出版時(shí)間:2010-4 出版社:湖南科學(xué)技術(shù)出版社 作者:[英] 史蒂芬·霍金 頁(yè)數(shù):243 譯者:許明賢,吳忠超
Tag標(biāo)簽:無(wú)
前言
宇宙論是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科。作為宇宙里高等生物的人類(lèi)不會(huì)滿足于自身的生存和種族的綿延,還一代代不懈地探索著存在和生命的意義。但是,人類(lèi)理念的進(jìn)化是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德—托勒密的地心說(shuō)到哥白尼一伽利略的日心說(shuō)的演化就花了2000年的時(shí)間。令人吃驚的是,盡管人們知道世間的一切都在運(yùn)動(dòng),只是到了20世紀(jì)20年代因哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移定律后,宇宙演化的觀念才進(jìn)入人類(lèi)的意識(shí)。人們甚至從來(lái)沒(méi)有想到過(guò)宇宙還會(huì)演化。牛頓的萬(wàn)有引力定律表明,宇宙的物質(zhì)在引力作用下不可能處于穩(wěn)定的狀態(tài)。
內(nèi)容概要
史蒂芬·霍金生于1942年,他的生日恰好與伽利略去世的紀(jì)念日是同一天。他現(xiàn)任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)系教授教席(這一職位曾由艾薩克·牛頓擔(dān)任)。他被譽(yù)為繼愛(ài)因斯坦后最杰出的理論物理學(xué)家。他于1993年出版了《霍金講演錄——黑洞、嬰兒宇宙及其他》。這本書(shū)是理論物理學(xué)方面的經(jīng)典著作,其中的內(nèi)容已被許多科學(xué)論文和書(shū)籍引用。
史蒂芬·霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》自1988年首版以來(lái)的歲月里,已成為全球科學(xué)著作的里程碑。它被翻譯成40種文字,銷(xiāo)售了近1000萬(wàn)冊(cè),成為國(guó)際出版史上的奇觀。該書(shū)內(nèi)容是關(guān)于宇宙本性的最前沿知識(shí),但是從那以后無(wú)論在微觀還是宏觀宇宙世界的觀測(cè)技術(shù)方面都有了非凡的進(jìn)展。這些觀測(cè)證實(shí)了霍金教授在該書(shū)第一版中的許多理論預(yù)言,其中包括宇宙背景探險(xiǎn)者衛(wèi)星(COBE)的最近發(fā)現(xiàn),它在時(shí)間上回溯探測(cè)到離宇宙創(chuàng)生的30萬(wàn)年之內(nèi),并顯露了他所計(jì)算的在時(shí)空結(jié)構(gòu)中的漣漪。
作者簡(jiǎn)介
史蒂芬·霍金出生于1942年,他的生日恰好是伽利略逝世三百年忌日。他現(xiàn)任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授(這一教席曾由艾薩克·牛頓所任)。他廣被推崇為繼愛(ài)因斯坦后最杰出的理論物理學(xué)家。他的其他兩部主要著作是《霍金講演錄——黑洞、嬰兒宇宙及其他》和《果殼中的宇宙》。
書(shū)籍目錄
前言
第一章 我們的宇宙圖像
第二章 空間和時(shí)間
第三章 膨脹的宇宙
第四章 不確定性原理
第五章 基本粒子和自然的力
第六章 黑洞
第七章 黑洞不是這么黑的
第八章 宇宙的起源和命運(yùn)
第九章 時(shí)間箭頭
第十章 蟲(chóng)洞和時(shí)間旅行
第十一章 物理學(xué)的統(tǒng)一
第十二章 結(jié)論
阿爾伯特·愛(ài)因期坦
伽利略·伽利雷
艾薩克·牛頓
章節(jié)摘錄
