我们所感知的世界是否真实

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1、我们所感知的世界是否真实(图)霍金2010年11月23日10:18环球科学杂志物理学家一直在寻求能够统一所有物理学的那个终极理论。现在看来，他们或许不得不止 步于一组理论，无法将它们合为一体。霍金：真实世界的“真实”物理学家一直在寻求能够统一所有物理学的那个终极理论。现在看来，他们或许不得不止步于一组理论，无法将它们合为一体。撰文 斯蒂芬霍金(Stephen Hawking)莱昂纳德蒙洛迪诺(Leonard Mlodinow)翻译 庞玮几年前，意大利蒙扎市议会通过了一项法案，禁止市民将金鱼养在圆形鱼缸里观赏。提案者解释说，把金鱼关在圆形鱼缸里非常残忍，因为弯曲的表面会让金鱼眼中的“现实” 世界

2、变得扭曲。抛开这一法案给可怜的金鱼带来的福祉不谈，这个故事还提出了一个有趣的哲学问题：我们怎么知道我们感知到的“现实”是真实的？金鱼看见的世界与我们所谓的“现实”不同，但我们怎么能肯定它看到的就不如我们真实？据我们所知，就连我们自己说不定终其一生，也在透过一块扭曲的镜片打量周遭的世界。在物理学中，这个问题并非纯理论空想。实际上，物理学家和宇宙学家发现他们自己眼下的处境和金鱼差不多。数十年来，我们一直上下求索，渴望得到一个终极的万有理论，可以用一套完备自洽的基本定律来解释“现实”的方方面面。但现在看来，最后我们得到的或许不是一个单一的理论，而是一大家族相互关联的理论，每个理论对于“现实”都有一套

3、自己的描述，就像透过它自己的圆形鱼缸观察世界一样。对许多人来说，这个观点或许难以接受，其中还包括一些圈内的科学家。大多数人都相信存在一个客观的“现实”，无论是我们的感知还是我们的科学，都在直接表达有关这个物质世界的信息。经典科学就以这样一个信念为基础，即有一个外部世界独立存在，它的属性是确定的，与感知这个世界的观测者无关。在哲学上，这种信念被称为唯实论(realism)。不过，对蒂莫西利里(Timothy Leary)和上世纪60年代记忆犹新的人应该知道另一种可能：“现实”的概念也可以取决于感知者的心灵。这类观点大同小异，有的称为反唯实论(antirealism)，有的则称为工具主义(inst

4、rumentalism)或唯心论(idealism)。按照这些“主义”，我们所知的世界是由人类心智以感官信息为原料构建的，是由我们大脑中的解释结构塑造的。这种观点或许难以接受，却不难理解。你不可能将观测者，也就是我们自己，从我们对这个世界的感知中抹去。随着物理学的逐渐发展，唯实论的地位正变得岌岌可危。在经典物理学中，牛顿体系能非常准确地描述我们的日常体验，对“物体”、“位置”之类术语的诠释也在很大程度上与我们的常识(即我们对那些概念的“现实”理解)相符。然而，作为测量工具，我们人类是非常粗糙的。物理学家已经发现，平常所说的“物体”以及令我们看到它们的光，都是由我们无法直接感知到的物体(如电子和

5、光子)构成的。这些物体遵循的不是经典物理，而是量子论。量子论的“现实”与经典物理的“现实”截然不同。在量子论体系中，粒子既没有确定的位置，也没有确定的速度，只有当一个观测者去测量那些量时，它们的值才会确定。有些情况下，单独的物体甚至无法独立存在，只能作为整体的一部分出现。量子物理还极大地挑战了我们对“过去”的认识。在经典物理中，所谓的“过去”就是一系列已成为历史的明确事件，而在量子物理中，“过去”是不确定的，仅仅是一系列事件发生的可能性，跟“未来”没什么两样。甚至连作为一个整体的宇宙，都没有一个明确的过去，或者说历史。因此，量子物理暗含了不同于经典物理的另一种“现实”虽然经典物理与我们的直觉相

