科普 》 時間簡史 A Brief History Of Time   》 譯者序      史蒂芬·霍金 Stephen Hawking

《時間簡史》是由英國偉大的物理學家、黑洞理論和“大爆炸”理論的創立人史蒂芬•威廉•霍金撰寫的一本有關宇宙學的經典著作，是一部將高深的理論物理通俗化的科普範本。自1988年首版以來，它已成為全球科學著作的里程碑，被翻譯成40種文字，銷售了近10000萬册，成為國際出版史上的奇觀。 讀後感：在BBC拍攝的一部記錄片裏，曾有過這樣一個人：骨瘦如柴，患有肌萎縮性（脊椎）側索硬化癥，斜躺在電動輪椅上，因為失語，每天衹能依靠電腦語音合成器與人交流。他的科學成就震撼了自然科學界，而且對哲學、宗教也産生了深遠影響。霍金的重度殘疾及其在廣義相對論、宇宙學領域的非凡成就，體現了人類驚人的意志潛能和理解力。 　　這是一部近乎完美的科普著作，同時，也是一部散發着文學、邏輯清香的曠世經典。在霍金教授這部著作裏，文字娓娓遊走，思緒楚楚鋪開。明晰的脈絡，散文般優美的語言，把個紛繁深奧的宇宙描述得如此清澈、通透、迷人。全書共十二章，從宇宙起源開始，有條不紊地講述了時間、空間的性質及黑洞等人類對宇宙的最新認知。在原版基礎上，霍金教授新增設了《蟲洞和時間旅行》一章，結合人類對宇宙的最新觀測結果，客觀地探討了人類進行星係旅行以及在時間中旅行回到過去的可能。 　　在《膨脹的宇宙》章節裏，霍金告訴我們，現在的證據暗示，宇宙可能會永遠膨脹下去。但可以肯定的是，既然宇宙已經膨脹了150億年，即便將來要坍縮，至少還要過這麽久纔可能。到那時候，除非我們在太陽係以外開拓了殖民地，否則人類早就隨着太陽的泯滅而死亡殆盡。 　　關於黑洞，他安排了兩章篇幅。對黑洞的本性，他揭示道：黑洞畢竟不是真的黑暗，它們像一個熱體一樣發光發熱，它們越小，發熱發光越厲害，所以看起來荒謬，而事實上卻是，也許小的黑洞可以比大的黑洞更容易探測到。為便於普通受衆的理解，他舉例作了說明。如果一個航天員落到黑洞中去，黑洞的質量將增加，但是最終這額外質量的等效能量，將會以輻射的形式回到宇宙中去。這樣，此航天員在某種意義上被再循環了。這是一種非常可憐的不朽，因為當航天員在黑洞被撕開時，他的任何個人時間概念幾乎肯定都達到了終點！甚至最終從黑洞輻射出來的粒子種類，都和構成這位航天員的不同，航天員所遺留下來的僅有特徵就是他的質量或能量。 　　關於蟲洞和時間旅行問題，在第十章裏，教授精密的思想引導着我們，探討了可以進行時間旅行的兩種可能。一種可能是打破光速壁壘，即超光速旅行，但最後被相對論和費爾實驗室的實驗經驗所否掉。因為哪怕是一個極其微小的粒子，即使註入再大的功率，我們的粒子加速器也衹能把它加速到99.99%%光速。 　　另一種可能就是藉助蟲洞。蟲洞思想最早是由愛因斯坦和納珍•羅森提出來的，因此被人們稱為愛因斯坦•羅森橋，今天的人們稱為蟲洞。形象地說，蟲洞就是一個時空細管，它能把兩個相對遙遠的幾乎平坦的區域連接起來，這樣人類就有可能通過蟲洞這一時空捷徑來實現時間旅行。但十分遺憾的是，蟲洞並不能維持得足夠長久，使航天飛船完成穿越。當蟲洞縮緊時，飛船會因此撞到奇點上去。有的科學家又提出，一個先進的文明把時空以某種方式捲麯。對此，霍金教授告訴我們，日食發生時的光綫偏折現象及卡西米爾效應，都為時空捲麯的存在提供了證據。時空捲麯確實存在，但人類對其發生的原理還缺乏基本認識，因此，教授纔推出一個無奈的結論：時間旅行的可能性仍然未决。 　　霍金教授還認為，宇宙不僅僅有一個單獨的歷史，它有所有可能的歷史，每一種歷史都有自己的概率。同時還提出了協調歷史方法和選擇歷史假說，以解决時間旅行回到過去可能碰撞到的巨大矛盾，如一個人被允許回到以前並改變歷史,則會出現他親手殺死尚為孩童時期的祖父或同自己的祖母戀愛結婚的佯謬。 　　霍金三次訪問中國，深愛中國文化，遊歷過長城，喜歡中國食品，非常嚮往西藏。 2002年8月19日，江澤民在中南海會見他，他說再過五十年，中國有望成為領導世界科學的國傢。