本书要主讲的是科学教育，特别是自然科学的教育，是提高人们素质的重要因素，是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得生活和工作所需的知识和技能，更重要的是使人获得科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养，使人获得非生物本能的智慧等等。

听霍金说昨天，听霍金的朋友谈今天和明天。

宇宙学的新发现，科学家的新思想，涨落的宇宙微波背景，生死模糊的薛定谔猫，魔幻的暗物质和暗能量，正向我们走来的引力波……

面向亿万观众，BBC的“霍金演讲”；面向科学未来，与前线同步的科学报告。

引言：理论物理学和宇宙学的未来

复杂的宇宙和宇宙的未来

霍金的宇宙波函数

时空奇点意味着量子引力吗

弯曲的时空

果壳里的60年

尾声

霍金作品目录

时空奇点意味着量子引力吗

我很荣幸能借这篇讲话来向霍金60岁生日表示我的敬意。昨天我在会上讲话的时候，心里老在发慌，想我可能会遭报应，被浑身涂满柏油，然后粘上羽毛。因为我要讲的关于额外空间维——那可是现代弦理论的核心呀——的东西，肯定不会讨人喜欢。我还想，我宁愿受那样的折磨，也不愿看到人们把那些话当作老人的胡言乱语，当作一阵过耳的风。至于斯蒂芬，我很高兴他现在也正式步人老人的行列，所以也不怕说那样令人吃惊的事情了。当然，斯蒂芬总是在做那种事情，不过以后他的胆子可能还会大一点儿。你们也看到了，我在想办法把那些羽毛一根根地拔下来，然后好好洗一个澡。可令我担心的是，尽管我昨天说的可能算新的(以前从来没有公开讲过)，今天要讲的许多东西以前已经讲过好多次了。但它们也许比我昨天讲的更令人惊讶。

为什么是量子弓l力?

我从20世纪物理学的伟大革命理论说起(图1)。首先，我们迎来了狭义相对论，一个与高速度相关的理论，产生了与牛顿力学的偏离。接着是量子力学。狭义相对论被推广为广义相对论，理论的时空(把时间和空间结合在一起的4维框架)也弯曲了，而曲率正好成为描述引力的工具。这是爱因斯坦带来的迷人理论。后来，我们把狭义相对论与量子力学结合起来，产生了量子场论。量子场论的某些最重要的贡献来自狄拉克(P.M.Dirac)，而我们知道狄拉克是一位伟大的物理学家，曾站在霍金现在的岗位上。在图1中我们看到一些向下的波浪线，指示了这些理论所面临的基本问题。

在这些问题中，我先谈谈经典广义相对论的奇点，它们说明了爱因斯坦经典理论的基本问题。问题来自大爆炸，也同样来自黑洞，那里的曲率趋于无穷。为了探求物理学在如此极端状态下的意义，我们自然想把广义相对论的思想与量子场论结合起来——我敢肯定这是正确的方向。不过，量子场论也有自己的问题，而且存在很长时间了。如果我们严格遵照量子场论的法则来计算，那么我们首先得到的几乎总是无穷大。无穷大不是我们需要的答案。我们信奉完全有限的答案。这意昧着我们不得不在一定水平(可能在很小的距离)上修正理论。最流行的修正意见认为，不论修正的是弦理论还是回到更早的克莱因(Oskar Klein)的思想，在某种意义上都存在一个截断，或说得更玄一点儿，存在一个所谓普朗克尺度的微小距离。我们希望，广义相对论与量子场论的恰当结合，能改变我们关于那种极端小距离——比基本粒子的普通尺度还小大约20个数量级(10的20次方)——下的时间和空间的观念。

敏感的同仁还可以在图1中看到另一条向下的波浪线，它不是从量子场论出发的，而是直接源于量子力学。有时我们称它为测量问题——不过在我看来这似乎太轻视它了。它实际上是一个测量疑难，我想简单说几句。在物理学家中至今还流行着一种观点，只要我们专注于量子力学，就可以忘记那个疑难。似乎许多物理学家认为那个问题只不过牵涉到我们如何正确解释一件事情，而我们要做的也就是解释。(当然，有多少量子物理学家，就可能有多少不同的量子力学的解释——而且也许更多，因为有些量子物理学家在一生的不同时候，甚至有的在同一时候，对这个问题都会表达出对立的观点!)但我想在这里给大家讲的我本人的观点是，不论头两个问题(引力的奇点和量子场论的无穷大)，还是这个测量疑难，都需要寻求一个正确的量子引力理论来解决。因此，一旦我们懂得了引力与量子力学如何相互关联，测量疑难也就解决了，不过要等到发现量子引力以后。

