序

史蒂芬·霍金办公室的门是橄榄绿色的。尽管它紧挨着嘈杂的公共休息室，但史蒂芬喜欢让它稍微开着一点儿。我敲了敲门并走了进来，感觉自己仿佛被传送进了一个永远沉思的世界。

我看见史蒂芬静静地坐在桌子后面，面对着门口。他的头因为太重而无法抬起，只能靠在轮椅的头枕上。他慢慢抬起眼睛，用表示欢迎的微笑跟我打了个招呼，仿佛他一直在期待着我的到来。他的护士让我坐在他旁边，我瞥了一眼他桌上的电脑。屏幕保护程序的画面一直在屏幕上滚动，那上面写着：大胆前往《星际迷航》未敢踏入之雷池。

那是1998年6月中旬，我们身处剑桥著名的应用数学和理论物理系（DAMTP）迷宫般建筑的深处。DAMTP位于剑桥大学旧普莱斯区的一栋破旧的维多利亚式建筑内，毗邻剑河河畔。近30年来，这里一直是史蒂芬的大本营，是他科学事业的中心。正是在这里，被困在轮椅上、连一根手指都抬不起来的他，却斗志昂扬地要让宇宙服从于他的意志。

史蒂芬的同事尼尔·图罗克告诉我，这位大师想见见我。在那段时间里，作为DAMTP著名的高等数学学位课程的一部分，正是图罗克富有生气的课程激发了我对宇宙学的兴趣。史蒂芬似乎听到了风声，说我的考试成绩很好，因此想看看我是否能成为他手下一名优秀的博士生。

史蒂芬老旧的办公室里满是灰尘，堆满了书籍和科学论文，我却感到惬意舒适。办公室天花板很高，还有一扇大窗户，后来我发现，即使在寒冷的冬天，他也一直开着窗。进门后旁边的墙上挂着玛丽莲·梦露的照片；下面是一张裱了框的签名照，照片上的霍金正与爱因斯坦和牛顿在“进取号”[1]的全息甲板上玩扑克。在我们右边的墙上挂着两块写满数学符号的黑板，其中一块上是以尼尔和史蒂芬关于宇宙起源的最新理论为基础进行的计算，第二块上的图和公式似乎还是20世纪80年代初写上去的。这是他最后一次的亲笔涂鸦吗？

轻轻的点击声打破了沉默，史蒂芬开始说话。10多年前，他在一次肺炎后的气管切开术后已不能自然发声，现在他只能通过计算机模拟出的空洞语音来进行交流，交流的过程缓慢而费力。

他用萎缩的肌肉积聚最后一点儿力量，对一个点击装置施加微弱的压力——这个装置就像一个电脑鼠标一样，被小心地安置在他的右手掌心。安装在轮椅扶手上的屏幕亮了起来，在他的大脑和外界之间建起了一条虚拟的生命线。

史蒂芬使用了一个名为“均衡器”的计算机程序，该程序有一个内置单词数据库和一个语音合成器。他辨认均衡器上的电子词典的行动似乎已经近乎本能，然后有节奏地按下点击器，就好像它在随着他的脑电波跳舞一样。屏幕上的菜单便显示出很多常用单词以及字母表中的字母。该程序的数据库包含理论物理术语，程序还会预估他要选择的下一个单词，并在菜单的最下面一行显示出5个选项。不幸的是，单词的选择基于一种简单的搜索算法，它无法区分一般对话和理论物理术语，因而有时会产生滑稽的结果，比如“宇宙微波烩饭”或是“额外的性维度”等。

“安德烈声称”这几个字出现在了菜单下方的屏幕上。我静静等待，心里热切地希望我能理解接下来的一切。一两分钟后，史蒂芬将光标指向屏幕左上角的“讲话”图标，并用他的电子语音说道：“安德烈声称有无限多的宇宙。这太离谱了。”