正是出於對這塊曾誕生過華夏文明，並在五千年裏生生不息的神奇國度的熱愛和嚮往，為了使占人類五分之一的人口瞭解他的學說，霍金教授特別委托自己的中國籍學生吳忠超先生將此書譯成了中文。 　　宇宙，浩繁廣遠，又不可思議。誰能相信，就是這樣一個純粹的物質世界，卻創造了極富思想精神的生命物種，創造了像霍金這樣能夠最終理解它的人。在這個欲望橫流、理想淪喪的物質社會裏，他代表了人類，並用自己殘弱的身軀和無比卓越的智慧，求證了人類存在的尊嚴。 　　推薦理由：科普著作的典範，在眼睛和大腦飽受煽情的文學作品和快餐式的勵志叢書折磨之外，讀讀這本書，反而是對大腦的一種放鬆和對邏輯思維的一種鍛煉。
譯者序 宇宙論是一門既古老又年輕的學科。作為宇宙裏高等生物的人類不會滿足於自身的生存和種族的綿延，還一代代不懈地探索着存在和生命的意義。但是，人類理念的進化是極其緩慢和艱苦的。從亞裏士多德——托勒密的地心說到哥白尼——伽利略的日心說的演化就花了2000年的時間。令人吃驚的是，儘管人們知道世間的一切都在運動，衹是到了本世紀20年代因哈勃發現了紅移定律後，宇宙演化的觀念纔進入人類的意識。人們甚至從來沒有想到過宇宙還會演化。牛頓的萬有引力定律表明，宇宙的物質在引力作用下不可能處於穩定的狀態。即使在愛因斯坦的廣義相對論中，情況也好不到哪兒去，為了得到一個穩定的宇宙模型，他曾將宇宙常數引進理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩定的宇宙模型。可見，宇宙演化的觀念並不是産生於這些天才的頭腦之中。 將哈勃的發現當成現代宇宙論的誕生是公平的。哈勃發現，從星係光譜的紅移可以推斷，越遠的星係以越快的速度離開我們而去，這表明整個宇宙處於膨脹的狀態。從時間上倒溯到過去，估計在100億到200億年前曾經發生過一樁開天闢地的大事件，即宇宙從一個極其緊緻、極熱的狀態中大爆炸而産生。伽莫夫在1948年發表的一篇關於熱大爆炸模型的文章中作出了一個驚人的預言，早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周圍，不過由於宇宙膨脹引起的紅移，其絶對溫度衹餘下幾度左右，在這種溫度下，輻射是處於微波的波段。但在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙微波背景輻射之前，人們並不認真對待此預言。 一般認為，愛因斯坦的廣義相對論是用於描述宇宙演化的正確的理論。在經典廣義相對論的框架裏，霍金和彭羅斯證明了，在很一般的條件下，空間——時間一定存在奇點，最著名的奇點即是黑洞裏的奇點以及宇宙大爆炸處的奇點。在奇點處，所有定律以及可預見性都失效。奇點可以看成空間時間的邊緣或邊界。衹有給定了奇點處的邊界條件，才能由愛因斯坦方程得到宇宙的演化。由於邊界條件衹能由宇宙外的造物主所給定，所以宇宙的命運就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時代起一直睏擾人類智慧的第一推動問題。 如果空間——時間沒有邊界，則就不必勞駕上帝進行第一推動了。這衹有在量子引力論中才能做到。霍金認為宇宙的量子態是處於一種基態，空間——時間可看成一有限無界的四維面，正如地球的表面一樣，衹不過多了兩個維數而已。宇宙中的所有結構都可歸結於量子力學的測不準原理所允許的最小起伏。從一些簡單的模型計算可得出和天文觀測相一致的推論，如星係、恆星等等的成團结構，大尺度的各嚮同性和均勻性，空間——時間的平性，即空間——時間基本上是平坦的，並因此纔使得星係乃至生命的發展成為可能，還有時間的方向箭頭等等。霍金的量子宇宙論的意義在於它真正使宇宙論成為一門成熟的科學，它是一個自足的理論，即在原則上，單憑科學定律我們便可以將宇宙中的一切都預言出來。 本書作者是當代最重要的廣義相對論傢和宇宙論傢。