-
《時間簡史》——從大爆炸到黑洞
作者：史蒂芬·霍金
譯者：許明賢、吳忠超譯
申明:本書由奇書網自網路收集整理製作，僅供預覽交流學習使用，版權歸原作者和出版社所有，如果喜歡，請支援訂閱購買正版。
宇宙論是一門既古老又年輕的學科。作為宇宙裡高等生物的人類不會滿足於自身的生存和種族的綿延，還一代代不懈地探索著存在和生命的意義。但是，人類理唸的進化是極其緩慢和艱苦的。從亞裡士多德——托勒密的地心說到哥白尼——伽利略的日心說的演化就花了2000年的時間。令人吃驚的是，儘管人們知道世間的一切都在運動，隻是到了本世紀20年代因哈勃發現了紅移定律後，宇宙演化的觀念才進入人類的意識。人們甚至從來冇有想到過宇宙還會演化。牛頓的萬有引力定律表明，宇宙的物質在引力作用下不可能處於穩定的狀態。即使在愛因斯坦的廣義相對論中，情況也好不到哪兒去，為了得到一個穩定的宇宙模型，他曾將宇宙常數引進理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩定的宇宙模型。可見，宇宙演化的觀念並不是產生於這些天才的頭腦之中。
可以公平的說，哈勃的觀測標誌著現代宇宙論的誕生。哈勃發現，從星係光譜的紅移可以推斷，越遠的星係以越快的速度離開我們而去，這表明整個宇宙處於膨脹的狀態。從時間上倒溯到過去，估計在100億到200億年前曾經發生過一樁開天辟地的大事件，即宇宙從一個極其緊緻、極熱的狀態中大爆炸而產生。伽莫夫在1948年發表的一篇關於熱大爆炸模型的文章中作出了一個驚人的預言，早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周圍，不過由於宇宙膨脹引起的紅移，其絕對溫度隻餘下幾度左右，在這種溫度下，輻射是處於微波的波段。但在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙微波背景輻射之前，人們並不認真對待此預言。
一般認為，愛因斯坦的廣義相對論是用於描述宇宙演化的正確的理論。在經典廣義相對論的框架裡，霍金和彭羅斯證明瞭，在很一般的條件下，空間——時間一定存在奇點，最著名的奇點即是黑洞裡的奇點以及宇宙大爆炸處的奇點。在奇點處，所有定律以及可預見性都失效。奇點可以看成空間時間的邊緣或邊界。隻有給定了奇點處的邊界條件，才能由愛因斯坦方程得到宇宙的演化。由於邊界條件隻能由宇宙外的造物主所給定，所以宇宙的命運就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時代起一直困擾人類智慧的我們的宇宙影象
一位著名的科學家（據說是貝特郎·羅素）曾經作過一次關於天文學方麵的講演。他描述了地球如何繞著太陽運動，以及太陽又是如何繞著我們稱之為星係的巨大的恒星群的中心轉動。演講結束之時，一位坐在房間後排的矮個老婦人站起來說道：“你說的這些都是廢話。這個世界實際上是馱在一隻大烏龜的背上的一塊平板。”這位科學家很有教養地微笑著答道：“那麼這隻烏龜是站在什麼上麵的呢？”“你很聰明，年輕人，的確很聰明，”老婦人說，“不過，這是一隻馱著一隻一直馱下去的烏龜群啊！”
大部分人會覺得，把我們的宇宙喻為一個無限的烏龜塔相當荒謬，可是為什麼我們自以為知道得更多一些呢？我們對宇宙瞭解了多少？而我們又是怎樣才知道的呢？宇宙從何而來，又將向何處去？宇宙有開端嗎？如果有的話，在這開端之前發生了什麼？時間的本質是什麼？它會有一個終結嗎？在物理學上的一些最新突破，使一部分奇妙的新技術得以實現，從而對於回答這些長期以來懸而未決問題中的某些問題有所啟發。也許有一天這些答案會像我們認為地球繞著太陽運動那樣顯而易見——當然也可能像烏龜塔那般荒唐可笑。不管怎樣，唯有讓時間來判斷了。