这就是史蒂芬的开场白。

安德烈就是著名的美籍俄裔宇宙学家安德烈·林德，20世纪80年代早期出现的宇宙暴胀理论的创始人之一。这一理论是对大爆炸理论的改良，它假设宇宙开始于一场短暂的超高速膨胀——暴胀。后来，林德对他的理论进行了夸张的扩展，在扩展版本中，暴胀产生了不止一个宇宙，而是许多个宇宙。

我过去认为宇宙就是存在的一切事物。但这“一切”究竟是多少？在林德的构想中，我们所说的“宇宙”也只不过是一个更大的“多元宇宙”的一小部分而已。他将宇宙想象为一个巨大并且不断膨胀的广阔区域，这一区域中有无数个不同的宇宙，它们远离彼此的视界，正如不断膨胀着的海洋中的一座座岛屿。宇宙学家们争相投身于这趟狂野之旅，而作为他们之中最具冒险精神的人，史蒂芬也对此给予了关注。

“为什么我们要操心其他宇宙呢？”我问道。

史蒂芬的回答令人很难捉摸。“因为我们观察到的宇宙似乎是被设计好的。”他说。他的话随着他的点击而继续：“为什么宇宙是这个样子的？我们为什么会在这里？”

我以前的物理老师们从不会用这种形而上学的话来谈论物理学和宇宙学。

“这不是哲学问题吗？”我试着问。

“哲学已死。”史蒂芬说，他的目光闪烁，准备投入战斗。我并未完全做好准备，但我不禁认为，作为一个已经放弃哲学的人，史蒂芬在他的工作中却自由而创造性地运用起了哲学。

史蒂芬身上有一种魔力。虽然几乎没有一丝动作，但他却给我们的谈话赋予了那么多活力。他流露出我鲜少能见到的个人魅力。他开朗的笑容和富有表情的脸，既温暖又俏皮，甚至让他的机器人声音也听起来富有个性，将我深深地带入他所思考的宇宙奥秘之中。

他掌握了将长篇大论凝练成寥寥数言的技艺，就像德尔斐的神谕一样。这成就了一种独特的思考和谈论物理学的方式，并且正如我将要叙述的那样，也成就了一种全新的物理学。然而这种简洁也意味着，哪怕一个微小的点击操作失误，比如遗漏一个单词——以“not（不）”为例，也会导致沮丧和困惑，这种事的确时有发生。然而在那天下午，我倒不介意沉浸在困惑中，相反我很感激史蒂芬不停地浏览均衡器，这给了我时间来斟酌回应。

我知道，史蒂芬说宇宙似乎是被设计出来的，指的是这样一个令人惊奇的现象：宇宙从暴烈的分娩中诞生，却又被设定得恰如其分，以至于可以在上百亿年后可以维持生命。这个幸运的事实在某种程度上困扰了思想家们几个世纪，因为这感觉像是一场大操纵。就好像生命和宇宙的起源心有灵犀，宇宙自始至终都知道，有一天它会成为我们的家园。我们如何看待这种神秘的意图？这是人类对宇宙提出的核心问题之一，而史蒂芬深感宇宙学理论会对此有所建言。能够破解宇宙设计之谜这一愿景或希望确实驱动了他的大部分工作。

这本身就已经很异乎寻常了。大多数物理学家倾向于避开这些困难的、看起来很哲学的问题。或者，他们相信，有一天人们会发现，原来宇宙这一精巧的建筑遵循的是在万物理论中处于核心地位的一条优美的数学原理。如果是这样的话，宇宙表面上的设计看起来就像是一次幸运的意外，是客观到不近人情的自然规律下的机缘巧合。

然而，无论是史蒂芬还是安德烈都不是普通的物理学家。他们不愿意把筹码押在抽象数学之美上，他们觉得对孕育生命的宇宙这样不可思议的精细调节，触及了物理学根源之处的一个深层次问题。他们不满足于仅仅是应用自然法则，而是要寻求更广阔的物理学视角，包括追问这些法则的起源。这使得他们开始思考宇宙大爆炸，因为这些像法则一样的设计很可能正是在宇宙诞生的时候被制定出来的。而让史蒂芬和安德烈产生强烈分歧的，正是关于宇宙诞生的问题。

