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江南老师解读《大设计》视频
主讲人简介
赵江南，武汉大学电子信息学院教授，电子信息学院本科级1班班级导师，两次获评武汉大学十佳优秀教师，获得“武汉大学杰出教育贡献校长奖”，荣获“武汉大学教学名师”称号。所授课程“宇宙新概念”入选大学素质教育国家级精品通选课。
霍金《大设计》带来的思考
史蒂芬·威廉·霍金（StephenWilliamHawking，年1月8日-年3月14日），是享有盛誉的科学伟人，英国剑桥大学数学及理论物理学系教授，最重要的广义相对论和宇宙论学家。担任过剑桥大学卢卡斯数学教授，这被视为自然科学的最高荣誉席位之一，牛顿和狄拉克均曾获得该教席。
斯蒂芬·霍金英国天文学家、物理学家
年，21岁的霍金患卢伽雷病，全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。至年，他担任卢卡斯数学教授，主要研究宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型。在统一20世纪物理学的两大基础理论（爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学）方面走出了重要一步。
20世纪70年代他与数学家、物理学家罗杰·彭罗斯（RogerPenrose，年-）一起证明了著名的奇性定理，他们因此共同获得了年的沃尔夫物理奖。他也被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。黑洞理论使量子论和热力学在“霍金辐射”中得到了完美统一，而他在20世纪80年代提出的无边界设想的量子宇宙论，解决了困扰科学界几百年的“第一推动”问题。
罗杰·彭罗斯英国数学家、物理学家
年，霍金先生去世时，我在武汉大学的本科生中调查了学生对他的了解程度，有些同学认为他很厉害，也有同学觉得一般般，因为他没有得到诺贝尔物理学奖。这个看法显然是不妥当的。他的关于宇宙理论的思想是超前的，无法获得有效的实验支持，所以不太可能获得诺贝尔奖。但诺贝尔委员会近几年已经改变了想法，彭罗斯先生因提出黑洞的形成是广义相对论的可靠预测理论而获得了年诺贝尔物理学奖。如果霍金先生能活到现在也应该获得这一奖项。我觉得霍金的真正伟大在于尝试统一相对论和量子力学，为此他提出量子引力论，尝试寻找宇宙的终极理论。
《时间简史》
索书号：P/Ha2
年，霍金先生创作了科普著作《时间简史》（ABriefHistoryOfTime），被翻译成40种文字，累计销售量突破万册，成为畅销全世界的科学著作。
《大设计》
索书号：Z/H
年霍金的《大设计》（TheGrandDesign）出版，这是一本比较难懂的思想读物，我不把它称之为科普读物，因为很少有人会轻松读完它、读懂它。
《大设计》是霍金在其《时间简史》之后最重要的著作。《大设计》讲的不是人类社会中的某个具体设计，如一栋大楼、一座城市的设计，而是关于宇宙、生命和万物的根本问题：宇宙何以存在？我们何以存在？这不是仅仅依靠科学就能回答的问题，还需要哲学的思考。也就是要回答哲学的根本问题“我是谁？我从哪里来？我到哪里去？”的宇宙版——“宇宙是什么？从哪里来？到哪里去？”
为什么说这本书不容易读懂，因为里面包含了很多对科学和哲学的思考和探索，以及对这些学科的未来展望。甚至有人认为，这是一部近几十年来少见的伟大思想巨著，是对宇宙终极问题的思考，具有强烈的哲学味道，尽管书中的有些观点和想法不一定完全正确。
《大设计》描述了物理学和天文学发展的艰辛历程，以及对人类认识宇宙产生的深刻影响。概括起来，可以说是关于天文学在历史上的三次伟大进步。第一次是从地心说到日心说；第二次是从观测数据到经验总结的时代，也就是开普勒总结出开普勒定律、牛顿发现万有引力定律理论的时代；第三次是从牛顿的经典时空观，发展到爱因斯坦的相对论时空观。天文学大大小小的进步有很多，而这三次革命性的进步，说明每次人们看待客观世界的视角产生重大突破的时候，天文学也能随之取得突破性的进步，展现了哲学思考和创新思维在天文学发展中的作用。
