時間簡史續(xù)編

前言

　　我寫《時間簡史》時最主要的目的，是要告訴大家在理解制約宇宙的 定律方面當代最新的進展。如果能用一種簡單的方式而且不用方程式來解 釋這些基本觀念，我想別人也會感到和我一樣的興奮和贊嘆。我聽說，每 用一道方程式都會使書的銷售數(shù)目減半。但是這沒有關系。如果你要做統(tǒng) 計就必須用到方程式，不過這些是數(shù)學枯燥的部分。大多數(shù)有趣的觀念用 文字或圖畫就能表達了。 我當然希望該書會成功并可獲得適量的金錢。我在1982年開始寫此書 時，是想為我女兒的學費做些籌備。然而我從未想到這本書會這么成功。 從1988年4月愚人節(jié)首版以來，此書已在世界各地被翻譯成30種文字，并出 售了大約550萬冊。這也就是說，在全世界平均每900名男女老幼就擁有一 冊。為什么所有這些人都要買它呢?有許多人試圖解釋這種現(xiàn)象。有些意見 認為，人們雖然買這本書，但是實際上并不讀，懂的人就更少了。有人認 為他們只是要讓人家看到他們有這本書，或者幽憂人認為他們以擁有該書 而感到自我安慰，因為不必努力閱讀就能擁有知識。 也許我不是客觀的仲裁者，但是我認為這不是全部真相。不管我到全 世界的任何地方旅行，人們總會上前來告訴我，他們是如何地欣賞這本書 。這些人都是一般人，不是愛趕時髦的那種人或是科學怪人。他們之中大 多數(shù)似乎都讀過這本書，有些人還讀了許多遍。他們也許不能理解所讀的 每一處細節(jié)。如果他們能的話，就已經(jīng)有資格開始攻讀理論物理的博士學 位了。但是，我希望他們感到與一些重大的物理問題之間并沒有隔閡，而 且如果他們努力一下就能理解得更多。我認為有些批評者過于自命不凡， 貶低了一般大眾。這些批評者自以為非常聰明，如果連他們都不能完全理 解我的書，則凡人就更沒指望了。 對于一本書而言，雖然銷售550萬冊是偉大的成功，但仍然只觸及一小 部分人類。電影和電視才是接觸更廣大讀者的唯一途徑。這就是在本書初 版6個月后，高登·弗利曼找我來拍一部電影時，我也就欣然接受的原因。 我曾想象這部影片會是幾乎全部有關科學并附大量圖解的紀錄影片。然而 ，當他們開始制作時，整部影片像是變成全部有關我的生平的傳記，而很 少涉及科學。當我表示不滿時，他們告訴我：你心目中的這類電影只能吸 引少數(shù)人，為了吸引廣大觀眾，必須把科學和你生平結合在一起。我半信 半疑。我以為這只是一個借口，用來達到拍攝傳記片的目的，這是我早先 曾否決過的事情。和導演埃洛爾·莫雷斯共事的經(jīng)驗使我信服：在電影界 他算是鳳毛麟角的相當正直的人。如果有任何人選能制作一部人人想看而 又不失原書宗旨的電影，則非他莫屬。 這本《時間簡史續(xù)編》是為了提供背景知識給原書的讀者或這部影片 的觀眾。這本書比影片容納了更多的資料，并包含影片中的照片和影片中 科學思想的闡釋。此書是原書之電影之書。我不知道，他們是否在計劃一 部原書之電影之書之電影。 史蒂芬·霍金 1992年1月

