| 词条 | 《时间简史》 |
| 释义 | § 概述 《时间简史》 《时间简史》这是一本包含了非常多文字的书，连作者自己都说，这是一本很长很长的书，长到几乎要把整个时间都包含进去，然而，时间又是根本没有始终的，它不可能被任何空间所包含，所以，时间的无始无终也就成了书的作者霍金教授在整本书结束的时候要表达的终极意图。 很多人都说，这本《时间简史》是一本科普类书籍，它用非常客观的视角来阐述时间在何处开始，在何处终结，宇宙的无限性和有限性依据何在。霍金教授在撰写整本书的时候，把自己放置在了外层空间的一个奇异领域，用一种置身其外的态度对遥远星系，黑洞，夸克，大统一理论，“带味”粒子和“自旋”粒子，反物质，“时间箭头”等进行了深入地探讨。 这种探讨自然是为人类认识世界了解世界提供了一系列的启发，不过这应该不是霍金教授最想要达到的目的。 《时间简史》是一本具有非常高科学价值的教材，同时，它也是一本融入了人作为人类永恒的不断去追求真理的书，如果时间终结了，那时尚，文化，艺术，甚至悲欢喜乐都会去哪呢？总要有人去思考和追寻吧。 § 背景搜索 史蒂芬·威廉·霍金霍金于1942年1月8日（这天刚好是伽利略逝世300周年纪念日）出生于英国牛津。他的父母本来住在伦敦北部，但是在第二次世界大战期间，牛津是一个生养孩子的好地方，因此来到了牛津。他8岁的时候，全家搬到了伦敦以北20英里外一个叫圣奥尔本斯的小镇上。11岁时，斯蒂芬上了圣奥尔本斯学校，后来去了牛津大学，这也是他父亲的母校。斯蒂芬想学习物理学，他父亲则希望他学医，最后父亲还是尊重了他的选择，进入物理系就读。 在三年工作量并不巨大的学习之后，他获得了一等自然科学荣誉学位，之后进入剑桥大学研究宇宙学，当时牛津大学还没有宇宙学这个专业。在获得博士学位之后，他成为一名研究员，后来成为冈维尔和凯厄斯学院的教授。 他上大学的时候就患了卢伽雷氏症，肌肉萎缩性脊髓侧索硬化使他永远成为轮椅的囚徒。他不能发声，只能靠一种语音合成器以正常人十分之一的速度与人“交谈”；看书必须依赖于一种翻书页的机器。然而庆幸的是，他的脆弱的脖颈正好能够支持起他的天才的头脑。 1973年斯蒂芬离开了天文研究所，来到了应用数学和理论物理系。 月球上的宇航员1974年斯蒂芬·霍金发现了黑洞放射。他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，并获得了1988年的沃尔夫物理奖。此后他出版了许多书籍，包括与艾里司合著的《空时的大型结构》，与伊斯瑞尔合著的《广义相对论述评：纪念爱因斯坦百年诞辰》和《引力300年》。他还出版了两本通俗读物：最为畅销的《时间简史》，还有后来的《“黑洞和婴儿宇宙”及其他论文》。 鉴于他的卓越成就，从1979年开始，他担任剑桥大学卢卡斯数学教授。这个职位是1663年根据亨利·卢卡斯的遗嘱和遗赠所设，第一个担任此职位的人是伊萨克·巴柔，1669年伊萨克·牛顿也曾担任过这个职位。 霍金共有12个名誉学位，在1982年获得了高英帝勋爵士头衔以及在1989年获得了大英帝国荣誉爵士头衔。他拥有众多奖章和荣誉头衔，是皇家学会成员，以及美国国家科学院院士。 现在斯蒂芬·霍金享受着充实的家庭生活（他有三个孩子），继续着对理论物理学的研究，同时周游世界发表演讲。 推荐阅读版本：许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社出版。 § 内容精要 黑洞一、时间起始点———宇宙大爆炸奇点 人们曾一直相信宇宙以静止不变的状态存在了无穷长的时间，并将以这种状态无限地存在下去。但1929年埃德温·哈勃的具有里程碑式的观测使这种观念寿终正寝，并将宇宙开端的探索带进科学王国。哈勃发现无论在哪个方向观测，远处的星系都是远离我们急速而去。也就是说，宇宙是不断膨胀着，那么它在最初就应该收缩为一点，这一时刻被称为宇宙大爆炸时刻。宇宙在这一点的密度无穷大，这一点即为数学上所称的奇点。所有的科学定理在此奇点处均告失效。这意味着，所有在此时刻之前发生的事件都不能对此时刻之后的事件产生任何影响，之后发生的事件亦不可能通过科学定理由之前的事件推导而来。换言之，大爆炸时刻之前与之后的事件之间不存在任何意义上的因果关系。这样，从时间的物理意义上来说，时间在宇宙大爆炸奇点处开始。 二、时间终结———黑洞 美国宇航员恒星由于引力作用会不断收缩，向自身坍缩。当恒星的质量大于某个极限时，泡利不相容原理产生的排斥力不能平衡引力，于是恒星将继续坍塌下去，形成一个我们称之为“黑洞”的无限致密的区域。黑洞表面的引力如此之强，以致在黑洞这个区域之内不可能有任何东西，包括光线从该区域内逃逸而到达远处的观察者。这意味着，如果有一个无畏的航天员和恒星一起向内坍塌，并每一秒钟向环绕该恒星的宇宙飞船发一信号。如果在11点整恒星刚好坍塌到临界半径而形成黑洞，那么，宇宙飞船上的同伴们在收到恒星上的航天员在10点59秒发出的最后一个信号后将再收不到任何信号。时间在此终止。人们可以将诗人但丁针对地狱入口所说的话恰到好处地用于黑洞：“从这进去的人必须抛弃一切希望。” 三、上帝是如何启动宇宙的？———宇宙的起源和命运 尽管人们对于宇宙大爆炸后的演化图景有了一定的了解，但依然有些问题始终困扰着人们。比如，为何在空间和时间的所有地方和方向上表现一致？为何宇宙以这样接近于介于坍塌和永远膨胀模型的临界膨胀速率开始并膨胀下去？尽管在大尺度上宇宙是如此一致和均匀，又如何存在局部的无规则性？或者我们可以问，在宇宙大爆炸的一瞬间是谁决定了宇宙以这种模式演化至今？霍金在此书中描述了人们在追溯宇宙起源的道路上艰辛的脚步。一种是以人择原理来解释的叫作紊乱边界条件的宇宙起源。就像著名的一大群猴子敲打打字机，大部分敲出来的必是废话，但纯粹的偶然也许会使它们敲出一行莎士比亚的短诗。类似地，在宇宙开端的多种无规则可能中，我们刚好生活在这样一个光滑一致的区域里，才有可能使我们这样复杂的人类存在。另一种解释称为“暴涨模型”，它认为宇宙在开始的一瞬间是以加速度膨胀，在远小于1秒的时间里宇宙的半径增大了100万亿亿亿倍（10的30次方）。这些理论在不同程序上虽可以解答人们的某些疑惑，但最终不能确定宇宙的根本的内在秩序。现在人们开始转向寻求一种将量子力学和引力结合起来的完整而协调的理论，在这种理论指导下，人们找到另一种描述宇宙起源及命运的模式，即空间——时间只有有限的尺度，却没有奇点作为它的边界或边缘。空间——时间就像表面积有限而无边界的地球，只不过多了两维。宇宙的开端曾使人们想象一个造物主来启动这个世界，但是，如果宇宙是完全自足的、没有边界或边缘，就意味着它既没有开端也没有终结——它就是存在。那么，还有上帝存身之处么？ 土星的卫星四、物理学的统—终极理论 人类在寻求建立一个适用于宇宙中每一事件的、完整的、协调的统一理论，在这理论中不需要选取特定的常数去符合事实。寻找这样的一个理论被称之为“物理学的统一”，是当代物理学的首要目标。