那么，我在说量子引力是所有三个问题的答案喽?从某种意义说，是的。我们确实需要“量子引力”，但那个名词是什么意思呢?量子引力就是把量子场的理论过程恰当地用于爱因斯坦广义相对论或爱因斯坦理论的某个修正形式吗?例如，在弦理论中，我们用了更多的空间维，已经不是原来的爱因斯坦理论，而是它的某种修正形式。而且，尽管许多量子化广义相对论的尝试都确实在用标准的爱因斯坦理论，但量子化行为本身却需要改变那个理论。另一方面，所有这些方法都把量子场论当作金科玉律。难道这就是思考量子引力的正确方法吗?我们是不是应该给两者同样的机会，寻求更公平的联姻呢?我们所谓的“量子引力”，通常把量子场论的法则看作不可或缺的——你一点儿也不能改动它——只需要将它们用于某种形式的引力理论。几乎从来没有人说过应该反过来，改变量子场论(或量子力学)的结构。当然，那是有理由的，因为即使要把那些法则用于广义相对论也是非常困难的。假如我们连这些法则也抛弃了，又该从哪儿开始呢?我们究竟做什么呢?我赞同这样的理由——一个很好的理由。不过在我看来，它还远不是充分的理由!

P121-124

科学，特别是自然科学，最重要的目标之一，就是追寻科学本身的原动力，或日追寻其第一推动。同时，科学的这种追求精神本身，又成为社会发展和人类进步的一种最基本的推动。

科学总是寻求发现和了解客观世界的新现象，研究和掌握新规律，总是在不懈地追求真理。科学是认真的、严谨的、实事求是的，同时，科学又是创造的。科学的最基本态度之一就是疑问，科学的最基本精神之一就是批判。

的确，科学活动，特别是自然科学活动，比较起其他的人类活动来，其最基本特征就是不断进步。哪怕在其他方面倒退的时候，科学却总是进步着，即使是缓慢而艰难地进步，这表明，自然科学活动中包含着人类的最进步因素。

正是在这个意义上，科学堪称为人类进步的“第一推动”。

科学教育，特别是自然科学的教育，是提高人们素质的重要因素，是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得生活和工作所需的知识和技能，更重要的是使人获得科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养，使人获得非生物本能的智慧，获得非与生俱来的灵魂。可以这样说，没有科学的“教育”，只是培养信仰，而不是教育。没有受过科学教育的人，只能称为受过训练，而非受过教育。

正是在这个意义上，科学堪称为使人进化为现代人的“第一推动”。

近百年来，无数仁人志士意识到，强国富民再造中国离不开科学技术，他们为摆脱愚昧与无知作了艰苦卓绝的奋斗。中国的科学先贤们代代相传，不遗余力地为中国的进步献身于科学启蒙运动，以图完成国人的强国梦。然而应该说，这个目标远未达到。今日的中国需要新的科学启蒙，需要现代科学教育。只有全社会的人具备较高的科学素质，以科学的精神和思想、科学的态度和方法作为探讨和解决各类问题的共同基础和出发点，社会才能更好地向前发展和进步。因此，中国的进步离不开科学，是毋庸置疑的。

正是在这个意义上，似乎可以说，科学已被公认是中国进步所必不可少的推动。

然而，这并不意味着，科学的精神也同样地被公认和接受。虽然，科学已渗透到社会的各个领域和层面，科学的价值和地位也更高了，但是毋庸讳言，在一定的范围内，或某些特定时候，人们只是承认“科学是有用的”，只停留在对科学所带来的后果的接受和承认，而不是对科学的原动力、科学的精神的接受和承认。此种现象的存在也是不能忽视的。

科学的精神之一，是它自身就是自身的“第一推动”。也就是说，科学活动在原则上是不隶属于服务于神学的，不隶属于服务于儒学的，科学活动在原则上也不隶属于服务于任何哲学。科学是超越宗教差别的，超越民族差别的，超越党派差别的，超越文化的地域的差别的，科学是普适的、独立的，它自身就是自身的主宰。

湖南科学技术出版社精选了一批关于科学思想和科学精神的世界名著，请有关学者译成中文出版，其目的就是为了传播科学的精神，科学的思想，特别是自然科学的精神和思想，从而起到倡导科学精神，推动科技发展，对全民进行新的科学启蒙和科学教育的作用，为中国的进步作一点推动。丛书定名为《第一推动》，当然并非说其中每一册都是第一推动，但是可以肯定，蕴含在每一册中的科学的内容、观点、思想和精神，都会使你或多或少地更接近第一推动，或多或少地发现，自身如何成为自身的主宰。

《第一推动丛书》编委会