宇宙简史

章节摘录

版权页：   插图：    在证实了河外星系的存在之后，哈勃花了好多年时间来逐一记录星系的距离，同时还观测它们的光谱。在那个时候，大多数人都以为星系的运动是完全随机的，所以光谱呈现蓝移的星系应该与呈现红移的星系一样多。因此，当哈勃发现所有的星系都表现为有红移时，人们颇感意外，这说明每一个星系都在远离我们而去。更令人吃惊的是，哈勃在1929年发表的结果表明，甚至星系红移的大小也不是随机的，红移量居然与星系的距离成正比。换言之，星系越远，远离我们的速度就越快。因而，这意味着宇宙不可能如之前众人都猜想的那样是静态的，而是宇宙事实上正处于膨胀之中。在任何时刻，不同星系间的距离一直在不断地增大。 发现宇宙正在膨胀，一乃是20世纪一项伟大的理性革命。事后来看，不禁让人惊讶为什么之前没有一个人想到这一点。牛顿等人应该会意识到，在引力的作用下一个静态宇宙很快会开始收缩。但是，请设想一下宇宙并不处于静止状态，而是正在膨胀。如果宇宙膨胀得不太快，那么引力的作用最终会使膨胀停止，并随之开始收缩。然而，要是膨胀速度超过某个确定的临界值，而引力作用不足以使膨胀停止，则宇宙便会一直不断地永远膨胀下去。这有点像我们在地球表面给火箭点火，使其上升时所发生的情况。如果火箭的速度比较慢，那么引力最终会使火箭停止运动，并随之开始向地面回落。要是火箭的速度大于某个临界值（约为每秒7英里），引力便不足以把它拉回地面，于是火箭便会越飞越远，永远脱离地球。 在19世纪、18世纪，甚至17世纪晚期这段时间内的任何时候，都已经可以做到根据牛顿的引力理论来预言宇宙的上述变化特性。但是，人们关于静态宇宙的信念实在是太强了，这种信念一直延续到20世纪初。即使爱因斯坦在1915年系统地阐明了广义相对论之时，他还是深信宇宙只能处于静止状态。因此，为了使静态宇宙成为可能，爱因斯坦对自己的理论做了修正，具体做法是在他的一些方程中引入了一个所谓的宇宙学常数。这是一类新的"反引力"之力，与其他作用力的不同之处在于，这种力并非来自任何具体的力源，而是时空结构自身的组成部分。爱因斯坦的宇宙学常数给时空以某种固有的膨胀趋势，而且恰好可以与宇宙中全部物质的吸引力相平衡，这样一来自然会得出静态宇宙的结论。 看来，只有一个人愿意还广义相对论以其本来面目。尽管爱因斯坦和其他一些物理学家在不断探究各种途径，以能回避广义相对论所预言的非静态宇宙，俄国物理学家亚历山大•弗里德曼却与众不同地着手解释非静态宇宙。

前言

斯蒂芬.W.霍金1942年1月8日出生于英国牛津，这一天恰好是伽利略逝世三百周年忌日。他曾先后毕业于牛津大学和剑桥大学，1965年获剑桥大学哲学博士学位。在学生时期的1963年，二十一岁的霍金被诊断患有肌肉萎缩症，即卢伽雷氏症，自此他便终日与轮椅为伴。1985年后更因丧失语言能力，与人交流只能通过语音合成器来完成，为合成一小时录音演讲往往需要准备十天时间。尽管身残如此，霍金依然头脑清晰而又聪慧，在量子力学、宇宙学,特别是有关黑洞的研究中取得了一系列辉煌的成就，被人们誉为世界上最杰出的天才之一，现今在世的最伟大科学家，当代的爱因斯坦。他获得过多项荣誉及奖励，如1974年当选为英国皇家学会最年轻会员，1974—1975年成为美国加州理工学院费尔柴尔德讲座功勋学者，1978年荣获世界理论物理研究最高奖——阿尔伯特•爱因斯坦奖，1989年获得英国的爵士荣誉称号。霍金在他长达四十余年的科学生涯中建树颇多。他与彭罗斯一起，在广义相对论框架内证明了著名的奇点定理，为此两人共同获得1988年沃尔夫物理奖。霍金对黑洞的关注长达十余年之久，他证明了黑洞的面积定理，并发现黑洞会像黑体一样发出辐射，而辐射的温度与黑洞质量成反比，这就是今日人所共知的“霍金辐射”。霍金不仅是一位罕见的杰出科学家，而且是一位广受人们欢迎的科普学者。他深信科学理论进展的一般性原理应该能为广大公众所理解，他的演讲在国际上享有盛誉，他的足迹遍布世界各地，其中包括曾多次来中国讲演。在霍金的诸多科普著作中，最有名的当推《时间简史》。该书已被译成四十余种文字，出版数超过一千万册。霍金试图通过自己的书籍和通俗演讲，把自己的科学思想与全世界各阶层人士进行广泛的交流。本书是霍金的又一力著，全书由七次相对独立但又互相紧密联系的讲座集结而成。作者力图通过这一系列讲座，用尽可能通俗的语言，深入浅出地阐明人类迄今所探知的宇宙演化史的基本轮廓，以及相关理论的基本原理。读者通过阅读本书，可以初步认知宇宙从形成、演变直至可能的最终归宿之全过程，以及这一过程之所以发生的物理机制。书中涉及了现代物理学的诸多领域，如宇宙的大爆炸起源，黑洞的特性，以及时空本质等，为此作者就讲座次序及其相关内容做了精心安排。在宇宙学方面，从介绍两千多年前亚里士多德时代人们对地球的朦胧认识，到今天颇为深奥的大爆炸宇宙论和暴胀理论。在引力理论方面，从早期的牛顿引力论到爱因斯坦广义相对论，进而融入现代量子理论，甚至还简要叙述了有关弦理论的种种趣事。黑洞性质的阐述无疑是本书的重点之一，为此作者特意安排了整整两讲的篇幅，并穿插若干富于想象力的精彩描述，使人阅后难以忘怀。在讨论了宇宙的起源与归宿之后，最后一讲的内容回归到本书的标题——“万物之理”，即如何寻求一种统一理论，以能囊括所有的局部性物理学相互作用，而这正是现代物理学尚未解决的若干极其重要问题之一。作者认为一旦做到这一点，我们将会真正理解宇宙以及人类在宇宙中所处的地位。可以说，本书就人类认识宇宙的历史和现状，向读者展现了一次逐步深入的探索式“旅行”。实际上，在这一认识过程中，必然涉及相当深奥的物理学和天文学理论，然而在全书中仅有一处出现简单公式（即E=MC2），由此足见作者不仅是一代科学大师，而且还是向公众传播科学知识和科学方法的巧匠。尽管个别章节对一些读者来说尚有一定难度，但这并不会影响读者对作者总体思想的认知和把握。如有读者感到此类难点，尽可跳过无妨，重要的是了解宇宙如何诞生和演化的历程，以及所涉及的一些重要理论之基本概念。于译者各方面的学识水平，译文的错误和疏漏之处在所难免，还望读者不吝赐教为盼。赵君亮2009年5月13日