第一次进步的内涵是科学概念的诞生。虽然普遍认为现代自然科学的根源在于古希腊，但是在日心说发源之前，人们对于客观世界的认知，始终是掺杂着一些主观意愿在其中。地心说到日心说的发展，并不是单纯地让理论从繁琐、难以用于预测客观现实，到简洁明了、可用于预测客观事实的一次进步，而是把人的主观性和宗教思想的影响，从客观规律的总结中剔除了出去。敢于将客观规律独立出来，突破人或神的主体地位的限制，是革命性的新思想，也让天文学成为了一门独立的自然学科。从地心说到日心说不仅仅是科学的进步，更是哲学的进步。
第二次进步发生在现代科学真正诞生的时代。将观测的数据从经验描述抽象为在几何与代数的规律，超越了简单的语言描述，让天文学从“定性”变成了“定量”。理论的抽象化、一般化、数学化，是一门科学获得快速充分发展的基础。放在整个时代背景下，可以认为是科学思想突破性发展在天文学界产生的影响，让天文学获得了一次革命性的进步。从此，天文学成为一门真正的科学，进入了快速发展的时期。
近代天文学可以从哥白尼算起，也可以从开普勒算起，因为开普勒是人类历史上第一个尝试并实现用数学来描述天体运动的科学家。作为伟大的天文学家第谷的助手和学生，开普勒从老师那里学到了很多数学和天文学相结合的科学方法，第谷的大量极为精确的天文观测资料，也为开普勒的工作创造了良好的条件。
那个时代还出现了牛顿、康德、拉普拉斯等等大师，他们既是科学家又是哲学家，为天文学的发展做出了伟大的贡献。
第三次进步，则突破了经典时空观的限制，不仅是天文学的伟大进步，也是整个自然科学的伟大进步。狭义相对论和广义相对论分别在年和年被提出，此后一百多年，人们对相对论的理解不断加深，应用不断拓展，而它们在天文学发展中还在持续发光发热，年引力波的发现就是相对论的伟大成就。回顾20世纪初，相对论给人的印象是反直觉、反经验的，但那个时代恰恰需要这样一种突破性的新理论来解决问题。它能精确描述经典时空观理论所描述不了的高速、大质量、强引力场的情况，因而能在天文学中发挥重大作用。相对论的引入，使天文学建立起了新的宇宙模型，如大爆炸宇宙模型，促进了奥伯斯佯谬的解决，也让引力波等理论诞生出来，并在之后一直启发天文学家发现新理论来解决疑难问题。
回顾天文学的三次进步，可以看出科学家所谓的创新思维，实际上是对思想领域的枷锁不断进行突破，是对固定思维模式的否定，正是这些使得认识论从主观逐渐向客观靠拢。天文学作为一门自然科学，需要研究者具备客观的思维；天文学的发展，需要研究者具备反传统的直觉，从更加贴近客观现实的角度来看待问题。所以，每次人们看待客观世界的思维产生重大突破的时候，天文学也能随之取得突破性的进步。
霍金的很多理论观点还没有被确认，严谨地衡量起来，还不能算天文学的新突破。天文学有没有第四次革命性的突破，在于现有理论能不能解释观测到的宇宙，比如暗物质、暗能量、高维宇宙等等。我们或许无法想象，未来的人类能在思维领域取得何种创新与突破，但可以肯定的是，上一次突破带来的力量还未耗尽，人们仍然能用20世纪的突破性理论“相对论和量子力学”在天文学领域进行研究，并取得重大成果；未来的研究者，也需要不断对传统思想进行反思，把视角客观地放在一个独到的位置，这样才能在思想领域取得创新性的突破，来开启天文学乃至自然科学的新篇章。
霍金先生为什么要统一量子力学和相对论？我们已经有了三个伟大的力学体系：
适合宏观世界的牛顿力学
适合微观世界的量子力学
适合宇观世界的相对论力学
在它们适用的范围内都是正确的。如果大爆炸奇点是我们宇宙的开端，请问这个奇点适用哪个力学体系？它是那么小，应该用量子力学；它的物质和能量是那么多，似乎又应该用相对论力学。研究发现，这两个理论都不适用，所以必须对相对论和量子力学理论加以修正。修正后的理论就被称为量子引力论，它可以用来研究大爆炸奇点。量子引力论尝试告诉你宇宙在大爆炸前后是什么样的，以及宇宙的结局是什么样的。量子引力论最终发展成宇宙的终极理论：M理论。