爱因斯坦用晚年的大部分时间进行这项工作，但没有成功。人们将力分为四种，即引力、电磁力、弱核力和强核力，并已通过所谓的“大统一理论”（GUT）将后三种力统一起来，而将引力也包括进来的工作正在进行之中。这一工作的难度在于广义相对论是一个“经典”理论，它没有包含量子理论的不确定性原理，而其他的部分理论又非常基本地依赖于量子力学。所以必须是将广义相对论和量子力学结合起来。虽然还存在着一些未解决的问题，但从目前人们研究的“弦理论”中已看出成功的希望。 § 名词解释 斯蒂芬·威廉姆·霍金 小辞典 绝对零度：所能达到的最低的温度，在这温度下物体不包含热能。 加速度：物体速度改变的速率。 人择原理：我们之所以看到宇宙是这个样子，只是因为如果它不是这样，我们就不 会在这里去观察它。 反粒子：每个类型的物质粒子都有与其相对应的反粒子。当一个粒子和它的反粒子 碰撞时，它们就湮灭，只留下能量。 原子：通常物质的基本单元，是由很小的核于（包括质子和中子）以及围着它转动 的电子所构成。 大爆炸：宇宙开端的奇点。 大挤压：宇宙终结的奇点。 黑洞：空间—时间的一个区域，因为那儿的引力是如此之强，以至于任何东西，甚 至光都不能从该处逃逸出来。 强德拉塞卡极限：一个稳定的冷星的最大的可能的质量的临界值，若比这质量更大 的恒星，则会坍缩成一个黑洞。 能量守恒：关于能量（或它的等效质量）既不能产生也不能消灭的科学定律。 坐标：指定点在空间—时间中的位置的一组数。 宇宙常数：爱因斯坦所用的一个数学方法，该方法使空间—时间有一固有的膨胀倾 向。 宇宙学：对整个宇宙的研究。 电荷：粒子的一个性质，由于这性质粒子排斥（或吸引）其他与之带相同（或相反） 符号电荷的粒子。 电磁力：带电荷的粒子之间的相互作用力，它是四种基本力中第二强的力。 电子：带有负电荷并绕着一个原子核转动的粒子。 弱电统一能量：大约为100吉电子伏的能量，在比这能量更大时，电磁力和弱力之间 的差别消失。 基本粒子：被认为不可能再分的粒子。 事件：由它的时间和空间所指定的空间—时间中的一点。 事件视界：黑洞的边界。 不相容原理：两个相同的自旋为1／2的粒子（在测不准原理设定的极限之内）不能 同时具有相同的位置和速度。 场：某种充满空间和时间的东西，与它相反的是在一个时刻，只存在于空间—时间 中的一点的粒子。 频率：对一个波而言，在1秒钟内完整循环的次数。 伽玛射线：波长非常短的电磁波，是由放射性衰变或由基本粒子碰撞产生的。 广义相对论：爱因斯坦的基于科学定律对所有的观察者（而不管他们如何运动的） 必须是相同的观念的理论。它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。 测地线：两点之间最短（或最长）的道路。 大统一能量：人们相信，在比这能量更大时，电磁力、弱力和强力之间的差别消失。 大统一理论（GUT）：一种统一电磁、强和弱力的理论。 虚时间：用虚数测量的时间。 光锥：空间—时间中的面，在上面标出光通过一给定事件的可能方向。 光秒（光年）：光在1秒（1年）时间里走过的距离。 磁场：引起磁力的场，和电场合并成电磁场。 质量：物体中物质的量；它的惯性，或对加速的抵抗。 微波背景辐射：起源于早期宇宙的灼热的辐射，现在它受到如此大的红移，以至于 不以光而以微波（波长为几厘米的无线电波）的形式呈现出来。 裸奇点：不被黑洞围绕的空间—时间奇点。 中微子：只受弱力和引力作用的极轻的（可能是无质量的）基本物质粒子。 