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霍金先生事件光錐中的簡單直觀的錯誤
讀書可以解惑，可是有些書卻令人更加迷茫。我讀霍金先生的《時間簡史》時，常常被他在書中的高論搞得糊裡糊塗，最後驅使我在十多年前寫《誰有權談論宇宙》一書。那時沒有認真研究當代宇宙學，只是憑直覺，對他以科學的名義鼓吹穿越類的玄幻表達不滿，對他以科學的名義和數學的名義蔑視哲學表達憤怒。當然《時間簡史》中還有很多其它荒唐的東西。
比如光和事件的關係就是其中又一例。
事件簡單來說就是：發生的事情，或事情的結果。
但是，在宇宙事件中，特別是在人類相對於天體的觀測中，光在事件中扮演重要的角色。特別是在事件的傳播中，光扮演著幾乎是唯一的角色。
但光畢竟不是事件本身。即使是在討論宇宙問題時，事件的很多方面不是依靠光來表現的，也不是光能夠完全表現的。比如引力。
這種簡單的關係，在讀到《時間簡史》中有關內容後被完全攪糊塗了。例如他在書中花了好幾頁篇幅描述並使用的事件光錐就是一個荒唐的錯誤。
雖然光錐是Minkowski為相對論量體裁衣定制的，但霍金先生用通俗的語言解釋說明了一番，而本書也是用通俗的語言來說明道理，因此大量借用霍金先生的敘述。
霍金先生的事件光錐簡介
霍金先生在《時間簡史》中，詳細解釋事件光錐如下：
“如果有一個光脈衝從一特定的空間的點在一特定的時刻發出，在時間的進程中，它就會以光球面的形式發散開來，而光球面的形狀和大小與源的速度無關。在百萬分之一秒後，光就散開成一個半徑為300米的球面；百萬分之二秒後，半徑變成600米；等等。這正如同將一塊石頭扔到池塘裡，水表面的漣漪向四周散開一樣，漣漪以圓周的形式散開並越變越大。如果將三維模型設想為包括二維的池塘水面和一維時間，這些擴大的水波的圓圈就畫出一個圓錐，其頂點即為石頭擊到水面的地方和時間（圖1.2）。”
“類似地，從一個事件散開的光在四維的空間——時間裡形成了一個三維的圓錐，這個圓錐稱為事件的未來光錐。以同樣的方法可以畫出另一個稱之為過去光錐的圓錐，它表示所有可以用一光脈衝傳播到該事件的集合。” （上文中的黑體是我加的。）
根據上面的描述，霍金先生畫出了下面圖1.3 中的過去、現在和未來光錐。
但是，原來這個事件光錐，表達的是完全錯誤的概念！而且錯得離譜。
你看出它錯在哪裡嗎？
請你仔細想想，動手畫一畫。
如果你在我的提示下，還想不出來，那麼說明宇宙學家們已經把你的思維搞糊塗了。當代宇宙學家們所犯的常識性的錯誤，簡直是不勝枚舉，這裡又添一例。你得好好地讀讀這本書，把很多貌似常識性的錯誤思想糾正過來。
首先請注意，由於圖1.3中霍金先生的光錐中“現在”是固定的，因而它只能表達一種情況：事件在“現在”發生！此時事件剛剛發生，按霍金先生的說法，事件散開的光還剛剛開始散開但還沒有散開，還只是一個起點。
霍金先生的這個“現在”就把事件光錐的實用性降低到了幾乎無用的水準。因為它只說了一件事：事件剛剛發生，情況不明。等於是吼了一嗓子：哥們，如果有任何事件發生，可以畫個點來表示。哈哈，原來任何事情都可以畫個點來表達呀，啊，不對！是任何現在發生的事情都可以畫個點來表達。然後畫一個未來光錐告訴你：你的將來就會在這些個圈圈內；再畫一個過去光錐告訴你：你把這個現在發生的事件的散開的光傳播到過去吧。（我小聲加一句：如果你能穿越的話。）
現在，從圖中把事件光錐的各個部分單獨拿出來研究分析，為什麼事件光錐全部錯了。正確的事件光錐應該怎麼畫？
