科普 》 时间简史 A Brief History Of Time   》 译者序      史蒂芬·霍金 Stephen Hawking

《时间简史》是由英国伟大的物理学家、黑洞理论和“大爆炸”理论的创立人史蒂芬•威廉•霍金撰写的一本有关宇宙学的经典著作，是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本。自1988年首版以来，它已成为全球科学著作的里程碑，被翻译成40种文字，销售了近10000万册，成为国际出版史上的奇观。 读后感：在BBC拍摄的一部记录片里，曾有过这样一个人：骨瘦如柴，患有肌萎缩性（脊椎）侧索硬化症，斜躺在电动轮椅上，因为失语，每天只能依靠电脑语音合成器与人交流。他的科学成就震撼了自然科学界，而且对哲学、宗教也产生了深远影响。霍金的重度残疾及其在广义相对论、宇宙学领域的非凡成就，体现了人类惊人的意志潜能和理解力。 　　这是一部近乎完美的科普著作，同时，也是一部散发着文学、逻辑清香的旷世经典。在霍金教授这部著作里，文字娓娓游走，思绪楚楚铺开。明晰的脉络，散文般优美的语言，把个纷繁深奥的宇宙描述得如此清澈、通透、迷人。全书共十二章，从宇宙起源开始，有条不紊地讲述了时间、空间的性质及黑洞等人类对宇宙的最新认知。在原版基础上，霍金教授新增设了《虫洞和时间旅行》一章，结合人类对宇宙的最新观测结果，客观地探讨了人类进行星系旅行以及在时间中旅行回到过去的可能。 　　在《膨胀的宇宙》章节里，霍金告诉我们，现在的证据暗示，宇宙可能会永远膨胀下去。但可以肯定的是，既然宇宙已经膨胀了150亿年，即便将来要坍缩，至少还要过这么久才可能。到那时候，除非我们在太阳系以外开拓了殖民地，否则人类早就随着太阳的泯灭而死亡殆尽。 　　关于黑洞，他安排了两章篇幅。对黑洞的本性，他揭示道：黑洞毕竟不是真的黑暗，它们像一个热体一样发光发热，它们越小，发热发光越厉害，所以看起来荒谬，而事实上却是，也许小的黑洞可以比大的黑洞更容易探测到。为便于普通受众的理解，他举例作了说明。如果一个航天员落到黑洞中去，黑洞的质量将增加，但是最终这额外质量的等效能量，将会以辐射的形式回到宇宙中去。这样，此航天员在某种意义上被再循环了。这是一种非常可怜的不朽，因为当航天员在黑洞被撕开时，他的任何个人时间概念几乎肯定都达到了终点！甚至最终从黑洞辐射出来的粒子种类，都和构成这位航天员的不同，航天员所遗留下来的仅有特征就是他的质量或能量。 　　关于虫洞和时间旅行问题，在第十章里，教授精密的思想引导着我们，探讨了可以进行时间旅行的两种可能。一种可能是打破光速壁垒，即超光速旅行，但最后被相对论和费尔实验室的实验经验所否掉。因为哪怕是一个极其微小的粒子，即使注入再大的功率，我们的粒子加速器也只能把它加速到99.99%%光速。 　　另一种可能就是借助虫洞。虫洞思想最早是由爱因斯坦和纳珍•罗森提出来的，因此被人们称为爱因斯坦•罗森桥，今天的人们称为虫洞。形象地说，虫洞就是一个时空细管，它能把两个相对遥远的几乎平坦的区域连接起来，这样人类就有可能通过虫洞这一时空捷径来实现时间旅行。但十分遗憾的是，虫洞并不能维持得足够长久，使航天飞船完成穿越。当虫洞缩紧时，飞船会因此撞到奇点上去。有的科学家又提出，一个先进的文明把时空以某种方式卷曲。对此，霍金教授告诉我们，日食发生时的光线偏折现象及卡西米尔效应，都为时空卷曲的存在提供了证据。时空卷曲确实存在，但人类对其发生的原理还缺乏基本认识，因此，教授才推出一个无奈的结论：时间旅行的可能性仍然未决。 　　霍金教授还认为，宇宙不仅仅有一个单独的历史，它有所有可能的历史，每一种历史都有自己的概率。同时还提出了协调历史方法和选择历史假说，以解决时间旅行回到过去可能碰撞到的巨大矛盾，如一个人被允许回到以前并改变历史,则会出现他亲手杀死尚为孩童时期的祖父或同自己的祖母恋爱结婚的佯谬。 　　霍金三次访问中国，深爱中国文化，游历过长城，喜欢中国食品，非常向往西藏。 