中子：一种不带电的、和质子非常类似的粒子，在大多数原子核中大约一半的粒子 是中子。 中子星：一种由中子之间的不相容原理排斥力所支持的冷的恒星。 无边界条件：宇宙是有限的但无界的（在虚时间里）思想。 核聚变：两个核碰撞并合并成一个更重的核的过程。 核：原子的中心部份，只包括由强作用力将其束缚在一起的质子和中子。 粒子加速器：一种利用电磁铁能将运动的带电粒子加速，并给它们更多能量的机器。 相位：一个波在特定的时刻的在它循环中的位置——一种它是否在波峰、波谷或它 们之间的某点的标度。 光子：光的一个量子。 普郎克量子原理：光（或任何其他经典的波）只能被发射或吸收其能量与它们频率 成比例的分立的量子的思想。 正电子：电子的反粒子（带正电荷）。 太初黑洞：在极早期宇宙中产生的黑洞。 比例：“X比例于Y”表示当Y被乘以任何数时，X也如此；“X反比例于Y”，表示， 当Y被乘以任何数时，X被同一个数除。 质子：构成大多数原子中的核中大约一半数量的、带正电的粒子。 量子：波可被发射或吸收的不可分的单位。 量子力学：从普郎克量子原理和海森堡不确定性原理发展而来的理论。 夸克：感受强作用力的带电的基本粒子。每一个质子和中子都是由三个夸克组成。 雷达：利用脉冲无线电波的单独脉冲到达目标并折回的时间间隔来测量对象位置的 系统。 放射性：一种类型的原子核自动分裂成其他的核。 红移：由于多普勒效应，从离开我们而去的恒星发出的光线的红化。 奇点：空间—时间中空间—时间曲率变成无穷大的点。 奇点定理：这定理是说，在一定情形下奇点必须存在——特别是宇宙必须开始于一 个奇点。 空间—时间：四维的空间，上面的点即为事件。 空间的维：空间—时间的类空的、也就是除了时间的维之外的三维的任一维。 狭义相对论：爱因斯坦的基于科学定律对所有进行自由运动的观察者（不论他们的运动速度）必须相同的观念。 谱：诸如电磁波对它的分量频率的分解。 自旋：相关于但不等同于日常的自转概念的基本粒子的内部性质。 稳态：不随时间变化的态：一个以固定速率自转的球是稳定的，因为即便它不是静止的，在任何时刻它看起来都是等同的。 强力：四种基本力中最强的、作用距离最短的一种力。它在质子和中子中将夸克束缚在一起，并将质子和中子束缚在一起形成原子。 不确定性原理：人们永远不能同时准确知道粒子的位置和速度；对其中一个知道得越精确，则对另一个就知道得越不准确。 虚粒子：在量子力学中，一种永远不能直接检测到的，但其存在确实具有可测量效应的粒子。波／粒二象性：量子力学中的概念，是说在波动和粒子之间没有区别；粒子有时可以像波动一样行为，而波动有时可以像粒子一样行为。 波长：对于一个波，在两相邻波谷或波峰之间的距离。 弱力：四种基本力中第二弱的、作用距离非常短的一种力。它作用于所有物质粒子，而不作用于携带力的粒子。 重量：引力场作用到物体上的力。它和质量成比例，但又不同于质量。 白矮星：一种由电子之间不相容原理排斥力所支持的稳定的冷的恒星。[1] § 专家点评 斯蒂芬·威廉姆·霍金是先有鸡，还是先有蛋？宇宙有开端吗？如果宇宙有开端的话，在此之前还发生过什么事情？宇宙从何处来，又向何处去？时间的本质是什么？它会有终结吗？过去与将来之间的差别从何而来？为什么我们记住的是过去而不是将来？这是我们很多人都曾经思考过的问题，同时又深深地被困惑，无法解答。对自己存身于其中的宇宙的神秘感却永远潜存在我们每一个人的心中。