先參考下面的圖，從討論事件過去光錐開始。
霍金的過去光錐的全部，它表示的唯一事件是，觀測者在“現在”時刻觀察在“現在”時刻發生的事件的散開的光，向過去傳播。問題很明顯：光或任何東西是不能夠向過去傳播的。科學不是玄幻或穿越。如果你認為能，請舉例說明。右圖：我們定義的正確的過去光錐，是觀測者在“現在”觀察“過去”發生的事件散開的光，向“現在”傳播。例如可以表示，100光年處的一顆新恒星在100年前開始發光，這個事件散開的光在100年後到達觀測者。右圖光錐的頂點表示100年前這顆新星開始發光事件，在100年前處恒星爆炸的散開的光還沒來得及擴散，因此只是一個點。隨著時間的推移，該事件的光以光速傳播，經過100年後到達觀測者的現在時刻，光擴散了100光年。
如果要在圖1.3-1 中表達離觀察者100光年處的恒星在150年前開始持續向觀察者傳播事件，那麼用光錐這種簡單的工具就完全無法表達了。在圖像表達上出現了一種全新的，人們尚未有正確的方法表達的事件：在空間上，這些光越過觀察者所在位置繼續向前擴散了50年；在時間上，它們已經50年前就從過去經過觀察者所在的“現在”走向了“未來”。這是我們後面要討論的“已完成將來”事件。
請先讀一下上圖的注解。霍金先生的這個事件光錐僅僅只能表達在現在發生的事件散開的光向過去傳播這種完全無意義也不可能的一種情形，不能表達任何其它的東西。事情只能發生在此刻，事件資訊只能向過去傳播，這種東西是錯誤的，完全沒有任何用處！
再從圖1.3中把事件未來光錐單獨拿出來研究，參考下面的圖
事件在“現在”發生，因此只能沿著時間按箭頭前進的方向傳播。圖中光錐的頂點表示“現在”，因此事件在現在時刻散開的光，將構成圖中的未來光錐。看起來很正常。
問題是：現在發生的事件，將來會如何是無法預測的！石頭於“現在”時刻擊打在水面的時候，同時有一個更大的波浪打在同一地方，或者有一道激流流過，那麼石頭擊打水面後產生波浪這件事情就不會發生。如果要表示的是太陽“現在”發光這件事，也要考慮太陽是否在一分鐘以後熄滅了呢？這需要怎麼表示？如果一道閃電一閃即滅，該事件的未來光錐也基本畫不出來。
霍金先生的未來光錐，只能表示“事件在‘現在‘發生，事件散開的光向未來傳遞”這一種情況。
右圖：我們的未來光錐的一個特例，表達在“現在”發生的事件的未來期望光錐。光錐邊緣用虛線表示這個光錐是虛擬的、未確定的。
當然我們不能像霍金先生畫的光錐那樣，將要用事件光錐表達的事件局限在“現在”時刻發生。這種局限將使得事件光錐毫無用處，因為事件光錐實際上退化成了一個點，將來還未發生，只是虛擬的光錐；過去光錐完全不存在。因此霍金先生畫的光錐，僅僅只能夠表達一種情況：觀察者在現在時刻，預測事件向未來傳播，和事件向過去傳播的情形。但這一種情況毫無意義且沒有用處。如果事件在現在時刻發生，隨即停止，那將來光錐就完全是瞎畫。而霍金先生畫的過去光錐，是事件在現在發生，向過去傳播的光錐。現在發生的事情能向過去傳播嗎？是在寫穿越的玄幻小說嗎？
這讓我想起一件非常有趣的事情。
這是任教于美國內華達大學的王先生給我講的一個發生在內華達大學的真實的故事。
內華達大學離賭城拉斯維加斯只有幾公里。
一個著名的賭場老闆死了。他的繼承人懷疑是他的一個情婦把他害死的。可是找不到確切的證據。
這位繼承人是絕對相信科學的。