安德烈将宇宙想象成一个巨大的、像气球般膨胀的空间。在这个空间中，许多“大爆炸”不断产生新的宇宙，每个宇宙都有自己的物理性质，这就和我们各地都有当地的天气差不多。他认为，当我们发现自己身处一个罕见的、适合生命的宇宙时，我们也不应该感到惊讶，因为还有众多生命无法存在的宇宙，而我们显然不可能存在于其中的任何一个。在林德的多元宇宙中，任何关于宇宙背后存在大设计的想法都是一种幻觉，它源于我们对宇宙的有限看法。

而史蒂芬认为，林德这种从单一宇宙到多元宇宙的宇宙大扩展是一种形而上学的幻想，解释不了任何事情，尽管我感觉到他也无法完全证明这一点。不过不管怎么说，世界上最著名的两位宇宙学家尽管怀有强烈分歧，却还是以如此坚定的信念辩论着这些基本问题，这让我感到有趣，甚至有些兴奋。

“林德难道不是在用人择原理，即我们存在的条件，在多元宇宙中挑选出一个对生命体友好的宇宙吗？”我冒昧地问道。

史蒂芬转动眼睛，看着我，微微动了动嘴，这让我感到很不解。后来我才知道这意味着他不同意。当他意识到我还没有被拉进他的所谓非语言交际圈（他和关系亲近的人是这么交流的）时，他又将目光转向屏幕，开始写一个全新的句子。实际上是两个句子。

“人择原理是个令人绝望的主意。”他写道。随着他的点击，我越来越迷惑。“它否定了我们在科学的基础上理解宇宙基本秩序的希望。”

这很令人惊讶。因为读过《时间简史》，我很清楚早年的霍金经常用人择原理去解释宇宙的一部分问题。史蒂芬本质上是一名宇宙学家，他很早就认为宇宙的大尺度物理性质与生命本身的存在之间有着惊人的相似之处。早在20世纪70年代初，他就提出了一个人择观点——后来被证明是错的——并用以解释为什么宇宙在所有三个空间方向上都以相同的速度膨胀。[3]对于人择原理在解释宇宙学上的价值，他是否已经改变了观点？

当史蒂芬暂停讨论，去清理他的气管时，我打量了一圈他的办公室。左边整面墙都是书架，上面高高地堆满了被翻译成各国语言的《时间简史》。我很好奇在这本书里，还有哪些内容他已不再赞同。在旁边，我注意到有一排是他以前的研究生的博士学位论文。从20世纪70年代初开始，史蒂芬在剑桥建立了一个著名的思想学派，该学派由一小部分轮值研究生[4]和博士后学者组成。

这些博士论文题目涉及了物理学在20世纪末遇到的一些最深刻的问题。从20世纪80年代说起，我看到了布赖恩·惠特的《引力：一种量子理论？》以及雷蒙德·拉弗拉姆的《时间和量子宇宙学》。费伊·道克的《时空虫洞与自然常数》将我带回了20世纪90年代初，当时史蒂芬和他的同事们认为，虫洞这座跨越空间的几何学桥梁会影响基本粒子的性质。（后来，史蒂芬的朋友基普·索恩在电影《星际穿越》中使用了虫洞的概念，让库珀重返了太阳系。）费伊论文的右边是史蒂芬最近的弟子玛丽卡·泰勒的《M理论中的若干问题》。在第二次弦论革命期间，玛丽卡曾在史蒂芬手下工作过。在那个时候，弦论演变成了一个更大的网络，被称为M理论，史蒂芬终于开始接受这个想法。

