文：湯瑪仕．赫托（Thomas Hertog）

人擇原理於一九七三年首次出現在宇宙學中。時間天文物理學家、起點重定宇的基對物的第大貢史蒂芬在劍橋的源從同學卡特（Brandon Carter），在克拉科夫舉辦的量觀理學一場紀念哥白尼的研討會中提出了這個原理。這是新制獻十六世紀之後的一個奇怪歷史轉折，因為哥白尼是宙學网站统计系统 源码當初第一位把人類從宇宙的中心地位降級的人。而在四個多世紀後，礎這卡特同意哥白尼的霍金看法，即人類並不是時間宇宙秩序的中心。然而他的起點重定宇的基對物的第大貢推論認為，如果我們假設自己在任何方面都不特殊，源從特別是量觀理學在我們在關於宇宙的觀測結果上，我們會不會根本搞錯方向了？也許我們所發現的新制獻宇宙樣貌是如此，是宙學因為我們在這裡？

卡特的觀點有一定的道理。畢竟我們無法在我們不存在的礎這地方或時間，進行觀測。早在一九三○年代，像勒梅特和美國天文學家迪克（Robert Dicke）這樣的科學家，就已經在思考宇宙需要具備哪些特性才能支持智慧生命的存活。例如，無論生命形式有智慧與否，都會需要碳，而碳會在恆星在熱核燃燒過程中產生，這過程需要幾十億年的時間。但一個不斷擴張的宇宙，除非它有著數十億光年的空間，否則無法提供數十億年的時間。因此，勒梅特和迪克很自然地得出一個結論：我們生活在一個又老又大的宇宙中。

擴張中的宇宙存在一個黃金時期，此時，以碳組成的天文學家有辦法工作，這勢必會影響到他們能看到什麼。這種結論，跟討論選擇偏差（selection biases）如何影響我們日常生活所得出的結論，在本質上沒有區別。但卡特的觀點還更進一步——而且很大步。他認為，選擇的效果不僅發生在一個宇宙（我們的宇宙）中，而是發生在整個多重宇宙中。他認為有個運作中的chrome源码测试人擇原理，這條規則高於支配多重宇宙、無人介入的終極定理，能體現出對生命最理想的宇宙情境，並「主動」選擇哪一個多重宇宙中的宇宙應該是我們的。

這確實是個激進的提案。卡特的人擇原理似乎再次將生命置於解釋宇宙的中心地位，並把我們帶回五個世紀以前，在哥白尼之前的時代。人擇理論藉由假設一個包含生命、智慧體，甚至意識的特定優先狀態，此外還有意納入目的論——一個被科學革命成功推翻的亞里斯多德的觀點，或者我們以為我們推翻了。

不意外的是，當一九七三年卡特首次提出他的宇宙學人擇原理時，因為能證明任何形式多重宇宙存在的最佳理論證據都還很零碎，他的想法普遍被認為是在胡說八道。但到了二十世紀末，經過許許多多的歷史轉折，多重宇宙理論開始得到支持，而卡特的人擇原理也重新獲得重視，用來理出我們在這個宇宙拼布中的地位。人擇原理被視為將多重宇宙理論從一個抽象的柏拉圖精神堡壘，轉變為一個正統的、具備真正解釋潛力的物理理論的關鍵密碼。

多重宇宙的狂熱支持者宣稱，他們找到了解釋宇宙設計之謎的第二個可能解答——第一個可能解答認為這只是個巧合，是位於存有的核心中一個深刻但（至今仍）神祕的數學原理產生的幸運結果。來自人擇原理的多重宇宙學新解答認為，這種明顯的設計是我們「局部」宇宙環境的特質：我們居住在一個罕見地利於生命的宇宙裡，而人擇原理從由島宇宙所組成的廣袤宇宙群像中，選出我們的宇宙。

人們對於這項理論發展感到非常興奮。「我們與宇宙是一體的，」林德宣稱，「我無法想像一個忽視生命和意識的宇宙的一致性理論。」來自史丹佛大學（一個值得信賴他們大膽推測的學府）、堅持己見的弦論學家色斯金（Leonard Susskind）在他的《宇宙景觀》（The Cosmic Landscape）一書中，將客觀的終極定律與主觀的人擇原理，都視為基礎物理學的苹果asp源码新典範。

粒子物理學的泰斗溫伯格也認為，人擇論證標誌著宇宙學的新世代即將到來。他在一九六○年代末提出，電磁力與弱核力是同一種力的統一觀點，已成為粒子物理學標準模型的基礎。後來標準模型的某些預測已經獲得驗證，且很驚人地精準到小數點後至少十四位，使其成為有史以來獲得最精確檢驗的物理理論。然而，儘管已如此精確，溫伯格仍覺得若想理解標準模型之所以是這般特殊形式的深層原因，就會需要用截然不同類別的原理，來補充傳統物理學的數學原理。

