第一推動叢書·宇宙系列（珍藏本）

內(nèi)容概要

　　第一推動是2300多年前亞里士多德首次提出的哲學(xué)用語。指一切事物最后的目的與運動的終極原因?？茖W(xué)最重要的目標(biāo)之一就是追尋其固有的原動力，同時科學(xué)的這種追求精神本身又是人類發(fā)展和社會進步最基本的推動。人類是有希望的，正是被譽為自身主宰的科學(xué)精神，即“第一推動”。
　　第一推動——國內(nèi)最早、影響最大的引進版科普叢書，一套由當(dāng)代世界一流科學(xué)家撰寫的、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)愛好者的精神家園”，已經(jīng)走過了輝煌20年，成為了經(jīng)得起時間檢驗的經(jīng)典！
　　湖南科學(xué)技術(shù)出版社首次集中推出《第一推動叢書》宇宙系列的最新最全合集（共計14冊），統(tǒng)一封面成套推出，便于廣大讀者購買，更值得收藏。
　　14冊的基本內(nèi)容包括：
　　《時間簡史》（文字版）
　　史蒂芬?霍金的《時間簡史》，自1988年首版以來的十年歲月里，已成為科學(xué)著作的里程碑，在全球銷售已超過1000萬冊。首版內(nèi)容　　介紹了宇宙本性最前沿的知識。微觀和宏觀世界觀測技術(shù)領(lǐng)域方面10年來的進展證明了霍金教授的許多理論預(yù)言。他為了把觀測的新知識介紹給讀者，重寫了前言，全面更新了原版內(nèi)容，并新增了一章有關(guān)蟲洞和時間旅行的激動人心的課題。
　　時間有初始嗎？它又將在何地終結(jié)呢？宇宙是無限的還是有限的？霍金教授遨游到外層空間奇異領(lǐng)域，對遙遠星系、黑洞、夸克、大統(tǒng)一理論、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質(zhì)、“時間箭頭”等進行了深入探討--其出乎意外的含義引起了人們的極大興趣。
　　《時間簡史》對我們這些喜用言語表達甚于方程式表達的讀者而言是一本里程碑式的佳作。她出于一個對人類思想有杰出貢獻者之手，這是一本對知識無限追求之作，是對時空本質(zhì)之謎不懈探討之作。
　　《時間簡史續(xù)編》
　　史蒂芬?霍金教授的科學(xué)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(nèi)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(xué)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(gòu)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(xué)同學(xué)及牛津物理系同學(xué)親密幽默地回憶他們在學(xué)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(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。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。他驚天動地的學(xué)說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聊，就能從宇宙這本大書中讀到真善美。
　　本書收集了13篇精彩的文章和1992年圣誕節(jié)BBC播出的會晤紀(jì)實。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。
　　《時空本性》
　　愛因斯坦曾說關(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？量子場論和廣義相對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.彭羅斯就此問題展開了一場辯論。劍橋三一學(xué)院院長，前英國皇家學(xué)會會長邁克爾.阿蒂雅認(rèn)為，這是繼愛因斯坦和玻爾辯論之后本世紀(jì)最重要的論爭。在某種意義上，今天的辯論可視為60多年前那場著名的曠日持久的辯論的繼續(xù)。在這里彭羅斯擔(dān)任愛因斯坦的角色，而霍金充任玻爾的角色。盡管論爭的問題不同了，但同過去一樣，在這里哲學(xué)的觀點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。
　　《黑洞與時間彎曲》
