国际先驱导报文章据英国《卫报》等媒体日前报道,著名物理学家、英国剑桥大学教授斯蒂芬·霍金宣布他已放弃对“万有理论”(theoryofeverything)的追求,过去他认为人们很快就能找到一个至少能在原则上描述、预测宇宙中所有事物的终极“万有理论”,而现在他认为,人们永远都获得不了这样的理论;因为根据数学中的哥德尔不完备性定理,这样的理论根本就不可能有。T恤衫上的终极理论
霍金在题为“哥德尔和物理学的终结”的演讲中阐述了他的这一新看法。2003年上半年以来,他就这个主题在欧美多个大学发表了演讲,其最近一次演讲是2004年1月在英国剑桥大学举行的。或许是由于其理论的高深和大学的相对封闭性,大众媒体迟至现在才注意到霍金完全改变了他过去的观点。
1980年,霍金在接受剑桥大学卢卡逊数学讲座职位时以“理论物理学的终结是否已近在眼前”为题发表就职演讲,雄心勃勃地宣称,物理学家已经瞥见了一种“终极理论”的轮廓,该理论可以把所有自然规律都以一个单一的、优美的数学模型表示出来,也许它将简洁到在一件T恤衫上就能打印出来。
后来,在为他带来盛誉的《时间简史》一书中,霍金还宣称科学家们正处在发现终极“万有理论”的边缘。2003年,中国国内某出版社还曾把由霍金的一些演讲汇集成的《万有理论》一书翻译出版,全面介绍了他那关于“万有理论”可以很快成为现实的思想。180度大转弯
然而,现在霍金的观点却来了个180度大转弯,让人甚是惊愕。不过,霍金这一转变是有根据的。
“万有理论”的追求体现了一种科学决定论,这种思想很早就有,古希腊的“原子论”认为原子是世界万事万物的最基本构成、掌握了原子的运动规律就能完全认识世界的思想,就是科学决定论的最初萌芽。在近代,拉普拉斯在牛顿力学的基础上对该思想更给予明确阐发,认为如果我们可以确定宇宙中每个粒子某一时刻的位置和速度,同时我们又知道统治它们的规律,那么我们就能计算出粒子在任何时刻的位置和速度,从而知晓、预测宇宙中任何时刻任何事物的状态。
后来,量子理论的测不准原理出现,对这种决定论思想给予了重大打击,但决定论思想仍通过变种在科学中保存了下来,并演变成试图将爱因斯坦相对论和量子理论统一起来、以单一完备形式描述宇宙所有事物的“万有理论”追求。霍金曾说,这样一个理论如此强大,知道了这个理论等于“猜透上帝的脑袋”。吞噬信息的黑洞
霍金在“哥德尔和物理学的终结”这篇演讲中介绍了30多年来理论物理学界追求终极“万有理论”的种种卓绝努力及其失败,然后引用著名数学家哥德尔在上世纪30年代证明了的不完备性定理,论述说数学中有限公理系统存在不可证明的命题表明,物理学家也不可能以有限数目原理构建描述整个宇宙的完备形式的“万有理论”,因为物理理论乃是通过数学模型来阐述的。
数学中的矛盾、不确定性、不可预测性意味着,物理学中也必定存在同样的问题。霍金指出:我们不是天使,可以从外面观察宇宙。相反,我们和我们的模型两者都是我们所描述的宇宙中的组成部分,而模型需要消耗能量;根据爱因斯坦质能公式,能量等于物质,物质又会使系统在引力作用下崩溃。这就像是一所图书馆里有太多的书,楼板会因此断裂,形成一个黑洞吞噬信息。要在决定论意义上描述、预测宇宙所有事物,需要有无限量的信息,而这是不可能的。
霍金否定人们可以最终获得“万有理论”,这将使追求“万有理论”的科学家们及期望看到这样一个理论的人们感到失望。许多物理学家过去就根据哥德尔不完备性定理怀疑“万有理论”是否可能,现在霍金本人也支持这种观点,无疑大大强化了其影响力。理论追求不会终结
另一方面,那些孜孜追求终极“万有理论”的科学家们肯定还会继续他们的努力。怀有这样追求的人不会因为一些人的怀疑、否定而消极无为。毕竟,尽管哥德尔不完备性定理得到了严格证明,但霍金及其他人据此怀疑物理学上“万有理论”是否可能,则只是一种很可能如此的哲学玄思,远不是定论。
不过,霍金等人对“万有理论”的否定也并不是消极的,不等于是宣扬不可知论,因为这种否定不仅意味着宇宙中永远有不可认识的方面,更是意味着物理学永远都不会有霍金等人原先所认为的、“猜透上帝脑袋”般的“终结”。
霍金说:“现在我很高兴,我们寻求知识的努力永远都不会到达终点,我们始终都有获得新发现的挑战。没有这种挑战,我们就会停滞。”霍金的演讲题目虽是“哥德尔和物理学的终结”,但他讲的恰恰是物理学没有终结。