史蒂芬·霍金编著的《果壳里的60年》是久负盛名的《第一推动力》丛书第四辑最新问世的主打书之一。是霍金在自己60岁生日时发表的演讲集。漫谈了宇宙学的新发现、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等。蕴涵其中的思想和精神，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。

《果壳里的60年》内容介绍：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。

史蒂芬·霍金编著的《果壳里的60年》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。

引言：理论物理学和宇宙学的未来／李泳

复杂的宇宙和宇宙的未来／马丁·瑞斯

霍金的宇宙波函数／詹姆斯·哈特尔

时空奇点意味着量子引力吗／罗杰·彭罗斯

弯曲的时空／基普·索恩

果壳里的60年／斯蒂芬·霍金

尾声／李泳

霍金作品目录

大尺度结构的起源

人们有时惊讶，我们的宇宙怎么从一个未形的火球开始，生出今天那么纷纭的万千事物？这似乎背离了物理学的一个神圣原理——热力学第二定律。不过，结构的生成实际上是引力作用的自然结果。原来，膨胀的宇宙对结构生成来说是不稳定的：如果某个区域的初始密度比周围大一点儿，它会更加减缓膨胀的速度，从而使密度差别更大。这样，原来致密的区域就演化为一团聚集的物质，然后孕育出我们今天看到的结构。

如今理论家们可以在计算机上跟踪虚拟的宇宙演化。这些结果最好是看电影，不过我还是在这个文本里展示了几张“剧照”。模拟说明了引力是如何慢慢将物质吸引在一起的。早期宇宙的结构，看起来就像丝线交错的一个巨大的蛛网。气体云和亿万颗恒星沿着丝线收缩，成为原始的星系。决定这些复杂模式的，除了引力，还有流体动力学的定律。在丝线交错的地方，星系聚集成星系团。这些高密度的星系团区域包藏着高热的气体；而宇宙的低密度区域则在膨胀、冷却。星系形成的过程经历了几十亿年。随着宇宙不断演化，星系团也形成了。

星系有时会发生碰撞。当两个螺旋星系被它们的相互引力拉拢时，可能会猛烈地撞在一起。巨大的冲击在气体中激起强大的激波，而恒星几乎可以没有碰撞地穿过，因为它们之间存在着巨大的距离。巨大的气体云在波前浓缩，爆发强烈的辐射，形成新的恒星。引力的潮汐力从星系拉出恒星，划过长长的一缕云烟。当两个星系核靠近，发生第二次碰撞时，便生成一个单独的庞大结构。我们的故乡银河系，还有我们那个芳邻仙女星系，可能都会遭遇那样的命运，不过那是几十亿年以后的事情了。

从几乎没有结构的火球演化为今天的世界，从冰冷的3度的夜空到炽热的千万度的恒星表面，都不存在热力学疑难。引力放大了线性密度的差异，当引力将气体云聚集在一起，使中心变得更加炽热，恒星也最终在那里生成。

宇宙的命运

现在我们向前看——不找化石了，来学做预言家。在银河系与仙女星系的大碰撞中，恒星将幸存下来，不过我们的太阳却将在70亿年后膨胀，在抛洒它的外层云烟之前，吞没所有的行星，蒸发地球上的一切生命残余。然后，它死一般地沉寂下来，成为一颗白矮星。那么，整个宇宙呢？它最终会停止膨胀吗？它会坍塌收缩吗？假如它继续膨胀，速度会慢下来吗？或者，它会在膨胀中加速吗？这些问题的答案，依赖于引力能使膨胀的步伐慢多少。简单计算说明，假如每立方米空间的平均原子数大于5，那么宇宙膨胀就会发生逆转。5个原子听起来似乎不多，但如果所有星系都粉碎了，把物质均匀分散到整个空间，也比它还空——每立方米只有0．2个原子——仿佛一朵雪花落在地球。这比所谓的临界密度小25倍，乍看起来，它似乎意味着宇宙有无限的空间永远膨胀下去。

可事情没那么简单，还有一个著名的暗物质的疑难。天文学家发现，星系和星系团将相互飞离，除非吸引它们的引力作用比我们实际看到的强大5倍。暗物质的存在有许多证据——我只给大家讲一个。

图（省略）是距离我们10亿光年的一个星系团——较明亮的那些星系都属于这个集团。但我们也看到了许多暗淡的条纹和圆弧——它们是比那个星系团还远若干倍的更远的星系。它们显现成这样的图像，是通过扭曲的透镜看到的。平常，我们通过粗糙的透镜，会看到墙纸上规则的花样被扭曲了；同样，根据爱因斯坦的预言，穿过或接近星系团的光线会发生偏转，从而扭曲遥远星系的图像。但是，假如星系团除了我们看见的星系外没有别的东西，我们怎么也不可能想象显现在这些弧线的巨大偏转和扭曲。所以，这个事实证明了那些星系团所包藏的物质，比我们看见的多5～10倍。P82－86

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，或曰追寻其第一推动。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，无数仁人智士意识到，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