6、符，而且在我们设计建筑、桥梁之类的东西时仍然可以帮上大忙。这些例子让我们得出一个结论，为诠释现代科学提供了一个重要框架。在我们看来，“现实”不可能脱离图景或者理论而独立存在。相反，我们采纳了一种新观点，称之为“取决于模型的唯实论”(model-dependent realism)。这种观点认为：每一个物理理论或世界图景都是一个模型(通常本质上是一个数学模型)，是一套将模型中的要素与观测联系起来的法则。按照取决于模型的唯实论，追问一个模型本身是否真实没有意义，有意义的只在于它是否与观测相符。如果两个模型都与观测相符，那就不能认为其中一个比另一个更加真实。谁都可以根据具体情况选取更方便的那个模型来

7、用。别去评判真实另类现实(alternative realities)已经成为今日大众文化的主流。例如在科幻电影黑客帝国(The Matrix)中，人类就毫无察觉地生活在一个由智能计算机生成的虚拟现实中，计算机通过这种方式让人类保持安定并心满意足，以便从他们的肉身实体上抽取生物能量(姑且相信有这么种能量)。我们怎么能知道自己不是一个由计算机生成的角色，此刻就生活在一个黑客帝国那样的世界中呢？如果我们生活在一个虚拟的、想象的世界中，事件之间就没有必要存在任何逻辑，不必自圆其说，也不用遵循任何规律。掌控这个虚拟世界的外星人说不定仅仅因为有趣或者好玩，纯粹为了看看我们的反应，就会让全世界突然对巧克力

8、深恶痛绝，或者一夜之间消除战争实现世界和平可是这种事情从来没有发生过。如果外星人坚决不肯违背自洽规律，那我们就没有任何办法确定在这个虚拟现实的背后还存在另一个现实了。你当然可以说，外星人生活的那个世界是“真实”的，计算机生成的世界是假的。然而，生活在虚拟世界里的生物无法从外部观察他们的宇宙(我们也一样)，也就没有理由怀疑自己生活的世界并非“现实”。金鱼的处境也是如此。它们在圆形玻璃缸里看到的景象与我们在鱼缸外看到的显然不同，但这并不妨碍它们发展出一套科学定律，来描述它们观察到的鱼缸外物体的运动。比方说，由于光在由空气进入水中时会发生偏折，在我们看来做直线运动的一个不受外力的物体，在金鱼看来就应

9、该沿曲线运动。尽管身处一个扭曲的参考系，金鱼仍然可以从中总结出一套始终都很正确的科学规律，让它们能够对鱼缸外的物体未来的运动做出预言。它们的规律会比我们的规律复杂得多，但简单与否只与品味有关。如果金鱼能够发展出这样一套理论，我们就必须承认金鱼的观点也是对“现实”的一个有效描述。还有一个发生在真实世界里的著名例子，同样说明对“现实”可以有不同的描述，那就是托勒密的地心说和哥白尼的日心说之争。尽管人们通常都说，哥白尼证明了托勒密是错的，但事实并非如此。哥白尼和托勒密就好比我们和金鱼，选择任何一种描述作为宇宙模型都可以，因为无论假设是地球不动还是太阳不动，我们都能很好地解释我们观察到的天象变化。抛开

10、哥白尼的日心说在有关宇宙本质的哲学争论上所起的作用不论，它的真正优势只不过在于运动方程在太阳静止不动的参考系中更为简洁而已。取决于模型的唯实论不仅对科学模型适用，对我们创造出来表述和理解周围世界的意识和潜意识心智模型也同样有效。例如，人类大脑从视觉神经接收原始信息，将来自双眼的信息综合起来，增强细节并填补诸如视觉盲点之类造成的信息缺失。不仅如此，大脑还从视网膜接收到的二维信息中创造出了三维空间感。你觉得自己看到了一把椅子，实际上不过是利用椅子上散射的光，建立起了一个心智图像，或者说是椅子的模型。人类大脑非常擅长这种模型构建，如果给人带上一副特殊眼镜，让呈现在他眼睛里的图像上下颠倒，大脑会改变这

11、个模型让他看到上下不颠倒的物体但愿在他想坐下来之前，这种改变就已经完成。管窥深层理论在追寻终极物理理论的探索中，从未有哪个理论像弦论(string theory)这样让人满怀希望，又如此饱受质疑。弦论是20 世纪70 年代被首次提出的一种尝试，目的就是要将自然界中所有的作用力都统一到同一个理论框架中去确切地说，是要把引力并入量子物理体系。然而到了20 世纪90 年代初，物理学家发现弦论遇到了一个尴尬的问题，那就是同时存在5 种不同的弦论。对于鼓吹弦论是唯一可行万有理论的那些人来说，这确实相当难堪。到了90 年代中期，研究者开始发觉，这些不同的理论，以及后来才出现的所谓超引力论(supergra