　　本書是在嚴(yán)格的物理學(xué)原理基礎(chǔ)上編寫而成的，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而進入一個與我們地球的日常生活全然不同的物理世界，讀這本書能夠使我們學(xué)一些物理學(xué)方面的知識。很少有書像《黑洞與時間彎曲》那樣表現(xiàn)了科學(xué)的事業(yè):它打開了歷史的畫卷,描繪了物理學(xué)的奇跡和激動人心的發(fā)現(xiàn),更難得的是讓我們看到了一個親歷者對科學(xué)風(fēng)格和氣質(zhì)的洞察。
　　《千億個太陽》
　　本書介紹了恒星能源、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。全書基本上撇開了數(shù)學(xué)公式，運用了許多生動比喻，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。
　　本書講到：太陽的能源/恒星就像天上的核電站/脈沖星并不脈動/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100萬個載有生命的行星嗎？
　　《果殼里的60年》
　　聽霍金說昨天，聽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，正向我們走來的引力波……
　面向億萬觀眾，BBC的“霍金演講”；面向科學(xué)未來，與前線同步的科學(xué)報告。
　　本書要主講的是科學(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)代教育的一個核心?？茖W(xué)教育不僅使人獲得生活和工作所需的知識和技能，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。
　　《時空的未來》
　　最重要的時空理論家和觀測者們將告訴我們，黑洞、引力波和時間旅行的科學(xué)會把我們引向何方。
　　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)與科幻小說之間的界線。，這里的6篇文章，來自遠遠走在那條路線上的人們，他們發(fā)現(xiàn)了多彩的自然，讓讀者來分享他們對宇宙奧秘的迷戀。普萊斯介紹了空間和時間的新概念，帶我們走近了愛因斯坦的廣義相對論，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。
　
索恩猜想未來在新世紀(jì)里，關(guān)于廣義相對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？時間機器給邏輯和自由意志帶來了什么問題？費里斯談科學(xué)普及科學(xué)家如何向大眾傳達那些與直覺矛盾的時空新思想？菜特曼小說家樣的物理學(xué)家物理學(xué)家與小說家，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)觀點出發(fā)，來闡述天文學(xué)的前沿問題。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，本書是你的不二之選。
　　《愛因斯坦尚未完成的交響樂》
　　如果聆聽宇宙，我們將會聽到些什么？如果有余音繚繞在我們頭頂?shù)奶炜?，又將會怎樣？瑪西?芭楚莎將在這部新書中向我們介紹引力波。
　　通過本書，我們將了解到新一代天文臺正在全球興建，它們將賦予科學(xué)家們一種全新的感覺去探索和體驗我們的宇宙。這些新奇的天文臺不是用來搜集光波或無線電波的，科學(xué)家們的目的是通過它們，可以把自己的雙手放在時空之網(wǎng)上，與宇宙的韻律連接起來，從而給通過望遠鏡描繪出的盛大宇宙圖景配上聲音。
　　芭楚莎用生動活潑的筆觸，把繁雜的物理概念通過抒情詩一樣的語言向我們娓娓道來。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。于是，超新星爆發(fā)，我們會聽到鐃鈸的撞擊聲；中子星高速旋轉(zhuǎn)，我們會聽到周期性的鼓點聲；兩顆黑洞結(jié)合，我們會聽到拉長了的唧唧聲；甚至還能偷聽到大爆炸留下來的回響。這些聲音構(gòu)成了愛因斯坦未完成的交響樂，我們等了將近一個世紀(jì)還沒有領(lǐng)略到它的恢宏。