《大设计》中可以明显看出霍金对哲学家的不满：科学的发展现在迫切需要哲学和哲学家的鼎力相助来发展科学理论，因为关于宇宙的终极理论无法用实验来验证，但自然科学的高速发展哲学又无法跟上，无法完成科学和哲学的相辅相成。
《大设计》的主旨是理解生命、万物和宇宙的存在。它凝结了霍金自《时间简史》出版之后20多年间，对科学和哲学的探索成果。霍金在《大设计》中强调：宇宙不需要一个造物主。以“哲学已死”开篇，这意味着人类将从愚昧的自我奴役中超脱出来，否认了纯哲学和宗教可以真正解释自然。在他看来，各大宗教是古代精神世界探索未知，追求不灭解脱的体系，而非客观真理。随着时代的进步，人类文明也当奋起直追，不甘落后，这就是为什么世代有识之士追求认识存在、生命和宇宙的意义，解决这些命题本来应该是哲学家的任务。
由于近现代科学（尤其是量子论、相对论）的发展，哲学界已太不可能跟得上科学的脚步。当今世界很难有像康德、庞加莱和罗素这样的科学哲学大家。三十年前霍金提出了量子宇宙学的无中生有的场景，其后有识之士一直在追问：为何是无中生有？宇宙何时、如何起始？我们为何在此？何为实在本性？为何自然定律被这么精细地调谐至让我们这样的生命存在？宇宙何以存在？我们宇宙的“大设计”能否证实使事物运行的造物主“大设计师”（这个可以理解为宇宙运行的终极规律）真的存在？可惜没有哲学家能帮助霍金先生回答这些问题。
有关宇宙起源以及生命本身的最基本的问题，曾经属于哲学的范围，现在占据着科学家、哲学家和神学家相遇但却自说自话的领地。
霍金在《大设计》中解释，根据量子理论，宇宙不仅具有单独的存在或历史，而且同时存在着每种可能的历史。把这种思想应用于宇宙整体，就对因果概念本身提出了疑问。我们因观察历史而创造历史，而非历史创造我们。我们自身是宇宙极早期的量子涨落的产物，并且展现量子论如何预言“多宇宙”，我们的宇宙只不过是自发地从无中出现的许多宇宙中的一个，每个宇宙具有不同的自然定律。
《大设计》以对M理论的精彩阐释来结束全书，M理论解释了制约我们和我们宇宙的定律，它还是完备的“万物理论”目前可行的仅有候选者。如果被证实的话，它将是爱因斯坦寻求的超统一理论，也是人类理性的终极胜利。
但M理论在数学上并不足够严格，更不用说M理论还远远没有得到实验证实。霍金甚至认为物理学家一直追求的“超统一理论”已经成型，大问题的答案已经有了，可是很多物理学家并不同意他的看法。霍金也可能犯错误，这种不同看法和争论会推动科学的进步。
人类对自然的认识、对宇宙的探索离不开好奇、兴趣和思考，重要的是如何提出问题和思考问题。要真正认识宇宙的本来面目，人类的智慧够不够？人类认识宇宙的工具是什么？人类是用数学描述宇宙吗？人类对数学的认识可以描述宇宙吗？
霍金先生说过“我用一生的时间思考宇宙，从没有感到厌倦！”
以此纪念霍金先生逝世三周年。
本期话题
年，美剧《生活大爆炸》第五季中，霍金先生本人出镜，谢耳朵被怼到晕倒，霍金称之为“粉丝晕”。
霍金曾预言：
年，地球将进入冰河时代，全球气候变暖；
年，人类必须找到离开地球的方式；
年，人类将会进入外太空，与外星人相遇；
年，地球将面临灾难性毁灭；
年，地球将变成一个燃烧的火球。
年3月14日，自那一天，再也没有了霍金预言。轮椅太小，还好宇宙够大，他的离去回归了星辰大海。
年3月14日，霍金逝世三周年的今天，你想对他说点什么？M理论中时空是十一维的，意味着有着众多不同的宇宙，你对宇宙有哪些好奇？
1.要真正认识宇宙的本来面目，人类的智慧够不够？
2.人类认识宇宙的工具是什么？
3.人类是用数学描述宇宙吗？
4.人类对数学的认识可以描述宇宙吗？
5.哲学对人类认识宇宙的指导作用是什么？
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来源
“武汉大学图书馆”
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