作为2020年诺贝尔物理学奖得主，罗杰·彭罗斯在宇宙宏观物理学、微观世界量子力学和心灵物理学领域独树一帜、引人深思的理念一直众口纷纭。这些理念是他在畅销书《皇帝新脑》和《心灵的影子》里提出的。
而在这本出色的科普小书里，他总结、更新了自己在这几个复杂领域的新思考。他认为物理学的这些领域仍有重要的问题亟待解决，并对此进行了精辟的总结。在这个过程中，他引入了颠覆性的新概念，他相信这能帮助我们理解大脑的工作机制和人类心灵的本质。随后，这些理念受到了三位背景迥异的杰出专家的挑战——他们分别是科学哲学家艾伯纳·西蒙尼、南希·卡特莱特及理论物理学家暨宇宙学家史蒂芬·霍金。最后，罗杰·彭罗斯回应了他们富有启发性的批评。

前言（马尔科姆·朗盖尔）
康托版序
第1章\t时空和宇宙
第2章\t量子力学之谜
第3章\t物理和心灵
第4章\t关于精神、量子力学和潜在可能性的实现（艾伯纳·西蒙尼）
第5章\t为什么是物理？（南希·卡特莱特）
第6章\t一位问心无愧的还原论者的异议（史蒂芬·霍金）
第7章\t罗杰·彭罗斯的回应
附录1 古德斯坦定理和数学思维
附录2 测试引力导致态坍塌的实验

马尔科姆·朗盖尔（剑桥大学杰克逊自然哲学教授
）
过去十年里最鼓舞人心的进展之一，是诸多优秀的
科学家出版了一系列书籍，试图将他们学科的精华和激
动人心之处介绍给普通读者。这方面最惊人的例子包括
史蒂芬·霍金的《时间简史》（A Brief History of
Time）获得的非凡成功，如今这本书已经载入出版史册
；詹姆斯·格雷克（James Gleick）的《混沌》
（Chaos）让我们看到了原本艰深的题目竟能成功化作
惊心动魄的侦探故事；而史蒂文·温伯格（Steven
Weinberg）的《终极理论之梦》（Dreams of a Final
Theory）以通俗易懂的方式令人信服地阐述了当代粒子
物理学的本质和目标。
在这波大众化的浪潮中，罗杰·彭罗斯出版于1989
年的著作《皇帝新脑》显得独树一帜。其他作者的目标
是介绍当代科学的内容和趣味，而彭罗斯的书提出了一
个极具原创性的惊人设想： 物理学、数学、生物学、
脑科学甚至哲学，这些看起来截然不同的学科有可能被
整合并纳入一套新的基本过程理论，尽管这套理论目前
还未被定义。不出所料的是，《皇帝新脑》引发了大量
争议；1994年，罗杰出版了第二本书《心灵的影子》，
在这本书里，他试图反驳一些批评，提出更深层的洞见
，并对自己的理念进行拓展。1995年，他在坦纳系列讲
座中全面介绍了这两本书的核心议题，并与艾伯纳·西
蒙尼、南希·卡特莱特和史蒂芬·霍金探讨了这些问题
。本书前三章收录的三场讲座概括介绍了那两本书中详
细阐述的内容，而三位讨论者在第4、5、6章中提出了
人们长期以来对这些观点的诸多疑虑。罗杰将在第7章
中对这些疑虑做出回答。
罗杰的章节本身就很有说服力，但几句话的介绍也
许能奠定一点基础，让我们更好地理解他对现代科学的
一部分最深刻问题采取的特殊方法。他一直是国际公认
的当代最有天赋的数学家之一，但他的研究工作一直深
植于现实的物理学领域。他在天体物理学和宇宙学领域
最著名的工作，涉及相对论引力理论的相关定理，其中
有一部分是和史蒂芬·霍金共同完成的。其中一条定理
表明，根据经典相对论引力理论，黑洞内不可避免地存
在一个物理奇点，该空间区域中的空间曲率——等价于
物质密度——会变得无穷大。另一条定理表明，根据经
典相对论引力理论，大爆炸宇宙模型的源头不可避免地
存在一个类似的物理奇点。从某种意义上说，上述结论
意味着这些理论存在严重缺陷，因为任何有意义的物理
理论都应避免出现物理奇点。
但在数学和数学物理的诸多不同领域，这只是他做
出的大量贡献中的一个方面。彭罗斯过程（Penrose
process）描述的是粒子能从旋转的黑洞中提取旋转能
量。彭罗斯图（Penrose diagram）用于研究物质在黑
洞周围的行为。纵观本书前三章，他的方法蕴含着一种
近乎画面感的强烈几何感。对于他在这方面的成就，大
众最熟悉的例子是M. C.埃舍尔的“不可能”画作和彭
罗斯瓷砖（Penrose tile）。有趣的是，埃舍尔好些“
不可能”画作的灵感正是源于罗杰和他父亲L. S.彭罗
斯的论文。此外，在本书第1章中，彭罗斯利用了埃舍
尔的圆极限画，来阐释自己对双曲几何的热忱。彭罗斯
瓷砖是一种神奇的几何结构，它只用几种不同的形状就
能完全铺满一个无限的平面。最不可思议的彭罗斯瓷砖
，可以不重复地铺满无限平面——换句话说，瓷砖的花
色在无限平面上的任何位置都不会重复出现。这个主题
在第3章中再次出现，此时它涉及的问题是，一组精确
定义的特定数学过程能否由计算机执行。
因此，罗杰为现代物理学某些最深刻的问题提供了
一系列强大的数学武器，并在数学和物理学领域取得了
非凡的成就。毋庸置疑，他提及的问题的确存在，而且
相当重要。宇宙学家有充分的理由坚信，大爆炸为我们
理解宇宙的宏观特性提供了最具说服力的图景。但从很
多方面来说，它也存在严重的缺陷。大部分宇宙学家坚
信，对于解释宇宙从它诞生后约千分之一秒到现在的整
体特性所需的基本物理学，我们已经有了很好的理解。
但我们必须非常小心地设定初始条件，这幅图景才能成
立。严重的问题在于，当宇宙的年龄显著小于千分之一
秒时，所有经过验证的物理学都会失效，因此我们只能
基于已知的物理定律进行合理的外推。我们对宇宙必然
具备的初始条件已经有了相当深入的了解，但它为什么
会这样，我们依然只能猜测。人们公认，这是当代宇宙
学最重要的问题之一。
为了试着解决这些问题，人们建立了一个标准框架
，即早期宇宙的暴胀图景。哪怕在这幅图景中，我们仍
假设了宇宙的特定特征源自有意义的最早时间，即普朗
克时期（Planck epoch），这时候我们需要了解量子引
力。普朗克时期是宇宙诞生的大约前10-43秒，这看起
来可能有些极端，但基于今天我们所知的东西，我们必
须严肃看待这个极度短暂的时期内发生的事情。
就目前而言，罗杰接受常规的大爆炸图景，但他不
认可大爆炸理论早期阶段的暴胀图景。取而代之的是，
他相信物理学必然缺失了一部分

