本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
什么是虚无?听起来像一个简单的问题——虚无当然仅仅是某种事物的缺失——直到你开始思考它。前几天晚上,美国自然历史博物馆举办了第14届年度阿西莫夫纪念辩论,其中五位杰出的思想家就虚无的本质发表了看法(并进行了争论,有时甚至有些激动,但稍后会详细介绍)。
“虚无是宇宙中最重要的部分,”亚利桑那州立大学的物理学家,以及最近出版的《无中生有的宇宙:为何存在而非虚无》一书的作者劳伦斯·克劳斯说。当然,我们可以将星系之间(大部分)空旷的空间想象成某种虚无。但我们也应该记住,我们周围的大部分空间都是空旷的——即使一个原子,原子核和电子之间也主要是空旷的空间。
J. 理查德·戈特解释说,这种虚无——物质的缺失——我们可以认为是第一层虚无,他是普林斯顿大学的物理学家和宇宙学家,也是《衡量宇宙:宇宙的视角》的作者。科学家称之为量子真空态。这是一个把所有东西都拿出来的盒子——所有的物质,所有的空气,所有的光。“它甚至有一种颜色——它是黑色的,”戈特一本正经地说,他是这群人中最有喜剧天赋的人。然而,即使在这种虚无中,仍然存在着某种东西。虚拟量子粒子不断地产生和消失,而空盒子仍然包含着存在的基本框架:空间、时间和量子场。
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但是这些东西是从哪里来的呢?这些东西一直都在那里吗?我们可以将宇宙的历史追溯到大爆炸后的第一个瞬间,那时宇宙无比炙热、稠密并迅速膨胀。但在这里,物理定律失效了,我们重建之前发生的事情的能力也随之丧失——事实上,甚至说“之前”是否合适都值得怀疑。宇宙之外的这个空间(尽管称之为“空间”肯定具有误导性)是第二种虚无——完全缺乏空间、时间和量子场。不仅缺乏物质和能量,而且缺乏存在的必要条件。
晚会的大部分时间都用于辩论宇宙如何从这种状态——完全虚无的状态——演变成我们今天所知的宇宙。物理学家们似乎有两种想法。戈特认为,有可能宇宙没有开端。正如我们可以不断向东旅行而不会到达地球的最东端一样,宇宙的起源可能有一个时间循环,在这个地方,你可以永远穿越到过去,但总是会回到自己身上。(这个想法源于他几十年前的研究,该研究表明宇宙弦可以让人穿越时空回到过去,保罗·戴维斯在他的2002年《大众科学》文章“如何建造时间机器”[需要订阅]中讨论了这一点。)
另一种更流行的想法是多元宇宙。多元宇宙论者与其问宇宙是如何从虚无中产生的,不如断言存在是自然状态。也许存在着近乎无限数量的宇宙,每个宇宙都具有略有不同的物理定律。我们发现自己身处一个具有适合高级生命形式存在的物理定律的宇宙中,原因很简单:为了让我们存在,宇宙的定律必须允许这样做。
克劳斯将这些人择原理论点称为“宇宙自然选择”,并将其视为解决宇宙起源问题的方案。但《世界为何存在?存在主义侦探故事》的作者吉姆·霍尔特指出,这种思维方式有着悠久且不太光彩的历史。今天的物理学家所称的多元宇宙,哲学家们称之为“丰盈原则”或“多产原则”:每个可能的宇宙都存在,而在所有这些可能的世界中,我们碰巧生活在其中的那个世界就是已知的世界。
戈特说,这有点像魔术——一种没有解释力的解释。它似乎回答了为什么存在而非虚无的问题,但实际上它将责任推卸到后面。它用一个同义反复回答了我们为什么在这里?这个问题:因为我们在这里。
在这里,克劳斯和霍尔特表现出了他们最尖锐的分歧。克劳斯声称我们确切地知道宇宙为什么存在——事实上,他的书的大部分内容都用来论证存在根本没有什么神秘之处。宇宙之所以存在,是因为物理定律要求它存在。一旦我们有了量子场和大爆炸,宇宙就不得不呈现出它现在的形状。“由自然法则而不是其他任何事物构建的宇宙会具有什么特征?”他问道。“那将是我们的宇宙。”
霍尔特当然同意量子场论是我们已知宇宙的最佳描述,但他认为克劳斯的解释是不完整的。它用另一个同样神秘的解释回答了宇宙为什么看起来是这个样子?这个问题:因为量子场使它如此。对于霍尔特来说,显而易见的下一个问题是:那么这些量子场从何而来?
这一系列的探究让克劳斯感到恼火。“没完没了的为什么?问题是愚蠢的——任何有孩子的人都知道这一点。为什么?为什么?为什么?为什么?为什么?唯一的答案是:睡觉去,”他说。“真正的问题是:如何?”在节目稍后的时间,他试图将宇宙从虚无中的创造解释为像光子从灯泡中射出一样——它一秒钟前还不存在,但现在它就在这里。(这时,当晚的主持人,海登天文馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森打断他说:“但那是能量,它不仅仅是虚无。”)
对于克劳斯来说,没完没了的为什么?是无关紧要的。“科学不需要第一原因,宗教才需要,”克劳斯说,他是一位直言不讳的无神论者,从一开始就表达了他对宗教和哲学的厌恶。克劳斯的逃避并没有完全让霍尔特信服。“你仍然受到基督教形而上学的奴役,”他指责道。“你将量子场论的定律视为神圣的命令。过去是虚无加上上帝等于宇宙。你用自然定律取代了上帝。你不够开明。”
霍尔特后来澄清说,他认为自然定律是“对外部事物的有效描述”,而不是预先存在的实体,因此,如果我们寻求关于事物为何如此的启示,那么它们在某种程度上是无用的。但他也为我们这些试图体验虚无概念的人提供了希望: просто睡觉。每天晚上我们都会进入一段短暂的无梦睡眠期,我们的思想摆脱了所有思想。“一点点虚无的滋味,”他称之为。在死亡或宇宙终结之前——无论哪个先来——这是我们最接近真正理解虚无的方式。
螺旋星云图像,由 NASA/JPL-Caltech 提供