四川
"宇宙是怎么開始的"，這大概是人類提出過的最古老的問題之一。
物理學給出的標準答案是大爆炸，把時間倒推，宇宙越來越小、越來越熱、越來越致密，直到一切從一個極端奇異的狀態中誕生。聽起來很完整，但有一個致命的漏洞：描述這一切的方程，在最開始那一刻徹底失效了。
物理學家把這個時刻叫做"奇點"。方程遇到奇點，就像計算器被要求除以零，它不給你答案，它直接罷工。
真正嘗試正面解決這個問題的人，是約翰·惠勒。
惠勒是20世紀物理學史上一個極其罕見的人物，他對廣義相對論和量子力學都有第一流的掌握，而這兩套理論通常被認為水火不容。上世紀60年代，量子力學正處于全盛時期，物理學家們用它描述粒子、預測新物質、解釋恒星內部的核反應，效果極好。
惠勒有一個大膽的想法：宇宙在誕生之初極其微小、極其高能，和實驗室里的粒子沒有本質區別，那為什么不能用同樣的量子力學框架來描述它？
他和布萊斯·德威特一起，把廣義相對論的核心方程拆解，然后按照量子力學的標準程序進行"量子化"處理，也就是把確定性的描述替換成概率性的描述。原本只有一個特定宇宙構型的地方，現在變成了一堆可能的構型疊加在一起，就像量子力學里的電子不在某一個確定位置，而是彌散在一團概率云中。
這就是所謂的"宇宙波函數"，描述整個宇宙所有可能狀態的數學對象。
這套方程后來被稱為惠勒-德威特方程，它的結構和量子力學里描述粒子的薛定諤方程類似，但有一個讓人困惑的特點：它不包含時間。
在普通量子力學里，波函數本身是靜態的，薛定諤方程負責描述它如何隨時間演化，就像編舞家告訴舞者下一步該往哪里走。但惠勒-德威特方程里沒有這位編舞家。方程只告訴你哪些宇宙構型在理論上是被允許的，卻不說這些構型將如何演變，也不說時間在哪里。
時間，從宇宙的量子描述里消失了。
這聽起來像是方程出了毛病，但也可能恰恰相反，也許時間本身在宇宙最深層的描述里就不是一個基本變量。
1963年，約翰·惠勒（右）與卡爾·弗里德里?！ゑT·魏茨澤克、本特·斯特倫格倫和斯特凡·羅森塔爾合影?；堇諈⑴c開發了將整個宇宙視為量子對象的方程。
惠勒-德威特方程還有另一個問題：它本身不給出答案。
它更像一臺機器，一臺可以制造宇宙藍圖的機器，但你必須先給它輸入初始信息才能讓它運轉。物理學里把這些初始信息叫做"邊界條件"，描述一個系統在某個特定狀態下的具體情況。要算拋體軌跡，你得知道初速度和角度。要算弦振動，你得知道弦長。
對于宇宙波函數，你需要知道的邊界條件是：宇宙在最開始的狀態是什么樣的？
但這正是我們最不知道的事情。奇點讓所有經典的物理描述失效，我們根本無法從已知的物理學里提取出那個最初時刻的狀態信息。
這就是霍金后來介入的地方。他和詹姆斯·哈特爾在1983年提出了一個大膽的解決方案，被稱為"無邊界提案"。他們的核心想法是：也許宇宙根本就沒有邊界條件，不是因為我們不知道，而是因為邊界條件本來就不存在。
這個想法需要引入一種叫做"虛時間"的數學技巧，讓時間維度在宇宙最初期變得和空間維度一樣，于是"開始之前"這個概念就像"南極點以南"一樣，語法上成立，物理上毫無意義。
宇宙沒有起點，不是因為它無限古老，而是因為"起點"這個概念在那個尺度上根本不適用。
這個想法迷人、優雅，但也存在嚴重爭議。它依賴的數學路徑并不唯一，不同的學者用同樣的框架算出了截然不同的結果，有些指向一個穩定膨脹的宇宙，有些指向一個迅速坍縮的宇宙。量子引力至今沒有成熟的理論，惠勒-德威特方程本身也只是一次嘗試，而非定論。
但物理學從來不是因為確定才值得探索。把整個宇宙當成一個量子對象來思考，本身就是人類智識史上最大膽的跨越之一。答案也許還需要很長時間，但問題已經足夠精確了，這本身就是一種進步。
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