在书架左边放着两本绿色厚封面的旧书：《膨胀宇宙的性质》。这是史蒂芬自己的博士论文，可追溯到20世纪60年代中期，当时贝尔电话实验室巨大的霍尔姆德尔喇叭天线接收到了热大爆炸的第一批回声，该回声以微弱的微波辐射的形式传播。史蒂芬在他的论文中证明，如果爱因斯坦的引力理论是正确的，那么这些回声的存在就意味着时间一定有一个开始。这要如何与我们刚才谈论的安德烈的多元宇宙协调一致呢？

就在史蒂芬论文的右边，我看到了加里·吉本斯的《引力辐射和引力坍缩》。吉本斯是史蒂芬的第一个博士生，那是在20世纪70年代初，美国物理学家乔·韦伯声称听到来自银河系中心的引力波频繁爆发。他所报告的引力辐射的强度如此之高，以至于银河系的质量似乎应该以极快的速度流失而无法维持太长时间。如果这是真的，那么银河系很快将不复存在。史蒂芬和加里被这一悖论迷住了，他们想在DAMTP的地下室建造自己的引力波探测器。他们差一点儿就这么干了，但这个引力波的传言后来被发现是谣传，直到40年后，激光干涉引力波天文台（LIGO）才成功探测到这些难以捉摸的波动。

史蒂芬通常每年都会招一名新的研究生与他一起研究一个高风险、高收益的项目，要么与黑洞——隐藏在视界之后的坍缩恒星——有关，要么与大爆炸有关。他试图交替着安排，让前一名学生研究黑洞，后一名学生研究大爆炸，这样在任何时候，他的研究生队伍都能涵盖他的这两部分研究。他之所以这样做，是因为在他的思维中，黑洞和大爆炸就像阴阳两极——史蒂芬对大爆炸的许多关键性的见解都可以追溯到他最初在黑洞背景下提出的想法。

无论是在黑洞内部，还是在大爆炸时刻，引力的宏观世界都与原子和基本粒子的微观世界真正地融合在了一起。在这些极端条件下，爱因斯坦的引力相对论和量子理论能够同时奏效是最理想的。但它们没有，这被普遍认为是物理学中最大的未解难题之一。举例来说，这两种理论对于因果性和决定论体现出了截然不同的观点。爱因斯坦的理论坚持牛顿和拉普拉斯的旧决定论，然而量子理论则包含了不确定性和随机性的基本元素，只保留了一个简化的决定论成分，大约只占拉普拉斯所认为的决定论概念的一半。当人们试图将这两种物理理论中看似矛盾的原理结合到一个统一的框架中时，就会产生深层次的概念性问题。为了揭露这些问题，史蒂芬的引力小组及其散居在外的研究小组多年来所做的工作比世界上其他任何研究小组都要多。

此时，正如史蒂芬的护士所说，他已经“处理好了”，并开始再次点击。

（那天下午我们谈话的第二次暂停是观看《辛普森一家》其中一集的预审版。史蒂芬在该集出镜，需要在播出前审阅此片。）

“我想让你和我一起研究大爆炸的量子理论……”

看来，我来的这一年，轮到的是“大爆炸”。

“……来处理多元宇宙。”他带着灿烂的微笑看向我，眼睛再次闪烁。就是这样。我们要尝试理解多元宇宙，靠的不是哲学探讨，也不是人择原理，而是将量子理论深深扎根于宇宙学中。他说话的方式就像是在布置一份普通的家庭作业。尽管我从他的脸上可以看出我们已经开始工作了，但我不知道霍金这艘宇宙飞船正在朝哪个方向行进。

“我不行了……”屏幕上显示。

我吓得一愣。我瞥了一眼在办公室角落里的护士，她正静静地看着书。我又回头看了看史蒂芬，据我判断他看起来很好啊。然后他继续点击：

“……我……得……喝……杯……茶……了。”

现在是下午4点，这是在英国。

单一宇宙还是多元宇宙？可曾有人设计？这是两个决定命运的问题，即将让我们忙上20年。一个又一个的家庭作业式的问题接踵而至，很快，我和史蒂芬发现我们陷入了后来21世纪初理论物理界最激烈的争论之一。几乎每个人对多元宇宙都有自己的看法，但没人能完全理解该如何看待它。我在史蒂芬的指导下进行的博士项目后来演变成了一场奇妙而密切的合作，一直持续到2018年3月14日他去世。