「大多數的科學史進展，都是藉由發現大自然的奧祕而獲得，」他在劍橋大學的「生活在多重宇宙」（“Living in the Multiverse”）講座中告訴我們，「但其中有某些轉折點，是我們對科學本身，以及對我們認為可接受的理論有了新的發現。我們現在可能正處於這樣一個轉折點……多重宇宙證明了人擇原理的論證法，有資格成為物理理論的新基礎。」溫伯格在這裡所援引的世界觀，很像某種形式的二元論。世界存在著物理定律和終極定律，我們正在探索它們，但它們很冷漠且無情。除此之外，還存在著人擇原理，以自己神祕的方式，將（終極）定律與我們感受到的實體世界連結起來。

這番言論受到非常激烈的反彈。多年來，人擇原理無疑是理論物理學中最有爭議的話題。許多人明確表達他們的反對。「暴脹理論在自掘墳墓。」共同發現宇宙暴脹的普林斯頓大學教授斯坦哈特（Paul Steinhardt）公開表示。「這舉動等同認輸。」加利福尼亞大學的諾貝爾得主格羅斯（David Gross）直言不諱道。還有人覺得，關於我們在宇宙中地位的网页条码源码討論還為時過早。「現在討論這種問題還言之過早。」二○一九年的夏天，另一位很有遠見的理論學家阿卡尼－哈麥德（Nima Arkani-Hamed）向一群觀眾表示。現代科學革命在物理學中種下了二元論種子，而在那場革命後的五百年後的現在，出現這種言論會很引人注目。

令史蒂芬沮喪的是，多數的理論物理學家保持沉默，並繼續把眼光投向別處——迷失在數學之中。他們大多數都覺得（也持續這麼覺得），探究宇宙利於生命特性的深層源頭，並不在他們的學科範疇內。他們寧願相信，當我們找到弦論的主宰方程式後，這個問題就會自然消失，因為這個方程式支配著多重宇宙。某次在DAMTP喝茶的時候，從不害怕製造爭端的史蒂芬對此有所抱怨。「我很驚訝，」他說，「這些人（弦論學家）竟然如此目光短淺，不嚴肅地問問宇宙是如何、為何出現在這裡的。」

史蒂芬認為，若要解開設計之謎，僅找到抽象的數學終極定律是不夠的。他認為，對物理學統一理論的追尋，跟追尋大霹靂的起源是密不可分的。他主張，如果把最終理論「僅僅」視為另一個實驗室的問題，那麼這個夢想就難以實現，必須得在宇宙演化的脈絡下展開追尋。數學對史蒂芬來說，是他追尋新宇宙觀念時的僕人而非主人。因此霍金認同人擇原理支持者的觀點，他們認為更加理解宇宙利於生命的特性很重要、單純的柏拉圖式觀點是不足夠的、我們需要典範轉移，為物理學和宇宙研究方式帶來根本的站点源码 php變革。

然而，鑑於這些事件發展，他越來越懷疑人擇論證並非我們真正需要的那種革命性變革。對於要將人擇原理視為宇宙新典範的一部分，他的主要疑慮並非其質化的本質。生物學和其他歷史學充滿更多質化的預測。他認為的真正問題是，人擇論證破壞了基礎科學過程中的可預測性和可否證性。

奧裔英國籍的科學哲學家波普爾（Karl Popper）曾廣泛論述過這個過程。根據波普爾的說法，之所以科學能夠成為一種獨特且強大的獲取知識方式，是因為科學家一次又一次地基於現有的證據，進行理性論證並達成共識。波普爾意識到，科學理論永遠無法被證明是正確的，但可以被否證，意味著理論可以被實驗結果推翻。

但是——這也是波普爾的關鍵論點——只有當理論假說需要提出明確的預測時，否證過程才會出現，因為如果得出相反的結果，那麼代表理論至少有一個前提會被證明不適用於自然界。這一點對科學的運作非至關重要，是因為這種情況是不對等的；驗證理論得出的預測正確，可以支持但無法證明理論為真，而否證得出的預測可以證明理論是錯誤的。在科學界，假說會失敗的可能性總是蟄伏在角落，但這也是科學進步的一個重要元素。

然而，人擇原理會讓這個過程變得不穩固，因為對於哪種宇宙有利於生命的個人標準，會將主觀因素帶入物理學，從而破壞波普爾所提出的否證過程。你的人擇觀點可能會選擇出某一小部分的多重宇宙與其定律組合，而我的人擇觀點可能會選擇另一小部分，有著不同定律組合的多重宇宙，但沒有一個客觀的規則能判定誰是正確的。