　　芭楚莎回憶了愛因斯坦最偉大的成就——廣義相對論——的迷人故事，之后又探究了在愛因斯坦首次提出引力波之后的幾十年里，物理學(xué)家們對這一概念的認(rèn)識是如何演化的。作者在本書中精心描寫了這次科學(xué)革命中的每一位關(guān)鍵科學(xué)家。并據(jù)此從個人的角度向我們介紹了當(dāng)今的實驗和全新的天文臺，比如美國的LIGO。作者把這些科學(xué)家們的故事與人們對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，但是我們卻沒有一個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)一些最深刻的問題來自于科學(xué)家解釋宇宙起源時所遇到的困難。大爆炸之前又有些什么？過去的幾年里，宇宙學(xué)家們已經(jīng)開始致力于發(fā)展新的、有時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)時科學(xué)家們所感受到的敬畏與激動之情。
《黑洞戰(zhàn)爭》
本書揭開了斯蒂芬?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)系到我們對整個宇宙的認(rèn)識。
　　當(dāng)某種東西被吸入黑洞時會發(fā)生什么呢？它消失了嗎？在30年前，一位年輕的英國物理學(xué)家斯蒂芬?霍金宣稱落入黑洞的事物確實消失了。大多數(shù)科學(xué)家沒有意識到這種觀點的意義所在，不過美國物理學(xué)家倫納德?薩斯坎德與荷蘭物理學(xué)家赫拉德?特霍夫特意識到，如果霍金的觀點是正確的，那么我們必須拋棄以往所有關(guān)于宇宙的基本定律。事實上，如果霍金是正確的，那么從愛因斯坦到奧本海默，再到費曼的所有人都完全錯了！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)本身也將處于危機之中！
　　《宇宙?zhèn)饔洝?br />　　本書作者約翰,格里賓把宇宙學(xué)用通俗的語言向一般讀者娓娓道來，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，格里賓首先把事實和猜測區(qū)分開來：我們對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)讀者進入驚險的時間之旅.從宇宙大爆炸一直到今天一路走來，并且探討了未來的情形。
　　一路上，格里賓描述了宇宙是如何開始的，早期宇宙是什么樣子，它的結(jié)構(gòu)如何發(fā)展演進，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，恒星和星系如何形成，以及在我們的太陽系中生命如何產(chǎn)生。此外，在介紹了到目前為止我們對宇宙的認(rèn)識之后，他甚至進一步展望未來，揭示這一旅程往后會如何繼續(xù).宇宙的一生是否會在大收縮或大撕裂時達到高潮，亦或是在我們有機會弄清楚這個問題之前，地球就將受到來自宇宙空間的撞擊？
　　本書是這位科普創(chuàng)作大師迄今為止最雄心勃勃、最激動人心的作品。
　　《偉大的超越》
　　本書為“宇宙系列”之一，是從柏拉圖的洞穴到人類思想和科學(xué)知識最遙遠之處的非凡旅途。本書內(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；愛因斯坦的兩難；規(guī)范弱力和強力；被弦緊束的超空間包裹等。

作者簡介

　　《時間簡史》、《時間簡史續(xù)編》、《霍金講演錄》、《時空本性》、《果殼里的60年》、《時空的未來》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)。他廣被推崇為繼愛因斯坦后最杰出的理論物理學(xué)家。他的主要作品包括《時間簡史》、《果殼中的宇宙》、《大設(shè)計》、《時間簡史續(xù)編》、《霍金講演錄》、《時空本性》、《果殼里的60年》等。
　　《黑洞與時間彎曲》作者：基普?S?索恩(KipS.Thorne),美國加利福尼亞理工學(xué)院費曼物理學(xué)教授，曾與J?惠勒合著《引力》。1994年獲得美國物理學(xué)聯(lián)合會（AIP）科學(xué)著作獎。
　　《千億個太陽》作者：魯?shù)婪?基彭哈恩，德國天體物理學(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。他的著作還有《等離子體物理基礎(chǔ)》、《來自宇宙邊緣的光線》。
　　《物理天文學(xué)前沿》作者：F?霍伊爾（FredHovle）：英國著名天文學(xué)家，宇宙穩(wěn)恒態(tài)學(xué)說創(chuàng)始人。
