尽管霍金教授的著述极为清晰而机智,有些读者仍然觉得难以掌握复杂的概念。为了使读者加深理解,本版还增加了240多幅彩色插图,包括卫星图像和照片。这些都应归功于诸如哈勃空间望远镜和电脑三维和四维实体成像等技术进步之赐。详细的插图说明使读者能体验到星系际太空的广漠、黑洞的奇妙性质以及物质和反物质碰撞的粒子物理的微观世界。作为一本飨以读者宇宙学的最容易理解的经典著作,《时间简史》插图本是探索时间和空间核心秘密的引人入胜的故事。
更多霍金著作:
《时间简史(插图本)》——全球科学著作的里程碑,一部深入浅出、简法明了的科学经典,全球畅销千万册
《果壳中的宇宙》——和智慧大师一起站在科学的前端瞭望宇宙
《大设计》——阐述宇宙终极问题,当当网独家赠送《霍金传》
《霍金讲演录》——收集了霍金的精彩演讲文章,看他如何展示科学的魅力
《果壳里的60年》——关心自然科学的必备读物,值得收藏的科学著作
史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 于1942年1月8日生于牛津,那一天刚好是伽利略逝世三百年。可能因为他出生在第二次世界大战的时代,所以小时候对模型特别着迷。他十几岁时不但喜欢做模型飞机和轮船,还和学友制作了很多不同种类的战争游戏,反映出他研究和操控事物的渴望。这种渴望驱使他攻读博士学位,并在黑洞和宇宙论的研究上获得重大成就。
霍金十三、四岁时已下定决心要从事物理学和天文学的研究。十七岁那年,他考到了自然科学的奖学金,顺利入读牛津大学。学士毕业后他转到剑桥大学攻读博士,研究宇宙学。不久他发现自己患上了会导致肌肉萎缩的卢伽雷病。由于医生对此病束手无策,起初他打算放弃从事研究的理想,但后来病情恶化的速度减慢了,他便重拾心情,排除万难,从挫折中站起来,勇敢地面对这次的不幸,继续醉心研究。
七十年代,他和彭罗斯证明了著名的奇性定理,并在1988年共同获得沃尔夫物理奖。他还证明了黑洞的面积不会随时间减少。1973年,他发现黑洞辐射的温度和其质量成反比,即黑洞会因为辐射而变小,但温度却会升高,最终会发生爆炸而消失。
八十年代,他开始研究量子宇宙论。这时他的行动已经出现问题,后来由于得了肺炎而接受穿气管手术,使他从此再不能说话。现在他全身瘫痪,要靠电动轮椅代替双脚,不但说话和写字要靠计算机和语言合成器帮忙,连阅读也要别人替他把每页纸摊平在桌上,让他驱动着轮椅逐页去看。
霍金一生贡献于理论物理学的研究,被誉为当今最杰出的科学家之一。他的著作包括《时间简史》及《黑洞与婴儿宇宙以及相关文章》。虽然大家都觉得他非常不幸,但他在科学上的成就却是在他在病发后获得的。他凭着坚毅不屈的意志,战胜了疾病,创造了一个奇迹,也证明了残疾并非成功的障碍。他对生命的热爱和对科学研究的热诚,是值得年轻一代学习的。
《时间简史·果壳中的宇宙》(典藏版)(套装共2册)收录了史蒂芬·霍金的《时间简史》插图版和《果壳中的宇宙》两部书。
史蒂芬·霍金的《时间简史》在1998年首版以来的岁月里,已成为全球科学著作的里程碑。它被翻译成40多种文字,销售了1000万册,成为国际出版史上的奇观。《时间简史》插图版是探索时间和空间核心秘密的引人入胜的故事。
《果壳中的宇宙》是《时间简史》的姊妹篇,是每位想理解自身栖居宇宙人士的必读著作。在这部书中,霍金把我们带到理论物理的最前沿,真理在那里甚至比幻想更令人眼花缭乱。他利用通俗的语言解释制约我们宇宙的原理。
《果壳中的宇宙》
作为一个粗糙的比喻,但不要过于拘泥,想象一张橡皮膜。人们可把一个大球放在膜上,它代表太阳。球的质量把膜压陷下去,使之在太阳邻近弯曲。现在如果人们在膜上滚动小滚珠,它不会直接地滚到对面去,而是围绕着该重物运动,正如行星绕日公转一样(图24)。