这也就是为什么当斯蒂芬·霍金的《时间简史》出版后，会在全世界造成如此巨大影响的原因———这本书至今累计发行量已达2500万册，被译成近40种语言，也就是说，世界上每500个人中就有一个人读过这部关于时间与空间的科学著作。他的名字凭借《时间简史》这本书为世人所熟知。 其实，早在70年代，霍金就曾使人为之侧目。他提出了黑洞放射，提出了奇点理论，并且用最通俗易懂的方法向朋友解释黑洞。朋友们问他：“如果黑洞是黑的，你怎么会看到它呢？”他回答说：“你去过舞厅吗？在那里你是否看到过那些穿着黑色晚礼服的男士与那些穿着白裙子姑娘们在一起翩翩起舞的情景？当灯光变暗时，你只能看到姑娘们，假设姑娘就是普通的星星，而男青年就是黑洞。你看不见黑洞，就像你看不见男青年一样。但是姑娘们旋转的舞姿使你确信那里一定有什么东西使她们在旋转。”从黑洞的故事中，就可显现日后《时间简史》的科普性。 斯蒂芬·威廉·霍金事实上，霍金一直试图将爱因斯坦的相对论同量子理论综合起来，这也是爱因斯坦和其他科学家一直未能获得成功的领域。霍金提出的方程式有助于揭示，为什么宇宙在150亿年的时间里由一点扩展成无限，以及为什么它又以一种被称为“宇宙险境”的方式对其本身进行收缩。 《时间简史》是一部讲述宇宙奥秘的科普读物，试图解答人类最古老的命题：时间是有始有终的吗？宇宙是无限的吗？霍金认为宇宙的不断膨胀表明，宇宙在存在之前有一个诞生的起点，宇宙诞生的那一刻叫作“宇宙大爆炸”。“时间——空间在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压奇点处或黑洞的一个奇点处结束。任何抛进黑洞的东西都会在奇点处被毁灭。”在霍金展示给人们的新的宇宙图景中，他在经典物理学的框架内，证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性；而在量子物理学的框架内，他研究的黑洞辐射理论证明，大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平，而且宇宙正是起始于此。因此，霍金当之无愧地被赞誉为本世纪最重要的广义相对论学者和宇宙学家。 在《时间简史》中霍金所有理论公式都弃置不用，因为别人告诫他，放在书中的每一个方程都会使本书的销售量减半。霍金成功了，此书自经问世，已售出1000万册。霍金曾戏称，写此书的目的是为了给女儿挣学费，结果是，他女儿得到了丰足的学费，而读者获得了丰富的知识。 人们对于霍金的景仰，还来自于霍金对科学的执著精神和对生活的勇气。霍金20岁时被诊断出患有肌萎缩性侧索硬化，该病将导致瘫痪，医生甚至预言他还只有两年的寿命，然而霍金却创造了奇迹。尽管如今他只能坐在装有马达的轮椅里，依靠一个电脑发声合成器，以正常人十分之一的速度与人“交谈”，生理上他寸步难行，智慧上却一跃千年，跑到几十亿光年之外，那宇宙的边缘。他同其他科学家一样，用自己的经历告诉世人：执著的探索精神是生命的最大动力。 斯蒂芬·威廉·霍金 霍金所说的一切不可能都是绝对真理，他是一个探索者，在不断探索新的事物。他不仅推崇数学作为最严谨的形式逻辑的威力，更处处引证实际观测结果作为理论可信的基本条件。正如作者在书中指出的：“无论如何，科学的力量在于凡是未经实验验证的东西就不能被认为是真实的存在。”所以，在任何一种理论被实验或观测事实多次重复地证明之前，它是不可能为科学界所承认和接受为一种科学理论的，不管提出这种理论的是何许人。就宇宙学来说，说“宇宙在空间和时间上是无限的”，这对哲学家们来说可能一般地是正确的，但在现代自然科学中，科学家们往往避免使用或者根本就不使用这种说法。