宇宙如何从无到有

前一段时间，在宇宙学家和科学哲学家之间，开始了对宇宙存在的原因的非常积极的讨论。 是的，我们在这里不是胡说八道。

首先，劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）发行了一本新书，《 虚无的宇宙。为什么不需要从虚空创造宇宙 》 [ 虚无 的宇宙：为什么有东西比什么都没有 ]（尤其是基于YouTube上的热门演讲）从现代宇宙学家的角度讲这个问题。 现代科学哲学家大卫·阿尔伯特（David Albert）随后为《纽约时报》起草了毁灭性的书评。 此后的讨论一直在继续：对杰里·科恩 （ Jerry Coyne） （在艾伯特一边）的采访，罗格斯的宇宙哲学博客，对克劳斯在大西洋上的一次伟大采访 ， 马西莫·皮古鲁奇 （ Massimo Piglucci）的评论以及克劳斯对 《科学美国人》的另一回应 。

出于个人和科学原因，我也打算发表自己的看法。 宇宙的起源是我工作的主题之一，劳伦斯和戴维是我的朋友和博客伙伴。

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这篇文章将很大，因此我将做一个简短的总结。 粗略地说，围绕问题“为什么存在某些东西？” 积累了两种问题。 其中一种基于物理定律的平台，具有足够的灵活性以允许存在“某物”或“什么都没有”（此外，“某物”的概念可以包括时间和空间），这听起来像：为什么如此？有现实的体现吗？ 另一类问题与为什么我们拥有这个特定的物理定律平台，或一般称为“物理定律”的平台有关？

简而言之，劳伦斯指的是第一种问题，大卫对第二种问题感兴趣，双方都花了很多精力，坚持认为他们的问题更正确，而不是意识到这些问题是不同的。 尽管物理学家有时会谈论这个定律，但是现代物理学中没有什么能解释为什么我们拥有这样的定律，而没有其他定律可以解释这些定律，而且如果他们更加重视哲学家，他们本可以避免这个错误。

然后，讨论迅速滑落到指责和论点上，而不是关于，但很可惜，因为这些人很聪明，并且同意约95％的有趣问题，而且进行富有成效的对话的机会也在不断减少。

宇宙如何运作

让我们根据我们的概念来讨论物理学的实际安排。 自牛顿时代以来，基本物理学的范式一直没有改变。 它包括三个部分。 第一个是“状态空间”：实际上，是宇宙可以位于其中的所有可能配置的列表。 第二个是在某个时间点（通常是当前时间）代表宇宙的某个状态。 第三-宇宙随时间发展的特定规则。 给我今天的宇宙，物理定律将说明未来它将发生什么。 这种思维方式对于牛顿力学或麦克斯韦电动力学而言，对于量子力学或GR或量子场论而言同样如此。

特别地，量子力学是该方案的一种特殊但非常通用的实现。 （量子场论只是量子力学的明确例子，不是一种新的思维方式）。 状态是“波动函数”，某个系统的所有可能波动函数的集合称为“ 希尔伯特空间 ”。 它的优点是极大地限制了可能性的范围（因为它是向量空间：给专家的评论）。 告诉我它的大小（测量数量）后，您将完全确定自己的希尔伯特空间。 这从根本上不同于经典力学，在经典力学中状态空间会变得极为复杂。 还有一台机器-“ 哈密​​顿量 ”-准确指示如何随着时间从一种状态发展到另一种状态。 我再说一遍，哈密顿人的种类不多。 只需写下一定数量的清单（能量的本征值-澄清您，烦人的专家）。

必须公正地了解物理学的最终定律将采取何种形式，但是几乎所有现代的尝试都必须将量子力学视为真理。 对于弦论和其他有关量子引力的方法都是如此-它们在“时空”或“物质”由什么组成的观点上有很大不同，但很少会不经意地处理量子力学的基本原理。 显然，这适用于劳伦斯在书中考虑的所有选项。 在此平台上，“物理定律”的定义是选择希尔伯特空间（为此，您只需要确定其大小）和哈密顿量即可。 量子力学的一大特性是它的局限性。 我们没有太多的选择自由来选择物理定律。 似乎有很大的创造力，因为希尔伯特空间可能很大，而汉密尔顿主义的简单本质却可以通过我们与外界的复杂互动而隐藏起来，但是基本原理仍然没有改变。

