國內外暢銷的科普經典作品,世界偉大的思想家、宇宙學家之一史蒂芬 霍金的經典著作集合。
一位偉大的科學家
從宇宙大爆炸在奇點到黑洞輻射機制,他對量子宇宙論的發展作出了杰出的貢獻。在研究了黑洞之后,又在從事一項更為復雜的“M理論”的研究。
一位杰出的科普作家
在全球性的科學普及方面他享有盛譽。他的《時間簡史》、《果殼中的宇宙》、《大設計》等科普著作,讓各種文化背景下的人們投入科學的懷抱。他賦予了宇宙學研究以藝術氣質,他使“黑洞”變成我們日常生活的一部分,他激勵了我們的好奇心,豐富了人類的精神生活,更破除了將科學非人性化的傾向。
一位與疾病頑強斗爭的科學斗士
他長期患有嚴重的肌肉萎縮性疾病,被長期禁錮在輪椅上,在行動困難的境況下,仍以超人的毅力和斗志為科學進步作出了貢獻。正是他對命運的抗爭,使他成為探索宇宙奧秘的無畏的斗士,他的思想和行為堪稱當代楷模。
本書是關于探索時間本質和宇宙前沿的通俗讀物,是一本當代有關宇宙科學思想zui重要的經典著作,它改變了人類對宇宙的觀念。本書一出版即在全世界引起巨大反響。《時間簡史》對我們這些喜用言語表達甚于方程表達的讀者而言是一本里程碑式的佳作。它出自于一個對人類思想有杰出貢獻者之手,這是一本對知識無限追求之作,是對時空本質之謎進行不懈探討之作。
大設計》——霍金近10年間的首部經典巨著
宇宙何時并如何起始?為何自然定律被這么精細地諧調至讓我們這樣的生命存在?我們宇宙的表觀“大設計”能否證實使事物運行的仁慈的造物主?科學能否提供另一種解釋?有關宇宙起源以及生命本身的zui基本的問題,曾經是哲學的范疇,現在卻占據著科學家、哲學家和神學家相遇但卻自說自話的領地。在本書中,霍金以精彩而簡樸的非專業語言表述了有關宇宙奧秘的zui新的科學思考。可以說,沒有任何一本書像《大設計》這樣信息豐富,這樣刺激。
果殼中的宇宙》(插圖本)——懂與不懂都是收獲
霍金教授以他獨特的熱情,邀請我們一道作非凡的時空遨游。這個旅程借大量色彩繽紛的插圖之助而變幻成超現實的奇境。在這個奇境里,粒子、膜和弦作十一維運動,黑洞蒸發并且和它攜帶的秘密同歸于盡,我們宇宙創生的種子只不過是一個微小的堅果。 國內外暢銷的科普經典作品,世界偉大的思想家、宇宙學家之一史蒂芬 霍金的經典著作集合。
一位偉大的科學家
從宇宙大爆炸在奇點到黑洞輻射機制,他對量子宇宙論的發展作出了杰出的貢獻。在研究了黑洞之后,又在從事一項更為復雜的“M理論”的研究。
一位杰出的科普作家
在全球性的科學普及方面他享有盛譽。他的《時間簡史》、《果殼中的宇宙》、《大設計》等科普著作,讓各種文化背景下的人們投入科學的懷抱。他賦予了宇宙學研究以藝術氣質,他使“黑洞”變成我們日常生活的一部分,他激勵了我們的好奇心,豐富了人類的精神生活,更破除了將科學非人性化的傾向。
一位與疾病頑強斗爭的科學斗士
他長期患有嚴重的肌肉萎縮性疾病,被長期禁錮在輪椅上,在行動困難的境況下,仍以超人的毅力和斗志為科學進步作出了貢獻。正是他對命運的抗爭,使他成為探索宇宙奧秘的無畏的斗士,他的思想和行為堪稱當代楷模。
史蒂芬 霍金出生于1942年,他的生日恰好是伽利略逝世三百年忌日。他現任劍橋大學盧卡斯數學教授(這一教席曾由艾薩克 牛頓所任)。他廣被推崇為繼愛因斯坦后杰出的理論物理學家。他的主要著作是《時間簡史》《大設計》和《果殼中的宇宙》。
我 早的記憶是站在海格特的拜倫宮學校的托兒所嚎啕大哭。我周圍的所有小孩都在玩似乎是非常美妙的玩具,而我想參與進去。但是我只有兩歲半,這是我回被 放到我不認識的人中間,我很害怕。我認為我的父母對我的反應頗為驚訝,因為我是他們的個孩子,而且他們依從兒童發育教科書,書上講孩子在兩歲時就應該 準備開始社交。不過他們在這個可怕的上午之后即把我帶走,在一年半的時間里不再把我送回拜倫宮。
