第一推動(dòng)叢書(shū)·宇宙系列（珍藏本）

內(nèi)容概要

　　第一推動(dòng)是2300多年前亞里士多德首次提出的哲學(xué)用語(yǔ)。指一切事物最后的目的與運(yùn)動(dòng)的終極原因?？茖W(xué)最重要的目標(biāo)之一就是追尋其固有的原動(dòng)力，同時(shí)科學(xué)的這種追求精神本身又是人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步最基本的推動(dòng)。人類是有希望的，正是被譽(yù)為自身主宰的科學(xué)精神，即“第一推動(dòng)”。
　　第一推動(dòng)——國(guó)內(nèi)最早、影響最大的引進(jìn)版科普叢書(shū)，一套由當(dāng)代世界一流科學(xué)家撰寫(xiě)的、倡導(dǎo)科學(xué)精神和科學(xué)思想的科普佳作，被稱為“科學(xué)愛(ài)好者的精神家園”，已經(jīng)走過(guò)了輝煌20年，成為了經(jīng)得起時(shí)間檢驗(yàn)的經(jīng)典！
　　湖南科學(xué)技術(shù)出版社首次集中推出《第一推動(dòng)叢書(shū)》宇宙系列的最新最全合集（共計(jì)14冊(cè)），統(tǒng)一封面成套推出，便于廣大讀者購(gòu)買，更值得收藏。
　　14冊(cè)的基本內(nèi)容包括：
　　《時(shí)間簡(jiǎn)史》（文字版）
　　史蒂芬?霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》，自1988年首版以來(lái)的十年歲月里，已成為科學(xué)著作的里程碑，在全球銷售已超過(guò)1000萬(wàn)冊(cè)。首版內(nèi)容　　介紹了宇宙本性最前沿的知識(shí)。微觀和宏觀世界觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域方面10年來(lái)的進(jìn)展證明了霍金教授的許多理論預(yù)言。他為了把觀測(cè)的新知識(shí)介紹給讀者，重寫(xiě)了前言，全面更新了原版內(nèi)容，并新增了一章有關(guān)蟲(chóng)洞和時(shí)間旅行的激動(dòng)人心的課題。
　　時(shí)間有初始嗎？它又將在何地終結(jié)呢？宇宙是無(wú)限的還是有限的？霍金教授遨游到外層空間奇異領(lǐng)域，對(duì)遙遠(yuǎn)星系、黑洞、夸克、大統(tǒng)一理論、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質(zhì)、“時(shí)間箭頭”等進(jìn)行了深入探討--其出乎意外的含義引起了人們的極大興趣。
　　《時(shí)間簡(jiǎn)史》對(duì)我們這些喜用言語(yǔ)表達(dá)甚于方程式表達(dá)的讀者而言是一本里程碑式的佳作。她出于一個(gè)對(duì)人類思想有杰出貢獻(xiàn)者之手，這是一本對(duì)知識(shí)無(wú)限追求之作，是對(duì)時(shí)空本質(zhì)之謎不懈探討之作。
　　《時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編》
　　史蒂芬?霍金教授的科學(xué)名著《時(shí)間簡(jiǎn)史》是一項(xiàng)世界出版奇跡。其印數(shù)在1000萬(wàn)冊(cè)以上，被翻譯成近40種語(yǔ)言文字。
　　現(xiàn)在，從獲獎(jiǎng)電影記錄片《時(shí)間簡(jiǎn)史》而產(chǎn)生了本書(shū)——《時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編》，不信反映了電影，而且在內(nèi)容上有重要的大量的擴(kuò)充。本書(shū)是為那些想要更多地了解霍金教授的生平其及學(xué)說(shuō)的讀者而編的。
　　本書(shū)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(gòu)后面那位真實(shí)的“人”。他的母親與妹妹敘述他的少年時(shí)期及成年后的情景。中學(xué)同學(xué)及牛津物理系同學(xué)親密幽默地回憶他們?cè)趯W(xué)校的懶散日子。牛津與劍橋的師長(zhǎng)記得他是一位絕頂聰明卻不能忍受傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的年輕人。他的同學(xué)及物理學(xué)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(xué)說(shuō)備受尊崇。
　　《霍金講演錄》
　　這是一本有關(guān)宇宙和它的一位探索者的書(shū)。這位探索者不是別人，正是作者本人，劍橋大學(xué)的史蒂芬?霍金。他驚天動(dòng)地的學(xué)說(shuō)徹底改變了人類的宇宙觀。宇宙的演化孕育出生命、思維和智慧，宇宙之于生命，猶如母親之于嬰兒。只要我們生活得稍微抽象一些，暫且忘卻一下世界的無(wú)聊，就能從宇宙這本大書(shū)中讀到真善美。
　　本書(shū)收集了13篇精彩的文章和1992年圣誕節(jié)BBC播出的會(huì)晤紀(jì)實(shí)。它們反映了霍金作為科學(xué)家、普通人、充滿想像力的思想家的不同側(cè)面。
　　《時(shí)空本性》
　　愛(ài)因斯坦曾說(shuō)關(guān)于宇宙的最不可理解的事是它是可以理解的。他是正確的嗎？量子場(chǎng)論和廣義相對(duì)論這兩種最精確最成功的理論可以被統(tǒng)一在量子引力中嗎？史蒂芬.霍金和羅杰.彭羅斯就此問(wèn)題展開(kāi)了一場(chǎng)辯論。劍橋三一學(xué)院院長(zhǎng)，前英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)邁克爾.阿蒂雅認(rèn)為，這是繼愛(ài)因斯坦和玻爾辯論之后本世紀(jì)最重要的論爭(zhēng)。在某種意義上，今天的辯論可視為60多年前那場(chǎng)著名的曠日持久的辯論的繼續(xù)。在這里彭羅斯擔(dān)任愛(ài)因斯坦的角色，而霍金充任玻爾的角色。盡管論爭(zhēng)的問(wèn)題不同了，但同過(guò)去一樣，在這里哲學(xué)的觀點(diǎn)和論證的技巧相互糾纏，創(chuàng)造的靈感如泉涌噴薄，閃爍著人類智慧的光芒。
　　《黑洞與時(shí)間彎曲》
　　本書(shū)是在嚴(yán)格的物理學(xué)原理基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成的，并結(jié)合了高度的想象，作者試圖超越人們目前的牢固知識(shí)而進(jìn)入一個(gè)與我們地球的日常生活全然不同的物理世界，讀這本書(shū)能夠使我們學(xué)一些物理學(xué)方面的知識(shí)。很少有書(shū)像《黑洞與時(shí)間彎曲》那樣表現(xiàn)了科學(xué)的事業(yè):它打開(kāi)了歷史的畫(huà)卷,描繪了物理學(xué)的奇跡和激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn),更難得的是讓我們看到了一個(gè)親歷者對(duì)科學(xué)風(fēng)格和氣質(zhì)的洞察。
　　《千億個(gè)太陽(yáng)》
　　本書(shū)介紹了恒星能源、結(jié)構(gòu)和演化，射電脈沖星、密近雙星質(zhì)量轉(zhuǎn)移、致密X射線以及地外文明的知識(shí)。全書(shū)基本上撇開(kāi)了數(shù)學(xué)公式，運(yùn)用了許多生動(dòng)比喻，敘述了許多著者親身經(jīng)歷的故事，是一本頗有特色的科普佳作。
　　本書(shū)講到：太陽(yáng)的能源/恒星就像天上的核電站/脈沖星并不脈動(dòng)/恒星偷竊恒星的物質(zhì)/一顆白矮星的誕生/烏呼魯?shù)墓适?武術(shù)仙座中的X射線星/恒星的結(jié)局
/旋臂是什么/恒星是如何形成的/銀河系中有100萬(wàn)個(gè)載有生命的行星嗎？
　　《果殼里的60年》
　　聽(tīng)霍金說(shuō)昨天，聽(tīng)霍金的朋友談今天和明天。
　　宇宙學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家的新思想，漲落的宇宙微波背景，生死模糊的薛定諤貓，魔幻的暗物質(zhì)和暗能量，正向我們走來(lái)的引力波……
　面向億萬(wàn)觀眾，BBC的“霍金演講”；面向科學(xué)未來(lái)，與前線同步的科學(xué)報(bào)告。
　　本書(shū)要主講的是科學(xué)教育，特別是自然科學(xué)的教育，是提高人們素質(zhì)的重要因素，是現(xiàn)代教育的一個(gè)核心。科學(xué)教育不僅使人獲得生活和工作所需的知識(shí)和技能，更重要的是使人獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度以及科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)，使人獲得非生物本能的智慧等等。
　　《時(shí)空的未來(lái)》
　　最重要的時(shí)空理論家和觀測(cè)者們將告訴我們，黑洞、引力波和時(shí)間旅行的科學(xué)會(huì)把我們引向何方。