12、vity)，其实都是在描述同一个现象，这给了他们一些希望，认为这些理论最终可以统为一体。确实，这些理论通过物理学家所说的“对偶性” (duality)彼此关联，这种对偶性就像是在不同概念之间来回变换的某种数学词典。但很可惜，每种理论只能很好地描述某一特定条件范围内的现象比如说低能现象。没有哪个理论能够描述宇宙的方方面面。弦论学家现在相信，这5 种不同的弦论只是对更基本的一种理论的不同近似，后者被称为M 理论。似乎没有人知道这里的M 代表什么，可能是Master(统领)，可能是Miracle (奇迹)，也可能是Mystery(神秘)，或者兼而有之。尽管人们还在努力参详M 理论的本质，但看上去长期

13、以来期待的单一终极理论或许不会出现，要描述宇宙万物，我们必须针对不同情况选择不同的理论。因此，M 理论不是通常意义上的单个理论，而是众多理论组成的一个网络。这有点类似于地图。要将整个地球如实记录在二维平面地图上，人们必须使用一套地图，其中每一张只覆盖一个有限区域。这些地图会互有重叠，在这些重叠的区域，不同地图都展示出相同的地貌。与此类似，M 理论大家族中的不同理论看上去可能千差万别，但都可以看成是同一个底层理论的某种版本，在适用范围相互重叠之处，它们都会预言相同的现象，但没有哪个理论能够涵盖所有情况。只要我们发展出一个描述世界的模型，并且发现它大获成功，我们就会说这个理论描述了“现实”，或者说

14、绝对真理。但就像金鱼那个例子一样，M 理论表明同样的物理场景可以用不同的模型来描述，每个模型都有一套不同的基本要素和基本概念。或许，要描述整个宇宙，我们必须在不同情况下使用不同的理论。每个理论对于“现实”或许都有各自不同的理解，但根据基于模型的唯实论，“现实”的这种多样性是可以接受的，不可以说哪一种“现实”比其他“现实”更真实。这不是物理学家传统意义上期待的大统一理论，跟我们日常对“现实”的理解也相去甚远。但这或许正是宇宙的本来面目。（本文来自科学美国人杂志中文版环球科学11月号：原题：真实世界的“真实”）本文作者简介：斯蒂芬霍金的研究为今天我们理解黑洞和宇宙起源奠定了基础，不过 据他本人指出

15、，他在动画片辛普森一家(The Simpsons)和科幻剧集 星际迷航：下一代(Star Trek: The Next Generation)中的演出也同 样精彩。从1979 年到去年，他一直是英国剑桥大学卢卡斯教席数学教授， 牛顿也曾执掌过这一教席。他的著作中包括大名鼎鼎的时间简史(A Brief History of Time)，迄今已售出超过900 万册。莱昂纳德蒙洛迪诺是美国加州理工学院的理论物理学家。他写过 7 本科普著作，包括欧几里德之窗：从平行线到超空间的几何历 程(Euclids Window: The Story of Geometry from Parallel Lines

16、 to Hyperspace)和醉汉晃悠悠：随机性如何决定我们的生活(The Drunkards Walk: How Randomness Rules Our Lives)。他还为百战 天龙(MacGyver)和星际迷航：下一代写过剧本。霍金最新力作大设计：何为实在2010年10月09日10:51南方周末2010年6月20日，加拿大滑铁卢，霍金造访圆周理论物理研究所(Perimeter Institute)，发表了关于生命和时光研究的演讲。作者： 吴忠超/译如果存在两个都和观测相符的模型，正如金鱼(眼中)的图像和我们(眼中)的图像，那么人们不能讲这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下，哪个更方

