《时间简史》

　　作者：史蒂芬·霍金（英）

　　成书时间：1987年

　　推荐版本：湖南科技出版社1999年版

　　【作者简介】

　　史蒂芬·霍金（Stephen Hawking，1942—），当代最重要的广义相对论专家和宇宙学家，1974年，史蒂芬·霍金被选入伦敦皇家学会———卡尔·萨根称之为“我们这颗行星上历史最悠久的学术组织之一”，把他的名字添进伊萨克·牛顿签名的书中。1975年，教皇在梵蒂冈步下圣坛，将嘉奖“有杰出成就的年轻科学家”的勋章授予霍金。霍金在剑桥大学担任着牛顿曾经就位多年的重要教职，1979年剑桥大学还授予他卢卡逊数学教授一职。1985年，霍金被英国皇家学会吸纳为有史以来最年轻的院士。总之，霍金被世界公认为是继爱因斯坦后最杰出的理论物理学家，是对20世纪人类观念产生了重大影响的人物。

　　霍金，出生于1942年1月8日，英国人。1959年，他进入牛津大学学习物理，后来又在剑桥大学获得了关于宇宙学这个研究领域的博士学位。21岁时，霍金就患上卢伽雷氏症，即一种罕见的、不可治愈的运动神经病———肌萎缩性脊髓侧索硬化（简称ＡＬＳ）。1985年，霍金又因肺炎在手术后几乎至失去了讲话的能力。由此，霍金只能坐在轮椅上，靠一种语音合成器与人“交谈”，看书也必须依赖于一种翻书页的机器。但是，霍金的思考从来没有停止过。

　　霍金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，指出黑洞越变越大；但在量子物理的框架里，霍金又推断出，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。这个理论被总结在霍金1988年撰写的《时间简史》一书中，这部书被译成近40种语言在全球发行，一直雄踞各地的畅销书榜。霍金的主要著作有：《空间时间的大尺度结构》、《时间简史》、《时空本性》、《霍金讲演录》等。

　　【内容提要】

　　宇宙论可以说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，一代代人前赴后继地探索着存在和生命的意义。

　　关于宇宙演化，正如作者在该书中所指出的那样，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，到了20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。爱因斯坦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。

　　关于宇宙的诞生，作者认为，应该将哈勃的发现当成现代宇宙论的诞生标志。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，认为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。

　　关于第一推动的问题，科学工作者一般认为，爱因斯坦的广义相对论是用于描述宇宙演化的正确理论。在经典广义相对论的框架里。对此，作者等人证明，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。

　　作者风趣地说：“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。”作者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，只不过多两个维数而已。宇宙中的所有结构都可归结于测不准原理所允许的最小起伏。从—些简单的模型得出和天文观测相一致的推论，如星系、恒星等等是平坦的，并因此才使得星系及至生命的发展成为可能，还有时间的方向箭头等等。作者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。

　　作者最早在理论上描述和解释了宇宙的这种思想，认为，事件或自然现象是由具备人类感情的灵魂所控制，它们的行为和人类非常相像，并且是不可预言的。这些灵魂栖息在自然对象之中，诸如河流和山岳，包括诸如太阳和月亮这样的天体之中。它们必须被祈祷并供奉，以保证土壤的肥沃和四季的变化。然而，一些规律性逐渐地被注意到：太阳总是东升西落，而不管是否用牺牲去对之进贡。更进一步，太阳、月亮和行星沿着已被预言得相当精确的轨道穿越天穹。太阳、月亮仍然还可以是神祇，只不过是服从严格定律的神。

　　作者在该书中也谈到，随着文明的发展，特别是近300年期间，越来越多的规则和定律被发现。这些定律的成功，使得拉普拉斯在19世纪初主张科学的宿命论，他提议只要给定宇宙在某一时刻的结构，由给定的一组定律即能精确地决定它的演化。

　　但同时，作者认为，拉普拉斯的宿命论在两个方面是不完整的。它没讲定律应该如何选择，也没指定宇宙的初始结构。这些都留给了上帝。上帝会选择让宇宙如何开始并要服从什么定律，但是一旦开始之后它将不再干涉。事实上，上帝是被限制于19世纪科学不能理解的领域里。其实，拉普拉斯的宿命论的希望，至少在按照他头脑中的方式，是不能实现的。量子力学不确定性原理表明，某些诸如粒子的位置和速度的对偶的量，不能同时以完全的精确度去预言。粒子没有很好定义的位置和速度，而是由一个波来代表。它在这种意义上，这些量子理论从属于宿命论。这样，如果某一时刻这个波是已知的，便可以将任一时刻的波算出。