　　大腦告訴我們，宇宙間的某些事情一定是真的。新物理學(xué)告訴我們不是那樣的，這樣便模糊了科學(xué)與科幻小說(shuō)之間的界線。，這里的6篇文章，來(lái)自遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在那條路線上的人們，他們發(fā)現(xiàn)了多彩的自然，讓讀者來(lái)分享他們對(duì)宇宙奧秘的迷戀。普萊斯介紹了空間和時(shí)間的新概念，帶我們走近了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，后面5篇文章也都統(tǒng)一在這面大旗下：史蒂芬?霍金保衛(wèi)歷史我們幻想時(shí)間旅行，然而它可能違背我們正在發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)定律。
　
索恩猜想未來(lái)在新世紀(jì)里，關(guān)于廣義相對(duì)論和它與量子理論的結(jié)合，我們能期待發(fā)現(xiàn)什么？諾維柯夫我們能改變歷史嗎？時(shí)間機(jī)器給邏輯和自由意志帶來(lái)了什么問(wèn)題？費(fèi)里斯談科學(xué)普及科學(xué)家如何向大眾傳達(dá)那些與直覺(jué)矛盾的時(shí)空新思想？菜特曼小說(shuō)家樣的物理學(xué)家物理學(xué)家與小說(shuō)家，不同的職業(yè)，相同的創(chuàng)造。
　　《物理天文學(xué)前沿》
　　物理學(xué)和天文學(xué)之間一直存在的根本性的聯(lián)系，它促使兩位當(dāng)今世界頂尖的天體物理學(xué)家合作，從物理學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，來(lái)闡述天文學(xué)的前沿問(wèn)題。非數(shù)學(xué)方法的論述，使艱深的前沿課題變得讓普通讀者也能夠接受。如果你也想了解當(dāng)前物理和天文學(xué)得最新知識(shí)，本書(shū)是你的不二之選。
　　《愛(ài)因斯坦尚未完成的交響樂(lè)》
　　如果聆聽(tīng)宇宙，我們將會(huì)聽(tīng)到些什么？如果有余音繚繞在我們頭頂?shù)奶炜?，又將?huì)怎樣？瑪西亞?芭楚莎將在這部新書(shū)中向我們介紹引力波。
　　通過(guò)本書(shū)，我們將了解到新一代天文臺(tái)正在全球興建，它們將賦予科學(xué)家們一種全新的感覺(jué)去探索和體驗(yàn)我們的宇宙。這些新奇的天文臺(tái)不是用來(lái)搜集光波或無(wú)線電波的，科學(xué)家們的目的是通過(guò)它們，可以把自己的雙手放在時(shí)空之網(wǎng)上，與宇宙的韻律連接起來(lái)，從而給通過(guò)望遠(yuǎn)鏡描繪出的盛大宇宙圖景配上聲音。
　　芭楚莎用生動(dòng)活潑的筆觸，把繁雜的物理概念通過(guò)抒情詩(shī)一樣的語(yǔ)言向我們娓娓道來(lái)。她向我們講述了引力波是怎樣以光速在宇宙中穿行的，講述了這種波會(huì)告訴我們關(guān)于宇宙中最劇烈事件的一些什么樣的信息。她把這些事件都比喻成了音樂(lè)。于是，超新星爆發(fā)，我們會(huì)聽(tīng)到鐃鈸的撞擊聲；中子星高速旋轉(zhuǎn)，我們會(huì)聽(tīng)到周期性的鼓點(diǎn)聲；兩顆黑洞結(jié)合，我們會(huì)聽(tīng)到拉長(zhǎng)了的唧唧聲；甚至還能偷聽(tīng)到大爆炸留下來(lái)的回響。這些聲音構(gòu)成了愛(ài)因斯坦未完成的交響樂(lè)，我們等了將近一個(gè)世紀(jì)還沒(méi)有領(lǐng)略到它的恢宏。
　　芭楚莎回憶了愛(ài)因斯坦最偉大的成就——廣義相對(duì)論——的迷人故事，之后又探究了在愛(ài)因斯坦首次提出引力波之后的幾十年里，物理學(xué)家們對(duì)這一概念的認(rèn)識(shí)是如何演化的。作者在本書(shū)中精心描寫(xiě)了這次科學(xué)革命中的每一位關(guān)鍵科學(xué)家。并據(jù)此從個(gè)人的角度向我們介紹了當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)和全新的天文臺(tái)，比如美國(guó)的LIGO。作者把這些科學(xué)家們的故事與人們對(duì)新科技的熱切期望編織在一起，就成了這部誘人的科學(xué)故事。
　　《看不見(jiàn)的世界——碰撞的宇宙，膜，弦及其他》
　　看看大爆炸之外……
　　盡管人們已經(jīng)差不多接受了宇宙起源于大爆炸這一思想，但是我們卻沒(méi)有一個(gè)合理的理論可以描述導(dǎo)致這一創(chuàng)造性大沖撞的力?，F(xiàn)代科學(xué)一些最深刻的問(wèn)題來(lái)自于科學(xué)家解釋宇宙起源時(shí)所遇到的困難。大爆炸之前又有些什么？過(guò)去的幾年里，宇宙學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始致力于發(fā)展新的、有時(shí)甚至難以想象的想法，并且他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些線索。
　　在本書(shū)中，斯蒂芬?韋伯詳細(xì)地研究了最新理論的奧妙之處。在介紹了廣義相對(duì)論與量子力學(xué)——20世紀(jì)物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)——之后，韋伯解釋了這兩種理論根本上的矛盾之處。在接下來(lái)幾章令人驚奇的內(nèi)容之后，韋伯將我們引向了物理學(xué)家們?yōu)榻鉀Q這一矛盾而提出的種種古怪詭異的見(jiàn)解——從難以置信的小粒子到大得足以蓋住宇宙的膜，最后作者把我們帶到了理解力的全新領(lǐng)域。
　　這些還處于研究中、奇怪又美妙的想法到了韋伯的手里，便變得既通俗易懂又迷人有趣。韋伯帶給讀者的并不僅僅是有關(guān)物理學(xué)家現(xiàn)在如何看待宇宙的內(nèi)容，還有在新的宇宙圖像慢慢浮現(xiàn)時(shí)科學(xué)家們所感受到的敬畏與激動(dòng)之情。
《黑洞戰(zhàn)爭(zhēng)》
本書(shū)揭開(kāi)了斯蒂芬?霍金與倫納德?薩斯坎德、赫拉德?特霍夫特關(guān)于黑洞本性論戰(zhàn)的深層內(nèi)幕。這一論戰(zhàn)關(guān)系到我們對(duì)整個(gè)宇宙的認(rèn)識(shí)。
　　當(dāng)某種東西被吸入黑洞時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？它消失了嗎？在30年前，一位年輕的英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬?霍金宣稱落入黑洞的事物確實(shí)消失了。大多數(shù)科學(xué)家沒(méi)有意識(shí)到這種觀點(diǎn)的意義所在，不過(guò)美國(guó)物理學(xué)家倫納德?薩斯坎德與荷蘭物理學(xué)家赫拉德?特霍夫特意識(shí)到，如果霍金的觀點(diǎn)是正確的，那么我們必須拋棄以往所有關(guān)于宇宙的基本定律。事實(shí)上，如果霍金是正確的，那么從愛(ài)因斯坦到奧本海默，再到費(fèi)曼的所有人都完全錯(cuò)了！不僅要使世界上最偉大的三位物理學(xué)家的聲望受損，而且物理學(xué)本身也將處于危機(jī)之中！
　　《宇宙?zhèn)饔洝?br />　　本書(shū)作者約翰,格里賓把宇宙學(xué)用通俗的語(yǔ)言向一般讀者娓娓道來(lái)，盡可能用最吸引人、最令人感興趣的方式，回答了科學(xué)上最具根本性的問(wèn)題。他揭示了宇宙的奧秘，以及更顯至關(guān)重要的——我們?nèi)绾尾拍芰私膺@些奧秘。像任何好的傳記作家一樣，格里賓首先把事實(shí)和猜測(cè)區(qū)分開(kāi)來(lái)：我們對(duì)宇宙的歷史知道些什么？又以為自己知道什么？接著，他帶領(lǐng)讀者進(jìn)入驚險(xiǎn)的時(shí)間之旅.從宇宙大爆炸一直到今天一路走來(lái)，并且探討了未來(lái)的情形。
　　一路上，格里賓描述了宇宙是如何開(kāi)始的，早期宇宙是什么樣子，它的結(jié)構(gòu)如何發(fā)展演進(jìn)，以及出現(xiàn)了什么物質(zhì)使其結(jié)合在一起。他描述了物質(zhì)從哪里來(lái)，恒星和星系如何形成，以及在我們的太陽(yáng)系中生命如何產(chǎn)生。此外，在介紹了到目前為止我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)之后，他甚至進(jìn)一步展望未來(lái)，揭示這一旅程往后會(huì)如何繼續(xù).宇宙的一生是否會(huì)在大收縮或大撕裂時(shí)達(dá)到高潮，亦或是在我們有機(jī)會(huì)弄清楚這個(gè)問(wèn)題之前，地球就將受到來(lái)自宇宙空間的撞擊？
　　本書(shū)是這位科普創(chuàng)作大師迄今為止最雄心勃勃、最激動(dòng)人心的作品。
　　《偉大的超越》
　　本書(shū)為“宇宙系列”之一，是從柏拉圖的洞穴到人類思想和科學(xué)知識(shí)最遙遠(yuǎn)之處的非凡旅途。本書(shū)內(nèi)容包括：幾何的威力；多維空間的景象；克萊因的量子奧德賽；愛(ài)因斯坦的兩難；規(guī)范弱力和強(qiáng)力；被弦緊束的超空間包裹等。