名人推荐

斯蒂芬•霍金：明晰而机智地解释宇宙物理的复杂现象……他的头脑拥有无与伦比的力量。——《纽约书评》显然具有教师的天赋——轻松、宽厚的幽默，以及擅长用源自日常生活的比喻来阐释极其复杂的命题。——《纽约时报》克服疾病而成为世界物理学界的超新星。他不能书写，甚至不能清楚地说话，但他正在超越大爆炸，跃向创造了宇宙的“几何之舞”。——《名利场》

媒体关注与评论

斯蒂芬？霍金：明晰而机智地解释宇宙物理的复杂现象……他的头脑拥有无与伦比的力量。 ——《纽约书评》  显然具有教师的天赋——轻松、宽厚的幽默，以及擅长用源自日常生活的比喻来阐释极其复杂的命题。 ——《纽约时报》  克服疾病而成为世界物理学界的超新星。他不能书写，甚至不能清楚地说话，但他正在超越大爆炸，跃向创造了宇宙的“几何之舞”。 ——《名利场》

内容概要

斯蒂芬·霍金（1942—  ）作为剑桥大学卢卡斯数学教授，他担任的是牛顿的教席。他是世界上最杰出的天才之一，被推崇为继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家，宇宙模型因他的工作得以改观，宇宙万物的内容也因此而重新界定。著有《时间简史》、《果壳中的宇宙》等畅销全球的科普巨作。

书籍目录

引　言

第１讲　有关宇宙的若干观念

第２讲　膨胀的宇宙

第３讲　黑洞

第４讲　黑洞并非黑不可知

第５讲　宇宙的起源与归宿

第６讲　时间的方向

第７讲　万物之理　　　　名词对照表

英文原文

编辑推荐

《宇宙简史:起源与归宿》作为霍金揭秘宇宙奇史的剑桥演讲合集，明晰而机智地解释了宇宙物理的复杂现象，具有很强的科普性和可读性。由中科院著名天文学家、上海天文台前任台长赵君亮翻译并导读。附赠的英文原文也能帮助广大读者更好地领会霍金的语言魅力，提高英文学习水平。

作者简介

《宇宙简史:起源与归宿》是斯蒂芬•霍金在英国剑桥大学所作的七场讲学，包含了他毕生钻研宇宙学的精华，精辟扼要。即使略具基本科学知识者，读了这七讲，对宇宙创世的奇妙壮丽，也能一窥梗概。这些演讲不仅闪耀着霍金智慧的光环，而且体现出他特有的机智。谈到花费了他十几年时间的黑洞研究 时，他说道："这似乎有点像在煤窖里寻找一只黑猫。"霍金从人类认识宇宙的历史谈起，从亚里士多德确认地球是一个圆球，到哈勃发现宇宙正处于膨胀之中，其间经历了两千多年。以此作为起点，他探究了现代物理学的诸多领域，包括宇宙的起源（即大爆炸）、黑洞的性质，以及时空等理论。最后，霍金提出了现代物理学尚未解决的若干问题，特别是如何把所有的局部性理论结合成一种"统一的万物之理"他断言："如果我们找到了这一问题的答案，那将会是人类理性的终极胜利。"在此书中，霍会就宇宙以及我们在宇宙中的地位问题，向读者展现了一次引人入胜的探索式旅行。对任何曾仰望过夜空，并想知道那里曾经发生过什么，以及如何演变为如今状态的人来说，《宇宙简史:起源与归宿》无疑值得一读。

图书封面

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