因为任何科学理论只能以实验和观测证据为基础，而任何实验和观测只能作用于有限的客体。所以对于现代天文学家、宇宙学家，他们所能研究和讨论的只能是可实验、可观测的具体而有限的宇宙，而对于望远镜看不到的更遥远的宇宙深处，他们将会老老实实地告诉你“这还是一个未解之谜”。这就是科学。科学永远不会标榜自己“无所不知”。重要的是，人类必须思考，必须继续不停地思考。人类必须努力拓展知识领域，但有时人们确实不知道从何处入手。我们不知道知识的边界在哪儿，是不是？因为你不知道起点在哪里。 如果我们发现了完整的宇宙理论，我们应当及时地让所有的人都能理解它的基本原理， 而不仅仅只限于少数科学家。到那时， 我们所有的人——— 哲学家、科学家，以及普通大众，都能够参与关于我们和宇宙为什么存在的问题的讨论。如果我们找到了这一问题的答案，人类理智将奏起终极胜利的凯歌，因为人类获得了最后的胜利。 § 书籍销量 来参加国际数学家大会的斯蒂芬·霍金，从杭州到北京，从机场到宾馆，一路被各家媒体围追堵截，全国蜂拥而至的几百位记者，为能“零距离”采访这位大科学家，像打仗一样地四处抢占最佳位置。担当霍金此行翻译的其中国弟子、《时间简史》中文版译者之一吴忠超说，中国媒体对霍金的狂热程度，是他陪同霍金出访其他国家时都不曾遇到的。 《时间简史》是被提及最多的话题，据说它在中国的销量，不仅大大出乎出版社的预料，市面上还出现了盗版。一本关于天体物理的科普读物受到如此青睐，怕是绝无仅有。用霍金自己的话说：“没有一个人，包括我的出版人、我的代理人，甚至我自己也没能预料到，这本书会卖得这么好。它荣登伦敦《星期日时报》畅销书榜达237周之久，比任何其他书都长(圣经和莎士比亚的书除外)，被翻译成40多种语言，在全世界每750名先生、女士及儿童中就有一本。”“《时间简史》的成功，说明人们对重大问题具有广泛的兴趣。那就是：我们从何而来？宇宙为何是这样的？” 坦率地说，《时间简史》是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本，这也是它能拥有如此众多读者的原因，尽管如此，它依然是一本读起来并不轻松的书。正是了解这一点，霍金在书中充分运用了他的想像和智慧。霍金的幽默是出了名的，他用一首打油诗讲述了他在新版《时间简史》中增加的研究成果———虫洞和时间旅行：“有位年轻小姐名怀特，她能行走得比光还快。她以相对性的方式，在当天刚刚出发，却已在前晚到达。”诗中的超光速和相对论，使我们在未来与过去的时空中穿梭成为可能。[2] § 妙语佳句 我们之所以看到宇宙这个样子，只是因为如果它不是这个样子，我们就不会在这里去观察它。 大爆炸是宇宙开端的奇点。 科学的力量在于凡是未经实验验证的东西就不能被认为是真实的存在。 § 目录 《时间简史——从大爆炸到黑洞》 [英]史蒂芬·霍金 著 许明贤 吴忠超 译 译者序 感 谢 导 言 第01章 我们的宇宙图象 第02章 空间和时间 第03章 膨胀的宇宙 第04章 不确定性原理 第05章 基本粒子和自然的力 第06章 黑 洞 第07章 黑洞不是这么黑的 第08章 宇宙的起源和命运 第09章 时间箭头 第10章 物理学的统一 第11章 结 论 阿尔贝特·爱因斯坦 伽利雷·伽利略 [3] 伊萨克·牛顿 |
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