內容概要

被全世界廣泛尊為愛因斯坦以來最偉大的理論物理學家史蒂芬·霍金教授的科學名著《時間簡史》是一項世界出版奇跡。其印數(shù)在1000萬冊以上，被翻譯成近40種語言文字。    現(xiàn)在，從獲獎電影記錄片《時間簡史》而產(chǎn)生了本書——《時間簡史續(xù)編》，不信反映了電影，而且在內容上有重要的大量的擴充。本書是為那些想要更多地了解霍金教授的生平其及學說的讀者而編的。    本書以坦白真摯的私人訪談的形式，敘述了霍金教授的生命歷程和研究工作，展現(xiàn)了在他巨大的理論架構后面那位真實的“人”。他的母親與妹妹敘述他的少年時期及成年后的情景。中學同學及牛津物理系同學親密幽默地回憶他們在學校的懶散日子。牛津與劍橋的師長記得他是一位絕頂聰明卻不能忍受傳統(tǒng)學習方式的年輕人。他的同學及物理學家同行描述了他們及霍金研究工作的一些觀念，顯示出霍金教授的學說備受尊崇。

作者簡介

史蒂芬·霍金（Stephen W.Hawing），出生于伽利略逝世的周年紀念日，英國理論物理學家，《時間簡史》一書的作者，被尊崇為繼愛因斯坦以來最杰出的理論物理學家。
    胡小明，1947年出生于無錫，1970年畢業(yè)于清華大學，之后任教于中國科技大學，在劍橋卡文迪許實驗室作