作者簡(jiǎn)介

　　《時(shí)間簡(jiǎn)史》、《時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編》、《霍金講演錄》、《時(shí)空本性》、《果殼里的60年》、《時(shí)空的未來(lái)》作者：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。他的主要作品包括《時(shí)間簡(jiǎn)史》、《果殼中的宇宙》、《大設(shè)計(jì)》、《時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編》、《霍金講演錄》、《時(shí)空本性》、《果殼里的60年》等。
　　《黑洞與時(shí)間彎曲》作者：基普?S?索恩(KipS.Thorne),美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院費(fèi)曼物理學(xué)教授，曾與J?惠勒合著《引力》。1994年獲得美國(guó)物理學(xué)聯(lián)合會(huì)（AIP）科學(xué)著作獎(jiǎng)。
　　《千億個(gè)太陽(yáng)》作者：魯?shù)婪?基彭哈恩，德國(guó)天體物理學(xué)家，1965-1974年任哥延根大學(xué)天文學(xué)與天體物理學(xué)教授，后任馬克斯?普朗克天體物理研究所所長(zhǎng)。他的著作還有《等離子體物理基礎(chǔ)》、《來(lái)自宇宙邊緣的光線》。
　　《物理天文學(xué)前沿》作者：F?霍伊爾（FredHovle）：英國(guó)著名天文學(xué)家，宇宙穩(wěn)恒態(tài)學(xué)說(shuō)創(chuàng)始人。
　　《愛(ài)因斯坦尚未完成的交響樂(lè)》作者：瑪西亞?芭楚莎有著新聞學(xué)和物理學(xué)的雙重背景，已經(jīng)在物理和天文領(lǐng)域工作了二十多年。她是獲得頗負(fù)聲望的美國(guó)物理學(xué)會(huì)“科學(xué)寫(xiě)作獎(jiǎng)”的第一位女性。芭楚莎曾是麻省理工學(xué)院的一位奈特新聞學(xué)人，她還在波士頓大學(xué)教授過(guò)科學(xué)通訊。多年來(lái)她一直任《發(fā)現(xiàn)》雜志的主編，現(xiàn)為《天文學(xué)》雜志的一名編委。先前她還寫(xiě)過(guò)另外兩部書(shū)：《星期四的宇宙》和《穿過(guò)黑暗的宇宙》?，斘鱽?芭楚莎現(xiàn)居住在馬薩諸塞州波士頓郊外的薩德伯里。
　　《看不見(jiàn)的世界》作者：斯蒂芬?韋伯為英國(guó)開(kāi)放大學(xué)（OpenUniversity，通過(guò)電視、函授或因特網(wǎng)教學(xué)）的學(xué)與教計(jì)劃工作（Learning&TeachingSolutions，LTS）。他的上一部著作是《外星人在哪？》。
　　《偉大的超越》作者：保羅?哈爾彭博士，是費(fèi)城科學(xué)大學(xué)物理與數(shù)學(xué)系教授。鑒于他在宇宙學(xué)方面的卓越研究并最終出版《偉大的超越》。他被授予JohnSimonGuggenhleim紀(jì)念獎(jiǎng)。他曾經(jīng)出版過(guò)《時(shí)間之旅》、《宇宙的蟲(chóng)洞》和《盤(pán)環(huán)的巨蛇》。
　　《黑洞戰(zhàn)爭(zhēng)》作者：倫納德?薩斯坎德是斯坦福大學(xué)的菲力克斯?布洛赫教授，美國(guó)科學(xué)院院士，美國(guó)文理科學(xué)院院士。著有《宇宙景觀》。
　　《宇宙?zhèn)饔洝纷髡撸杭s翰?格里賓，約翰?格里賓是當(dāng)今著名的科普作家，他所著的暢銷書(shū)包括《尋找薛定諤的貓》、《星塵》、《科學(xué)史》、《深?yuàn)W的簡(jiǎn)潔》和《科學(xué)家》等。他善于用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言傳遞復(fù)雜的思想。他曾說(shuō)他寫(xiě)作的目的（他的多數(shù)作品都是與妻子瑪麗.格里賓共同創(chuàng)作的）是與讀者分享他對(duì)于宇宙陌生性所懷有的好奇。格里賓畢業(yè)于劍橋大學(xué)天體物理學(xué)專業(yè)。目前在蘇塞克斯大學(xué)天文學(xué)專業(yè)當(dāng)訪問(wèn)學(xué)者。業(yè)余時(shí)間他還喜歡從事科幻小說(shuō)創(chuàng)作。他的大部分作品都是在家里后花園里的小棚子下完成的。