17、便就用哪个。从金鱼的视角看几年前，意大利蒙札市议会禁止宠物的主人把金鱼养在弯曲的鱼缸里。提案的负责人解释此提案的部分理由是，因为金鱼向外凝视时会得到实在的歪曲景色，将金鱼养在弯曲的缸里是残酷的。然而，我们何以得知我们拥有真正的没被歪曲的实在图像？难道我们自己不也可能处于某个大鱼缸之内，一个巨大的透镜扭曲我们的美景？金鱼的实在的图像和我们的不同，然而我们能肯定它比我们的更不真实吗？金鱼的实在图像和我们自己的不同，但金鱼仍然可以表述制约它们观察到的在鱼缸外面物体运动的科学定律。例如，由于变形，我们观察到的在一根直线运动的一个自由物体会被金鱼观察成是沿着一根曲线运动。尽管如此，金鱼可以从它们变形的参

18、考系中表述科学定律，这些定律总是成立，而且使它们能预言鱼缸外的物体的未来运动。它们的定律会比我们参考系中的定律更为复杂，但简单性只不过是口味而已。如果一条金鱼表述了这样的一个理论，我们就只好承认金鱼的风景是实在的一个正确的图像。哥白尼对，托勒密错？托勒密(约公元85年-约公元165年)在公元150年左右提出一个描写星体运动的模型，这是一个实在的不同图像的著名例子。托勒密的研究发表在一部十三册的论文中，这部论文通常以阿拉伯文题目天文学大成而众所周知。天文学大成从解释为何认为地球是一个球形的静止的位于宇宙中心，并与星空的距离相比是小到可以忽略开始。虽然阿利斯塔克提出日心模型，但至少自亚里士多德时代

19、开始，大多数希腊有教养的人都持有这些信仰，亚里士多德由于神秘的原因相信地球应该是位于宇宙的中心。天主教会采用托勒密的宇宙模型当作正式教义达十四世纪之久。直至1543年，哥白尼才在他的著作天旋论中提出一个另外的模型。虽然他已花了几十年来研究此理论，该书在他逝世那年才出版。正如大约早十七世纪的阿利斯塔克，哥白尼描写其中太阳处于静止，而行星以圆周轨道围绕着它运转的一个世界。尽管这个思想并不新，其复活却遭到激烈的抵制。哥白尼模型引起关于地球是否静止不动的狂烈辩论。这个辩论于1633年因伽利略受到异端审判而达到高峰。那么，托勒密系统或哥白尼系统，哪个是真实的？尽管人们时常说哥白尼证明了托勒密是错的，但那

20、不是真的。正如在我们的正常观点和金鱼的观点相比较的情形下，人们可以利用任一种图像作为宇宙的模型，对于我们天空之观测，既可从假定地球处于静止，也可从假定太阳处于静止得到解释。尽管哥白尼系统在有关我们宇宙本性的哲学辩论中的作用，然而它的真正优势是在太阳处于静止的坐标系中，运动方程要简单得多。他人梦中的想象物在科幻影片黑客帝国(Matrix)中发生了不同类型的另外实在。影片中的人类不知不觉地生活在由智慧电脑制造的模拟实在之中，当电脑将他们的生物电能(不管为何物)吸吮时，使他们保持平静而满意。这也许没那么牵强，因为许多人宁愿在网络的虚拟实在中消磨时日，例如“第二人生”。我们何以得知，我们不仅是一部电脑

21、制作的肥皂剧中的角色呢？如果我们生活在合成虚世界中，事件就不必具有任何逻辑或一致性或服从任何定律。进行操控的外星人也许在看到我们反应时会觉得更有趣更开心，例如如果满月分开两半，或者在这世界上每个节食的人显示对香蕉奶油饼的毫不节制的渴望。但是如果外星人实施一致的定律，我们就无法得知在这模拟的实在背后还有另一个实在。将外星人生活的世界称作“真的”，而把合成世界当作“假的”是很容易的事情。但是如果正如我们这样在模拟世界中的生物不能从外面注视到他们的宇宙之中，他们就没有理由怀疑他们自己的实在图像。这是我们都是他人梦中的想象物的观念的现代版本。从这些例子，我们可得到对本书非常重要的结论：不存在与图像或理

22、论无关的实在性概念。相反地，我们将要采用将其称为依赖模型的现实主义观点：一个物理理论和世界图像是一个模型(通常具有数学性质)以及一组将这个模型的元素和观测连接的规则的思想。这提供了一个用以解释现代科学的框架。现实主义的信仰从柏拉图以来的哲学家长期以来争议实在的性质。经典科学是基于这样的信念，存在一个真实的外部世界，其性质是确定的，并与感知它们的观察者无关。根据经典科学，某些物体存在并拥有诸如速率和质量等物理性质，它们具有明确定义的值。在这种观点里，我们理论是试图去描述那些物体及其性质，并且将我们的测量和感觉与之对应。无论是观察者还是观察对象都是具有客观存在世界的部分，它们之间任何区别都是无意义