書籍目錄

前言 譯者序 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 語錄 跋 小辭典

章節(jié)摘錄

　　安東尼·赫維許 當射電望遠鏡首次從宇宙獲得射電波時，其裝置還是非常粗糙的。人 們在加州的巴勒摩利用大型光學望遠鏡把第一個輻射射電波的星系認證出 來時，真是令人激動。這些奇怪的物體，那時我們還不知道是什么，是在 天空發(fā)射射電波的點?？墒?，它們是什么呢?它們不是太陽，也不是任何已 知的恒星。 人們發(fā)現(xiàn)用光學望遠鏡只能看到一個暗淡的斑點。我們知道這個斑點 實際上是一類以前從未看到過的星系，距離我們大約10億光年。這樣，我 們利用簡易的儀器就能發(fā)現(xiàn)極其遙遠的星系，所看到的是10億年前的歷史 。很明顯，如果我們用更好的裝置，就可以檢測到比這種用射電望遠鏡觀 測到的更暗淡的，也就是更遠的物體。 這樣一來，向時間的過去方向回溯宇宙的歷史，從而用來檢驗相互競 爭的各種宇宙論便成為理所當然。在這以前，宇宙論只是理論家之間的戰(zhàn) 爭。而現(xiàn)在它成為我們可以稱之為觀察的科學，某種我們可以真正觀察到 的東西。 我們現(xiàn)在可以看到太空的更深處，掀開簾幕使我們看到了宇宙的過去 。 當你往時間的過去方向觀測所發(fā)現(xiàn)的這類射電星系的數(shù)目，比霍伊爾 、邦迪和高爾德的穩(wěn)態(tài)宇宙理論所能包容的數(shù)目多得多。在穩(wěn)態(tài)理論的宇 宙中，恒星和星系一面形成，一面衰變?？墒请S著宇宙的膨脹，必須添加 上物質，使之形成新的恒星和星系，才能使宇宙的圖像平均來說在不同時 間顯得是同樣的，這一點大家都同意。如果宇宙處于一種穩(wěn)態(tài)，一種平衡 ，只要你愿意在不同時刻觀測它的話，它應該在平均上顯得不變。這樣， 如果你觀測非常遙遠的物體，那么你就能看到時間的過去，就能看到宇宙 的過去和現(xiàn)在是否相同。 從射電望遠鏡得到的第一個結果暗示我們，我們有一個非常不同的宇 宙。它具有的射電星系數(shù)目比一個光滑的、穩(wěn)態(tài)的宇宙所應有的多得多。 因此宇宙不是處于一種連續(xù)創(chuàng)造的狀態(tài)。它更顯得是隨著時間演化。 射電星系的研究看來非常明確地指出，宇宙具有演化的歷史。這在 1965年獲得了戲劇性的證實。美國的阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜用 他們的射電望遠鏡接收到宇宙背景輻射。這是從創(chuàng)造宇宙的熱大爆炸遺留 下來的殘余熱輻射。它證實了宇宙不能處于穩(wěn)態(tài)。 他們的射電望遠鏡收到的微弱熱輻射非常冷，它對應于剛好比三度開 爾文更低的溫度的天空背景，這的確是非常冷。但是如果你在宇宙學中弄 清這些輻射的起源，它就告訴你宇宙的過去一度曾經(jīng)是不可想象地熾熱， 其溫度為幾百萬度。我們現(xiàn)在所接收到的只是一種殘余，是宇宙極早期的 輻射化石。這些和大爆炸——也就是由突然倉q造引起大爆炸的思想相符。 從我們接收到的這種輻射化石說明了：在遙遠的過去存在一個非常熱 、非常緊密的宇宙?；蛘叽致缘刂v，你可想象這是一種開啟萬物生涯的宇 宙爆炸。我們現(xiàn)在看到它正隨著時間膨脹并逐漸冷卻下來。 鄧尼斯·西鬩瑪 我還記得在劍橋的有關脈沖星的學術報告會。我想那次演講的題目《 一種新的射電源族》是很乏味的。安東尼·赫維許準備演講。但是謠傳說 ，它不僅僅是什么枯燥的射電源新族，而是某種更壯觀的、更瑰麗的東西 。會議從通常的射電天文學家教室移到一間非常大的演講廳，還是被擠得 水泄不通。這個謠言流傳得很廣。 脈沖星就是在這次會議上第一次發(fā)表的。關于它們究竟是什么，進行 了一些討論；很顯然，它們必須是非常緊密的物體，可是不清楚它們是否 為白矮星，這種非常緊密的物體雖然非常奇異，卻是天文學家非常熟悉的 。它們或許是所謂的中子星。它們比白矮星緊密得多，或者可以說幾乎處 于黑洞狀態(tài)。這花了幾個月的時間才討論清楚。托馬斯·高爾德，這位早 先和霍伊爾以及邦迪在劍橋的合作者，首次清晰地論證：脈沖星只能是旋 轉的中子星，而不是別的什么東西。 這樣，過去純粹是理論的構造，而且從未被天文學家認真看待過的緊 密物體，忽然間變成全世界射電天文學家都能觀測到的、處于某類射電源 中心的物體。此外，由于中子星幾乎是處于黑洞的條件，中子星的半徑只 比同等質量黑洞的半徑大幾倍，那些認真接受黑洞概念的人因此信心百倍 。 安東尼·赫維許 回到20世紀30年代，當詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)中子時，人們用計算推 測出一種非常奇怪的物體。引力是一種極其巨大的力量。一顆恒星把燃料 用光時，引力甚至就會把該恒星從太陽尺度凝聚成直徑只有幾英里的球， 把恒星中的大部分物質轉變成這些中子。它似乎把物體壓扁、使之不存在 ，把正負電荷擠壓得如此緊密，使它們聚合成新類型的粒子。 這樣，人們猜想中子星也許存在。我在劍橋進行的實驗真正直接導致 這類物體的發(fā)現(xiàn)。這真是很幸運。我所設計的實驗，實際上是用于觀察類 星體。我發(fā)現(xiàn)，如果通過太陽大氣來觀看某些射電星系，它們就會像恒星 一樣閃爍。但是，這只有當它們具有典型的類星體不可思議的緊密尺度時 才會發(fā)生。類星體是功率極大的星系，可是它們的能源來自，于它們中間 非常微小的體積。它們是如此高度緊密的物體，以至于用射電望遠鏡觀測 時也是非常小的，人們正是透過這種閃爍現(xiàn)象來鑒別它們。它是正常擴展 的射電星系呢，還是在它當中具有某種緊密結構的東西? 所以我設計了一種射電望遠鏡，它不像過去的射電天文學中見到的任 何東西；它是用來觀察這種閃爍效應的，這顯示它具有和任何其他東西完 全不相像的性質。它在長波段工作；我們反復地觀測天空，為了尋找起伏 的源。沒過多久，我們就接收到這種脈沖。望遠鏡的參數(shù)剛好調到適合于 接收脈沖，這是我們的運氣。 這些脈沖星被歸結成旋轉的中子星。這個發(fā)現(xiàn)是在1967年進行的，而 在1968年廣為人知。那時候我們不知道它們是什么，但是它們必須很小才 行。我在第一篇發(fā)表的文章中建議，這是振動中子星，或者是振動白矮星 ，但是中子星的可能性更大些。這種想法在12個月后得到證實，中子星從 此進入了天體物理的領域。 這一切是如此激動人心。我指的是，誰會夢想到你會從天空接收到似 乎是智慧的信號呢?天空中究竟什么東西在發(fā)射脈沖呢?我們考慮了所有種 類的事物，再加以排除，譬如說未知的美國飛機或者從月亮反射回來的信 號等。這些局部的可能性都被排除后，我開始認真地思索，我們也許首次 接收到真正的、智慧的信號，這是從某個天外文明來的信號，我們將其稱 為“小綠人”。 然而，我的研究生約瑟琳·貝爾進一步檢查記錄，使我們得到了越來 越多的這種脈沖信號，最后事情變得清楚了：我們必須去尋求其他解釋， 它不是小綠人，盡管我有一陣把它當真，你不能輕易地把它趕走。 這正如一則偵探故事：結果只有一個答案，也就是說，只有一個犯罪 的人。把行星運動排除了之后，我就知道，脈沖不能來自于一個行星。該 脈沖非常狹窄，這顯示該發(fā)射物體非常小。由于從大物體不同部分來的輻 射旅行時間不同，因此你不能指望它發(fā)射出短的、尖銳的脈沖。它必須是 某種非常緊密的東西，必須是尺度比幾千公里更小的物體，而且在恒星那 樣遠的地方。 P67-72