書(shū)籍目錄

《時(shí)間簡(jiǎn)史》目錄： 第一章 我們的宇宙圖象 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) 第十二章 結(jié)論 阿爾伯特?愛(ài)因斯坦 伽利略?伽利雷 艾薩克?牛頓 小辭典 感謝 …… 《時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編》 《霍金講演錄》 《時(shí)空本性》 《黑洞與時(shí)間彎曲》 《千億個(gè)太陽(yáng)》 《果殼里的60年》 《物理天文學(xué)前沿》 《時(shí)空的未來(lái)》 《愛(ài)因斯坦尚未完成的交響樂(lè)》 《看不見(jiàn)的世界-碰撞的宇宙、膜、弦及其他》 《偉大的超越》 《黑洞戰(zhàn)爭(zhēng)》 《宇宙?zhèn)饔洝?/pre>


章節(jié)摘錄
《果殼里的60年》霍金那大約是果殼里的59.97年的事情。圣誕后的幾天，我曾和一堵墻有過(guò)一次“較量”，墻贏了。但Addenbrooke醫(yī)院又費(fèi)盡力氣地把我拉了回來(lái)。我想跳過(guò)我60年里的第一個(gè)20年，從1962年10月說(shuō)起，那是我來(lái)劍橋做研究生的時(shí)候。我曾申請(qǐng)跟霍伊爾工作，他是穩(wěn)恒態(tài)理論的主要捍衛(wèi)者，也是當(dāng)時(shí)最有名的英國(guó)天文學(xué)家。我說(shuō)天文學(xué)家，是因?yàn)橛钪鎸W(xué)在那時(shí)幾乎還沒(méi)有公認(rèn)的合法地位，但那仍然是我想做的研究，鼓舞來(lái)自我跟霍伊爾的學(xué)生納里卡（Jayant Narlikar）共渡的一個(gè)夏季學(xué)期。然而，霍伊爾的學(xué)生已經(jīng)夠多了，我只得失望地被派給西阿瑪，我從沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)他。但那也許是最好的事情?；粢翣柦?jīng)常出門(mén)，很少在系里，我不會(huì)引起他更多的注意。而西阿瑪總在身旁，隨時(shí)找我們談話。他的許多觀點(diǎn)（特別是有關(guān)馬赫原理）我都不贊同，但它們激發(fā)了我去發(fā)展自己的理論圖景。我是怎么開(kāi)始的我開(kāi)始做研究的時(shí)候，兩個(gè)激動(dòng)人心的領(lǐng)域是宇宙學(xué)和基本粒子物理學(xué)。基本粒子物理學(xué)是生機(jī)勃勃、日新月異的領(lǐng)域，吸引了最杰出的思想者；而宇宙學(xué)和廣義相對(duì)論卻仍然停滯在30年代的水平。費(fèi)曼曾講過(guò)他參加1962年華沙廣義相對(duì)論與引力論會(huì)議的可笑遭遇。他在給夫人的信中寫(xiě)道：我沒(méi)從會(huì)上獲得任何東西。我什么也沒(méi)學(xué)到。因?yàn)闆](méi)有實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)沒(méi)有活力的領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有一個(gè)頂尖的人物來(lái)做工作。結(jié)果是一群笨蛋（126個(gè)）到這兒來(lái)了，這對(duì)我的血壓很不好。以后記著提醒我再不要參加任何有關(guān)引力的會(huì)議了！當(dāng)然，我開(kāi)始做研究時(shí)，一點(diǎn)兒也不知道這些事情。但我覺(jué)得，那時(shí)的基本粒子物理學(xué)太像植物學(xué)了。量子電動(dòng)力學(xué)（關(guān)于光和電子的理論，決定著化學(xué)和原子結(jié)構(gòu)）在40和50年代就已經(jīng)完成了。當(dāng)時(shí)的注意力都轉(zhuǎn)移到了原子核粒子間的強(qiáng)弱相互作用力，不過(guò)類似的場(chǎng)理論卻似乎不起作用。實(shí)際上，劍橋的學(xué)者們更是頑固地認(rèn)為根本不存在基本的場(chǎng)理論；一切都取決于幺正性（也就是幾率守恒）和一定的散射特征模式。今天看來(lái)，那個(gè)方法會(huì)起作用的想法倒是很可笑的；我還記得弱核力的統(tǒng)一場(chǎng)理論的最初嘗試所遭遇的嘲笑。不過(guò)，我們記住的是這些場(chǎng)理論，而解析的散射矩陣卻被人忘了。我很高興沒(méi)有從基本粒子開(kāi)始我的研究；那個(gè)時(shí)期做的工作不會(huì)有幸存下來(lái)的。另一方面，宇宙學(xué)和引力論這兩個(gè)被遺忘的領(lǐng)域，也到了出頭的時(shí)候。跟基本粒子不同的是，我們有一個(gè)很好建立起來(lái)的理論，就是廣義相對(duì)論，但人們認(rèn)為它實(shí)在太難了。大家經(jīng)常為發(fā)現(xiàn)場(chǎng)方程的一個(gè)解而欣喜，并不關(guān)心那個(gè)解是不是有物理意義。這就是費(fèi)曼在華沙會(huì)上遇到的老派廣義相對(duì)論。但華沙會(huì)議也標(biāo)志了廣義相對(duì)論的復(fù)興，當(dāng)然，我們可以原諒費(fèi)曼當(dāng)時(shí)沒(méi)能認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。廣義相對(duì)論與宇宙學(xué)新一代研究者走來(lái)了，也出現(xiàn)了新的廣義相對(duì)論研究中心。其中的兩個(gè)中心對(duì)我有特別的意義。一個(gè)是約當(dāng)（Pascal Jordan）領(lǐng)導(dǎo)的，在德國(guó)的漢堡。雖然我從沒(méi)去過(guò)，但我很佩服他們的精彩論文，與以前雜亂的廣義相對(duì)論研究有天壤之別。另一個(gè)在倫敦的國(guó)王學(xué)院，領(lǐng)導(dǎo)者是邦迪（Hermann Bondi），穩(wěn)恒態(tài)理論的另一個(gè)倡導(dǎo)者，不過(guò)并不完全忠于它，跟霍伊爾一樣。我在牛津的學(xué)院沒(méi)做過(guò)多少數(shù)學(xué)，也沒(méi)用功學(xué)過(guò)那些非常簡(jiǎn)單的物理學(xué)課程，所以西阿瑪讓我做天體物理。但是因?yàn)闆](méi)能跟隨霍伊爾，覺(jué)得自己上當(dāng)了，我也不想做什么法拉第旋轉(zhuǎn)之類的事情。我來(lái)劍橋原是為了做宇宙學(xué)的，宇宙學(xué)是我注定要做的。于是，我讀廣義相對(duì)論的老課本，每個(gè)星期都跟西阿瑪?shù)钠渌齻€(gè)學(xué)生到國(guó)王學(xué)院去聽(tīng)講座。我能聽(tīng)懂它的語(yǔ)言和方程，但并沒(méi)真正領(lǐng)會(huì)這門(mén)學(xué)科。另外，我被診斷患了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)疾?。ˋLS），估計(jì)不能活著完成我的博士學(xué)位了。可是后來(lái)，在我研究的第二年結(jié)束時(shí)，情況突然好轉(zhuǎn)了。我的病沒(méi)有惡化下去，工作也都有條不紊，開(kāi)始有眉目了。