膨脹的宇宙如果在一個(gè)清澈的、無(wú)月的夜晚仰望星空,能看到的最亮的星體最可能是金星、火星、木星和土星這幾顆行星,還有巨大數(shù)目的類(lèi)似太陽(yáng)但離開(kāi)我們遠(yuǎn)得多的恒星。事實(shí)上,當(dāng)?shù)厍蚶@著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí),某些固定的恒星相互之間的位置確實(shí)起了非常微小的變化——它們不是完全固定不動(dòng)的!這是因?yàn)樗鼈兙嚯x我們相對(duì)近一些。當(dāng)?shù)厍蚶@著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí),相對(duì)于更遠(yuǎn)處的恒星的背景,我們從不同的位置觀測(cè)它們(圖3.1)。這是幸運(yùn)的,因?yàn)樗刮覀兡苤苯訙y(cè)量這些恒星離開(kāi)我們的距離,它們離我們?cè)浇惋@得移動(dòng)得越多。最近的恒星叫做普羅希馬半人馬座,它離我們大約4光年那么遠(yuǎn)(從它發(fā)出的光大約花4年才能到達(dá)地球),也就是大約23萬(wàn)億英里的距離。大部分其他可用肉眼看到的恒星離開(kāi)我們的距離均在幾百光年之內(nèi)。與之相比,太陽(yáng)僅僅在8光分那么遠(yuǎn)!可見(jiàn)的恒星散布在整個(gè)夜空,但是特別集中在一條稱(chēng)為銀河的帶上。遠(yuǎn)在公元1750年,就有些天文學(xué)家建議,如果大部分可見(jiàn)的恒星處在一個(gè)單獨(dú)的碟狀的結(jié)構(gòu)中,則銀河的外觀可以得到解釋。碟狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子,便是今天我們叫做螺旋星系的東西。只有在幾十年之后,天文學(xué)家威廉·赫歇爾爵士才非常精心地對(duì)大量的恒星的位置和距離進(jìn)行編目分類(lèi),從而證實(shí)了自己的觀念。即便如此,這個(gè)思想在本世紀(jì)初才完全被人們接受。 1924年,我們現(xiàn)代的宇宙圖像才被奠定。那是因?yàn)槊绹?guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃證明了,我們的星系不是惟一的星系。事實(shí)上,還存在許多其他的星系,在它們之間是巨大的空虛的太空。為了證明這些,他必須確定這些星系的距離。這些星系是如此之遙遠(yuǎn),不像鄰近的恒星那樣,它們確實(shí)顯得是固定不動(dòng)的。所以……
媒體關(guān)注與評(píng)論
走近霍金宇宙論是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科。作為宇宙里高等生物的人類(lèi)不會(huì)滿足于自身的生存和種族的綿延,還一代代不懈地探索著存在和生命的意義。但是,人類(lèi)理念的進(jìn)化是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德——托勒密的地心說(shuō)到哥白尼——伽利略的日心說(shuō)的演化就花了2000年的時(shí)間。令人吃驚的是,盡管人們知道世間的一切都在運(yùn)動(dòng),只是到了20世紀(jì)20年代因哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移定律后,宇宙演化的觀念才進(jìn)入人類(lèi)的意識(shí)。人們甚至從來(lái)沒(méi)有想到過(guò)宇宙還會(huì)演化。牛頓的萬(wàn)有引力定律表明,宇宙的物質(zhì)在引力作用下不可能處于穩(wěn)定的狀態(tài)。即使在愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中,情況也好不到哪兒去,為了得到一個(gè)穩(wěn)定的宇宙模型,他曾將宇宙常數(shù)引進(jìn)理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩(wěn)定的宇宙模型。可見(jiàn),宇宙演化的觀念并不是產(chǎn)生于這些天才的頭腦之中。可以公平地說(shuō),哈勃的觀測(cè)標(biāo)志著現(xiàn)代宇宙論的誕生。哈勃發(fā)現(xiàn),從星系光譜的紅移可以推斷,越遠(yuǎn)的星系以越快的速度離開(kāi)我們而去,這表明整個(gè)宇宙處于膨脹的狀態(tài)。從時(shí)間上倒溯到過(guò)去,估計(jì)在100億到2O0億年前曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一樁開(kāi)天辟地的大事件,即宇宙從一個(gè)極其緊致極熱的狀態(tài)中大爆炸而產(chǎn)生。