第一章我们的宇由图象 127 如果宇宙有一开端，在它之前必有无限的时间，为何 宇宙必须在某一特定的时刻开始呢？事实上，他对正 命题和反命题用了同样的论证。它们都是基于他的隐 含的假设，即不管宇宙是否存在了无限久，时间均可 无限地倒溯回去。我们将会看到，在宇宙开端之前时 间概念是没有意义的。这一点是圣·奥古斯丁首先指 出的。当他被问及：上帝在创造宇宙之前做什么？奥 古斯丁没有这样地回答：他正为问这类问题的人准备 地狱。而是说：时间是上帝所创造的宇宙的一个性质， 在宇宙开端之前不存在。 当大部分人相信一个本质上静止不变的宇宙时， 关于它有无开端的问题，实在是一个形而上学或神学 的问题。按照宇宙存在无限久的理论，或者按照宇宙 在某一个有限时，以给人的印象似乎是已经存在了 无限久的样子启动的理论，我们可以同样很好地解释 所观察到的事实。但在1929年，埃德温·哈勃作出了 一个具有里程碑意义的观测，即是不管你往那个方向 看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇 宙正在膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠 近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某
/第一章 我们的宇宙图象 | 27 如果宇宙有一开端，在它之前必有无限的时间，为何 宇宙必须在某一特定的时刻开始呢？事实上，他对正 命题和反命题用了同样的论证。它们都是基于他的隐 含的假设，即不管宇宙是否存在了无限久，时间均可 无限地倒溯回去。我们将会看到，在宇宙开端之前时 间概念是没有意义的。这一点是圣·奥古斯丁首先指 出的。当他被问及：上帝在创造宇宙之前做什么？奥 古斯丁没有这样地回答：他正为问这类问题的人准备 地狱。而是说：时间是上帝所创造的宇宙的一个性质， 在宇宙开端之前不存在。 当大部分人相信一个本质上静止不变的宇宙时， 关于它有无开端的问题，实在是一个形而上学或神学 的问题。按照宇宙存在无限久的理论，或者按照宇宙 在某一个有限时刻，以给人的印象似乎是已经存在了 无限久的样子启动的理论，我们可以同样很好地解释 所观察到的事实。但在 1929 年，埃德温·哈勃作出了 一个具有里程碑意义的观测，即是不管你往那个方向 看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇 宙正在膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠 近。事实上，似乎在大约 100 亿至 200 亿年之前的某
28 〔英〕史蒂芬霍金：时间简史 一时刻，它们刚好在同一地方，所以那时候宇宙的密 度无限大。这个发现最终将宇宙开端的问题带进了科 学的王国。 哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当 时宇宙的尺度无穷小，而且无限紧密。在这种条件下， 所有科学定律并因此所有预见将来的能力都失效了。 如果在此时刻之前有过些事件，它们将不可能影响现 在所发生的一切。所以我们可以不理它们，因为它们 并没有可观测的后果。由于更早的时间根本没有定义， 所以在这个意义上人们可以说，时间在大爆炸时有一 开端。必须强调的是，这个时间的开端是和早先考虑 的非常不同。在一个不变的宇宙中，时间的端点必须 由宇宙之外的存在物所赋予：宇宙的开端并没有物理 的必要性。人们可以想像上帝在过去的任何时刻创造 宇宙。另一方面，如果宇宙在膨胀，何以宇宙有一个 开端似乎就有了物理的原因。人们仍然可以想像，上 帝是在大爆炸的瞬间创造宇宙，或者甚至在更晚的时 刻，以便它看起来就像发生过大爆炸似的方式创造， 但是设想在大爆炸之前创造宇宙是没有意义的。大爆 炸模型并没有排斥造物主，只不过对他何时从事这工