这个比喻是不完整的,因为在这个比喻中只有空间的两维截面(橡皮膜的表面)是弯曲的,而时间正如在牛顿理论中那样,没有受到扰动。然而,在与大量实验相符合的相对论中,时间和空问难分难解地相互纠缠。人们不能只使空间弯曲,而让时间安然无恙。这样就赋予时间以形状。广义相对论使空间和时间弯曲,把它们从被动的事件发生的背景改变成为发生事件的主动的动力参与者。在牛顿理论中,时间独立于其他万物而存在,人们也许会诘问:上帝在创造宇宙之前做什么?正如圣·奥古斯丁说的,人们不可以此为笑柄,就像有人这样说过:“它正为那些寻根究底的人们准备地狱。”这是一个人们世代深思的严肃的问题。根据圣·奥古斯丁的说法,在上帝制造天地之前,它根本无所作为。事实上,这和现代观念非常接近。
另一方面,在广义相对论中时间和空间的存在不仅不能独立于宇宙,而且不能相互独立。它们由宇宙中的测量定义,譬如钟表中的石英晶体的振动数或者尺子的长度。以这种方式在宇宙中定义的时间应该有一个最小或者最大值,换句话说,也就是开端或者终结,这是完全可以理解的。询问在开端之前或者终结之后发生什么是没有任何意义的,因为这种时间是不被定义的。
判定广义相对论的数学模型是否预言宇宙以及时间本身应有一个开端或者终结,显然是非常重要的。在包括爱因斯坦在内的理论物理学家中普遍有一种成见,认为时间在两个方向都必须是无限的。否则的话就引起有关宇宙创生的令人不安的问题,这个问题似乎在科学王国之外。人们知道时间具有开端或者终结的爱因斯坦方程的解。但是所有这些解都是非常特殊的,具有大量的对称性。人们以为,实际物体在自身引力下坍缩时,其压力或者斜方向的速度会阻止所有物质一道落向同一点,使那一点的密度变成无限大。类似地,如果人们在时间的相反方向将宇宙膨胀倒溯回去,他会发现宇宙中的全部物质并非都从具有无限密度的一点涌现。这样无限密度的点称为奇点,并且是时间的开端或终结。
《果壳中的宇宙》这一书名出自于莎士比亚名剧《哈姆雷特》。它的隐喻是多重的。哈姆雷特认为,即便把他关在果壳中,仍然自以为是无限空间之王。
哈姆雷特几百年前所吟唱的处境。却和人类的宇宙观完全相符。这当然要归功于莎士比亚敏锐的洞察力。在那个境界上艺术和科学是相通的。从广义上看,粒子、生命和星体的处境都和果壳相似,尚不清楚的是它们中有哪些自认为是无限空间之王。
现代量子宇宙学认为,整个宇宙是由一个果壳状的瞬子演化而来,果壳上的量子皱纹包含着宇宙中所有结构的密码。本书作者是这一学说的开创者。
史蒂芬霍金,这位被禁锢在轮椅上近40年的最富有创见的科学巨人,一定比他的任何同类更深切地将这几行诗引为肺腑之言。否则的话,何以从卷帙浩繁的莎士比亚剧作中特地将其挑选出作为书名呢?可以断言,一切有志创造的人们都可以从他这部自《时间简史》以来最重要的著作中汲取灵感。
这本书将以包括英文、中文等十几种主要文字在全世界同步发行。译者在首次阅读其电子文本时,获得一种感觉,犹如在攀登高山一样,开阔的视野仿佛九叠画屏。般在眼前渐次展开,而这个视野不是别的,正是科学的前沿。
我曾经请霍金为中文版写点什么。在此书印发前夕,他将对中国读者的寄语传给我。全文如下:
I would like to share my excitement at recent discoveries on black holes and cosmology with Chinese readers.Professor Stephen Hawking, CH,CBE,FRS,Lucasian Protessor 0f Mathematics
University of Cambridge 19th September 2001
庐山的如琴湖畔提供了当今已经非常稀罕的清静,使我在一个多月内得以专心译述。窗外云雾晴岚、朝晖夕霞瞬息变幻。奇峰异壑、飞瀑流泉间遍布着王羲之、慧远、陶潜、李白、白居易、苏轼和王阳明的遗迹,这一切予人以无限的想象空间。在这种氛围中思索宇宙是再惬意不过的了。
在此期间曾得到许多友人的帮助和支持。他们是杜欣欣、陈佳安和林岚。他们也是这份译稿的首批读者和批评者。志此纪念。
吴忠超
2001年7月15日记于庐山花径
2001年9月22日补记于望湖楼