伽莫夫在1948年發(fā)表的一篇關(guān)于熱大爆炸模型的文章中作出了一個(gè)驚人的預(yù)言,早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周?chē)?,不過(guò)由于宇宙膨脹引起的紅移,其絕對(duì)溫度只余下幾度左右。在這種溫度下,輻射是處于微波的波段。然而,在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙微波背景輻射之前,人們并不認(rèn)真對(duì)待此預(yù)言。一般認(rèn)為,愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是用于描述宇宙演化的正確的理論。在經(jīng)典廣義相對(duì)論的框架里,霍金和彭羅斯證明了,在很一般的條件下,時(shí)空一定存在奇點(diǎn),最著名的奇點(diǎn)即是黑洞里的奇點(diǎn)以及宇宙大爆炸處的奇點(diǎn)。在奇點(diǎn)處,所有定律以及可預(yù)見(jiàn)性都失效。奇點(diǎn)可以看成空間時(shí)間的邊緣或邊界。只有給定了奇點(diǎn)處的邊界條件,才能由愛(ài)因斯坦方程得到宇宙的演化。由于邊界條件只能由宇宙外的造物主所給定,所以宇宙的命運(yùn)就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時(shí)代起一直困擾人類(lèi)智慧的第一推動(dòng)問(wèn)題如果時(shí)空沒(méi)有邊界,則就不必勞駕上帝進(jìn)行第一推動(dòng)了。這只有在量子引力論中才能做到?;艚鹫J(rèn)為宇宙的量子態(tài)是處于一種基態(tài),可把時(shí)空看成一個(gè)有限無(wú)界的四維面,正如地球的表面一樣,只不過(guò)多了兩維而已。宇宙中的所有結(jié)構(gòu)都可歸結(jié)于量子力學(xué)的不確定性原理所允許的最小起伏。從一些簡(jiǎn)單的模型計(jì)算可得出和天文觀測(cè)相一致的推論,如星系、恒星等等的成團(tuán)結(jié)構(gòu),大尺度的各向同性和均勻性,時(shí)空的平性,即空間基本上是平坦的,并因此才使得星系乃至生命的發(fā)展成為可能,還有時(shí)間的方向箭頭等等?;艚鸬牧孔佑钪嬲摰囊饬x在于它真正使宇宙論成為一門(mén)成熟的科學(xué)。它是一個(gè)自足的理論,即在原則上,單憑科學(xué)定律我們便可以將宇宙中的一切都預(yù)言出來(lái)。本書(shū)作者是當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論家和宇宙論家。20世紀(jì)70年代他和彭羅斯一道證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。他還證明了黑洞的面積定理,即隨著時(shí)間的增加黑洞的面積不減。這很自然使人將黑洞的面積和熱力學(xué)的嫡聯(lián)系在一起。1973年,他考慮黑洞附近的量子效應(yīng),發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)像黑體一樣發(fā)出輻射。其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比,這樣黑洞就會(huì)因?yàn)檩椛涠冃。鴾囟葏s越變?cè)礁撸宰詈笠豢痰谋ǘ娼K。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義,它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)一在一起。1974年以后,他的研究轉(zhuǎn)向量子引力論。雖然人們還沒(méi)有得到一個(gè)成功的理論,但它的一些特征已被發(fā)現(xiàn)。例如,時(shí)空在普郎克尺度(10-33厘米)下不是平坦的,而是處于一種泡沫的狀態(tài)。在量子引力中不存在純態(tài),因果性受到破壞,因此使不可知性從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理、量子統(tǒng)計(jì)物理提高到了量子引力的第三個(gè)層次。1980年以后,他的興趣轉(zhuǎn)向量子宇宙論。