因此，这个平台内的“从无到有”的世界意味着什么？ 我们仍然需要选择两个选项之一，但是至少这两个项目是详尽的。

第一次机会：时间是根本

第一种可能性是，宇宙的量子态确实会随时间变化-也就是说，哈密顿量不等于零，并且它确实会在时间上推动状态。 这种情况似乎很普遍（与零不同的方法多于零），而正是为了研究这一问题，我们花时间在入门课程上，这是第一次将量子力学强加给无所畏惧的学生。 量子力学的一个奇妙而被低估的结果是，如果这种可能性被证明是真的（宇宙正在真正地进化），时间就不可能开始或结束-它永远持续下去。 它根本不像古典力学，在古典力学中，状态空间中的宇宙轨迹可以将其推向一个不可思议的奇异点，在奇异点中时间应该停止流动。 在量子力学中，每个状态都不会比其他任何状态差，并且进化将快乐地继续前进。

那么，这与“一无所有”问题有什么关系？ 在宇宙的量子状态演化过程中，它可以经历一些阶段，在普遍接受的意义上它与什么都非常相似-即是空白空间，或者是我们根本无法识别空间的奇怪的非几何阶段。 后来，通过汉密尔顿学派的无情影响，它可以演变成与“某物”非常相似的东西，甚至与我们今天看到的宇宙非常相似。 因此，如果对您来说“什么都不是”是“空虚”或“空间不足”，那么量子力学定律提供了一种便捷的方式来理解没有什么能变成我们发现自己的奇妙事物。 这是有趣，重要的，值得写书，这是劳伦斯讨论的可能性之一。

机会二：时间是次要的/大约是

第二种可能性是宇宙根本不进化-哈密顿量为零，可能状态的空间存在，但我们只是静止不动地坐着，没有基本的“时间流”。 您可能会认为这种可能性是合乎逻辑的，但令人难以置信。 因为我们看不到周围的一切都在不断变化？ 但是，恰恰是在这种可能性下，如果您简单地采用经典GR并对其进行量化（即发明一种在经典极限下收敛到GR的量子理论），您将立即埋葬自己。 我们不知道这是否正确- 例如，汤姆·班克斯 （ Tom Banks）认为那不是正确的-但是这个机会存在，因此我们需要考虑如果这是真的，那将意味着什么。

当然，我们相信我们会感觉到时间的流逝，但是时间也许是次要的，而不是根本的（我认为在这种情况下使用“幻觉”一词并不正确，但其他人则不太谨慎）。 也就是说，也许有希尔伯特空间的这个固定点的另一种描述-至少在一段时间内近似类似于“宇宙随着时间演变”的描述。 想象一下一块位于高温表面上的金属条，它不是随时间变化的，而是从上到下分布的温度梯度。 从概念上讲，可以将该条形图分成相等温度的层，然后编写一个方程式，显示该条形图的状态如何随层变化，并发现所得的数学形式主义类似于“时间演化”。 在这种情况下，与前一个不同，时间可能会结束（或开始），因为它最初是一个有用的近似值，在某些条件下可以接受。

詹姆斯·哈特尔，斯蒂芬·霍金，亚历克斯·维伦金，安德烈·林德和其他宇宙学家在谈论“从无到有创造宇宙”时都牢记这样的选择。 按照这种观点，在宇宙的历史中，字面上存在一个瞬间，在此之前不存在其他瞬间。 有一个时间边界（大概在大爆炸之前），没有任何东西。 无论是物质还是量子波函数； 以前没有任何东西，因为“前置”的概念没有意义。 这也很有趣，很重要，值得一本书来写，这是劳伦斯讨论的另一种可能性。

为什么宇宙甚至存在？

因此，现代物理学给了我们两个这样的想法，这很有趣，并且回应了我们关于“事物从无到有”的非正式思想。 他们中的一个谈论从空的空间（或非空间）到充满一切的宇宙的演化，另一个谈论时间作为一种示例性的概念，它终止于可能性的抽象空间中的某个边界。

那么，我们有什么抱怨呢？ 如果您考虑一下，这种推理，如果您接受“无”概念的特定定义，则可以解释宇宙如何从无到有中产生。 但是他们没有解释，甚至没有试图解释为什么存在某种东西-为什么波动函数的这种演化，或者为什么甚至整个“波动函数”和“哈密尔顿”系统也将是对宇宙进行推理的正确方法。 也许您对这些问题不感兴趣，没有人有权剥夺您对这些问题不感兴趣的权利。 但是，如果您的书的字幕显示为“为什么会有东西，而不仅仅是没有东西”，那么您实际上就放弃了对它不感兴趣的权利。

现代物理学和宇宙学的发展是否帮助我们解决以下问题：为什么总存在所谓的“宇宙”，为什么存在诸如“物理学定律”，为什么这些定律采取量子力学形式，为什么如此波动函数以及哈密​​尔顿 简而言之，没有。 我不清楚他们如何做到这一点。