馬赫原理和惠勒-費(fèi)曼電動(dòng)力學(xué)西阿瑪很喜歡馬赫原理：一個(gè)物體的慣性來(lái)自宇宙中所有其他物質(zhì)的影響。他想我來(lái)做這方面的工作，但我覺(jué)得他表述的馬赫原理沒(méi)有很好地定義。不過(guò)，他給我介紹了一個(gè)有點(diǎn)兒類似的觀點(diǎn)，是關(guān)于光的，即所謂的惠勒-費(fèi)曼電動(dòng)力學(xué)。它認(rèn)為，電和磁是時(shí)間對(duì)稱的。然而，當(dāng)我們開(kāi)燈時(shí)，正是因?yàn)橛钪骈g所有其他物質(zhì)的影響，光波才從燈向外傳播，而不是從無(wú)窮遠(yuǎn)的地方流向燈（圖1）。圖1 惠勒-費(fèi)曼電動(dòng)力學(xué)。光從燈向外傳播，是因?yàn)橛钪嫠衅渌镔|(zhì)的影響。[演講幻燈]惠勒-費(fèi)曼電動(dòng)力學(xué)成立的必要條件是，從燈發(fā)出的光應(yīng)該被宇宙間的其他物質(zhì)吸收。這樣的事情，可能發(fā)生在物質(zhì)密度為常數(shù)的穩(wěn)恒態(tài)宇宙，卻不會(huì)發(fā)生在物質(zhì)密度隨膨脹而減小的大爆炸宇宙。有人聲稱這正是我們生活在穩(wěn)恒態(tài)宇宙的另一個(gè)證明（如果說(shuō)需要證明的話）。關(guān)于惠勒-費(fèi)曼電動(dòng)力學(xué)和時(shí)間箭頭，1963年召開(kāi)過(guò)一次會(huì)議。關(guān)于時(shí)間箭頭的廢話令費(fèi)曼深惡痛絕，他不允許自己的名字出現(xiàn)在會(huì)議錄。他被稱為X先生，不過(guò)人人都知道X是誰(shuí)（圖2）。圖2關(guān)于時(shí)間箭頭的廢話令費(fèi)曼深惡痛絕，他不允許自己的名字出現(xiàn)在會(huì)議錄。他被稱為X先生。我發(fā)現(xiàn)，霍伊爾和納里卡已經(jīng)完成了膨脹宇宙的惠勒-費(fèi)曼電動(dòng)力學(xué)，接著他們又建立時(shí)間對(duì)稱的新引力論。在1964年皇家學(xué)會(huì)的一次會(huì)議上，霍伊爾報(bào)告了他們的理論。我也聽(tīng)了報(bào)告。我在提問(wèn)時(shí)說(shuō)，穩(wěn)恒態(tài)宇宙的所有物質(zhì)的影響會(huì)使他的質(zhì)量變得無(wú)窮大?；粢翣枂?wèn)我為什么那樣說(shuō)，我說(shuō)我已經(jīng)算過(guò)了。人人都以為我是聽(tīng)報(bào)告時(shí)在頭腦中計(jì)算的，其實(shí)，我和納里卡同在一個(gè)辦公室，我見(jiàn)過(guò)他們文章的草稿?；粢翣柡苌鷼?。那時(shí)他正想建立自己的研究所，并且威脅說(shuō)，如果不給經(jīng)費(fèi)，人才就會(huì)流向美國(guó)。他認(rèn)為我是被人推出來(lái)破壞他計(jì)劃的。不過(guò)，他還是辦起了他的研究所，后來(lái)還給我一個(gè)工作，所以，他并不記恨我。穩(wěn)恒態(tài)20世紀(jì)60年代初，宇宙學(xué)的一個(gè)大問(wèn)題是：宇宙有開(kāi)始嗎？許多科學(xué)家本能地反對(duì)這個(gè)觀念，因?yàn)樗麄冇X(jué)得宇宙創(chuàng)生的那一點(diǎn)也將是科學(xué)崩潰的地方。我們也許不得不求助宗教和上帝之手來(lái)決定宇宙是如何開(kāi)始的。于是出現(xiàn)兩種可能的圖像。一個(gè)是穩(wěn)恒態(tài)理論，當(dāng)宇宙膨脹時(shí)，新的物質(zhì)不斷產(chǎn)生出來(lái)，以維持不變的平均密度。穩(wěn)恒態(tài)理論從來(lái)不曾有過(guò)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，因?yàn)樗枰粋€(gè)負(fù)能量場(chǎng)來(lái)創(chuàng)生物質(zhì)。這樣一來(lái)，物質(zhì)和負(fù)能的產(chǎn)生就失控了，因而是不穩(wěn)定的。不過(guò)，它具有作為科學(xué)理論的一大優(yōu)點(diǎn)：能做出確定的可以通過(guò)觀測(cè)來(lái)檢驗(yàn)的預(yù)言。到1963年時(shí)，穩(wěn)恒態(tài)理論已經(jīng)陷入困境?？ㄎ牡鲜矊?shí)驗(yàn)室賴爾（Martin Ryle）射電天文學(xué)小組考察了微弱射電源，他們發(fā)現(xiàn)，射電源在整個(gè)天空的分布是相當(dāng)均勻的。這意味著它們?cè)谖覀冦y河系的外面，否則它們應(yīng)該沿著銀河聚集。但射電源的數(shù)目與強(qiáng)度之間的關(guān)系圖并不符合穩(wěn)恒態(tài)理論的預(yù)言。太多的弱射電源說(shuō)明在遙遠(yuǎn)的過(guò)去源密度要高得多?；粢翣柡退闹С终邆儾粩酁檫@些觀測(cè)結(jié)果構(gòu)造牽強(qiáng)的解釋，但暗淡的微波背景輻射在1965年的發(fā)現(xiàn)（圖3），終于給穩(wěn)恒態(tài)理論帶來(lái)了“蓋棺”的最后一顆釘子。盡管霍伊爾和納里卡費(fèi)盡心思，穩(wěn)恒態(tài)理論也解釋不了這個(gè)發(fā)現(xiàn)。幸好我沒(méi)做霍伊爾的學(xué)生，要不我也得去捍衛(wèi)穩(wěn)恒態(tài)理論。圖3 1965年發(fā)現(xiàn)背景輻射的天線照片和原始數(shù)據(jù)的現(xiàn)代模擬。微波背景說(shuō)明宇宙在過(guò)去曾有一個(gè)熾熱的階段。但它并不證明那就是宇宙的開(kāi)始。我們也可以想象宇宙有過(guò)一個(gè)收縮的時(shí)期，然后，在某個(gè)有限的高密度時(shí)刻，從收縮反彈到膨脹。這顯然是一個(gè)基本性的問(wèn)題，也正是我完成博士論文所需要的。引力與膨脹的宇宙引力把物質(zhì)吸引到一起，而旋轉(zhuǎn)把它們分開(kāi)。所以，我的第一個(gè)問(wèn)題是，旋轉(zhuǎn)能引起宇宙的反彈嗎？我和埃利斯（George Ellis）證明了，假如宇宙是空間均勻的（也就是空間的每一點(diǎn)都是相同的），那么答案是否定的。然而，那時(shí)兩個(gè)蘇聯(lián)的科學(xué)家，栗弗席茲（Lifshitz）和卡拉特尼科夫（Khalatenikov）聲稱他們已經(jīng)證明，不完全對(duì)稱的一般性收縮總會(huì)在密度保持有限的情況下引起反彈。這個(gè)結(jié)果很符合馬克思列寧主義的辯證唯物主義，因?yàn)樗苊饬藢擂蔚挠钪鎰?chuàng)生問(wèn)題。于是，它成為蘇聯(lián)科學(xué)家們信奉的真理。栗弗席茲和卡拉特尼科夫?qū)儆谂f派的廣義相對(duì)論專家。就是說(shuō)，他們寫(xiě)下一大堆方程，然后試著去猜方程的解。但他們不清楚發(fā)現(xiàn)的解是不是最普遍的一個(gè)。然而，彭羅斯引進(jìn)一種新方法，它不需要具體求解場(chǎng)方程，只需要某些一般性質(zhì)，諸如能量是正的，引力是吸引的。1965年1月，彭羅斯在倫敦國(guó)王學(xué)院辦過(guò)一個(gè)討論班。