　　《愛因斯坦尚未完成的交響樂》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)聲望的美國物理學(xué)會“科學(xué)寫作獎”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)教授過科學(xué)通訊。多年來她一直任《發(fā)現(xiàn)》雜志的主編，現(xiàn)為《天文學(xué)》雜志的一名編委。先前她還寫過另外兩部書：《星期四的宇宙》和《穿過黑暗的宇宙》?，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。
　　《看不見的世界》作者：斯蒂芬?韋伯為英國開放大學(xué)（OpenUniversity，通過電視、函授或因特網(wǎng)教學(xué)）的學(xué)與教計劃工作（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。他曾經(jīng)出版過《時間之旅》、《宇宙的蟲洞》和《盤環(huán)的巨蛇》。
　　《黑洞戰(zhàn)爭》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，美國科學(xué)院院士，美國文理科學(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，他所著的暢銷書包括《尋找薛定諤的貓》、《星塵》、《科學(xué)史》、《深奧的簡潔》和《科學(xué)家》等。他善于用簡單的語言傳遞復(fù)雜的思想。他曾說他寫作的目的（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)訪問學(xué)者。業(yè)余時間他還喜歡從事科幻小說創(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。

書籍目錄

《時間簡史》目錄： 第一章 我們的宇宙圖象 第二章 空間和時間 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 第九章 時間箭頭 第十章 蟲洞和時間旅行 第十一章 物理學(xué)的統(tǒng) 第十二章 結(jié)論 阿爾伯特?愛因斯坦 伽利略?伽利雷 艾薩克?牛頓 小辭典 感謝 …… 《時間簡史續(xù)編》 《霍金講演錄》 《時空本性》 《黑洞與時間彎曲》 《千億個太陽》 《果殼里的60年》 《物理天文學(xué)前沿》 《時空的未來》 《愛因斯坦尚未完成的交響樂》 《看不見的世界-碰撞的宇宙、膜、弦及其他》 《偉大的超越》 《黑洞戰(zhàn)爭》 《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，我曾和一堵墻有過一次“較量”，墻贏了。但Addenbrooke醫(yī)院又費盡力氣地把我拉了回來。我想跳過我60年里的第一個20年，從1962年10月說起，那是我來劍橋做研究生的時候。我曾申請跟霍伊爾工作，他是穩(wěn)恒態(tài)理論的主要捍衛(wèi)者，也是當(dāng)時最有名的英國天文學(xué)家。我說天文學(xué)家，是因為宇宙學(xué)在那時幾乎還沒有公認(rèn)的合法地位，但那仍然是我想做的研究，鼓舞來自我跟霍伊爾的學(xué)生納里卡（Jayant Narlikar）共渡的一個夏季學(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，我從沒聽說過他。但那也許是最好的事情?；粢翣柦?jīng)常出門，很少在系里，我不會引起他更多的注意。而西阿瑪總在身旁，隨時找我們談話。他的許多觀點（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。我是怎么開始的我開始做研究的時候，兩個激動人心的領(lǐng)域是宇宙學(xué)和基本粒子物理學(xué)?；玖Ｗ游锢韺W(xué)是生機勃勃、日新月異的領(lǐng)域，吸引了最杰出的思想者；而宇宙學(xué)和廣義相對論卻仍然停滯在30年代的水平。費曼曾講過他參加1962年華沙廣義相對論與引力論會議的可笑遭遇。他在給夫人的信中寫道：我沒從會上獲得任何東西。我什么也沒學(xué)到。因為沒有實驗，這是一個沒有活力的領(lǐng)域，幾乎沒有一個頂尖的人物來做工作。結(jié)果是一群笨蛋（126個）到這兒來了，這對我的血壓很不好。以后記著提醒我再不要參加任何有關(guān)引力的會議了！當(dāng)然，我開始做研究時，一點兒也不知道這些事情。但我覺得，那時的基本粒子物理學(xué)太像植物學(xué)了。