“物理学本身消失”：理论物理学家托马斯·赫尔托（Thomas Hertog）如何帮助斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）产生他最终，最激进的理论

2002年， 托马斯·赫尔托，当时是一名理论物理学专业的学生，​​在剑桥大学的斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的办公室内，看到他的主管的眼睛充满了情感。　

霍金的消息也是坦白。这位著名的物理学家告诉他的学生，他的书《短暂的时间历史》是错误的，因为它预测了一个贫瘠的宇宙不适合生命，他希望Hertog帮助他找到新的理论。

因此，在霍金一生的最后16年中，二人与合作者一起 詹姆斯·哈特（James Hartle），为我们的宇宙的发展开发了一个新的解释。　

现场科学与现在是比利时鲁文（Ku Leuven）的教授的赫尔托（Hertog）坐下来讨论他的新书“”关于时间的起源” （企鹅兰登书屋（Penguin Random House），2024年），他与霍金（Hawking）长达数十年的合作，以及他们对宇宙起源的弯腰达尔文人最终产生的观点。　

本·特纳（Ben Turner）：当您遇到斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）时，他开始认为他以前在“短暂的时间史”中介绍的宇宙起源的图片存在缺陷，他想寻找一种新理论。对于可能不知道的读者，我们宇宙如何开始的标准概念是什么？

托马斯·赫尔特（Thomas Hertog）： 当然，标准是有些大爆炸＆mdash;一个暴力，极为奇怪的开始。具有挑战性的是描述大爆炸中到底发生了什么。　

霍金在《短暂的时间历史》中贡献的新颖性是什么？他调用的主要见解是什么？他在他著名的“无边界建议”中提出了一个实际开始的数学模型，其中大爆炸是真正的起源。　

可悲的是，霍金的模型并没有产生可居住的宇宙。相反，它是一个空的宇宙＆mdash;没有星星，没有星系，没有生命。因此，正如您所说，到90年代后期，霍金意识到他的模型存在问题。　

BT：我们可居住的宇宙如何形成的一个流行答案是，大爆炸导致了永恒的宇宙通货膨胀，并随着时空的扩大而不同。多宇宙＆mdash;而且我们的宇宙恰好是物理定律以正确的生命方式平衡的口袋之一。为什么这个想法没有西装？　

TH： 这些多元宇宙模型即使原则上也不可伪造。那不是因为我们不能 看早期的宇宙 并检查一下；这是因为多元宇宙模型并没有对我们在这个宇宙中看到的内容做出明确的预测。　

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BT： 那么，您和霍金是如何见面并开始合作的呢？当你还是大师的学生时，你遇到了他。那是什么？到这个时候，他已经是一个传奇。　

TH： 是的，他已经很有名了。我遇到了他，因为，我在比利时长大，没有 宇宙学 90年代后期在比利时进行。斯蒂芬和他的同事马丁·里斯（Martin Rees）和那些人在剑桥建立了一种宇宙学的麦加。因此，我有一位教授告诉我：“看，如果您喜欢宇宙学，那就去剑桥。”

在剑桥，众所周知，无论谁成为大师班级的人都会受到邀请与斯蒂芬交谈，这就是[我]发生的事情。所以他把我当作他的博士生。　

但是，当然，真正的合作始于后来，当时我们发现自己处于相同的科学波长上，并且对与大爆炸有关的更深层次的问题感兴趣。它只是发生了：您发现自己处于相同的波长，对同样的问题感兴趣，也许会分享某种直觉。作为理论物理学家，您一直在互相进行思想实验，过了一会儿，您就会产生共同的理解。

BT： 过去的大爆炸理论已经将宇宙构成了构想，就好像他们从“客观”的观点上看着它。您和霍金（Hawking）的理论开始努力将这种观点转变为我们自己的＆Mdash的观点。宇宙中某个地方的观察者。那让你接受 量子力学，以及弦理论，作为您的起点。以这种方式开始教你什么？　

TH： 当您掌握宇宙的神眼睛时，您将在寻找先前的解释，说明为什么整个宇宙都应该做它在做的事情。在整个宇宙中笼罩着一些柏拉图数学真理。　

但是，当您采取所谓的更人性化的观点，是宇宙中观察者的观点时，情况会大不相同。您将采取更历史的观点。您不是在问：“宇宙为什么要这种方式？”但是“这一切是怎么发生的？”　

如果您使用量子力学来重建该历史，从而可以追溯到大爆炸，那么这种历史观点就会开始在物理自身定律的水平上发挥作用。当然，这是一个惊喜。我们认为物理定律是固定和不可变的，但是如果您及时回去，它们就会开始简化。从某种意义上说，它们开始蒸发，甚至结构。　

在物理定律中编码的这种结构开始消失，直到最终＆mdash;这就是我们的假设的症结所在；甚至时间和空间之间的区别都模糊。我们宇宙进化的定律，物理的标准定律，封闭了自己；他们不再是。物理本身消失了。　

这是达尔文人的转折。在生物学中，我们沿着生命之树回到生命的起源，生物学定律也消失了。那是因为这些定律是生物进化的新兴特性。我们声称物理定律也是更早进化的新兴特性。　

BT： 那将使人们非常奇怪。在生物学中，选择性压力起着刺激生物定律进化的作用。是什么导致物理定律进化？

TH： 量子力学中的观察行为。您要问我，“但是请等一下；谁在观察？”因为很明显，在早期的宇宙中，没有人类观察者。但是我们都知道，量子力学中的观察行为来自环境本身；这是粒子与力之间的相互作用。　