我沒(méi)參加討論班，但我聽(tīng)卡特爾說(shuō)過(guò)，那時(shí)，我和他在白銀路的新DAMTP大樓共用一個(gè)辦公室。起初，我不能理解他說(shuō)的是什么。彭羅斯證明，當(dāng)垂死的恒星收縮到一定的半徑，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)奇點(diǎn)——就是空間和時(shí)間走向終結(jié)的一點(diǎn)。當(dāng)然嘍，我想，我們已經(jīng)知道沒(méi)有東西能阻止大質(zhì)量的冷星在自身重力下坍縮到無(wú)限密度的奇點(diǎn)。但我們實(shí)際上只是在理想球狀星體的情形解了方程。假如栗弗席茲和卡拉特尼科夫是對(duì)的，球?qū)ΨQ的偏離會(huì)隨著星體的坍縮而增大，使星體的不同部分之間相互失去吸引，從而避免無(wú)窮密度的奇點(diǎn)。但彭羅斯證明他們錯(cuò)了。對(duì)球?qū)ΨQ的小偏離不能阻止奇點(diǎn)的產(chǎn)生。我發(fā)現(xiàn)，類似的論證也可以用于宇宙的膨脹。在這個(gè)情形，我能證明時(shí)空開(kāi)始的地方存在奇點(diǎn)。于是，栗弗席茲和卡拉特尼科夫又錯(cuò)了。廣義相對(duì)論預(yù)言宇宙應(yīng)該有一個(gè)起點(diǎn)，這個(gè)結(jié)果沒(méi)有逃過(guò)教會(huì)的注意。彭羅斯和我的原初奇點(diǎn)定理需要假定宇宙有一個(gè)柯西面——那樣一個(gè)曲面，與所有的類時(shí)曲線相交一次，而且只相交一次。因此，我們的第一奇點(diǎn)定理也許只是證明了宇宙沒(méi)有柯西面。它雖然有趣，但重要性不比時(shí)間有起點(diǎn)或終點(diǎn)。于是，我開(kāi)始證明不需要柯西面假定的奇點(diǎn)定理。在接下來(lái)的5年里，彭羅斯、格羅赫（Bob Geroch）和我發(fā)展了廣義相對(duì)論的因果結(jié)構(gòu)理論。對(duì)我們自己來(lái)說(shuō)，把握全景的感覺(jué)才是愉快的。這跟基本粒子物理學(xué)是多么不同??！在那個(gè)領(lǐng)域，人們一直渴望得到最后的思想，現(xiàn)在還那樣。坍縮的恒星直到1970年，我的主要興趣還在宇宙學(xué)的大爆炸奇點(diǎn)，而不是彭羅斯證明的可能出現(xiàn)在坍縮恒星的奇點(diǎn)。然而，在1976年，伊斯雷爾（Werner Israel）得到一個(gè)重要結(jié)果。他證明，除非坍縮星的殘骸是完全球?qū)ΨQ的，否則它包含的奇點(diǎn)將是裸露的，就是說(shuō)，外面的觀測(cè)者能看見(jiàn)它。這就意味著，廣義相對(duì)論在坍縮星奇點(diǎn)的崩潰，將破滅我們預(yù)言宇宙未來(lái)的幻想。首先，大多數(shù)人（包括伊斯雷爾自己）都認(rèn)為這意味著，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的恒星不是球?qū)ΨQ的，所以它們的坍縮將產(chǎn)生裸奇點(diǎn)，也將喪失預(yù)言能力。然而，彭羅斯和惠勒提出了不同的解釋，那就是存在“宇宙監(jiān)督”。就是說(shuō)，自然是很“規(guī)矩的”，它把奇點(diǎn)藏在黑洞里，沒(méi)人能看見(jiàn)它。我在DAMTP辦公室的門(mén)上貼過(guò)一張不干膠字條：“黑洞是看不見(jiàn)的”（圖4）。這令我們的系主任很生氣，于是他策劃推選我做盧卡西教授，憑這一點(diǎn)把我搬到一間更好的辦公室，然后他偷偷撕下了老辦公室門(mén)上那張令人不快的字條。我的黑洞研究是從1970年的一個(gè)發(fā)現(xiàn)的瞬間開(kāi)始的，那是在我女兒露茜出生幾天之后。上床時(shí)，我意識(shí)到我可以把我為奇點(diǎn)定理發(fā)展的因果結(jié)構(gòu)理論用到黑洞上去。特別說(shuō)來(lái)，視界（黑洞的邊界）的面積總是增加的。當(dāng)兩個(gè)黑洞碰撞結(jié)合，最后形成的黑洞的面積大于原來(lái)兩個(gè)黑洞面積的總和。這與卡特爾和我發(fā)現(xiàn)的其他性質(zhì)，意味著黑洞的面積很像它的熵。它度量了一個(gè)黑洞在同一個(gè)外觀下能有多少不同的內(nèi)在狀態(tài)。但面積不可能是真正的熵，因?yàn)槲覀兌贾?，黑洞是全黑的，不可能與熱輻射達(dá)到平衡。圖4 宇宙監(jiān)督認(rèn)為，自然是規(guī)矩的，它把奇點(diǎn)藏在黑洞里，沒(méi)人能看見(jiàn)它。我在DAMTP辦公室的門(mén)上貼過(guò)一張不干膠字條：“黑洞是看不見(jiàn)的”。1972年是最激動(dòng)人心的，在那年的Les Houches暑期學(xué)校，我們基本上解決了黑洞理論的主要難題。那時(shí)，還沒(méi)有任何黑洞的觀測(cè)證據(jù)，費(fèi)曼說(shuō)過(guò)，一個(gè)有活力的理論必須靠實(shí)驗(yàn)來(lái)推動(dòng)，看來(lái)他說(shuō)錯(cuò)了。M理論也是一樣的情形。還有一個(gè)從未解決的問(wèn)題是證明宇宙監(jiān)督猜想。很多人想否定它，但都失敗了。它對(duì)所有黑洞的研究都至關(guān)重要，所以我堅(jiān)信它是正確的。于是，我跟索恩和普雷斯基爾打過(guò)賭。我想贏很困難，但要我輸很容易，只需要找到一個(gè)裸奇點(diǎn)的例子。實(shí)際上，因?yàn)榱①€約時(shí)措辭不小心，我已經(jīng)輸過(guò)一回了。兩位很不滿意我輸給他們的T恤衫（圖5）。圖5 我跟索恩和普雷斯基爾打賭輸了。兩位很不滿意我輸給他們的T恤衫霍金輻射我們?cè)诮?jīng)典廣義相對(duì)論上獲得了巨大成功，1973年，與埃利斯合作的《時(shí)空的大尺度結(jié)構(gòu)》出版之后，我覺(jué)得沒(méi)有多少遺留問(wèn)題了。我跟彭羅斯的研究已經(jīng)證明，廣義相對(duì)論將在奇點(diǎn)崩潰。所以，下一步顯然應(yīng)該是把“大”的廣義相對(duì)論與“小”的量子理論結(jié)合起來(lái)。我沒(méi)有量子理論的背景，而奇點(diǎn)問(wèn)題那時(shí)似乎也太難攻克。所以，我先做了熱身練習(xí)，考慮量子理論統(tǒng)治下的粒子和場(chǎng)在黑洞附近的行為。我特別好奇的是，能不能在早期宇宙里產(chǎn)生原子——它的核是一個(gè)原初小黑洞。為回答這個(gè)問(wèn)題，我研究了量子場(chǎng)會(huì)如何被黑洞散射開(kāi)。我原想部分入射波將被吸收，其余部分將被散射。但結(jié)果令我大吃一驚：我發(fā)現(xiàn)似乎還有從黑洞發(fā)出的波。起初，我想這一定是我的計(jì)算出了問(wèn)題。但后來(lái)我相信它是真的，因?yàn)槟前l(fā)射正是把視界面積等同于黑洞熵所需要的，S=Akc3/4hG我愿把這個(gè)簡(jiǎn)單的公式刻在我的墓碑上。我跟哈特爾、吉本斯（Gray Gibbons）和佩里（Malcolm Perry）一起，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)公式的深層原因。