量子電動力學(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)時的注意力都轉(zhuǎn)移到了原子核粒子間的強弱相互作用力，不過類似的場理論卻似乎不起作用。實際上，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，那個方法會起作用的想法倒是很可笑的；我還記得弱核力的統(tǒng)一場理論的最初嘗試所遭遇的嘲笑。不過，我們記住的是這些場理論，而解析的散射矩陣卻被人忘了。我很高興沒有從基本粒子開始我的研究；那個時期做的工作不會有幸存下來的。另一方面，宇宙學(xué)和引力論這兩個被遺忘的領(lǐng)域，也到了出頭的時候。跟基本粒子不同的是，我們有一個很好建立起來的理論，就是廣義相對論，但人們認(rèn)為它實在太難了。大家經(jīng)常為發(fā)現(xiàn)場方程的一個解而欣喜，并不關(guān)心那個解是不是有物理意義。這就是費曼在華沙會上遇到的老派廣義相對論。但華沙會議也標(biāo)志了廣義相對論的復(fù)興，當(dāng)然，我們可以原諒費曼當(dāng)時沒能認(rèn)識到這一點。廣義相對論與宇宙學(xué)新一代研究者走來了，也出現(xiàn)了新的廣義相對論研究中心。其中的兩個中心對我有特別的意義。一個是約當(dāng)（Pascal Jordan）領(lǐng)導(dǎo)的，在德國的漢堡。雖然我從沒去過，但我很佩服他們的精彩論文，與以前雜亂的廣義相對論研究有天壤之別。另一個在倫敦的國王學(xué)院，領(lǐng)導(dǎo)者是邦迪（Hermann Bondi），穩(wěn)恒態(tài)理論的另一個倡導(dǎo)者，不過并不完全忠于它，跟霍伊爾一樣。我在牛津的學(xué)院沒做過多少數(shù)學(xué)，也沒用功學(xué)過那些非常簡單的物理學(xué)課程，所以西阿瑪讓我做天體物理。但是因為沒能跟隨霍伊爾，覺得自己上當(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，我讀廣義相對論的老課本，每個星期都跟西阿瑪?shù)钠渌齻€學(xué)生到國王學(xué)院去聽講座。我能聽懂它的語言和方程，但并沒真正領(lǐng)會這門學(xué)科。另外，我被診斷患了運動神經(jīng)疾?。ˋLS），估計不能活著完成我的博士學(xué)位了?？墒呛髞恚谖已芯康牡诙杲Y(jié)束時，情況突然好轉(zhuǎn)了。我的病沒有惡化下去，工作也都有條不紊，開始有眉目了。馬赫原理和惠勒-費曼電動力學(xué)西阿瑪很喜歡馬赫原理：一個物體的慣性來自宇宙中所有其他物質(zhì)的影響。他想我來做這方面的工作，但我覺得他表述的馬赫原理沒有很好地定義。不過，他給我介紹了一個有點兒類似的觀點，是關(guān)于光的，即所謂的惠勒-費曼電動力學(xué)。它認(rèn)為，電和磁是時間對稱的。然而，當(dāng)我們開燈時，正是因為宇宙間所有其他物質(zhì)的影響，光波才從燈向外傳播，而不是從無窮遠的地方流向燈（圖1）。圖1 惠勒-費曼電動力學(xué)。光從燈向外傳播，是因為宇宙所有其他物質(zhì)的影響。[演講幻燈]惠勒-費曼電動力學(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)宇宙的另一個證明（如果說需要證明的話）。關(guān)于惠勒-費曼電動力學(xué)和時間箭頭，1963年召開過一次會議。關(guān)于時間箭頭的廢話令費曼深惡痛絕，他不允許自己的名字出現(xiàn)在會議錄。他被稱為X先生，不過人人都知道X是誰（圖2）。圖2關(guān)于時間箭頭的廢話令費曼深惡痛絕，他不允許自己的名字出現(xiàn)在會議錄。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-費曼電動力學(xué)，接著他們又建立時間對稱的新引力論。在1964年皇家學(xué)會的一次會議上，霍伊爾報告了他們的理論。我也聽了報告。我在提問時說，穩(wěn)恒態(tài)宇宙的所有物質(zhì)的影響會使他的質(zhì)量變得無窮大?；粢翣枂栁覟槭裁茨菢诱f，我說我已經(jīng)算過了。人人都以為我是聽報告時在頭腦中計算的，其實，我和納里卡同在一個辦公室，我見過他們文章的草稿?；粢翣柡苌鷼?。那時他正想建立自己的研究所，并且威脅說，如果不給經(jīng)費，人才就會流向美國。他認(rèn)為我是被人推出來破壞他計劃的。不過，他還是辦起了他的研究所，后來還給我一個工作，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)的一個大問題是：宇宙有開始嗎？