早在公元前340年，希臘哲學家亞裡士多德在他的《論天》一書中，就已經能夠對於地球是一個圓球而不是一塊平板這一論點提出兩個很好的論據。中作出了一個驚人的預言，早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周圍，不過由於宇宙膨脹引起的紅移，其絕對溫度隻餘下幾度左右，在這種溫度下，輻射是處於微波的波段。但在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙微波背景輻射之前，人們並不認真對待此預言。
一般認為，愛因斯坦的廣義相對論是用於描述宇宙演化的正確的理論。在經典廣義相對論的框架裡，霍金和彭羅斯證明瞭，在很一般的條件下，空間——時間一定存在奇點，最著名的奇點即是黑洞裡的奇點以及宇宙大爆炸處的奇點。在奇點處，所有定律以及可預見性都失效。奇點可以看成空間時間的邊緣或邊界。隻有給定了奇點處的邊界條件，才能由愛因斯坦方程得到宇宙的演化。由於邊界條件隻能由宇宙外的造物主所給定，所以宇宙的命運就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時代起一直困擾人類智慧的我們的宇宙影象
一位著名的科學家（據說是貝特郎·羅素）曾經作過一次關於天文學方麵的講演。他描述了地球如何繞著太陽運動，以及太陽又是如何繞著我們稱之為星係的巨大的恒星群的中心轉動。演講結束之時，一位坐在房間後排的矮個老婦人站起來說道：“你說的這些都是廢話。這個世界實際上是馱在一隻大烏龜的背上的一塊平板。”這位科學家很有教養地微笑著答道：“那麼這隻烏龜是站在什麼上麵的呢？”“你很聰明，年輕人，的確很聰明，”老婦人說，“不過，這是一隻馱著一隻一直馱下去的烏龜群啊！”
大部分人會覺得，把我們的宇宙喻為一個無限的烏龜塔相當荒謬，可是為什麼我們自以為知道得更多一些呢？我們對宇宙瞭解了多少？而我們又是怎樣才知道的呢？宇宙從何而來，又將向何處去？宇宙有開端嗎？如果有的話，在這開端之前發生了什麼？時間的本質是什麼？它會有一個終結嗎？在物理學上的一些最新突破，使一部分奇妙的新技術得以實現，從而對於回答這些長期以來懸而未決問題中的某些問題有所啟發。也許有一天這些答案會像我們認為地球繞著太陽運動那樣顯而易見——當然也可能像烏龜塔那般荒唐可笑。不管怎樣，唯有讓時間來判斷了。
早在公元前340年，希臘哲學家亞裡士多德在他的《論天》一書中，就已經能夠對於地球是一個圓球而不是一塊平板這一論點提出兩個很好的論據。第一，他認為月食是由於地球執行到太陽與月亮之間而造成的。地球在月亮上的影子總是圓的，這隻有在地球本身為球形的前提下才成立。如果地球是一塊平坦的圓盤，除非月食總是發生在太陽正好位於這個圓盤中心之下的時候，否則地球的影子就會被拉長而成為橢圓。
第二，希臘人從旅行中知道，在越往南的地區看星空，北極星則顯得越靠近地平線。（因為北極星位於北極的正上方，所以它出現在處於北極的觀察者的頭頂上，而對於赤道上的觀察者，北極星顯得剛好在地平線上。）根據北極星在埃及和在希臘呈現出來的位置的差彆，亞裡士多德甚至估計地球大圓長度為400斯特迪亞。現在不能準確地知道，一個斯特迪亞的長度究竟是多少，但也許是200（1碼=米）碼左右，這樣就使得亞裡士多德的估計為現在所接受數值的兩倍。希臘人甚至為地球是球形提供了第三個論據，否則何以從地平線外駛來的船總是先露出船帆，然後纔是船身？
-