本書(shū)的副標(biāo)題是從大爆炸到黑洞?;艚鹫J(rèn)為他一生的貢獻(xiàn)是,在經(jīng)典物理的框架里,證明了黑洞和大爆炸奇點(diǎn)的不可避免性,黑洞越變?cè)酱?;但在量子物理的框架里,他又指出,黑洞?guó)輻射而越變?cè)叫?,大爆炸的奇點(diǎn)不但被量子效應(yīng)所抹平,而且整個(gè)宇宙正是起始于此。理論物理學(xué)的細(xì)節(jié)在未來(lái)的20年中還會(huì)有變化,但就觀念而言,現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)完備了?;艚鸬纳绞欠浅8挥袀髌嫘缘?。在科學(xué)成就上,他是有史以來(lái)最杰出的科學(xué)家之一,他的貢獻(xiàn)是在他20年之久被盧伽雷病禁銅在輪椅上的情況下做出的,這真正是空前的。因?yàn)樗呢暙I(xiàn)對(duì)于人類(lèi)的觀念有深遠(yuǎn)的影響,所以媒介早已有許多關(guān)于他如何與全身癱瘓作搏斗的描述。盡管如此,譯者之一于1979年第一回見(jiàn)到他時(shí)的情景至今還歷歷在目。那是第一次參力。劍橋霍金廣義相對(duì)論小組的討論班時(shí),門(mén)打開(kāi)后,忽然腦后響起一種非常微弱的電器的聲音,回頭一看,只見(jiàn)一個(gè)骨瘦如柴的人斜躺在電動(dòng)輪椅上,他自己驅(qū)動(dòng)著電開(kāi)關(guān)。譯者盡量保持禮貌而不顯出過(guò)分吃驚,但是他對(duì)首次見(jiàn)到他的人對(duì)其殘廢程度的吃驚早已習(xí)慣。他要用很大努力才能舉起頭來(lái)。在失聲之前,只能用非常微弱的變形的語(yǔ)言交談,這種語(yǔ)言只有在陪他工作、生活幾個(gè)月后才能通曉。他不能寫(xiě)字,看書(shū)必須依賴于一種翻書(shū)頁(yè)的機(jī)器,讀文獻(xiàn)時(shí)必須讓人將每一頁(yè)攤平在一張大辦公桌上,然后他驅(qū)動(dòng)輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁(yè)閱讀。人們不得不對(duì)人類(lèi)中居然有以這般堅(jiān)強(qiáng)意志追求終極真理的靈魂從內(nèi)心產(chǎn)生深深的敬意。每天他必須驅(qū)動(dòng)輪椅從他的家——?jiǎng)蛭髀?號(hào),經(jīng)過(guò)美麗的劍河、古老的國(guó)王學(xué)院駛到銀街的應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的辦公室。該系為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。在富有學(xué)術(shù)傳統(tǒng)的劍橋大學(xué),他目前擔(dān)任著也許是有史以來(lái)最為崇高的教授職務(wù),那是牛頓和狄拉克擔(dān)任過(guò)的盧卡斯數(shù)學(xué)教授。本書(shū)譯者之一曾受教于霍金達(dá)4年之久,并在他的指導(dǎo)下完成了博士論文。從他對(duì)譯者私事的幫助可以體會(huì)到,他是一位富有人情味的人。此書(shū)即是受霍金之托而譯成中文,以供占人類(lèi)五分之一的人口了解他的學(xué)說(shuō)。許明賢 吳忠超我們從何而來(lái)?宇宙為何是這樣的? / 霍金我沒(méi)有為《時(shí)間簡(jiǎn)史》的初版寫(xiě)前言??枴ど硨鶎?xiě)了一個(gè)前言。取而代之,我寫(xiě)了簡(jiǎn)短的《感謝》,人們建議我感謝每一個(gè)人。有些支持過(guò)我的基金會(huì)不高興;由于我提到它們而收到大量申請(qǐng)。我以為沒(méi)有一個(gè)人,包括我的出版人,我的代理人甚至我自己能預(yù)料到,這本書(shū)會(huì)賣(mài)得這么好。它榮登倫敦《星期日時(shí)報(bào)》暢銷(xiāo)書(shū)榜達(dá)237周之久,這比任何其他書(shū)都長(zhǎng)(圣經(jīng)和莎士比亞的書(shū)當(dāng)然不算在內(nèi))。它被翻譯成四十多種語(yǔ)言,并且在全世界每750名先生、女士以及兒童中都有一本。正如微軟的納珍·米爾伏德(我的前博士后)評(píng)論的:我關(guān)于物理的著作比瑪當(dāng)娜關(guān)于性的書(shū)還更暢銷(xiāo)?!