許多科學(xué)家本能地反對這個觀念，因為他們覺得宇宙創(chuàng)生的那一點也將是科學(xué)崩潰的地方。我們也許不得不求助宗教和上帝之手來決定宇宙是如何開始的。于是出現(xiàn)兩種可能的圖像。一個是穩(wěn)恒態(tài)理論，當(dāng)宇宙膨脹時，新的物質(zhì)不斷產(chǎn)生出來，以維持不變的平均密度。穩(wěn)恒態(tài)理論從來不曾有過堅實的理論基礎(chǔ)，因為它需要一個負(fù)能量場來創(chuàng)生物質(zhì)。這樣一來，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，它具有作為科學(xué)理論的一大優(yōu)點：能做出確定的可以通過觀測來檢驗的預(yù)言。到1963年時，穩(wěn)恒態(tài)理論已經(jīng)陷入困境?？ㄎ牡鲜矊嶒炇屹嚑枺∕artin Ryle）射電天文學(xué)小組考察了微弱射電源，他們發(fā)現(xiàn)，射電源在整個天空的分布是相當(dāng)均勻的。這意味著它們在我們銀河系的外面，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。太多的弱射電源說明在遙遠的過去源密度要高得多?；粢翣柡退闹С终邆儾粩酁檫@些觀測結(jié)果構(gòu)造牽強的解釋，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)理論帶來了“蓋棺”的最后一顆釘子。盡管霍伊爾和納里卡費盡心思，穩(wěn)恒態(tài)理論也解釋不了這個發(fā)現(xiàn)。幸好我沒做霍伊爾的學(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。微波背景說明宇宙在過去曾有一個熾熱的階段。但它并不證明那就是宇宙的開始。我們也可以想象宇宙有過一個收縮的時期，然后，在某個有限的高密度時刻，從收縮反彈到膨脹。這顯然是一個基本性的問題，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。所以，我的第一個問題是，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都是相同的），那么答案是否定的。然而，那時兩個蘇聯(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，不完全對稱的一般性收縮總會在密度保持有限的情況下引起反彈。這個結(jié)果很符合馬克思列寧主義的辯證唯物主義，因為它避免了尷尬的宇宙創(chuàng)生問題。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派的廣義相對論專家。就是說，他們寫下一大堆方程，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。然而，彭羅斯引進一種新方法，它不需要具體求解場方程，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，彭羅斯在倫敦國王學(xué)院辦過一個討論班。我沒參加討論班，但我聽卡特爾說過，那時，我和他在白銀路的新DAMTP大樓共用一個辦公室。起初，我不能理解他說的是什么。彭羅斯證明，當(dāng)垂死的恒星收縮到一定的半徑，必然會出現(xiàn)一個奇點——就是空間和時間走向終結(jié)的一點。當(dāng)然嘍，我想，我們已經(jīng)知道沒有東西能阻止大質(zhì)量的冷星在自身重力下坍縮到無限密度的奇點。但我們實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的，球?qū)ΨQ的偏離會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，從而避免無窮密度的奇點。但彭羅斯證明他們錯了。對球?qū)ΨQ的小偏離不能阻止奇點的產(chǎn)生。我發(fā)現(xiàn)，類似的論證也可以用于宇宙的膨脹。在這個情形，我能證明時空開始的地方存在奇點。于是，栗弗席茲和卡拉特尼科夫又錯了。廣義相對論預(yù)言宇宙應(yīng)該有一個起點，這個結(jié)果沒有逃過教會的注意。彭羅斯和我的原初奇點定理需要假定宇宙有一個柯西面——那樣一個曲面，與所有的類時曲線相交一次，而且只相交一次。因此，我們的第一奇點定理也許只是證明了宇宙沒有柯西面。它雖然有趣，但重要性不比時間有起點或終點。于是，我開始證明不需要柯西面假定的奇點定理。