這跟達爾文的演化論截然不同，因為他巧妙地避免讓任何類似人擇論證的元素混入生物學的可能。無論外星生命是否存在，就連其演化過程，都與達爾文的理論本身無關。達爾文主義也沒有賦予任何物種在生物界的特權地位，無論是獅子、智人或是其他物種。實情正好相反，達爾文主義根植在我們與生物界其他生物的關係中。達爾文主義意識到這一切都是相互關聯。

達爾文的不朽見解之一是，智人是與生物世界中的一切共同演化的。「我們必須承認，至少就我看來，具有崇高特質的人類……在他的身體結構中，仍然帶有其卑賤出身且不可磨滅的印記。」他在《人類的由來》（The Descent of Man）中寫道。這與卡特所提出的宇宙學人擇原理有著根本的不同，後者彷彿是個附加裝置，在宇宙的自然演化之外運作。

從波普爾對於否證的觀點來說，人擇原理的多重宇宙，與十七世紀德國博學家萊布尼茲（Gottfried Leibniz）的宇宙觀幾乎無異。萊布尼茲在他的著作《單子論》（The Monadology）中，提出世間存在無窮多的宇宙，每個宇宙都有自己的時空和物質，而我們生活在上帝以其良善所揀選出的最好世界中。

因此，就不難理解為何科學界對於人擇原理的價值持續存在分歧。在美國物理學家暨作家斯莫林敏銳批評弦論的著作《物理的困境》（The Trouble with Physics）中，他尖銳地指出：「一旦無法否證的理論比可否證的理論更受青睞，科學的進步就會停止，也就無法增加更多的知識。」這也是在我們第一次辦公室談話時，史蒂芬所擔心的事：人們一旦接受人擇原理，就會放棄從科學所獲得的基本預測能力。

我們陷入了僵局。人擇原理的本意是指明在廣闊的宇宙拼布當中「我們是誰」，並以此作為橋樑，將抽象的多重宇宙理論，與我們身為這個宇宙中的觀察者的經驗相連結。然而，人擇原理未能以堅持科學實踐基本原則的方式做到這一點，導致多重宇宙學完全失去了解釋的能力。

我們因而得到精妙的觀察：即便把範圍放大來看，從現代科學革命開始，我們對於支持物理現實中存在明顯設計的深層起源的探討，其實進展出奇地緩慢。是的，我們現在非常詳盡地瞭解宇宙擴張的歷史、我們知道重力如何塑造出大尺度的宇宙、我們也精準掌握在比質子尺寸還小的尺度下的量子行為。但對於物理條件的詳盡理解，雖然本身具有巨大的意義，但也只是強調出設計背後更為深層的謎團。

宇宙「利於生命」的特性持續給人造成困擾，在科學界跟更廣泛的大眾中產生嫌隙。我們對這世界的認識，以及生命得以存活的底層物理條件之間，仍存在一個很深的概念上的鴻溝。為什麼在大霹靂時底定的數學定律會適合生命？我們該如何看待這一事實呢？生物界和無生命世界之間的鴻溝似乎比過往任何時候都要深。

物理學家表示，多重宇宙使我們背負著一個悖論。多重宇宙學奠基在宇宙暴脹的概念上，也就是宇宙在其最初階段，經歷了一個短暫的快速膨脹期。這段時間以來，暴脹理論已獲得豐富的觀察結果支持，但它有個很困擾的傾向，就是會產生不止一個，而是許多的宇宙。而且，因為該理論不會表明我們應該在哪個宇宙——它缺乏相關資訊——使得該理論對於我們應該看到什麼的預測，會失去大半的能力。這是個悖論。一方面，解釋早期宇宙的最佳理論認為我們生活在一個多重宇宙中。而與此同時，多重宇宙又大大削弱這理論的預測能力。

事實上，這並不是史蒂芬第一次面對到令人困惑的悖論。早在一九七七年，他確切指出一個與黑洞命運相關的類似難題。愛因斯坦的廣義相對論預測，幾乎所有掉入黑洞物體的相關資訊，都會永遠隱藏在其中。但史蒂芬發現到量子理論會為這個論點增加自相矛盾的轉折。他發現，發生在靠近黑洞表面的量子過程，會使黑洞發出一種微弱但穩定的粒子流，其中包含光的粒子。現在被稱為霍金輻射（Hawking radiation）的這種輻射，因為在物理上過於微弱，無法被偵測到，但光是它的存在本身就充滿難題。

原因是，如果黑洞發射出能量，那麼它們必須縮小，並且最終消失。當一個黑洞發射出最後一絲的質量時，隱藏在內部的大量資訊會怎麼樣呢？史蒂芬的計算指出，這些資訊將永遠消失。他認為，黑洞是個終極垃圾桶。但這個情境牴觸了量子理論的一個基本原則，這項原則規定，物理性的過程可以轉變和弄亂資訊，但絕不會讓資訊永遠消失。我們再次遇到一個悖論：量子過程導致黑洞發射並失去資訊，但量子理論說這是不可能的。