　　让作者感到困惑的是，我们已经重新将科学的任务定义为发现能使我们在由不确定性原理设定的极限内预言事件的定律。然而，还存在如下问题：宇宙的定律和初始条件是如何及为何选取的？在本书中，作者特别将制约引力的定律突出出来，因为正是引力使宇宙的大尺度结构成形。引力定律和直到相当近代还被坚持的宇宙随时间不变的观念不相协调：引力总是吸引的这一事实意味着，宇宙必须或者在膨胀或者在收缩。按照广义相对论，宇宙在过去某一时刻必须有一无限密度的状态，亦即大爆炸，这是时间的有效起始。类似地，如果整个宇宙坍缩，在将来必有另一个无限密度的状态，即大挤压，这是时间的终点。即使整个宇宙不坍缩，在任何坍缩形成黑洞的局部区域里都会有奇点。这些奇点正是任何落进黑洞的人的时间终点。在大爆炸或其他奇点，所有定律都失效，所以上帝仍然有完全的自由去选择发生了什么以及宇宙是如何开始的。

　　作者指出，当我们将量子力学和广义相对论相结合，似乎产生了以前从未有过的新的可能性：空间和时间一起可以形成一个有限的、四维的没有奇点或边界的空间，这正如地球的表面，但有更多的维数。这种思想能够解释观察到的宇宙的许多特征，诸如它的大尺度一致性，还有像星系、恒星甚至人类等等小尺度的对此均匀性的偏离。它甚至可以说明我们观察到的时间的箭头。但是如果宇宙是完全自足的、没有奇点或边界、并且由统一理论所完全描述，那么就有可能使人们相信上帝是造物主。关于哲学家的任务，作者认为，大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论，以至于没工夫去过问为什么的问题。另一方面，以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步。在18世纪，哲学家将包括科学在内的整个人类知识当作他们的领域，并讨论诸如宇宙有无开端的问题。然而，在19和20世纪，科学变得对哲学家，或除了少数专家以外的任何人而言，过于技术性和数学化了。哲学家如此地缩小他们的质疑的范围，以至于连维特根斯坦这位本世纪最著名的哲学家都说道：“哲学仅余下的任务是语言分析。”然而，如果我们确实发现了一套完整的理论，它应该在一般的原理上及时让所有人（而不仅仅是少数科学家）所理解。那时，我们所有人，包括哲学家、科学家以及普普通通的人，都能参加为何我们和宇宙存在的问题的讨论。如果我们对此找到了答案，则将是人类理智的最终极的胜利，因为那时我们知道了上帝的精神。

　　精彩语录

　　1、这样一来，我们大家，包括哲学家、科学家和普通人，都能够参与讨论我们的宇宙何以存在问题。如果我们找到了问题答案，那将是人类理性的最终胜利———因为那时我们将了解上帝的心智。

　　2、迄今为止，大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论，以至于没工夫去过问为什么的问题。另一方面，以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步。在18世纪，哲学家将包括科学在内的整个人类知识当作他们的领域，并讨论诸如宇宙有无开初的问题。然而，在19和20世纪，科学变得对哲学家，或除了少数专家以外的任何人而言，过于技术性和数学化了。哲学家如此地缩小他们的质疑的范围，以至于连维特根斯坦———这位本世纪最著名的哲学家都说道：“哲学仅余下的任务是语言分析。”这是从亚里士多德到康德以来哲学的伟大传统的何等的堕落！

　　3、莱布尼兹和牛顿各自独立地发展了叫做微积分的数学分支，它是大部分近代物理的基础。虽然现在我们知道，牛顿发现微积分要比莱布尼兹早若干年，可是他很晚才出版他的著作。随着关于谁是第一个发现者的严重争吵的发生，科学家们激烈地为双方作辩护。

　　4、牛顿运动定律使空间中绝对位置的观念告终。而相对论摆脱了绝对时间。

　　5、在以后的几十年中，对空间和时间的新的理解是对我们的宇宙观的变革。古老的关于基本上不变的、已经存在并将继续存在无限久的宇宙的观念，已为运动的、膨胀的并且看来是从一个有限的过去开始并将在有限的将来终结的宇宙的观念所取代。