那時,也就是二戰時期以及戰后不久,海格特是一些科學家和學術界人士居住的區域。(在另一他們會被稱作知識分子,但是英國人從不承認有什么知識分子。)所有這些父母都把孩子送進拜倫宮學校,這是一所當時非常先進的學校。
我記得我對父母抱怨說,這所學校從未教我任何東西。拜倫宮的教育者們不相信那時被認可的灌輸教育法。相反地,你被假定自己學習讀書而沒有意識到是被教的。我終于到相當晚的八歲才學會閱讀。我的妹妹菲利帕被用傳統的方法教會閱讀,四歲時即能閱讀。但那時,她肯定比我聰明。
我 們住在一幢高大的、狹窄的維多利亞風格的房子里,這是我父母在二戰時期以非常便宜的價格購置的,當時人人都以為倫敦將被炸平。事實上,一枚V-2火箭就落 到離我們家只有幾間房子遠的地方。當時我和母親、妹妹都出門了,只有父親在家。幸運的是,他沒有受傷,而房子也沒有受到重創。但是在后來許多年路上留下了 一個大彈坑,我經常和朋友霍華德在那兒玩,他住在另一個方向和我們隔著三個門的房子。因為霍華德父母不像其他我認識的所有朋友的父母,不是知識分子,所以 他對我而言是一種啟示。他進郡立學校,而不是拜倫宮,而且他通曉足球和拳擊,這都不是我父母夢寐以求地追隨的運動項目。
另 一個早期回憶是我得到的組火車玩具。二戰時英國不制造玩具,至少不為國內市場制造。但是我對火車模型有強烈興趣。父親試圖給我造一列木質火車,但它沒 有使我滿足,由于我需要某種自己能運動的東西。于是他搞到了一列二手的發條火車,用烙鐵修理好,在我快3歲時送給我作圣誕禮物。那列火車走得不很好。不過 我父親在二戰剛結束時去了趟美國,當他坐瑪麗皇后號回來時,他給我母親帶了一些尼龍,那是當時在英國得不到的。他為我妹妹瑪麗帶回一個玩偶,它能一躺下來 就閉上眼睛。而他給我帶了一列美國玩具火車,還包括排障器和八字軌道。我還記得在我打開盒子時的激動。
必 須上緊發條的發條火車已經非常好了,但我真正想要的是一列電動火車。我時常花費幾個小時觀看海格特附近克勞奇恩德的火車模型俱樂部的設計。我朝思暮想有一 列電動火車。終于,當我父母都出門到什么地方去時,我抓住機會從郵局銀行取出非常有限的錢,這些錢是人們在特殊場合例如施洗禮時給我的。我用這錢買了一列 電動火車。但是令人非常沮喪的是,它也運行的不是很好。我應該將它退回去要求商店或者制造廠家換一個新的,但當時的看法是,買某種東西是一種特權,如果 東西有毛病只得自認倒霉。于是我花錢去修理馬達,修理之后它也一直未能運行得很好。
后 來,在我十幾歲時,我建造了飛機模型和船模型。我的手工從來就笨拙,但我是和學友約翰 麥克列納翰一起做的,他比我靈巧得多,他的父親在自己家里有車間。 我的目標總是建造一個我能控制的運行的模型。我不在乎它的外表看起來如何。我想正是同一種動因驅使我和另一位學友羅杰 芬尼豪一道發明了一系列復雜的游 戲。有一種制造業游戲,附有生產不同顏色產品的工廠,為它們運營的公路和鐵軌以及股票市場。有一種戰爭游戲,在4000個方塊的板上玩,甚至還有封建游 戲,在這游戲中每一個玩家都是有家譜可查的整個王朝。我以為這些游戲,還有火車、船舶和飛機都是來自要了解系統如何運行和如何控制它們的強烈愿望。從我開 始攻讀博士學位開始,我對宇宙學的探索滿足了這個需求。如果你理解宇宙如何運行,在某種程度上,你就控制了它。