23、的。换言之，如果你看到一群斑马在停车场争夺一块地方，那是因为真的有一群斑马在停车场争夺那个地方。所有其他正在看的观察者都会测量同样的性质，而且不管是否有人在看这群斑马，它们都具有那些性质。在哲学中，这一信仰称为现实主义。虽然现实主义也许是诱人的观点，正如我们将在下面看到的，我们有关现代物理的知识使得要为它辩护变得非常困难。例如，根据精确描述自然的量子物理原理，除非并且直到一个粒子的位置或速度被一位观察者测量，这个粒子既不拥有明确的位置也不拥有明确的速度。因此，说测量之所以给出一定的结果，是因为被测量的量在测量的时刻具有那个值是不正确的。事实上，在某种情形下，单独的物体甚至并没有独立的存在，而仅

24、作为众多的系综的部分而存在。而且如果一种称为全息原理的理论被证明是正确的，我们以及我们的四维世界可能是一个更大的五维时空在边界上的影子。在那种情形下，我们在宇宙中的状况类似于金鱼的状况。彻底的现实主义者经常论证道，科学理论描绘实在的证明在于它们的成功。但不同理论可以通过全异的概念框架成功地描述同样的现象。事实上，许多已被证明成功的理论后来被其他基于全新的实在性概念之上的同等成功的理论所取代。反现实主义者在传统上，那些不接受现实主义的人被称为反现实主义者。反现实主义者相信经验知识和理论知识相互不同。他们一向论争道，观察和实验是有意义的，但是理论只不过是有用的工具，并不体现任何作为被观察现象的基础

25、的更深刻真理。一些反现实主义者甚至要将科学限制于可被观察的东西。因为这个原因，十九世纪时的许多人基于我们永远看不见原子而拒绝原子的概念。乔治贝克莱(1685-1753)甚至走至如此地步，他断言除了精神及其思想，没有任何东西存在。当英国作家兼辞典编撰人萨缪尔约翰逊博士的一位朋友对他说，不可能反驳贝克莱的声明时，据说约翰逊的反应是，走近一块大石头，踢它并宣布，“我如此反驳他。”当然约翰逊感觉的脚痛也还是他头脑中的一个思想，所以他还未真正驳斥贝克莱的观念。但其行为确实解释了哲学家大卫休谟(1711-1776)的观点。后者写道，尽管我们没有合理的理由信仰一个客观的实在，我们也别无选择，只好装作仿佛它真

26、是那样的。依赖模型的现实主义使现实主义和反现实主义的思想学派之间所有这类争议变得毫无意义。按照依赖模型的现实主义，去问一个模型是否真实是无意义的，只有是否与观测相符才有意义。如果存在两个都和观测相符的模型，正如金鱼的图像和我们的图像，那么人们不能讲这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下，哪个更方便就用哪个。例如，如果一个人处于金鱼缸内，那么金鱼图像会是有用的，但对外界的人们而言，那么在地球鱼缸的参照系里去描述从远处星系来的事件就会非常笨拙，尤其是因为鱼缸随着地球围绕太阳公转并围绕着自己的轴自转而在运动。英文版封面经由人脑的塑造我们在科学中制造模型，然而我们日常生活也制造模型。依赖模型的现实主义

27、不仅适用于科学模型，还适用于我们所有人为了解释并理解日常世界而创造的有意识和下意识的心理模型。没办法将观察者我们从我们对世界的认识中排除，认识是通过感觉过程以及通过思维和推理方式产生的。我们的认识不是直接的，而是由一种类似透镜之物我们人脑的解释结构而塑造的。依赖模型的现实主义对应于我们感觉对象的方式。在视觉中，人们大脑从视觉神经接收一系列信号。那些信号并不构成你会从电视接收的那类图像。在视觉神经连接视网膜之处有一盲点，还有你的视场具有高分辨率的部分仅处于视网膜中心周围大约一度的狭窄视角，这个范围的角度和你伸出手臂时大拇指的宽度一样。如此送入你头脑的未加工的数据就像有个洞的模样古怪的图像。幸运的