稌r(shí)間簡(jiǎn)史》的成功,說(shuō)明人們對(duì)重大問(wèn)題具有廣泛的興趣。那就是:我們從何而來(lái)嚀宙為何是這樣的?我想趁此機(jī)會(huì)增訂本書(shū),并把從它初版(1988年4月愚人節(jié))以來(lái)新的理論和觀測(cè)結(jié)果包括進(jìn)去。我增加了蟲(chóng)洞和時(shí)間旅行的嶄新的一章。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論似乎為我們提供創(chuàng)生和維持蟲(chóng)洞的可能性,那是連接時(shí)空中不同區(qū)域的細(xì)管。如是,我們也許可以利用它們?cè)谛窍抵g看良行或者在時(shí)間中旅行到過(guò)去。當(dāng)然,我們從未邂逅來(lái)自未來(lái)的人(也許我們?cè)?jīng)有過(guò))。對(duì)此,我將給出一種可能的解釋。我還描述了近年在尋求“對(duì)偶性”或表現(xiàn)不同的物理理論之間的對(duì)應(yīng)方面的進(jìn)展。這些對(duì)應(yīng)強(qiáng)烈地表明,存在一種完整的統(tǒng)一的物理理論。但是它們也暗示,也許不可能用一個(gè)單獨(dú)的基本表式將這個(gè)理論描述出來(lái)。相反地,在不同的情形下,我們必須使用基本理論的不同的影像。這和描繪地球表面很相似,人們不能用一張單獨(dú)的地圖,在不同區(qū)域必須用不同的地圖來(lái)代表。這就變革了我們科學(xué)定律的統(tǒng)一觀。但是它并沒(méi)有改變最重要的觀點(diǎn):宇宙是由一族可被我們發(fā)現(xiàn)并理解的合理的定律所制約。在觀測(cè)方面,迄今最重要的發(fā)展是由COBE(宇宙背景探險(xiǎn)者衛(wèi)星)和合作者測(cè)量的宇宙微波背景起伏。這些起伏是宇宙創(chuàng)生以及在它光滑均勻的早期階段中微小的初始無(wú)規(guī)性的指紋。這些無(wú)規(guī)性后來(lái)成長(zhǎng)為星系、恒星以及在我們周?chē)吹降乃薪Y(jié)構(gòu)。起伏的形式和無(wú)邊界宇宙設(shè)想的預(yù)言相吻合。無(wú)邊界設(shè)想是講,在虛時(shí)間方向宇宙沒(méi)有邊界或者邊緣。為了區(qū)分這個(gè)設(shè)想以及對(duì)背景中起伏其他可能的解釋?zhuān)€需要進(jìn)一步的觀測(cè)。然而,我們?cè)趲啄曛畠?nèi)就應(yīng)能知道,我們是否生活在一個(gè)完全自足的無(wú)始無(wú)終的宇宙之中。史蒂芬·霍金1996年5月,于劍橋
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《時(shí)間簡(jiǎn)史(插圖本)》:史蒂芬·霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》自1988年首版以來(lái)的歲月里,已成為全球科學(xué)著作的里程碑。它被翻譯成40種文字,銷(xiāo)售了近1000萬(wàn)冊(cè),成為國(guó)際出版史上的奇觀。插圖本全面更新了原書(shū)的內(nèi)容,把許多觀測(cè)揭示的新知識(shí),以及霍金最新的研究納入該書(shū),并配以大量(250幅)照片和電腦制作的三維和四維空間圖?;艚鹪粺o(wú)得意地引用評(píng)論者的話說(shuō)道:“我關(guān)于物理的著作比麥當(dāng)娜關(guān)于性的書(shū)還更暢銷(xiāo)?!辈恢肋@個(gè)插圖版本會(huì)使原來(lái)已經(jīng)非常巨大的銷(xiāo)售數(shù)字“膨脹”多少。
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走近霍金宇宙論是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科。作為宇宙里高等生物的人類(lèi)不會(huì)滿足于自身的生存和種族的綿延,還一代代不懈地探索著存在和生命的意義。但是,人類(lèi)理念的進(jìn)化是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德——托勒密的地心說(shuō)到哥白尼——伽利略的日心說(shuō)的演化就花了2000年的時(shí)間。