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年的沃爾夫物理奬。他還證明了黑洞的面積定理，即隨着時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的熵聯繫在一起。1973年，他考慮黑洞附近的量子效應，發現黑洞會像黑體一樣發出輻射，其輻射的溫度和黑洞質量成反比，這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，它以最後一刻的爆炸而告終。黑洞輻射的發現具有板其基本的意義，它將引力、量子力學和統計力學統一在一起。 1974年以後，他的研究轉嚮量子引力論。雖然人們還沒有得到一個成功的理論，但它的一些特徵已被發現。例如，空間——時間在普郎剋尺度（10＾-33釐米）下不是平坦的，而是處於一種泡沫的狀態。在量子引力中不存在純態，因果性受到破壞，因此使不可知性從經典統計物理、量子統計物理提高到了量子引力的第三個層次。 1980年以後，他的興趣轉嚮量子宇宙論。 本書的副題是從大爆炸到黑洞。霍金認為他一生的貢獻是，在經典物理的框架裏，證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性，黑洞越變越大；但在量子物理的框架裏，他指出，黑洞因輻射而越變越小，大爆炸的奇點不但被量子效應所抹平，而且整個宇宙正是起始於此。 理論物理學的細節在未來的20年中還會有變化，但就觀念而言，現在已經相當完備了。 霍金的生平是非常富有傳奇性的，在科學成就上，他是有史以來最傑出的科學家之一，他的貢獻是在他20年之久被盧伽雷病禁錮在輪椅上的情況下做出的，這真正是空前的。因為他的貢獻對於人類的觀念有深遠的影響，所以媒介早已有許多關於他如何與全身癱瘓作搏鬥的描述。儘管如此，譯者之一於1979年第一回見到他時的情景至今還歷歷在目。那是第一次參加劍橋霍金廣義相對論小組的討論班時，門打開後，忽然腦後響起一種非常微弱的電器的聲音，回頭一看，衹見一個骨瘦如柴的人斜躺在電動輪椅上，他自己驅動着電開關。譯者盡量保持禮貌而不顯出過分吃驚，但是他對首次見到他的人對其殘廢程度的吃驚早已習慣。他要用很大努力才能舉起頭來。在失聲之前，衹能用非常微弱的變形的語言交談，這種語言衹有在陪他工作、生活幾個月後才能通曉。他不能寫字，看書必須依賴於一種翻書頁的機器，讀文獻時必須讓人將每一頁攤平在一張大辦公桌上，然後他驅動輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁閱讀。人們不得不對人類中居然有以這般堅強意志追求終極真理的靈魂從內心産生深深的敬意。從他對譯者私事的幫助可以體會到，他是一位富有人情味的人。每天他必須驅動輪椅從他的傢——劍橋西路5號，經過美麗的劍河、古老的國王學院駛到銀街的應用數學和理論物理係的辦公室。該係為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。 在富有學術傳統的劍橋大學，他目前擔任着也許是有史以來最為崇高的教授職務，那是牛頓和狄拉剋擔任過的盧卡遜數學教授。 本書譯者之一曾受教於霍金達四年之久，並在他的指導下完成了博士論文。此書即是受霍金之托而譯成中文，以供占人類五分之一的人口瞭解他的學說。 ——許明賢　　吳忠超



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譯者序感謝
導言第一章　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　黑洞不是這麽黑的
第八章　宇宙的起源和命運-1第八章　宇宙的起源和命運-2
第九章　時間箭頭第十章　物理學的統一
第十一章　結論阿爾貝特.愛因斯坦
伽利雷.伽利略伊薩剋.牛頓
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