假如我們用虛時(shí)間來(lái)代替普通的時(shí)間，那么廣義相對(duì)論可以很精妙地與量子理論結(jié)合起來(lái)。我曾在其他場(chǎng)合試著解釋過(guò)虛時(shí)間，有時(shí)候很成功，有時(shí)候卻不那么成功。我想是它的“虛”名令人困惑。如果接受實(shí)證論的觀點(diǎn)，認(rèn)為理論不過(guò)是一個(gè)數(shù)學(xué)模型，它就容易理解了。在這里的情形，時(shí)間出現(xiàn)兩次，數(shù)學(xué)模型就產(chǎn)生一個(gè)負(fù)號(hào)。這個(gè)以虛時(shí)間為基礎(chǔ)的歐幾里得式的量子引力方法，是在劍橋開(kāi)拓出來(lái)的。它遭遇過(guò)許多障礙，但現(xiàn)在大家都接受了。暴脹從1970到1980年，我主要研究黑洞和量子引力的歐幾里得方法。但早期宇宙經(jīng)歷過(guò)暴脹的思想，重新喚起了我對(duì)宇宙學(xué)的興趣。歐幾里得方法是描述暴脹宇宙的漲落和相變的最便利的工具。1982年，我們?cè)趧蚣{菲爾德（Nuffield）召開(kāi)了會(huì)議，圈內(nèi)的重要人物都來(lái)參加了。我們?cè)跁?huì)上確立了暴脹宇宙的新圖景，包括最重要的密度漲落——正是它帶來(lái)了了星系的形成，產(chǎn)生了我們的存在。10年以后我們才觀測(cè)到背景微波的漲落，于是，在引力研究中，理論又一次走到了實(shí)驗(yàn)的前頭。1982年的暴脹圖像是，宇宙從大爆炸的奇點(diǎn)開(kāi)始。然后，隨著宇宙的膨脹，假定它猛然進(jìn)入一個(gè)暴脹狀態(tài)。我想這是不能令人滿意的，因?yàn)樗械姆匠潭紩?huì)在奇點(diǎn)崩潰?？墒?，除非我們知道什么東西從初始奇點(diǎn)出來(lái)，否則我們不可能計(jì)算宇宙會(huì)如何演化下去。宇宙學(xué)將喪失任何預(yù)言能力。劍橋會(huì)議之后，我在剛成立的圣巴巴拉理論物理研究所渡過(guò)了一個(gè)夏天。我們住在學(xué)生宿舍，我駕著租來(lái)的一輛電動(dòng)輪椅去研究所。我記得我的小兒子，3歲的提姆，望著落山的太陽(yáng)說(shuō)，“那是一個(gè)大國(guó)家?！痹谑グ桶屠?，我和哈特爾討論如何把歐幾里得方法用于宇宙學(xué)。根據(jù)德維特（Bryce Dewitt）等人的研究，宇宙可以用服從惠勒-德維特方程(Gijkl ?2/?hij?hkl–h3/2R)Ψ=0的波函數(shù)來(lái)描寫(xiě)。但是，代表我們宇宙的那個(gè)特殊的解，是憑什么挑選出來(lái)的呢？根據(jù)歐幾里得方法，宇宙波函數(shù)是一定類型的虛時(shí)間的歷史遵照費(fèi)曼的求和法則得來(lái)的。因?yàn)樘摃r(shí)間表現(xiàn)為另一個(gè)空間方向，虛時(shí)間的歷史可以是地球表面那樣的閉合曲面，沒(méi)有起點(diǎn)，也沒(méi)有終點(diǎn)（圖6）。圖6虛時(shí)間的歷史可以是地球表面那樣的閉合曲面，沒(méi)有起點(diǎn)，也沒(méi)有終點(diǎn)。哈特爾和我認(rèn)定，這是最自然的選擇，實(shí)際上也是惟一自然的選擇。我們把時(shí)間轉(zhuǎn)化為空間，從而躲開(kāi)了時(shí)間起點(diǎn)帶來(lái)的科學(xué)和哲學(xué)難題。M理論與未來(lái)許多做理論物理的人都經(jīng)過(guò)粒子物理學(xué)的訓(xùn)練，而不一定懂廣義相對(duì)論。于是，他們更喜歡計(jì)算他們?cè)诹Ｗ蛹铀倨骺吹降?，而不?huì)去問(wèn)時(shí)間的起點(diǎn)和終點(diǎn)。他們覺(jué)得，假如能找到一個(gè)原則上能幫他們以任意精度計(jì)算粒子散射的理論，那么其他問(wèn)題也就迎刃而解了。1985年，有人聲稱弦理論就是那種終極理論。但在后來(lái)幾年，人們突然發(fā)現(xiàn)問(wèn)題更復(fù)雜，也更有趣。似乎有一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的理論網(wǎng)，我們稱它為M理論。M理論網(wǎng)中的每個(gè)理論都可以認(rèn)為是同一個(gè)理論在不同極限情形的近似。沒(méi)有一個(gè)理論能在任意精度計(jì)算散射，也沒(méi)有一個(gè)理論能看作是其他理論背后的基本理論。實(shí)際上，它們都是有效的理論，在不同的極限情形發(fā)生作用。弦理論家們一直在以“有效理論”的稱呼來(lái)蔑視廣義相對(duì)論，但弦理論也同樣是一個(gè)“有效理論”，在M理論的膜卷曲為小半徑圓柱時(shí)，它才有效。說(shuō)弦理論是有效理論的人不多，但這是事實(shí)。圖7 相互關(guān)聯(lián)的弦/M理論人們抱著能以無(wú)限精度計(jì)算散射的理論夢(mèng)想，拒絕量子的廣義相對(duì)論，因?yàn)樗鼈兪遣豢芍卣?。這意味著，為了得到有限的結(jié)果，每一階計(jì)算都需要減去一個(gè)不確定的量。實(shí)際上，原始的微擾論在量子引力的失敗，一點(diǎn)兒也不奇怪。我們不能把黑洞看作平直空間的微擾。最近，我想通過(guò)在作用量中增加高階導(dǎo)數(shù)的項(xiàng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)超引力的重正化。這顯然把“鬼”引來(lái)了——就是負(fù)幾率的態(tài)。然而，我發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)錯(cuò)覺(jué)。我們不可能讓一個(gè)系統(tǒng)處在負(fù)幾率的狀態(tài)。但鬼態(tài)的出現(xiàn)意味著我們不能以任意精度做預(yù)言。如果接受這一點(diǎn)，我們就能快樂(lè)地“與鬼同在”了（圖8）。圖8 我們能快樂(lè)地“與鬼同在”。高階導(dǎo)數(shù)和負(fù)幾率的鬼態(tài)，讓我們復(fù)活了斯塔洛賓斯基（Starobinski）等俄羅斯科學(xué)家們的原始暴脹模型。在這個(gè)模型里，宇宙的暴脹性膨脹是大量物質(zhì)場(chǎng)的量子效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的。根據(jù)無(wú)邊界宇宙的假設(shè)，我把宇宙的起源描繪為水蒸氣中氣泡的生成。量子漲落使無(wú)數(shù)的小宇宙同時(shí)從虛無(wú)中生出。多數(shù)小宇宙都復(fù)歸于無(wú)，但有些達(dá)到了臨界尺度的小宇宙，將以暴脹的形式擴(kuò)張，形成星系和恒星，甚至形成我們這樣的生命。圖9 宇宙像氣泡那樣產(chǎn)生結(jié)束活著做理論物理的研究，是我快樂(lè)的時(shí)光。我們的宇宙圖景在過(guò)去40年已經(jīng)改變了許多，如果說(shuō)我為它做過(guò)點(diǎn)滴貢獻(xiàn)，我感到幸福（圖10）。我想跟大家分享我的興奮和激情。沒(méi)有什么能比得過(guò)發(fā)現(xiàn)的瞬間——發(fā)現(xiàn)以前我們不知道的東西。我不會(huì)拿性來(lái)跟它比，它比性的快樂(lè)更加長(zhǎng)久。