28、是，人脑处理那个数据，将两只眼睛的输入结合在一起，假定邻近位置的视觉性质类似，再填满缝隙并应用插入技术。此外，大脑从视网膜读到二维的数据排列并由它创生三维空间的印象。换言之，大脑建立心理图像或模型。在建立模型方面，大脑是如此称职，如果人们配上一种上下颠倒其眼中之像的眼镜，他们的大脑在一段时间后就会改变模型，使之再次看到在正确方向的东西。如果之后摘下眼镜，在一段时间内，他们看世界是上下颠倒的，然后会再次适应。这表明，当一个人说“我看到一把椅子”时，他的意思仅仅是他利用椅子散射来的光建立一个椅子的心理图像或模型。如果模型上下颠倒，在其坐到椅子上去之前，幸运的是，他的大脑改正了那个模型。依赖模型的现

29、实主义解决或至少避免的另一个问题是存在的意义。如果我走出房间而看不见桌子，我何以得知那桌子仍然存在呢？那么说我们看不见的东西，诸如电子或据说是构成质子和中子的叫夸克的粒子存在是什么意思呢？人们可以拥有模型，在该模型中，当我离开时桌子消失了，而当我返回时，桌子又在同一位置出现了，然而那会是笨拙的。而如果我在外面时发生了某些事情，比如讲天花板落下怎么办呢？在我离开房间时桌子消失的模型下，我能够解释下回我进入时在天花板碎片之下损毁的桌子重现的事实吗？桌子留在原地不动的模型简单得多并与观测相符。那就是人们能问的一切。夸克真的存在吗？在我们看不见的次原子粒子的情形下，电子是一个有用的模型，它能解释像在一

30、个云雾室中的轨迹和电视显像管上的光点，还有许多其他现象。据说1897年英国物理学家JJ汤姆逊在剑桥大学的卡文迪许实验室发现了电子。他是利用在真空玻璃管中的电流来做称为阴极射线现象的实验。从实验里，他获得一个大胆的结论，神秘的射线由微小的“微粒”构成，这种微粒是原子的物质部分，那时原子被认为是物质的不可分的基元。汤姆逊没有看到“电子”，他的实验也没有直接或清晰地证明他的预测。但在从基础科学到工程的应用中这个模型证明是关键的，而现在所有的物理学家都确信电子存在，即便看不到它。我们也看不见夸克，它是解释原子核中的质子和中子性质的一个模型。虽然说夸克构成质子和中子，因夸克之间的束缚力随着分离而增大，因

31、此孤立的自由夸克不可能在自然中存在，所以我们永远观察不到夸克。相反地，它们永远以三个一组(质子和中子)或者以夸克反夸克对(介子)存在，而且它们正像由橡皮带连接在一起似的。自夸克模型首次提出之后的年代里，人们一直在争议着，如果你永远不能分离出一个夸克，说夸克真的存在是否有意义的问题。一些次核粒子的不同结合构成了某些粒子的思想提供了一种编组原理，由此对其性质给予简单而吸引人的解释。但是，尽管物理学家已习惯于接受那些粒子，它们也只从有关其他粒子散射的数据中的统计的短促哗哗声中推断其存在。对许多科学家而言，将实在性赋予一个在原则上也许不能被观测到的粒子是太过分了。然而，这么多年来，随着夸克模型导出愈加

32、正确的预言，反对的声音也随之消退。某种拥有十七只手臂、红外眼以及习惯从耳朵吹出浓缩奶油的外星生物会进行与我们相同的实验观察，但不用夸克描述之，这是完全可能的。尽管如此，根据依赖模型的现实主义，夸克存在于一个和我们对次核子粒子如何行为的观察一致的模型中。一个模型比另一个更真实？依赖模型的现实主义能够为讨论诸如以下问题提供框架：如果世界是在有限的过去创生的，那么在那之前发生了什么？一位早期的基督教哲学家圣奥古斯丁(354-430)说，其答案不是上帝正为问此类问题的人们准备地狱，而是时间是上帝创造的世界的一个性质，时间在创生之前不存在，他还相信创生发生于过去不那么久的时刻。这是一个可能的模型。尽管在