這位繼承人想，愛因斯坦先生能夠回到出生前去殺死父母，那麼送封信給死去不久的人應該沒有什麼問題吧。於是他找到內華達大學的教授，提出給他們300萬美金，研究一個與死人通信的課題。請他們從死去的那位賭場老闆那兒帶封信來，證明他是被他的情人謀殺的。
內華達大學的幾位教授熱情高漲，以飛快的速度寫出了研究的專案報告，其中意義1、2、3、4……，研究步驟A、B、C、D……，等等厚厚一大本。看來破案指日可待，全世界的兇手都要有難了。
這是大約十年前的事情了，不過到現在經費用光了，還沒有看到有用的研究結果。
也許借助霍金先生的過去事件光錐可以成功完成該項目？
可是在現在給死去的賭場老闆送資訊，也不能送到過去吧？如果能，那麼乾脆送到他沒有被謀殺的生前不是更好嗎？
不過這些內華達大學的教授們，倒是深得現代做學問的某種精髓。
總體來說，圖1.3中霍金先生畫的當代宇宙學家們應用的事件光錐幾乎一無是處。未來光錐的表達有微弱的正確的機會，過去光錐的表達完全錯了，現在時刻的表達也錯得離譜。
概括來說，正確的事件光錐，應該畫成如圖14.3的模樣：任何事件的過去、現在和將來總共就只是一個光錐，過去、現在和未來都包含在這一個光錐中！這個光錐的頂點是事件發生的具體時刻，這是不能改變的，是事物發生的時刻決定的；現在時刻是觀察者所在並開始觀察的時刻，這個時刻是由觀察者主觀決定的。在觀察者決定了哪個時刻是“現在”時刻 － 即開始觀察該事件的時刻後，過去光錐，現在時刻，未來光錐也就被確定了。
也就是說，正確的事件光錐中，總是一個頂點在下錐口在上的圓錐。頂點就是事件發生的時間。觀測者可以在任意時刻。而觀測者的觀測時刻，和事件的存在時間，將決定光錐的具體模樣。
因為本篇中只是指出錯誤，所以改正錯誤給出正確的答案的道理和詳細敘述要留到後面相關章節去。我們將在後面進一步詳細討論事件光錐，特別是事件未來光錐正確的圖像表示。
事件的未來光錐非常複雜，牽涉到人們從未討論過的, 我們定義的“已完成將來” 這一類特別複雜的情形。這個不奢求專家們要考慮到。
總之，按照霍金先生描述的事件光錐是完全錯誤的。
相對來說比較簡單的一個事件光錐的描述，以霍金先生為代表的當代宇宙學家們都能完全搞錯，犯下幼稚可笑的錯誤，還一直在他們的科學研究中使用著，更不要說未來光錐中的種種複雜性，他們連想都沒有想到。這難道還不能使我們產生警覺，對當代宇宙學家告訴我們的各種宇宙圖像，要仔細地思考一番嗎？
這種思考，不需要高深的數學，不需要複雜的推理。只需要常常注意，從專家們描繪給我們的關於宇宙的這樣那樣的細節圖畫中，跳出來，把這些圖畫放在宇宙的整體的大圖像中去思考和觀察。如果宇宙學家們給出的圖像是合理的，那麼他們畫出來的細部圖像嵌進宇宙的整體中就會是和諧的優美的，否則就會產生衝突，破壞宇宙形象的整體的優美。
需要指出的是：事件光錐是愛因斯坦先生相對論圖像表達的核心內容之一，並不是霍金先生發明的。利用光錐來解釋狹義相對論的觀點首先由愛因斯坦先生的前教授提出，被稱為閔可夫斯基空間。 目的是為所有觀察者創造一個不變的時空。 為了維護因果關係，閔可夫斯基將時空限制為非歐幾裡德雙曲線幾何。（貌似非常高深的樣子。所以說數學畫出來的錯誤更玄妙。）
霍金先生的書是通俗地解釋事件光錐。可是，他在解釋的時候看來沒有動腦筋想一想，只是按照別人的解釋照貓畫虎地說一通。
讀過《時間簡史》的讀者還應該再想一想：這麼簡單的錯誤，為什麼自己就沒有發現呢？是什麼原因呢？如果想通了，對自己觀察問題的能力和方法，應該產生一個飛躍。《時間簡史》的銷售量超過1000萬冊，事件光錐隨著相對論存在了上百年，沒有人就簡單錯誤的事件光錐發表異議。可見我寫的這本書，值得讀者朋友看一看想一想，與我討論或者辯駁一番，對比考察一下是誰更正確！
