Science °æ (¾«»ªÇø)

×÷  ¼Ò: Smart (Cynic) on board 'Science'
Ìâ  Ä¿: <<NST>> (The Nature of Space and Time)I---Introduction
À´  Ô´: ¹þ¶û±õ×϶¡ÏãÕ¾
ÈÕ  ÆÚ: Mon Oct 20 13:01:00 1997
³ö  ´¦: wangw@phy5.hit.edu.cn

                                The Nature of
                               Space and Time

    Two relativists present their distinctive views on the universe, its
                 evolution and the impact of quantum theory

                  by Stephen W. Hawking and Roger Penrose
         
I. Introduction
              
                  In 1994 Stephen W. Hawking and Roger Penrose gave a
                  series of public lectures on general relativity at the
                  Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences at the
                  University of Cambridge. From these lectures, published
                  this year by Princeton University Press as The Nature of
                  Space and Time, Scientific American has culled excerpts
                  that serve to compare and contrast the perspectives of
                  the two scientists. Although they share a common heritage
                  in physics-Penrose served on Hawking's Ph.D. thesis
                  committee at Cambridge-the lecturers differ in their
                  vision of quantum mechanics and its impact on the
                  evolution of the universe. In particular, Hawking and
                  Penrose disagree on what happens to the information
                  stored in a black hole and on why the beginning of the
                  universe differs from the end.

                  One of Hawking's major discoveries, made in 1973, was
                  that quantum effects will cause black holes to emit
                  particles. The black hole will evaporate in the process,
                  so that ultimately perhaps nothing of the original mass
                  will be left. But during their formation, black holes
                  swallow a lot of data-the types, properties and
                  configurations of the particles that fall in. Although
                  quantum theory requires that such information must be
                  conserved, what finally happens to it remains a topic of
                  contentious debate. Hawking and Penrose both believe that
                  when a black hole radiates, it loses the information it
                  held. But Hawking insists that the loss is irretrievable,
                  whereas Penrose argues that the loss is balanced by
                  spontaneous measurements of quantum states that introduce
                  information back into the system.

                  Both scientists agree that a future quantum theory of
                  gravity is needed to describe nature. But they differ in
                  their view of some aspects of this theory. Penrose thinks
                  that even though the fundamental forces of particle
                  physics are symmetric in time-unchanged if time is
                  reversed-quantum gravity will violate time symmetry. The
                  time asymmetry will then explain why in the beginning the
                  universe was so uniform, as evinced by the microwave
                  background radiation left over from the big bang, whereas
                  the end of the universe must be messy.

                  Penrose attempts to encapsulate this time asymmetry in
                  his Weyl curvature hypothesis. Space-time, as Albert
                  Einstein discovered, is curved by the presence of matter.
                  But space-time can also have some intrinsic bending, a
                  quantity designated by the Weyl curvature. Gravitational
                  waves and black holes, for example, allow space-time to
                  curve even in regions that are empty. In the early
                  universe the Weyl curvature was probably zero, but in a
                  dying universe the large number of black holes, Penrose
                  argues, will give rise to a high Weyl curvature. This
                  property will distinguish the end of the universe from
                  the beginning.

                  Hawking agrees that the big bang and the final "big
                  crunch" will be different, but he does not subscribe to a
                  time asymmetry in the laws of nature. The underlying
                  reason for the difference, he thinks, is the way in which
                  the universe's evolution is programmed. He postulates a
                  kind of democracy, stating that no point in the universe
                  can be special; therefore, the universe cannot have a
                  boundary. This no-boundary proposal, Hawking claims,
                  explains the uniformity in the microwave background
                  radiation.

                  The physicists diverge, ultimately, in their
                  interpretation of quantum mechanics. Hawking believes
                  that all a theory has to do is provide predictions that
                  agree with data. Penrose thinks that simply comparing
                  predictions with experiments is not enough to explain
                  reality. He points out that quantum theory requires wave
                  functions to be "superposed," a concept that can lead to
                  absurdities. The scientists thus pick up the threads of
                  the famous debates between Einstein and Niels Bohr on the
                  bizarre implications of quantum theory. -The Editors

                  Copyright ©1996 by Princeton University Press. From the
                  book entitled The Nature of Space and Time by Stephen
                  Hawking and Roger Penrose, published by Princeton
                  University Press. Printed by permission.


--
¡ù À´Ô´:¡¤¹þ¶û±õ×϶¡ÏãÕ¾ bbs1.hit.edu.cn¡¤[FROM: wangw@phy5.hit.edu.c]