令人吃驚的是,盡管人們知道世間的一切都在運(yùn)動(dòng),只是到了20世紀(jì)20年代因哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移定律后,宇宙演化的觀念才進(jìn)入人類(lèi)的意識(shí)。人們甚至從來(lái)沒(méi)有想到過(guò)宇宙還會(huì)演化。牛頓的萬(wàn)有引力定律表明,宇宙的物質(zhì)在引力作用下不可能處于穩(wěn)定的狀態(tài)。即使在愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中,情況也好不到哪兒去,為了得到一個(gè)穩(wěn)定的宇宙模型,他曾將宇宙常數(shù)引進(jìn)理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩(wěn)定的宇宙模型??梢?jiàn),宇宙演化的觀念并不是產(chǎn)生于這些天才的頭腦之中??梢怨降卣f(shuō),哈勃的觀測(cè)標(biāo)志著現(xiàn)代宇宙論的誕生。哈勃發(fā)現(xiàn),從星系光譜的紅移可以推斷,越遠(yuǎn)的星系以越快的速度離開(kāi)我們而去,這表明整個(gè)宇宙處于膨脹的狀態(tài)。從時(shí)間上倒溯到過(guò)去,估計(jì)在100億到2O0億年前曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一樁開(kāi)天辟地的大事件,即宇宙從一個(gè)極其緊致極熱的狀態(tài)中大爆炸而產(chǎn)生。伽莫夫在1948年發(fā)表的一篇關(guān)于熱大爆炸模型的文章中作出了一個(gè)驚人的預(yù)言,早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周?chē)?,不過(guò)由于宇宙膨脹引起的紅移,其絕對(duì)溫度只余下幾度左右。在這種溫度下,輻射是處于微波的波段。然而,在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙微波背景輻射之前,人們并不認(rèn)真對(duì)待此預(yù)言。一般認(rèn)為,愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是用于描述宇宙演化的正確的理論。在經(jīng)典廣義相對(duì)論的框架里,霍金和彭羅斯證明了,在很一般的條件下,時(shí)空一定存在奇點(diǎn),最著名的奇點(diǎn)即是黑洞里的奇點(diǎn)以及宇宙大爆炸處的奇點(diǎn)。在奇點(diǎn)處,所有定律以及可預(yù)見(jiàn)性都失效。奇點(diǎn)可以看成空間時(shí)間的邊緣或邊界。只有給定了奇點(diǎn)處的邊界條件,才能由愛(ài)因斯坦方程得到宇宙的演化。由于邊界條件只能由宇宙外的造物主所給定,所以宇宙的命運(yùn)就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時(shí)代起一直困擾人類(lèi)智慧的第一推動(dòng)問(wèn)題如果時(shí)空沒(méi)有邊界,則就不必勞駕上帝進(jìn)行第一推動(dòng)了。這只有在量子引力論中才能做到?;艚鹫J(rèn)為宇宙的量子態(tài)是處于一種基態(tài),可把時(shí)空看成一個(gè)有限無(wú)界的四維面,正如地球的表面一樣,只不過(guò)多了兩維而已。宇宙中的所有結(jié)構(gòu)都可歸結(jié)于量子力學(xué)的不確定性原理所允許的最小起伏。從一些簡(jiǎn)單的模型計(jì)算可得出和天文觀測(cè)相一致的推論,如星系、恒星等等的成團(tuán)結(jié)構(gòu),大尺度的各向同性和均勻性,時(shí)空的平性,即空間基本上是平坦的,并因此才使得星系乃至生命的發(fā)展成為可能,還有時(shí)間的方向箭頭等等。霍金的量子宇宙論的意義在于它真正使宇宙論成為一門(mén)成熟的科學(xué)。它是一個(gè)自足的理論,即在原則上,單憑科學(xué)定律我們便可以將宇宙中的一切都預(yù)言出來(lái)。本書(shū)作者是當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論家和宇宙論家。20世紀(jì)70年代他和彭羅斯一道證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。