而我們之所以能從整體的綜合中去發現問題，是因為當代宇宙科學整體建立在一套不合理的理論上，是用唯望遠鏡的姿態，構造各種玄幻複雜的數學模型，來處理從望遠鏡得到的資料。
但是，令人遺憾的是，愛因斯坦先生很強大，太空望遠鏡很強大，當代宇宙學家們的數學模型也很強大，但他們的一些錯誤強不過真理！霍金先生說“人是辯不過數學的。”我要說：“數學是辯不過真理的！” 當代宇宙學家們用強大的數學模型處理從強大的望遠鏡得來的資料後，得到的許多結果卻令人遺憾。放到宇宙的大圖像中來檢驗，錯誤百出，完全不可相信。
我們再來來看幾個影響廣泛錯誤明顯的實例。
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關於事件光錐，請注意幾點：
這個光錐的表面實際只是任何事件資訊可能傳播的極限。所以光錐只是定義了事件資訊傳播的邊界，並不是事件本身、亦非事件資訊本身。就像規定了車輛的最高行駛速度後，可以界定車輛在任意時刻可能到達的最遠距離，但並不是關於車輛本身的資訊。
這個空間只是個抽象的概念。所以它不能做量化的描述。只是把定性的語言描述變成了似乎用圖像直接表述。因此它基本完全拋棄了二維時空圖中“距離”的概念。正如知道了車輛的最高行駛速度後，並不能描繪與任何一輛車相關的運動資訊，因為光錐沒有確定事件具體位置的表達手段。
未來光錐所圈定的“絕對將來”只是在“現在”的期望之物。它正確地界定了“事件（現在）”如果有“將來”的話，這些將來如果發生了的事件都會發生在這個將來光錐內。但是，也許“事件（現在）”從此刻後不再繼續存在了，那麼，何來“將來”？更別談“絕對將來”了。
光錐的描述物件含糊不清，“事件（現在）”P與光錐中的過去事件、將來事件沒有清晰的界定。
霍金先生曾經說過：“如果人們知道過去某一特定時刻在事件P的過去光錐內發生的一切，即能預言在P將會發生什麼。”這種說法是錯誤的。未來基本是不可預言的，即使假設人們有能力知道過去相關的一切（實際這是不可能的）。正如掌握了股票全部相關的資訊和走勢，並不能確切知道下一刻股票的漲、跌。不要誇大光錐的作用。
以上是我在《光暗之爭》中對事件光錐的看法和評價。只是感到它的表現太粗糙，不能很好地描述時間的進程。
但今天再重新審視這一話題，就發現不是好不好的問題，而是正確與錯誤的問題。Minkowski為相對論量體裁衣定制的事件光錐，是完全錯誤的。
霍金先生描述的未來光錐只能描述事件在“現在”發生，並持續了一段時間的，事件可傳播的可能最大範圍。除此以外，如果事件不是在“現在”這一時刻發生，並從“現在”開始描畫，則霍金先生的未來光錐就無法表達！
一般來說，未來光錐並不存在，只是人們對未來的預測，但不能把預測當作事實。《時間簡史》的老版本中說“如果人們知道過去某一特定時刻在事件P的過去光錐內發生的一切，即能預言在P將會發生什麼。”這種說法是錯誤的。未來基本是不可預言的，即使假設人們有能力知道過去相關的一切（實際這是不可能的）。我在《誰有權談論宇宙》中指出過這個錯誤。但《時間簡史》後來的版本把這種無稽的論斷改掉了，我這裡也就不多說了。
未來光錐的描述比較複雜，不是霍金先生前面描述的那麼簡單。因為牽涉到相對未來，絕對未來和“已完成將來” 等概念，在宇宙天體事件光錐的描述中不是那麼容易說清楚畫出來。