33、世界上存在化石和其他证据使之显得古老得多(它们被放在那里是用来愚弄我们的吗？)，那些坚持创世纪中的叙述确实是真的人很喜欢这个模型。人们还能拥有一个不同的模型，在这模型中时间往回延续137亿年到达大爆炸。该模型解释了包括历史和地学的证据在内的大部分我们的现代观测，它是我们拥有的对过去的最好描绘。第二种模型能解释化石和放射性记录，以及我们接收来自距离我们几百万光年的星系来的光的事实。因此，这个模型大爆炸理论 比第一个更有用。尽管如此，没有一个模型可以说比另一个更真实。有些人支持时间能回到甚至比大爆炸还早的模型。目前还不清楚其中时间延续回到比大爆炸还早的模型是否能更好地解释现代的观测，因为宇宙演化的

34、定律似乎在大爆炸处崩溃。如果出现这种现象，那么去创造一个包含早于大爆炸的时间的模型就没有意义，因为那时存在的东西对于现在没有可观测的后果，如此我们也可以坚持大爆炸是世界的创生的观念。好模型的条件一个模型是个好模型，如果1.它是优雅的。2.它包含很少任意或者可调整的元素。3.它和全部已有的观测一致并能解释之。4.它对将来的这种观测做详细的预言，如果这些预言不成立，观测就能证伪这个模型。例如，在亚里士多德的理论中，世界由土、气、火和水四种元素构成，而且物体是为了满足它们的目的而行为，这个理论是优雅的，并不包含可调节的元素。但在许多情形下，它并未做出确定的预言，而当它预言时，又并不总与观测一致。这些

35、预言中的一个是，因为物体的目的是下落，因此较重的物体应下落得较快。在伽利略之前似乎没人想到过去验证这个很重要。传说他从比萨斜塔上释放重物来检验它。这故事可能是伪造的，但我们确知，他把不同的重物从一斜面上滚下，并且观察到它们都以同样速率获得速度，这与亚里士多德的预言矛盾。上面的标准显然是主观的。例如，优雅就不是容易测量的某种东西，但科学家们非常珍视它，因为自然定律是意味着把许多特殊情况经济地压缩成一个简单公式。优雅是指理论的形式，但它与缺少可调整元素紧密相关，由于一个充满了修补的因素的理论不很优雅。引述爱因斯坦的话，一个理论应该尽可能简单，但不能更简单了。关于第四点，当新的令人震惊的预言被证明正

36、确时，总给科学家留下深刻印象。另一方面，当一个模型发现做不到这一点，一种普遍反应是说实验错了。如果证明不是那种情形，人们经常仍然不抛弃这个模型，而试图通过修正来挽救它。尽管物理学家执著地努力拯救他们赞美的理论，随着改动变得做作而且繁琐，理论因此而变得“不优雅”，人们修正理论的热情也就消退了。何时需要新的模型如果容纳新的观测所需的修正过分雕琢，这就标志需要新模型。稳态宇宙的观念是老模型迫于新观测而撤退的一个例子。1920年代，多数科学家相信宇宙是静止的，或者在尺度上不变。后来埃德温哈勃于1929年发表了他的观测，显示宇宙正在膨胀。哈勃观察到由星系发射出的光，但并未直接观察到宇宙在膨胀。那些光携带

37、特征记号，或曰基于每个星系成分的光谱。如果星系相对于我们运动，光谱就会改变一个已知的量。因此，哈勃由分析远处星系的光谱能够确定它们的速度。他原先预料会找到离开我们运动的星系数目与靠近我们运动的星系一样多。相反地，他发现几乎所有的星系都离开我们运动，而且处在越远的地方，它们就越快地运动。哈勃得出结论，宇宙正在膨胀。但其他人坚持早先的模型，试图在稳态宇宙的框架中解释他的观测。例如，加州理工学院的物理学家弗里茨兹威基建议，也许因某些还未知的原因当光线穿越巨大距离时慢慢地损失能量。这种能量减小会对应于光谱的改变。兹威基提议的这种改变能够模拟哈勃的观测。在哈勃之后的几十年间，许多科学家继续坚持稳态理论，但最自然的模型是哈勃的膨胀宇宙模型，而它已被接受。(本文选自霍金新作大设计第三章“何为实在？”，有删节，标题与小标题系编者所加)