我们工作中的关键问题除了大爆炸的本质这一处于核心地位的谜团之外，还包括发现自然法则本身的深层含义。宇宙学到底发现了什么？我们又是如何融入其中的？这样的考虑让物理学远远超出了它的舒适圈。不过，这正是史蒂芬喜欢冒险踏入的领地，也正是在这片领地里，他通过数十年在宇宙学方面的深刻思考而形成的无与伦比的直觉被证明是具有预见性的。

像在他之前的许多学者一样，早年的霍金将物理学的基本定律视为永恒不变的真理。他在《时间简史》中写道：“如果我们真的发现了一个完整的理论……我们将真正了解上帝的思想。”然而，10多年过去之后，在我们第一次见面的时候——林德的多元宇宙还在我们的眼皮底下——我感觉他察觉到了这一立场的漏洞。物理学真的为时间的起源提供了神圣的基础吗？我们需要这样的基础吗？

我们很快就发现，在理论物理学中，柏拉图式的钟摆确实摆得太远了。当我们追溯到宇宙最早的时候，我们会遇到宇宙演化的更深层次，在这个层次上，物理规律本身会发生变化，并以某种元演化的方式进行演化。在原始宇宙中，物理学的规则处在一个随机变化和选择的过程中，类似于达尔文的进化论，而各种粒子、相互作用力，甚至我们认为连时间都会逐渐消失在大爆炸中。更为深刻的是，史蒂芬和我发现，大爆炸不仅是时间的开始，也是物理定律的起源。我们的宇宙起源学的核心是关于起源的一个新的物理理论，我们后来认识到，它同时也包括了理论的起源。

与史蒂芬一起工作不仅是去往时空边界的旅程，也是进入他的内心深处，叩问史蒂芬何以成为史蒂芬的旅程。我们的共同追求让我们越来越亲密。他是一个真正的探索者。在他身边的人必然会受到他的决心和他认识论乐观主义的影响，会认为我们能够解决这些神秘的宇宙问题。史蒂芬让我们觉得，我们是在创作自己的创世故事，而在某种意义上，我们也的确是这样。

物理学也真有趣！和史蒂芬在一起，你永远不知道工作何时结束，庆功宴何时开始。他对理解世界永不满足的热情与他对生活的热情和冒险精神正相适配。2007年4月，在他65岁生日的几个月后，他乘坐一架特别配备的波音727飞机，参与了一次零重力飞行，他把这次飞行看作太空之旅的前奏，而他乘坐欧洲之星列车穿越英吉利海峡来比利时看我的行为可把他的医生吓了个半死。

与此同时，尽管他永远失去了他的自然声音，而且连一根手指都动不了，他还是成了我们这个时代最伟大的科学传播者。他深深地感受到，我们是一个宏伟计划的参与者，这一计划写在天上，正等着我们去完成。受此鼓舞，他与全世界的观众分享了他的发现所带来的喜悦。在我们合作期间，他写了一本书——《大设计》，反映了我们在那个时候的困惑。在这本书中，史蒂芬坚持人择原理、多元宇宙和万物终极理论的理念，并以此对抗上帝创造宇宙的理念。不过，《大设计》也包含了新宇宙学范式的雏形，这将在几年后我们的工作中得以明确。在史蒂芬去世前不久，他告诉我，是时候写一本新书了。于是就有了这本书。在接下来的几章中，我将会叙述我们返回大爆炸的旅程，以及这一旅程如何最终让霍金抛弃多元宇宙，并代之以一个关于时间起源的亮眼的新观点。这一观点在精神和本质上深刻地体现了达尔文的进化论思想，并提供了一个关于宇宙大设计的全新的理解。