他還證明了黑洞的面積定理,即隨著時(shí)間的增加黑洞的面積不減。這很自然使人將黑洞的面積和熱力學(xué)的嫡聯(lián)系在一起。1973年,他考慮黑洞附近的量子效應(yīng),發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)像黑體一樣發(fā)出輻射。其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比,這樣黑洞就會(huì)因?yàn)檩椛涠冃。鴾囟葏s越變?cè)礁?,它以最后一刻的爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義,它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)一在一起。1974年以后,他的研究轉(zhuǎn)向量子引力論。雖然人們還沒(méi)有得到一個(gè)成功的理論,但它的一些特征已被發(fā)現(xiàn)。例如,時(shí)空在普郎克尺度(10-33厘米)下不是平坦的,而是處于一種泡沫的狀態(tài)。在量子引力中不存在純態(tài),因果性受到破壞,因此使不可知性從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理、量子統(tǒng)計(jì)物理提高到了量子引力的第三個(gè)層次。1980年以后,他的興趣轉(zhuǎn)向量子宇宙論。本書(shū)的副標(biāo)題是從大爆炸到黑洞?;艚鹫J(rèn)為他一生的貢獻(xiàn)是,在經(jīng)典物理的框架里,證明了黑洞和大爆炸奇點(diǎn)的不可避免性,黑洞越變?cè)酱?;但在量子物理的框架里,他又指出,黑洞?guó)輻射而越變?cè)叫。蟊ǖ钠纥c(diǎn)不但被量子效應(yīng)所抹平,而且整個(gè)宇宙正是起始于此。理論物理學(xué)的細(xì)節(jié)在未來(lái)的20年中還會(huì)有變化,但就觀念而言,現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)完備了。霍金的生平是非常富有傳奇性的。在科學(xué)成就上,他是有史以來(lái)最杰出的科學(xué)家之一,他的貢獻(xiàn)是在他20年之久被盧伽雷病禁銅在輪椅上的情況下做出的,這真正是空前的。因?yàn)樗呢暙I(xiàn)對(duì)于人類(lèi)的觀念有深遠(yuǎn)的影響,所以媒介早已有許多關(guān)于他如何與全身癱瘓作搏斗的描述。盡管如此,譯者之一于1979年第一回見(jiàn)到他時(shí)的情景至今還歷歷在目。那是第一次參力。劍橋霍金廣義相對(duì)論小組的討論班時(shí),門(mén)打開(kāi)后,忽然腦后響起一種非常微弱的電器的聲音,回頭一看,只見(jiàn)一個(gè)骨瘦如柴的人斜躺在電動(dòng)輪椅上,他自己驅(qū)動(dòng)著電開(kāi)關(guān)。譯者盡量保持禮貌而不顯出過(guò)分吃驚,但是他對(duì)首次見(jiàn)到他的人對(duì)其殘廢程度的吃驚早已習(xí)慣。他要用很大努力才能舉起頭來(lái)。在失聲之前,只能用非常微弱的變形的語(yǔ)言交談,這種語(yǔ)言只有在陪他工作、生活幾個(gè)月后才能通曉。他不能寫(xiě)字,看書(shū)必須依賴于一種翻書(shū)頁(yè)的機(jī)器,讀文獻(xiàn)時(shí)必須讓人將每一頁(yè)攤平在一張大辦公桌上,然后他驅(qū)動(dòng)輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁(yè)閱讀。人們不得不對(duì)人類(lèi)中居然有以這般堅(jiān)強(qiáng)意志追求終極真理的靈魂從內(nèi)心產(chǎn)生深深的敬意。每天他必須驅(qū)動(dòng)輪椅從他的家——劍橋西路5號(hào),經(jīng)過(guò)美麗的劍河、古老的國(guó)王學(xué)院駛到銀街的應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的辦公室。該系為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。