在接下來的5年里，彭羅斯、格羅赫（Bob Geroch）和我發(fā)展了廣義相對論的因果結(jié)構(gòu)理論。對我們自己來說，把握全景的感覺才是愉快的。這跟基本粒子物理學(xué)是多么不同??！在那個領(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，而不是彭羅斯證明的可能出現(xiàn)在坍縮恒星的奇點。然而，在1976年，伊斯雷爾（Werner Israel）得到一個重要結(jié)果。他證明，除非坍縮星的殘骸是完全球?qū)ΨQ的，否則它包含的奇點將是裸露的，就是說，外面的觀測者能看見它。這就意味著，廣義相對論在坍縮星奇點的崩潰，將破滅我們預(yù)言宇宙未來的幻想。首先，大多數(shù)人（包括伊斯雷爾自己）都認(rèn)為這意味著，因為現(xiàn)實的恒星不是球?qū)ΨQ的，所以它們的坍縮將產(chǎn)生裸奇點，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，自然是很“規(guī)矩的”，它把奇點藏在黑洞里，沒人能看見它。我在DAMTP辦公室的門上貼過一張不干膠字條：“黑洞是看不見的”（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上那張令人不快的字條。我的黑洞研究是從1970年的一個發(fā)現(xiàn)的瞬間開始的，那是在我女兒露茜出生幾天之后。上床時，我意識到我可以把我為奇點定理發(fā)展的因果結(jié)構(gòu)理論用到黑洞上去。特別說來，視界（黑洞的邊界）的面積總是增加的。當(dāng)兩個黑洞碰撞結(jié)合，最后形成的黑洞的面積大于原來兩個黑洞面積的總和。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。它度量了一個黑洞在同一個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，因為我們都知道，黑洞是全黑的，不可能與熱輻射達到平衡。圖4 宇宙監(jiān)督認(rèn)為，自然是規(guī)矩的，它把奇點藏在黑洞里，沒人能看見它。我在DAMTP辦公室的門上貼過一張不干膠字條：“黑洞是看不見的”。1972年是最激動人心的，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，還沒有任何黑洞的觀測證據(jù)，費曼說過，一個有活力的理論必須靠實驗來推動，看來他說錯了。M理論也是一樣的情形。還有一個從未解決的問題是證明宇宙監(jiān)督猜想。很多人想否定它，但都失敗了。它對所有黑洞的研究都至關(guān)重要，所以我堅信它是正確的。于是，我跟索恩和普雷斯基爾打過賭。我想贏很困難，但要我輸很容易，只需要找到一個裸奇點的例子。實際上，因為立賭約時措辭不小心，我已經(jīng)輸過一回了。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恤衫霍金輻射我們在經(jīng)典廣義相對論上獲得了巨大成功，1973年，與埃利斯合作的《時空的大尺度結(jié)構(gòu)》出版之后，我覺得沒有多少遺留問題了。我跟彭羅斯的研究已經(jīng)證明，廣義相對論將在奇點崩潰。所以，下一步顯然應(yīng)該是把“大”的廣義相對論與“小”的量子理論結(jié)合起來。我沒有量子理論的背景，而奇點問題那時似乎也太難攻克。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——它的核是一個原初小黑洞。為回答這個問題，我研究了量子場會如何被黑洞散射開。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算出了問題。但后來我相信它是真的，因為那發(fā)射正是把視界面積等同于黑洞熵所需要的，S=Akc3/4hG我愿把這個簡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)了這個公式的深層原因。假如我們用虛時間來代替普通的時間，那么廣義相對論可以很精妙地與量子理論結(jié)合起來。我曾在其他場合試著解釋過虛時間，有時候很成功，有時候卻不那么成功。我想是它的“虛”名令人困惑。如果接受實證論的觀點，認(rèn)為理論不過是一個數(shù)學(xué)模型，它就容易理解了。在這里的情形，時間出現(xiàn)兩次，數(shù)學(xué)模型就產(chǎn)生一個負(fù)號。這個以虛時間為基礎(chǔ)的歐幾里得式的量子引力方法，是在劍橋開拓出來的。