霍金(Stephen Hawking)的新書《大設計》(The Grand Design)嘗試回答「為什麼會有一個恰好適合人類生存的宇宙」這個終極問題。哲學家與宗教人士追問這些問題是為了獲得內心的平安,但物理學家不一樣——他們遵循一套截然不同的邏輯:可預言性定律的普適性

內心的平安 vs. 可預言性#

作者曾與一位虔誠牧師爭論地球年齡,牧師搬出一個無懈可擊的理論:上帝創造萬物時可以創造「各種年齡」的萬物,就像當下創造一個 20 歲的人一樣。這理論邏輯上不可反駁,但作者指出它有致命缺陷——不能做出預言

  • 宗教理論可以解釋一切,卻無法預言未發現的化石。
  • 物理理論的好壞不在於是否漂亮或符合直覺,而在於能否預言
  • 物理學家最彻底地拒絕「執著於理論」,但他們堅信世界應該是合「理」的:物理定律必須適用於所有時間與地點。

從預言到新粒子#

正是「合理」的信念,讓物理學家不斷做出預言:

  • 薩拉姆(Abdus Salam)與溫伯格(Steven Weinberg)在 1967 年統一了電磁作用力與弱作用力,預言三個新粒子,後均被實驗證實。
  • 各種大統一理論(GUT, Grand Unified Theory)預言質子會衰變,但實驗觀測到的半衰期遠超預測,因此 GUT 就算再精妙也不能被接受。

牛頓的困惑與「幸運」的宇宙#

牛頓(Isaac Newton)曾認為上帝必須存在,理由有二:行星軌道扰動需要上帝微調;地球軌道幾近正圓且太陽質量恰好合適,這些巧合像是上天的安排。

現代物理學家面對類似的「宇宙太幸運了」問題:

參數若變動後果
強相互作用強度±0.5%無碳與氧,無生命
電磁相互作用強度±4%同上
質子質量+0.2%迅速衰變,無化學現象
空間維度非三維行星軌道不穩定

霍金的答案:M 理論與多宇宙#

霍金用「無邊界條件」消解了「宇宙創生之前發生了什麼」這個問題——早期宇宙中時間維被扭曲成空間維,根本沒有「之前」。而多種不同的宇宙可以自發誕生,我們只是恰好生活在允許人類存在的那一個。

霍金論證 M 理論是最佳選擇:宇宙總能量必須為零,製造星球需正能量,因此必須包含提供負能量的引力,而超引力的最一般理論正是 M 理論。

霍金甚至提出一個預言:微波背景輻射中應能觀測到某種精微特徵。

物理學的兩個邏輯#

  • 物理定律必須處處適用,上帝就算存在也無事可做。
  • 好的理論不只解釋已知,還必須對未知做出預言。

霍金的學說符合第一個邏輯,能否通過第二個邏輯的檢驗,仍有待時間驗證。