論的我們才是始作俑者。進化已經將我們訓練成因果模式的腦殘粉。對於我們那些徜徉在非洲熱帶草原的祖先來說，從現象中揣摩出原因的本領是區分生與死的重要因素。比如：她吃了那個色彩斑斕的蘑菇，然後就病了；老虎在猛衝之前會先蹲下。口口相傳的經驗就是生存的保障。不過，自然選擇對量子物理毫無用處，我們怎麼能預知未來呢？儘管如此，它還是具有一定的意義。因果關係是一種近似的處理方法。而我們跌跌撞撞的思想則對故事充滿渴望。

難道就這樣了嗎？對於為什麼有存在的問題，答案就是沒有為什麼，難道存在就是隨機的量子漲落？如果真是這樣，那我們就可以把尋求解釋這件事拋諸腦後，直接用量子越遷跨越詹姆斯的那座橋。萬物是如何從無到有的？沒有原因。不幸的是，這個把戲也就這點能耐而已了。宇宙論者篤信量子力學能夠自主地產生宇宙，而上述內容卻僅僅是在推卸責任。那些法則從何而來？請記住，我們要解釋的是事物如何從無到有，而不是事物如何從先前存在的物理法則中演變而來。把因果關係從公式中去掉還遠遠不夠。因為悖論還在。

先有虛空，然後再有存在。

時間是這個故事的主角，它是變化的承載者。悖論的答案會否定時間的存在嗎？如果真如愛因斯坦說的那樣，時間只是一個頑固的幻象，那麼我們就可以立刻拋棄一些東西了，拋棄掉從自然法則中誕生的因果論，拋棄掉那些自然法則從何而來的問題。它們沒有所謂的起源，因為演化根本就不存在。相關的敘事也變得毫無意義。沒有什麼故事，也談不上什麼橋。

在人類早期的神話傳說中，就已經出現了永恆宇宙（或者由永恆輪迴說而來的循環宇宙）概念的身影，比如非洲班圖人的神話、澳大利亞土著的「夢幻時光」、阿那克西曼德的宇宙學和印度的《往事書》。從這些神話傳說中，我們可以看出永恆的吸引力是如此強大，虛空則根本不是它的對手。

到了現代，這個古老的概念又以穩態理論的面目重回人間，這個理論由詹姆斯·傑恩斯於20世紀20年代創立，後來弗雷德·霍伊爾等人於20世紀40年代將理論進行了優化並逐漸讓世人所熟知。他們認為，宇宙正在膨脹，新的物質不斷生成並填補空缺，因此從凈值上看，宇宙從未發生過變化。這個理論最終被證明是錯誤的。大爆炸理論代替了它，而所謂永恆也被縮減至僅僅138億年。

然而在20世紀60年代，永恆宇宙的概念又以一種奇怪的形式浮出水面——公式H(x)|Ψ>=0。根據愛因斯坦的廣義相對論，物理學家約翰·惠勒和布萊斯·德維特嘗試將量子力學的不同法則運用於宇宙這個整體之上，他們共同創造了這個公式，因此它又被稱為惠勒-德維特公式，雖然德維特更喜歡把它叫做「該死的公式」（這和該死的粒子無關）。這裡面值得注意的是公式中等號右邊的0。系統的總體能量等於0。時間沒有演進。什麼都沒有發生。最終，問題會歸結到愛因斯坦的四維宇宙時空，這是一個空間和時間的結合體。同時，量子力學要求物理系統的波函數隨時間演變。但時空如何能在對的時刻進行演化呢？這是一個惱人的兩難問題——如果用量子力學對宇宙進行描述，那它將處於凍結的狀態。惠勒-德維特公式是一個倒轉的穩態宇宙學。根據這個公式，我們將會發現自己處於一個並不存在的宇宙之中，而不是一個永恆的宇宙。

就其本身而言，惠勒-德維特公式優雅地解決我們的問題。萬物如何從無中生有？從未有過。當然，對於身在此山中的我們來說，這實在是一個令人費解的答案。

這就是問題的關鍵。在量子力學中，如果觀察者不進行任何測量，什麼也不會發生（觀察者可以是人，也可以是粒子的其它任何形態）。當把宇宙作為一個整體來看時，觀察者是不存在。因為沒有人能站在宇宙之外。作為整體的宇宙將被困在一個永恆的瞬間。只不過在宇宙內部看起來情況會有所不同。

在宇宙內部，觀察者無法對宇宙進行測量，而由於觀察者也無法觀察自己，基於這一簡單但也深刻的事實，他必須把現實分為觀察者和被觀察者兩個部分。正如物理學家拉斐爾·布索所說，「顯然，在自由度的數量方面，測量儀器必須至少與被觀察系統的量子態保持一致。」科學哲學家托馬斯·布魯爾曾引用哥德爾的話來強調這一點：「身處系統中的觀察者無法獲取或存儲足夠的信息來區分系統的所有狀態。」

作為觀察者，我們將永遠被困在謎題之中，我們能夠看見的只是其中的很小一部分。而這也許就是我們的救贖之門。當宇宙被分為兩個部分，等號右邊的零會獲得一個新的值。於是事物開始變化，物理現象開始發生，時間開始流動。你甚至會說，宇宙誕生了。

如果這聽起來像是反向因果論（就是未來的事件影響過去的事件），那就對了。這種奇怪的反向時間就是量子理論的要求。惠勒用他著名的延遲選擇實驗對這一點進行了強調，這個實驗最早只是他的一個思想實驗，後來在實驗室里得到了證實。在延遲選擇實驗中，觀察者目前的測量行為決定了粒子在過去的行為，這裡說的「過去」可以回溯上百萬年，甚至138億年。所以，因果鏈是首尾相接的，詹姆斯的橋其實就是一個循環。

那麼，存在是否可能就是虛無從宇宙內部觀察到的樣子呢？如果真是這樣，我們對虛無的不安感也許有某種深刻的含義：這是我們人類天性中對虛無的反衝，也許我們人類有限的視角將會是最終解決悖論問題的關鍵。