它遭遇過許多障礙，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)歷過暴脹的思想，重新喚起了我對宇宙學(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，我們在劍橋納菲爾德（Nuffield）召開了會議，圈內(nèi)的重要人物都來參加了。我們在會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驗的前頭。1982年的暴脹圖像是，宇宙從大爆炸的奇點開始。然后，隨著宇宙的膨脹，假定它猛然進入一個暴脹狀態(tài)。我想這是不能令人滿意的，因為所有的方程都會在奇點崩潰。可是，除非我們知道什么東西從初始奇點出來，否則我們不可能計算宇宙會如何演化下去。宇宙學(xué)將喪失任何預(yù)言能力。劍橋會議之后，我在剛成立的圣巴巴拉理論物理研究所渡過了一個夏天。我們住在學(xué)生宿舍，我駕著租來的一輛電動輪椅去研究所。我記得我的小兒子，3歲的提姆，望著落山的太陽說，“那是一個大國家?！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)來描寫。但是，代表我們宇宙的那個特殊的解，是憑什么挑選出來的呢？根據(jù)歐幾里得方法，宇宙波函數(shù)是一定類型的虛時間的歷史遵照費曼的求和法則得來的。因為虛時間表現(xiàn)為另一個空間方向，虛時間的歷史可以是地球表面那樣的閉合曲面，沒有起點，也沒有終點（圖6）。圖6虛時間的歷史可以是地球表面那樣的閉合曲面，沒有起點，也沒有終點。哈特爾和我認(rèn)定，這是最自然的選擇，實際上也是惟一自然的選擇。我們把時間轉(zhuǎn)化為空間，從而躲開了時間起點帶來的科學(xué)和哲學(xué)難題。M理論與未來許多做理論物理的人都經(jīng)過粒子物理學(xué)的訓(xùn)練，而不一定懂廣義相對論。于是，他們更喜歡計算他們在粒子加速器看到的，而不會去問時間的起點和終點。他們覺得，假如能找到一個原則上能幫他們以任意精度計算粒子散射的理論，那么其他問題也就迎刃而解了。1985年，有人聲稱弦理論就是那種終極理論。但在后來幾年，人們突然發(fā)現(xiàn)問題更復(fù)雜，也更有趣。似乎有一個相互關(guān)聯(lián)的理論網(wǎng)，我們稱它為M理論。M理論網(wǎng)中的每個理論都可以認(rèn)為是同一個理論在不同極限情形的近似。沒有一個理論能在任意精度計算散射，也沒有一個理論能看作是其他理論背后的基本理論。實際上，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”的稱呼來蔑視廣義相對論，但弦理論也同樣是一個“有效理論”，在M理論的膜卷曲為小半徑圓柱時，它才有效。說弦理論是有效理論的人不多，但這是事實。圖7 相互關(guān)聯(lián)的弦/M理論人們抱著能以無限精度計算散射的理論夢想，拒絕量子的廣義相對論，因為它們是不可重正化的。這意味著，為了得到有限的結(jié)果，每一階計算都需要減去一個不確定的量。實際上，原始的微擾論在量子引力的失敗，一點兒也不奇怪。我們不能把黑洞看作平直空間的微擾。最近，我想通過在作用量中增加高階導(dǎo)數(shù)的項，來實現(xiàn)超引力的重正化。這顯然把“鬼”引來了——就是負(fù)幾率的態(tài)。然而，我發(fā)現(xiàn)這是一個錯覺。我們不可能讓一個系統(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，我們就能快樂地“與鬼同在”了（圖8）。圖8 我們能快樂地“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。在這個模型里，宇宙的暴脹性膨脹是大量物質(zhì)場的量子效應(yīng)驅(qū)動的。根據(jù)無邊界宇宙的假設(shè)，我把宇宙的起源描繪為水蒸氣中氣泡的生成。量子漲落使無數(shù)的小宇宙同時從虛無中生出。多數(shù)小宇宙都復(fù)歸于無，但有些達到了臨界尺度的小宇宙，將以暴脹的形式擴張，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，是我快樂的時光。我們的宇宙圖景在過去40年已經(jīng)改變了許多，如果說我為它做過點滴貢獻，我感到幸福（圖10）。我想跟大家分享我的興奮和激情。沒有什么能比得過發(fā)現(xiàn)的瞬間——發(fā)現(xiàn)以前我們不知道的東西。我不會拿性來跟它比，它比性的快樂更加長久。




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