下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
第二章的标题叫《时间的形状》，一上来霍金先谈了方法论。理论物理遵循什么样的研究过程呢？霍金认为，任何物理学都是按照实证主义的方法来研究的。科学理论就是一种数学模型（至少物理学是这样）。如果这个数学模型和现实相符合，那么这个模型就存活下来；如果不相符，要么扔掉要么拿回去修改。人们常问时间的本质是什么，其实这个问法本身就有问题。人类所做的一切，只是在描述一种时间模型，然后看看这个时间模型能告诉我们什么，是不是与现有的观测证据相符合。这一点很重要。理论物理就是在不断地提出模型，然后去验证它，不管这个模型多么匪夷所思。霍金干的事情大部分都是提出模型，解释现有的观测结果，同时做出预言，这也是他的工作。他的身体条件也干不了别的工作。
早在康德时代，康德就对于牛顿那种时空无限的宇宙观有过怀疑。假如宇宙是无始无终的，那么必定经历了无限长的时间了。既然时间无限长，为什么宇宙仍然没有达到热平衡呢？达到热平衡，万事万物都具有同样的温度。按照牛顿的理论，宇宙有足够长的时间来冷却，进而达到热平衡。康德是哲学家，他认为这是一个矛盾。但是他解决不了问题。如果放到广义相对论的环境下来看，这已经不是什么问题了。
在广义相对论里，时间与空间已经浑然一体。引力被描述成了时空的弯曲。时空就像一张皮膜，大质量天体就好比把这个皮膜给压弯了，它把周围的时空压凹下去一个坑，周围的天体都逃不出这个坑。但霍金认为这个表达是不完整的，这个通俗化的比喻只描述了空间的弯曲，把时间给忘了。实际上大质量物体产生的引力实际上是连同时间空间一起弯曲的，所以这一章的标题叫作“时间的形状”。
1963年，苏联的利弗席兹和哈拉尼科夫曾经证明过，宇宙开端的地方可能并不存在奇点。我们来打个比方，一间圆形的大厅，周围有很多的门，门里的人都要到对面门里去，他们都会穿过大厅的中央。他们一起出发的时候，看起来就很像宇宙大收缩。但是他们走路速度不同，不可能同时到达大厅的中心，他们彼此凑巧地全都撞到一起的几乎不可能的。他们穿过中心点向对面门走过去，这个过程看起来很像是宇宙膨胀。他们构造了一个过程，既可以解释宇宙膨胀的效果，又可以解释为什么奇点不存在。
尽管苏联人的说法不无道理，但是霍金和彭罗斯还是另辟蹊径证明了奇点定理，宇宙必定有开端，这个奇点是绕不过去的。他们俩用的是拓扑学的办法，气得苏联人毫无办法。因为苏联人根本看不懂，他们没学过拓扑学。
我记得，霍金和彭罗斯证明时间具有开端的论文在1968年赢得引力研究基金会的第二名论文奖，奖金300美元，这笔钱实在是太少了，但是两人平分之后还是蛮开心的，毕竟他们的计算结论得到了大家的认可。苏联人仍然搞不懂这是为什么，后来苏联人自己也明白过来，他们算出了一个更加通用的解，他们承认奇点不可避免，但是功劳还是要算在苏联的账上，一切荣誉归苏维埃。
到此为止，我们讲述的内容还没有超出霍金那本《时间简史》的范畴。接下来的，才是霍金在后面这些年所作的思考。这部分的内容开始变得比较烧脑。既然四维时空必定存在奇点，那么霍金该如何消除这个奇点呢？别急，慢慢来。