在富有學(xué)術(shù)傳統(tǒng)的劍橋大學(xué),他目前擔(dān)任著也許是有史以來(lái)最為崇高的教授職務(wù),那是牛頓和狄拉克擔(dān)任過(guò)的盧卡斯數(shù)學(xué)教授。本書(shū)譯者之一曾受教于霍金達(dá)4年之久,并在他的指導(dǎo)下完成了博士論文。從他對(duì)譯者私事的幫助可以體會(huì)到,他是一位富有人情味的人。此書(shū)即是受霍金之托而譯成中文,以供占人類(lèi)五分之一的人口了解他的學(xué)說(shuō)。——許明賢 吳忠超我們從何而來(lái)?宇宙為何是這樣的? / 霍金我沒(méi)有為《時(shí)間簡(jiǎn)史》的初版寫(xiě)前言???middot;沙岡寫(xiě)了一個(gè)前言。取而代之,我寫(xiě)了簡(jiǎn)短的《感謝》,人們建議我感謝每一個(gè)人。有些支持過(guò)我的基金會(huì)不高興;由于我提到它們而收到大量申請(qǐng)。我以為沒(méi)有一個(gè)人,包括我的出版人,我的代理人甚至我自己能預(yù)料到,這本書(shū)會(huì)賣(mài)得這么好。它榮登倫敦《星期日時(shí)報(bào)》暢銷(xiāo)書(shū)榜達(dá)237周之久,這比任何其他書(shū)都長(zhǎng)(圣經(jīng)和莎士比亞的書(shū)當(dāng)然不算在內(nèi))。它被翻譯成四十多種語(yǔ)言,并且在全世界每750名先生、女士以及兒童中都有一本。正如微軟的納珍·米爾伏德(我的前博士后)評(píng)論的:我關(guān)于物理的著作比瑪當(dāng)娜關(guān)于性的書(shū)還更暢銷(xiāo)?!稌r(shí)間簡(jiǎn)史》的成功,說(shuō)明人們對(duì)重大問(wèn)題具有廣泛的興趣。那就是:我們從何而來(lái)嚀宙為何是這樣的?我想趁此機(jī)會(huì)增訂本書(shū),并把從它初版(1988年4月愚人節(jié))以來(lái)新的理論和觀測(cè)結(jié)果包括進(jìn)去。我增加了蟲(chóng)洞和時(shí)間旅行的嶄新的一章。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論似乎為我們提供創(chuàng)生和維持蟲(chóng)洞的可能性,那是連接時(shí)空中不同區(qū)域的細(xì)管。如是,我們也許可以利用它們?cè)谛窍抵g看良行或者在時(shí)間中旅行到過(guò)去。當(dāng)然,我們從未邂逅來(lái)自未來(lái)的人(也許我們?cè)?jīng)有過(guò))。對(duì)此,我將給出一種可能的解釋。我還描述了近年在尋求“對(duì)偶性”或表現(xiàn)不同的物理理論之間的對(duì)應(yīng)方面的進(jìn)展。這些對(duì)應(yīng)強(qiáng)烈地表明,存在一種完整的統(tǒng)一的物理理論。但是它們也暗示,也許不可能用一個(gè)單獨(dú)的基本表式將這個(gè)理論描述出來(lái)。相反地,在不同的情形下,我們必須使用基本理論的不同的影像。這和描繪地球表面很相似,人們不能用一張單獨(dú)的地圖,在不同區(qū)域必須用不同的地圖來(lái)代表。這就變革了我們科學(xué)定律的統(tǒng)一觀。但是它并沒(méi)有改變最重要的觀點(diǎn):宇宙是由一族可被我們發(fā)現(xiàn)并理解的合理的定律所制約。在觀測(cè)方面,迄今最重要的發(fā)展是由COBE(宇宙背景探險(xiǎn)者衛(wèi)星)和合作者測(cè)量的宇宙微波背景起伏。這些起伏是宇宙創(chuàng)生以及在它光滑均勻的早期階段中微小的初始無(wú)規(guī)性的指紋。這些無(wú)規(guī)性后來(lái)成長(zhǎng)為星系、恒星以及在我們周?chē)吹降乃薪Y(jié)構(gòu)。起伏的形式和無(wú)邊界宇宙設(shè)想的預(yù)言相吻合。無(wú)邊界設(shè)想是講,在虛時(shí)間方向宇宙沒(méi)有邊界或者邊緣。為了區(qū)分這個(gè)設(shè)想以及對(duì)背景中起伏其他可能的解釋?zhuān)€需要進(jìn)一步的觀測(cè)。然而,我們?cè)趲啄曛畠?nèi)就應(yīng)能知道,我們是否生活在一個(gè)完全自足的無(wú)始無(wú)終的宇宙之中。——史蒂芬·霍金1996年5月,于劍橋
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