編輯推薦
《第一推動(dòng)叢書(shū)?宇宙系列珍藏本(套裝共14冊(cè))》是國(guó)內(nèi)最有影響力的引進(jìn)版科普?qǐng)D書(shū)《第一推動(dòng)叢書(shū)》宇宙系列的最新最全合集！匯集全球一流科學(xué)家的一流科普作品。第一推動(dòng)，讓我們站在巨人的肩膀，發(fā)現(xiàn)宇宙的和諧與美麗，走進(jìn)宇宙的大戲，傾聽(tīng)天球的樂(lè)音。


名人推薦
“鮮明而刺激……霍金先生無(wú)疑具有教師天賦，輕松幽默，擅長(zhǎng)以日常生活的隱喻來(lái)詮釋極端復(fù)雜的主題?！?--《紐約時(shí)報(bào)》 “迷人而清澈……光輝四射的巨作” --《紐約客》 “童真好奇與天才智慧的結(jié)合，當(dāng)我們領(lǐng)略霍金宇宙之際，為他精神的瑰麗所驚異?！?--《星期日時(shí)報(bào)》 “他機(jī)智而清晰地闡釋宇宙物理的奧秘，他擁有無(wú)與倫比的頭腦。” --《紐約書(shū)評(píng)》




圖書(shū)封面



圖書(shū)標(biāo)簽Tags
無(wú)




評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載



還沒(méi)讀過(guò)(92)
勉強(qiáng)可看(669)
一般般(114)
內(nèi)容豐富(4733)
強(qiáng)力推薦(388)


 


    第一推動(dòng)叢書(shū)·宇宙系列（珍藏本） PDF格式下載