編輯推薦

　　宇宙學是當代發(fā)展最神速的尖端科學前沿之一。人類對宇宙的關注可以追溯到文明的開端，而人們對宇宙的神秘感可以說是與生俱來?；艚鸬摹稌r間簡史》在全世界受歡迎的程度便是最有力的證明?！　‘敶钪鎸W家經(jīng)過十年的努力，建立了量子宇宙學的新學科?；艚鸷退暮献髡咛岢龅挠钪鏌o邊界設想是它的一塊基石。它在雙重意義上回應了宇宙學的挑戰(zhàn)。第一，宇宙是包容一切的，在它的外面不能有任何東西，甚至應該說，它沒有外面。第二，宇宙是唯一的，它不是可以任意賦予初始條件或邊界條件的一般系統(tǒng)。宇宙的演化服從科學定律表明理論的自洽性，而宇宙的無邊界性表明理論的自足性?！　』艚鸷团砹_斯的奇性定理表明只能用量子物理來描述宇宙。宇宙的波函數(shù)可以避免空間———時間奇性。時間概念在宇宙之外沒有任何意義，而在宇宙的開端遭受劇烈的改變。為了排斥宇宙之外存在觀察者的需要，人們還必須在量子物理中用離折過程來取代半個世紀以來沿用的哥本哈根解釋。宇宙學歷來是孕育新觀念和新思想的搖籃，它的每一個新成果都會對人類的傳統(tǒng)產(chǎn)生震撼，這種現(xiàn)象將會貫穿于人類文明的整個過程。宇宙學當前面臨的最大問題是宇宙的存在性。　　作為宇宙學不可爭議的權威，霍金的研究成就和生平一直吸引著廣大的讀者，影片《時間簡史》和本書《時間簡史續(xù)編》正由此應. 運而生。對于非科學專業(yè)的讀者，這是享受人類文明成果的好機會。而對于各領域的專家，本書無疑是他們寶貴靈感的源泉之一。這就是我們翻譯本書的初衷。

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