有时物理学家假装回答这些问题，这很不好，因为他们只是懒惰而没有尝试仔细考虑这个问题。 例如，您可以听到这样的陈述，即我们的物理定律可能是唯一可能的定律，或者是最简单的定律。 但这显然不是事实。 在量子力学平台的框架内，存在无限数量的可能的希尔伯特空间和无限数量的可能的哈密顿量，每一个都定义了一组绝对可接受的物理定律。 而且其中只有一项是正确的，因此断言我们的法律可能是唯一可能的法律是荒谬的。

要求简化也无济于事。 宇宙可能是唯一不随时间变化的点。 或单个振荡器不断地来回振荡。 那将非常简单。 不知何故，简单性的某种定义可能会出现，根据该定义我们的法律将成为最简单的法律，但总会有其他定义根据它们有所不同。 无论如何，我们都可以问一个问题，为什么法律应该简单？ 同样，“也许所有物理定律在某处都是真实的”的陈述也无法回答我们的问题。 为什么所有物理定律都是真实的？

另一方面，有时现代宇宙学家在多元宇宙的背景下谈论其他物理定律，并建议我们从根本上出于人类的原因而看到一组定律，而不是另一组定律。 但这又是简单的草率。 我们正在谈论基本定律的低能表现，但是这些基本定律在整个多元宇宙中都是相同的。 我们仍然有这些根深蒂固的法则存在的问题，这些法则创造了多元宇宙。

解释结束

所有这些问题都是很有趣的问题，现代物理学或宇宙学没有一个回答。 或者，至少，提高它们很有趣，但是从我的角度来看，最好的答案是迅速将它们降低。 请注意，在这一点上，我们已经遇到了纯粹的哲学问题，而不是科学问题。

“为什么”的问题并不存在。 在某种解释性上下文中它们是有意义的。 如果我们问：“为什么鸡过马路？” [简短笑话的热门话题/大约。 [transl。]，我们了解道路之类的东西，它们具有特殊的属性，而“母鸡”的东西具有不同的目标和动机，并且在道路的另一端或道路过渡的其他优势中也存在着一些东西。 只有在这种情况下，才能对“为什么”问题提供有意义的答案。 但是，宇宙和物理学定律并没有嵌入任何更大的环境中。 据我们所知，这已经是现有上下文中最大的。 承认解释的顺序在某处中断是没有错的，唯一剩下的解释可能是“只是一切都已安排好”。

好吧 我们必须是优秀的经验主义者，并对我们认为的宇宙存在于更大的范围内的可能性持开放态度。 但是，我们很可能将其重新定义为宇宙，并且仍然存在相同的问题。 只要您认识到宇宙存在不止一种可能的存在方式，解释链就总会终结。 我可能会误会，但是坚持认为“宇宙必须自我解释”是没有根据的。

声音和愤怒

关于这些有趣的问题，我可以说些什么，但是我没有足够的力量来拒绝对程序问题的几点评论。

首先，我认为劳伦斯的书作为通俗的辩论“无神论与有神论”的一部分更具意义，而不仅仅是对旧问题进行彻底的哲学研究。 这本书的后记由理查德·道金斯 （ Richard Dawkins ）撰写，劳伦斯（Lawrence）最初向克里斯托弗·希钦斯 （ Christopher Hitchens）求助 ，虽然他还没有病，但他们虽然很聪明，但都不是宇宙学家，也不是哲学家。 如果您打算拒绝在宇宙学框架内关于造物主存在（或有用性）需求的陈述，那么上述关于“从无到有创造”的论据便应运而生。 物质世界可以完全自给自足。 即使她有一个“开始”，她也不需要任何东西，也没有人在外面发射它。 这不能回答经典的莱布尼兹问题，但是几乎毫无疑问，这一事实是现代物理学的显着特征，并且对基本宇宙学产生了有趣的影响。

其次，在戴维发表评论之后，劳伦斯未能成功地批评“白痴哲学家”和整个哲学，而没有继续就感兴趣的问题进行有意义的讨论。 像大多数科学家一样，劳伦斯从科学哲学中得不到任何帮助。 但是，哲学的目标不是对科学有用，而对真菌学没有多大作用，而是对蘑菇有用。 科学哲学家不是在尝试科学，而是在试图理解科学是如何工作的以及它应该如何工作，选择构成科学论证基础的逻辑和标准，将科学知识置于更广泛的认识论背景下，以及做许多其他有趣的事情，而不是假装是科学。 如果您不感兴趣，那就好。 但是您不应该试图通过朝该地区的进攻来破坏该地区存在的合法性-这是愚蠢的而不是知识分子的，只是非常不愿意与其他领域的研究人员进行辩论，我们在科学方面感到遗憾。 可惜的是，在大多数重要事情上都达成共识的聪明人不得不在不交换侮辱的情况下对其他所有事情达成共识。 我们必须努力做到这一点。