美国物理学家吉姆·哈特尔经常参与我们的工作，他是史蒂芬的长期合作者，在20世纪80年代初，他与史蒂芬开创了量子宇宙学的先河。多年来，这对搭档真正掌握了通过量子透镜来观察宇宙的方法。甚至他们之间的语言也体现了他们的量子思维，仿佛他们的脑回路就与众不同。例如，宇宙学家所说的“宇宙”通常是指恒星、星系和我们周围的广阔空间，但吉姆或史蒂芬所说的“宇宙”指的是充满不确定性的抽象量子宇宙，包含所有可能的历史，并以某种形式叠加。但正是他们彻底的量子观使宇宙学中真正的达尔文式的革命最终成为可能。晚年的霍金确实非常认真地对待量子理论，并决定将它纳为己用，用它来重新思考最大尺度上的宇宙。量子宇宙学自那时开始就一直被史蒂芬所引领，直至其生命结束。

在我们合作了一段时间后，史蒂芬手上剩余的力气也丧失了，无法再按下他用来交谈的按钮，于是他转而在眼镜上安装了一个红外传感器，通过轻微地抽动脸颊来激活该传感器。但最终这种表达也变得很困难。尽管人们对聆听他声音的需求激烈增长，但交谈却变得缓慢，从每分钟几个字放缓到每个字几分钟，然后基本上就慢慢停止了。[5]这位世界上最著名的科学布道者无法说话了。但史蒂芬不会就此放弃。通过多年的密切合作，我们在心智上的联系不断加深，并逐渐超越了语言交流。我会绕过均衡器、传感器和点击器，出现在他面前，清晰地展现在他的视野中，并通过不断提问来探究他的思想。当我的论点与史蒂芬的直觉产生共鸣时，他的眼睛便会明亮起来。我们就这样用我们多年来建立的共同语言和相互理解来建立起联系。正是在这些“对话”中，史蒂芬最终的宇宙理论才得以缓慢而稳定地诞生。

当形而上学的思考开始崭露头角时，科学就会走到紧要关头，无论我们是否喜欢这样。在这样的岔路口，我们学到了一些深刻的东西，不仅包括自然的运作方式，还有使我们的科学实践成为可能和富有价值的条件，以及我们的发现可能培养出的世界观。是什么使得宇宙恰好适合生命？物理学为理解这一问题而进行的探索，把我们带到了一个关键的岔路口。因为它的核心是一个比科学更重要的人文主义问题，即关于我们的起源问题。在这个对生命体友好的宇宙中，作为地球管理者的人类究竟意味着什么，史蒂芬对这一问题有着独特而影响深远的考量，其核心就包含在他关于宇宙的最终理论中。仅凭这一点，他的理论就可能终将成为他最伟大的科学遗产。

[1] “进取号”（旧译“企业号”）是《星际迷航》中探索太空的星舰之一。——译者注

[2] 史蒂芬去世后，这块黑板与霍金在剑桥大学的办公室里的其他纪念品一起，被伦敦科学博物馆集团购为国有。后来人们发现，这些涂鸦并非出自史蒂芬之手，而是这一长达数月的会议的参会者们创作的。这其中包括会议的共同组织者、霍金当时的博士后马丁·罗切克（Martin Roček），可以看到他的脸被轻轻地画在右边靠中间的位置。

[3] Christopher B. Collins and Stephen W. Hawking, “Why Is the Universe Isotropic?”Astrophysical Journal 180 (1973): 317–34.

[4] 轮值研究生制是英美大学里常见的研究生培养制度，即低年级的研究生可以在系里不同导师的课题组“轮岗”一段时间，以选择自己认为适合的导师。——译者注

[5] 史蒂芬偶尔也会出借自己的声音，即别人会拟一份陈述稿，通过他的演讲软件运行后向外界广播。然而，跟他关系亲密的人很容易就能将假霍金的用词和真霍金区分开来——后者在简洁性、清晰度和他标志性的幽默感方面都更胜一筹。这么做尽管是出于一些不得已而为之的原因，但也很令人遗憾，因为这意味着霍金的公众形象和他真人逐渐分离了。