即使是单个光子也可以在量子力学中执行观察行为。它可以将一系列可能的历史转化为有形的具体现实。　

BT：根据您的理论，当我们将时间重新回到大爆炸时，物理定律就会折叠自身，而时间本身会失去其身份＆mdash;这给了它一个原点。爱因斯坦特别不喜欢这个观念。他为什么反对？

TH： 当爱因斯坦和他的同时代人随着时间的流逝，宇宙的演变倒退时，他们以古典，确定性的方式使用爱因斯坦自己的理论来做到这一点。他们遇到了所谓的奇异性（描述宇宙的方程式崩溃的地方）。时间的起源，大爆炸似乎不是科学的一部分。　

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当我和史蒂芬（Stephen）经营宇宙的演变后，我们以量子的机械方式进行了操作。这与爱因斯坦一致，直到您到达我们的图片非常不同的较早阶段。物理定律从未真正崩溃过[在Hertog，Hartle和Hawking的照片中]；他们只是逐渐消失。我认为爱因斯坦对此会没事的。

BT： 您有时间的想法的关键在于，这是从可观察到的宇宙边缘的许多量子粒子的相互作用中出现的一种新兴属性。宇宙就像一个磁盘向外扩展，在该磁盘的边缘是Qubits，粒子包含所有宇宙的信息。这些颗粒的发挥从最远的边缘＆mdash进入我们的宇宙；像宇宙全息图。您能多解释全息原则吗？　

TH： 因此，从全息视角看，我们阅读宇宙的过去的方式是。全息屏幕是对我们现实的抽象表示，随着我们从该屏幕越来越远，它对应于及时回到。图片变得更加粗糙，您会丢失信息，丢失像素，而大爆炸是您信息用完的极限。世界的开端确实是一个认知的视野，科学（从全息视角上）根本无法回到。　

当然，这非常适合我之前告诉过您的故事；物理定律以及时间和空间随着我们到达大爆炸的起源而消失。我们愿景的全息实现使它共同点击。　

这就是理论物理的工作方式。回想起来，您从很多直觉开始，然后将其塑造成一个数学框架，该框架是一致的，可以最终预测新现象。这是当前研究的去处：我们如何测试该模型？我们如何找到这种早期进化的化石？　

BT： 这实际上是我的下一个问题。

TH： [笑]我担心。　

BT：那我们在哪里可以看？在宇宙微波背景（CMB）之前，宇宙完全不透明。我们如何超越微波绒毛？

TH： 宇宙微波背景为您提供了大爆炸后380，000年的宇宙图片， 当它变得透明时。但是我谈论的这一早期进化阶段会更快地发生，因此您必须通过[CMB]进行凝视。而且您不能用光线电磁波来做到这一点。

但是引力浪潮经历了一切，因此您可以希望向后看。原则上，没有限制＆mdash;您可以一直回到大爆炸，并解锁这种更深的进化层。　

BT： 说我们能够。我们会看到什么？

TH： 我们假设了。如何？好吧，我设想的早期阶段的方式有点像是分支，多样化的物理定律树。这些分支中的每一个实际上都是一种新的力量的诞生；一种力将新粒子和更多结构分成两个。这些分支中的一些非常暴力，带有引力波爆发，这些波浪不位于一个地方，并作为背景辐射出现，就像宇宙微波背景一样。　

当整个宇宙冷却和扩展时，整个宇宙都过渡到一个新状态，并且伴随着强烈的通货膨胀。　

BT：您的理论描述了宇宙密集和热时迅速发展的物理定律，并且粒子之间存在许多相互作用或“观察”。但是，如果这些法律仍然具有进化的能力，那对宇宙的结局有任何影响吗？

TH： 当然，简短的答案是我不知道。但是，如果您挑战我一点，我可以说一些非常投机的话：如果物理定律过去没有确定，固定和不可变，那么自然可以期望它们不会永恒。因此，即使现在被抑制了这种进化（因为宇宙很冷），但它并没有被无限抑制。它没有消失。

BT：我们已经谈论了物理学的直觉。您与霍金（Hawking）分享的那个协作助长了这一合作，并使您能够完成理论，即使霍金（Hawking）慢慢失去了他使用人造声音的能力。你是怎么做到的？

TH： 有点像结婚，对吗？或实际上有任何长期关系＆mdash;你可以猜测彼此的想法。最后，这也发生在我们身上。当涉及宇宙学及其基本问题时，我们发展了一种亲密关系。在后期，我们开发了一个非语言的交流层，其中我可以在斯蒂芬（Stephen）发出Yes-no问题，并阅读他的面部表情。　

这是一种相当自发的发展，但这仅仅是可能的，因为在90年代末和00年代末，我们经历了非常好的几年，而斯蒂芬通过他的言语合成器可以说得很流利。他确实使我想到了与多元宇宙相关的这些悖论的思考。

BT：您认为他有能力移动外面问题并直觉它们是使他成为如此出色的物理学家的原因吗？

TH： 斯蒂芬的直觉是在进行大量计算的15年中的基础。它不是从天上来到他的。它植根于他职业生涯的早期阶段。　

当然，当他失去了编写方程式的能力时，有些天才发生了。他有能力和固执的能力来重学，以一种非常独特的方式进行理论物理学。它比其他方程式更具直觉，比其他方程式更遥远，并且具有可视化形状和几何形状的能力。他的真实荣耀在于，使用这种新语言，他能够得出某些发现很难用方程式复制的发现。

编者注：为了清楚起见，这次采访已被凝结和编辑。