28 | 〔英〕史蒂芬•霍金：时间简史 一时刻，它们刚好在同一地方，所以那时候宇宙的密 第 度无限大。这个发现最终将宇宙开端的问题带进了科 学的王国。 哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当 时宇宙的尺度无穷小，而且无限紧密。在这种条件下， 所有科学定律并因此所有预见将来的能力都失效了。 如果在此时刻之前有过些事件，它们将不可能影响现 在所发生的一切。所以我们可以不理它们，因为它们 并没有可观测的后果。由于更早的时间根本没有定义， 所以在这个意义上人们可以说，时间在大爆炸时有一 开端。必须强调的是，这个时间的开端是和早先考虑 的非常不同。在一个不变的宇宙中，时间的端点必须 由宇宙之外的存在物所赋予；宇宙的开端并没有物理 的必要性。人们可以想像上帝在过去的任何时刻创造 宇宙。另一方面，如果宇宙在膨胀，何以宇宙有一个 开端似乎就有了物理的原因。人们仍然可以想像，上 帝是在大爆炸的瞬间创造宇宙，或者甚至在更晚的时 刻，以便它看起来就像发生过大爆炸似的方式创造， 但是设想在大爆炸之前创造宇宙是没有意义的。大爆 炸模型并没有排斥造物主，只不过对他何时从事这工
第一章我们的宇由图象 129 作加上时间限制而已！ 为了谈论宇宙的性质和讨论诸如它是否存在开端 或终结的问题，你必须清楚什么是科学理论。我将采 用头脑简单的观点，即理论只不过是宇宙或它的受限 制的一部分的模型，一些联结这模型和我们所观察的 量的规则。它只存在于我们的头脑中，（不管在任何意 义上)不再具有任何其他的实在性。如果它满足以下 两个要求，就算是好的理论：它必须在只包含一些任 意元素的一个模型的基础上，准确地描述大批的观测， 并对未来观测的结果作出确定的预言。例如，亚里士 多德关于任何东西是由四元素，土、空气、火和水组 成的理论是足够简单的了，但它没有做出任何确定的 预言。另一方面，牛顿的引力理论是基于甚至更为简 单的模型，在此模型中两物体之间的相互吸引力和它 们称之为质量的量成正比，并和它们之间的距离的平 方成反比。然而，它以很高的精确性预言了太阳、月 亮和行星的运动。 在它只是假设的意义上来讲，任何物理理论总是 临时性的：你永远不可能将它证明。不管多少回实验 的结果和某一理论相一致，你永远不可能断定下一次
/第一章 我们的宇宙图象 | 29 作加上时间限制而已！ 为了谈论宇宙的性质和讨论诸如它是否存在开端 或终结的问题，你必须清楚什么是科学理论。我将采 用头脑简单的观点，即理论只不过是宇宙或它的受限 制的一部分的模型，一些联结这模型和我们所观察的 量的规则。它只存在于我们的头脑中，（不管在任何意 义上）不再具有任何其他的实在性。如果它满足以下 两个要求，就算是好的理论：它必须在只包含一些任 意元素的一个模型的基础上，准确地描述大批的观测， 并对未来观测的结果作出确定的预言。例如，亚里士 多德关于任何东西是由四元素，土、空气、火和水组 成的理论是足够简单的了，但它没有做出任何确定的 预言。另一方面，牛顿的引力理论是基于甚至更为简 单的模型，在此模型中两物体之间的相互吸引力和它 们称之为质量的量成正比，并和它们之间的距离的平 方成反比。然而，它以很高的精确性预言了太阳、月 亮和行星的运动。 在它只是假设的意义上来讲，任何物理理论总是 临时性的：你永远不可能将它证明。不管多少回实验 的结果和某一理论相一致，你永远不可能断定下一次
30 〔英〕史蒂芬，霍金：时间简史 结果不会和它矛盾。另一方面，哪怕你只要找到一个 和理论预言不一致的观测事实，即可证伪之。正如科 学哲学家卡尔·波帕所强调的，一个好的理论的特征 是，它能给出许多原则上可以被观测所否定或证伪的 预言。每回观察到与这预言相符的新的实验，则这理 论就幸存，并且增加了我们对它的可信度；然而若有 一个新的观测与之不符，则我们只得抛弃或修正这理 论。至少被认为这迟早总会发生的，问题在于人们有 无才干去实现这样的观测。 实际上经常发生的是，所设计的新理论确实是原 先理论的推广。例如，对水星的非常精确的观测揭露 了它的运动和牛顿理论预言之间的很小差异。爱因斯 坦的广义相对论所预言的运动和牛顿理论略有不同。 爱因斯坦的预言和观测相符，而牛顿的预言与观测不 相符，这一事实是这个新理论的一个关键证据。然而 我们在大部分实际情况下仍用牛顿理论，因为在我们 通常处理的情形下，两者差别非常小。（牛顿理论的另 一个巨大的优点在于，它比爱因斯坦理论容易处理得 多) 科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述