跨越宏观、微观和心灵，碰撞史蒂芬·霍金等巨匠
突破性描绘——21世纪的理论物理学！
1. 2020年诺贝尔物理学奖得主、畅销书《皇帝新脑》作者罗杰·彭罗斯科普力作。
2.跨越宏观、微观和人类心灵，惊心碰撞史蒂芬·霍金等物理学巨匠。
3.一部通俗易懂、振聋发聩的物理学小经典，突破性描绘21世纪的理论物理学。
4.大量插图，其中部分插图由彭罗斯亲自绘制！
5.精装双封，印制考究，用纸上乘，常规开本，便于阅读和长期收藏。

罗杰·彭罗斯和我合作研究空间和时间的大尺
度结构，包括奇点和黑洞。对于广义相对论的经典
理论，我们的看法大体一致，但当我们进入量子引
力的领域，分歧就开始出现了。从本质上说，他是
一位柏拉图主义者。从另一方面来说，我是一个实
证主义者。
——史蒂芬·霍金
看到像彭罗斯这样有能力、有名望、有成就的
科学家像表演杂技一样将现代物理学的大部分内容
抛向空中，试图让它们停留在那里，同时将它们整
理成协调的模式，这样的场面的确值得一观。这位
一流的科学家精彩地展现了一流科学家一直在做的
事情：提出大胆的猜想，并将它呈现出来，供他人
确认、反驳或修正。
——基思·德夫林，《新科学家》
牛津大学的物理学家兼数学家彭罗斯……想聊
聊广义相对论、量子力学和人工智能的时候，我们
最好听一听。
——《出版者周刊》
这本书引人入胜、发人深思地介绍了一些迷人
的问题，在其中一些问题（譬如宇宙的可理解性）
上，有神论者当然也可以提供一些不同的洞见。
——约翰·波尔金霍恩，《科学与基督教信仰
》
想要领略物理学最前沿的风景，你很难找到一
个比他更有眼光、更热心的向导。
——《科学美国人》杂志
对彭罗斯本人的思考进行了发人深思的精简回
顾。
——伯纳德·狄克逊，《独立报》