2002年8月19日，江泽民在中南海会见他，他说再过五十年，中国有望成为领导世界科学的国家。正是出于对这块曾诞生过华夏文明，并在五千年里生生不息的神奇国度的热爱和向往，为了使占人类五分之一的人口了解他的学说，霍金教授特别委托自己的中国籍学生吴忠超先生将此书译成了中文。 　　宇宙，浩繁广远，又不可思议。谁能相信，就是这样一个纯粹的物质世界，却创造了极富思想精神的生命物种，创造了像霍金这样能够最终理解它的人。在这个欲望横流、理想沦丧的物质社会里，他代表了人类，并用自己残弱的身躯和无比卓越的智慧，求证了人类存在的尊严。 　　推荐理由：科普著作的典范，在眼睛和大脑饱受煽情的文学作品和快餐式的励志丛书折磨之外，读读这本书，反而是对大脑的一种放松和对逻辑思维的一种锻炼。
译者序 宇宙论是一门既古老又年轻的学科。作为宇宙里高等生物的人类不会满足于自身的生存和种族的绵延，还一代代不懈地探索着存在和生命的意义。但是，人类理念的进化是极其缓慢和艰苦的。从亚里士多德——托勒密的地心说到哥白尼——伽利略的日心说的演化就花了2000年的时间。令人吃惊的是，尽管人们知道世间的一切都在运动，只是到了本世纪20年代因哈勃发现了红移定律后，宇宙演化的观念才进入人类的意识。人们甚至从来没有想到过宇宙还会演化。牛顿的万有引力定律表明，宇宙的物质在引力作用下不可能处于稳定的状态。即使在爱因斯坦的广义相对论中，情况也好不到哪儿去，为了得到一个稳定的宇宙模型，他曾将宇宙常数引进理论中。他们都希望在自己的理论中找到稳定的宇宙模型。可见，宇宙演化的观念并不是产生于这些天才的头脑之中。 将哈勃的发现当成现代宇宙论的诞生是公平的。哈勃发现，从星系光谱的红移可以推断，越远的星系以越快的速度离开我们而去，这表明整个宇宙处于膨胀的状态。从时间上倒溯到过去，估计在100亿到200亿年前曾经发生过一桩开天辟地的大事件，即宇宙从一个极其紧致、极热的状态中大爆炸而产生。伽莫夫在1948年发表的一篇关于热大爆炸模型的文章中作出了一个惊人的预言，早期大爆炸的辐射仍残存在我们周围，不过由于宇宙膨胀引起的红移，其绝对温度只余下几度左右，在这种温度下，辐射是处于微波的波段。但在1965年彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙微波背景辐射之前，人们并不认真对待此预言。 一般认为，爱因斯坦的广义相对论是用于描述宇宙演化的正确的理论。在经典广义相对论的框架里，霍金和彭罗斯证明了，在很一般的条件下，空间——时间一定存在奇点，最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。在奇点处，所有定律以及可预见性都失效。奇点可以看成空间时间的边缘或边界。只有给定了奇点处的边界条件，才能由爱因斯坦方程得到宇宙的演化。由于边界条件只能由宇宙外的造物主所给定，所以宇宙的命运就操纵在造物主的手中。这就是从牛顿时代起一直困扰人类智慧的第一推动问题。 如果空间——时间没有边界，则就不必劳驾上帝进行第一推动了。这只有在量子引力论中才能做到。霍金认为宇宙的量子态是处于一种基态，空间——时间可看成一有限无界的四维面，正如地球的表面一样，只不过多了两个维数而已。宇宙中的所有结构都可归结于量子力学的测不准原理所允许的最小起伏。从一些简单的模型计算可得出和天文观测相一致的推论，如星系、恒星等等的成团结构，大尺度的各向同性和均匀性，空间——时间的平性，即空间——时间基本上是平坦的，并因此才使得星系乃至生命的发展成为可能，还有时间的方向箭头等等。霍金的量子宇宙论的意义在于它真正使宇宙论成为一门成熟的科学，它是一个自足的理论，即在原则上，单凭科学定律我们便可以将宇宙中的一切都预言出来。 本书作者是当代最重要的广义相对论家和宇宙论家。70年代他和彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他还证明了黑洞的面积定理，即随着时间的增加黑洞的面积不减。