30 | 〔英〕史蒂芬•霍金：时间简史 结果不会和它矛盾。另一方面，哪怕你只要找到一个 第 和理论预言不一致的观测事实，即可证伪之。正如科 学哲学家卡尔·波帕所强调的，一个好的理论的特征 是，它能给出许多原则上可以被观测所否定或证伪的 预言。每回观察到与这预言相符的新的实验，则这理 论就幸存，并且增加了我们对它的可信度；然而若有 一个新的观测与之不符，则我们只得抛弃或修正这理 论。至少被认为这迟早总会发生的，问题在于人们有 无才干去实现这样的观测。 实际上经常发生的是，所设计的新理论确实是原 先理论的推广。例如，对水星的非常精确的观测揭露 了它的运动和牛顿理论预言之间的很小差异。爱因斯 坦的广义相对论所预言的运动和牛顿理论略有不同。 爱因斯坦的预言和观测相符，而牛顿的预言与观测不 相符，这一事实是这个新理论的一个关键证据。然而 我们在大部分实际情况下仍用牛顿理论，因为在我们 通常处理的情形下，两者差别非常小。（牛顿理论的另 一个巨大的优点在于，它比爱因斯坦理论容易处理得 多！） 科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述
第一章我们的宇由图象 31 整个宇宙。然而，大部分科学家遵循的方法是将这问 题分成两部分。首先，是一些告诉我们宇宙如何随时 间变化的定律：（如果我们知道在任一时刻宇宙是什么 样子的，则这些定律即能告诉我们以后的任一时刻宇 宙是什么样子的。)第二，关于宇宙初始状态的问题。 有些人认为科学只应过问第一部分，他们认为初始状 态的问题应是形而上学或宗教的范畴。他们会说，全 能的上帝可以随心所欲地启动这个宇宙。也许是这样。 但是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全任意的方式 演化。可是，看起来他选择宇宙以一种非常规则的、 按照一定规律的方式演化。所以，看来可以同样合理 地假定，也存在着制约初始状态的定律。 毕全功于一役地设计一种能描述整个宇宙的理 论，看来是非常困难的。反之，我们是将这问题分成 许多小块，并发明许多部分理论。每一部分理论描述 和预言一定有限范围的观测，同时忽略其他量的效应 或用简单的一组数来代表之。可能这方法是全错的。 如果宇宙中的每一件东西都以非常基本的方式依赖于 其他的任何一件东西，很可能不能用隔离法研究问题 的部分去逼近其完备的答案。尽管如此，这肯定是我
/第一章 我们的宇宙图象 | 31 整个宇宙。然而，大部分科学家遵循的方法是将这问 题分成两部分。首先，是一些告诉我们宇宙如何随时 间变化的定律；（如果我们知道在任一时刻宇宙是什么 样子的，则这些定律即能告诉我们以后的任一时刻宇 宙是什么样子的。）第二，关于宇宙初始状态的问题。 有些人认为科学只应过问第一部分，他们认为初始状 态的问题应是形而上学或宗教的范畴。他们会说，全 能的上帝可以随心所欲地启动这个宇宙。也许是这样。 但是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全任意的方式 演化。可是，看起来他选择宇宙以一种非常规则的、 按照一定规律的方式演化。所以，看来可以同样合理 地假定，也存在着制约初始状态的定律。 毕全功于一役地设计一种能描述整个宇宙的理 论，看来是非常困难的。反之，我们是将这问题分成 许多小块，并发明许多部分理论。每一部分理论描述 和预言一定有限范围的观测，同时忽略其他量的效应 或用简单的一组数来代表之。可能这方法是全错的。 如果宇宙中的每一件东西都以非常基本的方式依赖于 其他的任何一件东西，很可能不能用隔离法研究问题 的部分去逼近其完备的答案。尽管如此，这肯定是我