關於黑洞的生命週期以及我們在多重宇宙中地位的這兩個悖論，成為過去幾十年來最令人困惑和熱烈討論的物理難題。兩者都關注資訊在物理學中的本性和命運，因此會觸及到一個核心問題：物理理論的最終意義。這兩個悖論都在著名的半古典重力（semiclassical gravity）的脈絡下出現，這個重力理論的名詞是由史蒂芬與他的劍橋團隊在一九七○年代中期首創，混合著古典思維與量子思維。

當人們將這種半古典的思維應用在極其漫長的時間尺度（例如黑洞）或極廣大的空間尺度（例如多重宇宙），就會出現悖論。兩者共同體現出當我們試圖讓二十世紀物理學的兩大支柱，相對論和量子理論和諧共存時會出現的重大難題。在這個情境中，它們被視為讓人傷腦筋的思想實驗，理論家將他們對重力的半古典思維推向極限，進而檢查自己會在哪裡失敗，以及實際上如何失敗。

思想實驗一直是霍金的最愛之一。在他拋棄哲學之後，史蒂芬喜歡用理論物理的實驗去探討一些深刻的哲學問題——時間是否有其源頭、因果關係是不是基本原理、以及其中最具野心的是，身為「觀察者」的我們如何融入宇宙的格局中。而他的作法是把這些問題歸結成理論物理的巧妙實驗。史蒂芬的三個劃時代的發現都來自於精心設計的思想實驗。第一個是他在古典引力中對大霹靂奇異點定理的一系列研究；第二個是他一九七四年從半古典引力發現黑洞會發出輻射；第三個也是從半古典引力，提出針對宇宙起源的無邊界假說。

如今，儘管有人可能會認為黑洞悖論只有學術圈的人關心——可能永遠無法測量到霍金輻射的細節——但多重宇宙悖論卻直接影響到我們對宇宙的觀察。這個悖論的核心在於現代宇宙學中生物世界、觀察行為以及物理宇宙之間的緊張關係。多重宇宙的悖論成為霍金在重新想像這層關係，並發展完全以量子為主的宇宙觀點時的指路明燈。他對宇宙的最終理論，完全從量子觀點出發，並重新制定出宇宙學的基礎，這也是霍金對物理學的第四大貢獻。在這理論背後的偉大思想實驗，某種程度上已經過了五個世紀的醞釀。而完成它就會是我們的任務。

Photo Credit: 大塊文化出版

書籍介紹

本文摘錄自《時間的起源：史蒂芬．霍金的最終理論》，大塊文化出版

作者：湯瑪仕．赫托（Thomas Hertog）
譯者：余韋達

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「我們創造了宇宙，一如宇宙創造了我們。」
——史蒂芬．霍金生前對《時間簡史》宇宙觀的顛覆性修正

由霍金最密切的研究夥伴，宇宙學家湯瑪仕．赫托執筆，回溯他們二十年來的宇宙探索之旅，帶我們一覽這位傳奇物理學家對宇宙起源的最終思考。

霍金去世之前不久，他告訴作者，是時候寫本新書了。本書就是那本新書。作者寫下他們重返並進入大霹靂的旅程，以及這趟旅程到最後如何讓霍金放棄多重宇宙的觀點，改用驚奇的新視角來思考時間起源；這個視角在精神與本質上都深具達爾文主義的色彩，並提供對偉大宇宙設計的全新理解。

為什麼宇宙這麼適合生命發展？這是傳奇物理學家霍金生前最希望解釋的現象之一。二十多年來，霍金與他最親近的學生、朋友與研究夥伴赫托提出了以演化論為基礎、相當具顛覆性的宇宙起源理論：物理定律並非必然以當前的形式存在，而是隨宇宙誕生而出現，並和早期的宇宙共同演化；我們的觀測行為則是讓「萬有理論」成立的基礎。

本書是一部引人入勝的宇宙探索之作。赫托以清晰深刻的筆觸描繪了霍金的學術與哲學貢獻，提出了他獨特而具前瞻性的宇宙觀。赫托融合了科學理論與科學史，深入分析了科學辯論背後的哲學動機，以簡潔清晰的文筆呈現自哥白尼、牛頓、愛因斯坦以來，物理學界如何從決定論與上帝視角，走到當代量子論、全像原理與「蟲眼視角」，讓一般讀者也能夠理解和享受這個複雜且深奧的主題。

Photo Credit: 大塊文化出版

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責任編輯：翁世航
核稿編輯：馮冠維