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发信人: AFisherman (渔父), 信区: Science
标  题: 译者序                                 fzx 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月20日21:52:52 星期天), 站内信件

发信人: zxas (百无禁忌), 信区: Reading
标  题: 译者序
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Aug 29 11:49:46 1999), 转信

时间简史——从大爆炸到黑洞 
  
  译者序

  
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      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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