1962 年10月我到達劍橋讀研究生。我申請跟隨弗雷德 霍伊爾做研究,他是當時英國的天文學家,穩態理論的主要倡導者。我這里講天文學家,因為宇宙學在那 時幾乎不被承認為正當的領域。由于和霍伊爾的學生賈揚 納里卡一道上過夏季課程受到了啟發,我認為這正是我要從事研究的領域。然而,霍伊爾已收有足夠多的 學生,我很失望地被分配給我從沒聽說過的丹尼斯 西阿瑪。
這也許是好的。霍伊爾經常外出,他可能不會較多地注意我。而西阿瑪卻常在近旁,隨時可以和我交談。我對他的很多思想持異議,尤其是關于馬赫原理,即物體的慣性應歸因于宇宙中所有其他物體的影響的思想,但是他的思想激勵我發展自己的圖像。
在 我開始研究時,宇宙學和基本粒子物理學似乎是激動人心的兩個領域。后者是活躍的快速改變的領域,吸引了大多數好的頭腦,而宇宙學和廣義相對論停滯在 1930年代的狀態。理查德 費恩曼,這位諾貝爾獎獲得者和二十世紀偉大的物理學家之一,驚人地記述過他于1962年在華沙參加廣義相對論和引力會議的 經歷。他在致妻子的信中寫道:“我從會議一無所獲。因為沒有實驗,這個領域不活躍,所以很少的人在此耕耘。其結果是這里有一大堆傻瓜(126名), 而這對我的血壓很不利……請提醒我不要再參加任何引力會議!”
當 然,在開始做研究時,我對此一無所知。但是我覺得那時研究基本粒子太像搞植物學了。量子電動力學——制約化學和原子結構的光和電子的理論在1940和 1950年代就完成了。現在,注意力已轉移到原子核中的粒子之間的弱核力和強核力,但類似的場論似乎無法解釋它們。的確,特別是劍橋學派認為,不存在什么 根本的場論。取而代之,一切都被么正性——也就是概率守恒——以及粒子散射中的某種特征模式所確定。當時認為這種方法會成功,而我卻記得弱核力的統一場論 的嘗試被嗤之以鼻的場景,而后者終取代了前者,現在事后看來,這一切很了不起。現在人們已經忘記了S(-)矩陣的工作,而我很慶幸自己沒開始做基本 粒子的研究。如果那樣的話,我沒有任何研究成果可以存活。
另 一方面,宇宙學和引力的領域被人忽視日久,當時卻已悄然成熟,可以發展了。和基本粒子不同,它存在一個定義很好的理論——廣義相對論——但這個理論被認為 是不可解決的困難。人們在找到描述該理論的愛因斯坦方程的任何解時如此高興,他們甚至不去詢問該解具有什么物理意義,如果它具有物理意義的話。這就是費恩 曼在華沙遭遇到的廣義相對論的舊學派。富有諷刺意味的是,華沙會議也以廣義相對論開始復興而被歷史銘記,盡管我們可以原諒費恩曼當時沒有看出這一點。
新 的一代進入這個領域,新的廣義相對論研究中心出現了。其中兩個中心對我尤其重要。一個位于德國漢堡,受帕斯夸爾 約當領導。我從未訪問過那里,但我對那里 產生的優雅論文贊賞有加,這些論文和早先關于廣義相對論的凌亂研究相比,可謂天上地下。另一個中心是赫爾曼 邦迪領導的位于倫敦國王學院的中心。
因 為我在圣奧爾本斯或在牛津的非常容易的物理課程中沒學到多少數學,西阿瑪建議我研究天體物理。但是既然我未有機會師從霍伊爾作研究,我也就不想研究某種枯 燥和缺乏想像力的東西,諸如法拉第旋轉。我既然來到劍橋研究宇宙學,那么宇宙學就是我決心要研究的。于是我耽讀廣義相對論的老教科書,每周都和西阿瑪的其 他三名學生前往倫敦的國王學院聽課。我對詞句和方程都明白,但我對這個學科沒有感覺。
西 阿瑪把我引導到所謂的惠勒-費恩曼電動力學。該理論是說電和磁是時間對稱的。然而,當一個人開燈時,正是宇宙中其他所有物質的影響使光波從燈泡往外行進, 而非從無限遠到達并終結于燈泡。為了使惠勒-費恩曼電動力學能行得通,從燈泡往外行進的所有光應被宇宙中其他物質所吸收。這在穩態宇宙中會發生,在那里物 質密度會保持常數,而在隨著宇宙膨脹密度降低的大爆炸宇宙中則不會發生。人們聲稱,這是我們生活在一個穩態宇宙中的另一個證明,如果仍然需要證明的話。