这很自然使人将黑洞的面积和热力学的熵联系在一起。1973年，他考虑黑洞附近的量子效应，发现黑洞会像黑体一样发出辐射，其辐射的温度和黑洞质量成反比，这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小，而温度却越变越高，它以最后一刻的爆炸而告终。黑洞辐射的发现具有板其基本的意义，它将引力、量子力学和统计力学统一在一起。 1974年以后，他的研究转向量子引力论。虽然人们还没有得到一个成功的理论，但它的一些特征已被发现。例如，空间——时间在普郎克尺度（10＾-33厘米）下不是平坦的，而是处于一种泡沫的状态。在量子引力中不存在纯态，因果性受到破坏，因此使不可知性从经典统计物理、量子统计物理提高到了量子引力的第三个层次。 1980年以后，他的兴趣转向量子宇宙论。 本书的副题是从大爆炸到黑洞。霍金认为他一生的贡献是，在经典物理的框架里，证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性，黑洞越变越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因辐射而越变越小，大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平，而且整个宇宙正是起始于此。 理论物理学的细节在未来的20年中还会有变化，但就观念而言，现在已经相当完备了。 霍金的生平是非常富有传奇性的，在科学成就上，他是有史以来最杰出的科学家之一，他的贡献是在他20年之久被卢伽雷病禁锢在轮椅上的情况下做出的，这真正是空前的。因为他的贡献对于人类的观念有深远的影响，所以媒介早已有许多关于他如何与全身瘫痪作搏斗的描述。尽管如此，译者之一于1979年第一回见到他时的情景至今还历历在目。那是第一次参加剑桥霍金广义相对论小组的讨论班时，门打开后，忽然脑后响起一种非常微弱的电器的声音，回头一看，只见一个骨瘦如柴的人斜躺在电动轮椅上，他自己驱动着电开关。译者尽量保持礼貌而不显出过分吃惊，但是他对首次见到他的人对其残废程度的吃惊早已习惯。他要用很大努力才能举起头来。在失声之前，只能用非常微弱的变形的语言交谈，这种语言只有在陪他工作、生活几个月后才能通晓。他不能写字，看书必须依赖于一种翻书页的机器，读文献时必须让人将每一页摊平在一张大办公桌上，然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读。人们不得不对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。从他对译者私事的帮助可以体会到，他是一位富有人情味的人。每天他必须驱动轮椅从他的家——剑桥西路5号，经过美丽的剑河、古老的国王学院驶到银街的应用数学和理论物理系的办公室。该系为了他的轮椅行走便利特地修了一段斜坡。 在富有学术传统的剑桥大学，他目前担任着也许是有史以来最为崇高的教授职务，那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。 本书译者之一曾受教于霍金达四年之久，并在他的指导下完成了博士论文。此书即是受霍金之托而译成中文，以供占人类五分之一的人口了解他的学说。 ——许明贤　　吴忠超



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译者序感谢
导言第一章　我们的宇宙图象
第二章　空间和时间第三章　膨胀的宇宙
第四章　不确定性原理第五章　基本粒子和自然的力
第六章　黑洞第七章　黑洞不是这么黑的
第八章　宇宙的起源和命运-1第八章　宇宙的起源和命运-2
第九章　时间箭头第十章　物理学的统一
第十一章　结论阿尔贝特.爱因斯坦
伽利雷.伽利略伊萨克.牛顿
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