“現在”時刻也不是像霍金先生的圖1.2中那樣，總是一個點。只有那些在“現在”時刻發生的，並且從“現在”時刻開始描繪的事件，其光錐的頂點才會落在“現在”時刻。其餘任何時刻發生的事件，不論如何描畫，事件光錐的頂點都不會是位於“現在”時刻。
正確的事件光錐，其錐頂點總是位於事件發生的時刻，這是因為事件剛剛開始發生時，其事件的光還沒有傳輸出去。觀察者可能在任意時刻對該事件進行觀測。而按照慣例，我們總是把觀察者開始觀察的時刻設定為光錐的“現在”時刻，而且把現在時刻設定為時間軸的零點。以該點為分界，從事件開始時刻到“現在”時刻為事件的過去光錐；越過現在向時間軸的正向前進的光錐屬於未來光錐；因為未來是不確定的沒有發生的事情，所以把它畫作虛線。據此我們畫出一般性的事件光錐如圖14.3所示。
一般性事件光錐。以事件發生的時刻為光錐頂點，事件散開的光資訊隨著時間的進程逐漸展開形成光錐；以“現在”時刻為分界；過去光錐位於“現在”時刻的下方，其時間的座標為小於零的負數；未來光錐位於“現在”時刻的上方，其時間的座標為大於零的正數；由於一般來說未來是不確定的，因此未來光錐由虛線表達。
但是，這裡還有更複雜的情況，霍金先生的事件光錐不能表示，我們的一般性的光錐也不能表示的“已完成未來”的情況。我們隨後再討論。
霍金先生因為對愛因斯坦先生的方程勉強地加入新解，因而對宇宙問題有了權威的地位。
霍金先生說：“以後的幾年中，我發展了新的數學技巧，從證明奇性必須發生的定理中除去了這個和其他技術上的條件。最後的結果是1970年彭羅斯和我的合作論文。那篇論文最後證明了，假定廣義相對論是正確的，宇宙包含著我們觀測到的這麼多物質，則過去必須有一大爆炸奇點。我們的工作遭到許許多多的反對，部分來自蘇聯人，由於他們對科學宿命論的信仰；另一部分來自某些人，他們不喜歡整個奇點的觀念，並認為這糟蹋了愛因斯坦先生理論的完美。然而，人實在不能辯贏數學定理。所以最終我們的工作被廣泛接受，現在幾乎每個人都假定宇宙是從一個大爆炸奇點開始的。頗具諷刺意味的是，現在我改變了想法，試圖去說服其他物理學家，事實上在宇宙的開端並沒有奇點——正如我們將看到的，只要考慮了量子效應，奇性則會消失。”
請看，奇點、大爆炸等等一切都是從數學而來。是霍金先生用數學證明出來的。霍金先生把自己的許多工作，都聰明地和愛因斯坦先生聯繫起來，包括相對論中的奇點與大爆炸或黑洞這樣的妙論。
但是，數學形式的完美詮釋，只是這個世界上能與實際相符合的極少部分。在我當碩士研究生時就已經知道：《數學物理方程》只是那麼薄薄的一冊，只能和現實世界的很小部分結合起來。世界的複雜程度，遠超過完美的數理方程能夠描述的能力。絕大部分的現實問題，都是在電腦的數值方法下，求其近似解。
非常多的方程式，它們在實際中的使用是有條件限制的，經常可能僅僅在某一個區域內有效。一個描繪宇宙的方程，更難以完美到每個細節都是對的，都有解釋，都對應某種物理現象。
而現代宇宙學家們，玩弄著愛因斯坦先生的宇宙方程，拿他自己都沒有解釋過的奇點做文章。這個宇宙就一會兒彎曲一會兒平坦，一會兒封閉一會兒開放。
那麼關於宇宙的模型，關於時間與空間，是否就只是局限于愛因斯坦先生的數學模型呢？是否就遵從宇宙學家們的左解釋右證明呢？這是宇宙物理科學大師們應該思考的問題。
當然，作者是完全不認同這樣簡單地把世界把宇宙歸納為幾個數學符號的。在《誰有權談論宇宙》裡我已經做了大量的說明。