據 說,這能夠解釋時間之箭,這是無序化日增,以及為何我們記住過去而非將來的原因。1963年在康奈爾大學舉行了一次關于惠勒-費恩曼電動力學和時間之箭的 會議。費恩曼如此厭惡關于時間之箭發表的廢話,他拒將自己的名字印在會議文集中。他只被指為X先生,但每個人都知道那是誰。
我 知道霍伊爾和納里卡已經完成了膨脹宇宙中的惠勒-費恩曼電動力學,還繼續去闡述時間對稱的新引力論。1964年,霍伊爾在皇家學會的一次會議上公開了 這一理論。我參加了演講會,我在問答階段說,在穩態宇宙中,所有物質的影響會使他的質量無限大。霍伊爾問我為什么這么講,而我回答說我計算過它。所有人都 以為我是指在這演講期間我已經做完了心算,而事實上我和納里卡共用一間辦公室并且我預先看到了論文草稿,這使得我可以在會議之前去作計算。
霍伊爾非常憤怒。他正想建立他自己的研究所,并且威脅說如果他得不到錢,就參與去往美國的大腦流失潮。他以為我是有人煽動去破壞他的計劃。然而,他成立了自己的研究所,而且后來還給我一個工作,因此他顯然并不對我懷恨在心。
我在牛津的后一年就注意到,我變得越來越笨拙。在摔下幾個臺階后我就去看醫生,但他所說的一切只是“別喝啤酒”。
我 搬到劍橋后甚至變得越發笨拙。圣誕節期間,我在圣奧爾本斯的湖上滑冰時跌倒,爬不起來。我母親注意到這些問題并把我送到家庭醫生那里。他把我轉到一個專家 那里,在我21歲生日剛過不久,我就進了醫院進行檢查。我在醫院里待了兩周,期間做了種類繁多的檢查。他們從我手臂取出肌肉樣品,把電極嵌到我身上,然后 把射電波不能透過的一些流體注入我的脊柱,然后使床傾斜,用X射線看這些流體從上往下流動。做了這一切后,除了告訴我沒患多發性硬化癥以及是非典型的情形 外,什么都沒講。然而我推斷,他們預料病情會繼續惡化。他們除了給我一些維生素外束手無策,盡管我能覺得他們預料這些藥片沒多大用處。我沒有問多細節, 顯然他們沒有什么好事可告訴我。
意識到我患了可能在幾年內致死的癥對我是有點震驚。這樣的事怎么會落在我頭上呢?然而,當我在醫院里時,我見證了在我對床上一位有些認識的男孩死于血癌。很清楚有人比我不幸——至少我的狀態沒有使我覺得患病。我感得有點自憐時,就立即記起那個男孩。
不 知道我將來會發生什么或者這個病會發展得多快,我處于一團迷霧之中。醫生們讓我回到劍橋繼續我剛開始的廣義相對論和宇宙學研究。但是因為我沒有太多數學背 景所以研究沒有進展——畢竟,當我知道我也許不能活得足夠久以完成我的博士論文時很難專心致志。我覺得有點悲劇人物的味道。
我開始聽瓦格納的音樂,但雜志文章報道說我那時還酗酒,就未免是夸大其詞。一旦一篇文章寫到這個,另外的文章就抄過去,因為它可以編一個好故事,而終人人都相信任何出現在出版物中這么多次的東西必然是真的。
然 而我當時的夢想是相當讓人困擾的。在我的病癥還未得到診斷前,我對生活極其厭倦。似乎沒有什么事情值得去做。我出院不久,就做了一個即將被處死的夢。我忽 然意識到,如果我被緩刑的話,還有很多我能做而值得做的事情。另外一場我做了很多次的夢是,我要犧牲自己的生命去救別人。畢竟,如果我不管怎么都要死,我 不妨做一些好事。
但是我沒死,盡管我的未來總是被烏云遮蓋,我非常驚訝地發現我享受生活。事件發生根本變化的原因是我和一個名叫簡 王爾德的姑娘訂婚,我是大約在被診斷為ALS病時邂逅了她。這給我了某種生活的動力。