此時，想起了微信上看到的幾個讓很多人抓狂的簡單數學題。下面抄個給您看看，它和愛因斯坦的證明有異曲同工之玄：
求證：2017 = 2018
證明：
2017
= 2013 + 4 - 9/2 + 9/2
= 2013 + √( &〖(4-9/2)^2〗^ ) + 9/2
= 2013 + √( &〖(4^2-2x4x (9/2)+(9/2)^2〗^ )) + 9/2
= 2013 + √( &〖(16-36+(9/2)^2〗^ )) + 9/2
= 2013 + √( &〖(25-45+(9/2)^2〗^ )^ ) + 9/2
= 2013 + √( &〖(5^2-2x5x (9/2)+(9/2)^2〗^ )) + 9/2
= 2013 + √( &〖(5-9/2)^2〗^ ) + 9/2
= 2013 + 5 - 9/2 + 9/2
= 2018
怎麼樣？它當然是錯誤的。可是錯在哪裡呢？如果您能在幾秒鐘內確定它為什麼錯，那也應該很容易看穿愛因斯坦所犯的錯誤。（答案在書內找）
宇宙的宏大，讓人深感自身的渺小。當費盡心機地自以為竊得幾絲天機，卻發現竟然是思想過度的迷幻，真讓人無比難堪啊！
當陽光照亮我們周圍的細節時，我們把遠山近樹納入掌握之中，卻被這照亮我們的光明把宇宙的面目完全遮蔽。當宇宙的部分眾星向我們展露容顏時，我們卻沒有足夠的能量去發現和觀察周遭的細節，一切都掩蓋在黑暗中。
我們努力探索，卻只感到自身的渺小和造物主的偉大！
接近認識宇宙終極真理的大話不是隨便可以說的。作為腳踏實地的科學人，在掌握一定的旅行速度，和有一定的能力，能夠真正看清宇宙露給我們的幾許真容之前，我們還是得踏踏實實地沿著基本的科學道理築成的道路艱苦攀登。
空間虛無縹緲，時間撲朔迷離。
古往今來，多少聖賢哲人，從各種不同角度來描畫它們。有深奧有清淺，有具體有抽象。誰言其本質？
猶記得霍金先生在他的《時間簡史》一書中說的：“迄今，大部分科學家太忙於發展描述宇宙為何物的理論，以至於沒工夫去過問為什麼的問題。另一方面，以尋根究底為己任的哲學家不能跟得上科學理論的進步。在18世紀，哲學家將包括科學在內的整個人類知識當作他們的領域，並討論諸如宇宙有無開初的問題。然而，在19和20世紀，科學變得對哲學家，或除了少數專家以外的任何人而言，過於技術性和數學化了。哲學家如此地縮小他們的質疑的範圍，以至於連維特根斯坦——這位本世紀最著名的哲學家都說道：“哲學僅餘下的任務是語言分析。”這是從亞里斯多德到康得以來哲學的偉大傳統的何等的墮落！”
這是赤裸裸地利用現代科學的偉大成就來抹殺不同觀點，用他的錯誤“科學”來踐踏哲學，以自命正確的錯誤來藐視其他人的學說。從某種意義上來說，這比焚燒布魯諾的那把火還要糟糕得多！可惜如前所述，他並不比其他學者高明，宇宙學家的以空想相對論為基礎的時空觀更是錯得離譜。但因為穿上了皇帝的新衣的空想相對論，以科學的名義統治了科學界，因為世界進入科學至上的時代，人們竟然不能辯解反駁，只能任由錯誤的時空觀橫掃一切不同思想。是時候拋棄錯誤讓真理回歸的時候了。
是該撥亂反正的時候了。
我在本書中開個頭，指出錯誤，辨明方向，拿出一個粗糙的理論框架。可能是錯誤的，可能是違背真理的。但是，那沒有關係。我只想在這亂紛紛的被相對性概念彎折得糊糊塗塗的時空裡，開闢一條清晰的小道，構建一個更科學的模型。
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