人人都能读懂的科普畅销书，带你漫游宇宙，感悟科学的力量与理性思维之美。

弗里曼·J.戴森、弗兰克·克洛斯、斯蒂文·S.古布泽、史蒂文·温伯格著的《微百科丛书（共5册）（精）》包括《最初三分钟》《宇宙波澜》《虚空》《反物质》《弦理论》。该套书各册的作者是相关领域的诺贝尔奖获奖学者或知名科普专家，各册书从大爆炸后的宇宙模型、时间与空间的存在状态、反物质及弦理论解读、科学家对科技发展与人类前途的探索与反思等读者较为感兴趣的几个方面展现了当代宇宙学及物理学方面的一些重要发现、观点和研究成果，对帮助国内读者以权威、可信的视角看待宇宙的深奥和人类的科学探索有极大帮助。

弗里曼·J.戴森、弗兰克·克洛斯、斯蒂文·S.古布泽、史蒂文·温伯格著的《微百科丛书（共5册）（精）》是重庆大学出版社为喜爱科普读物的读者打造的一套简明科普读本，引进出版了自然科学领域的世界知名科学家（如史蒂文·温伯格、弗里曼·J.戴森等）编著的科普销书，集权威性、通俗性于一体，可以帮助读者开阔眼界，探究奇妙宇宙背后的奥秘，理解科学领域的前沿成果和既往观点。本套装的五本书均获评为2017年度重庆市优秀科普图书。未来，《微百科丛书》将继续推出宇宙学、天文学、物理学等方面的更多精品科普读物。   

《最初三分钟：关于宇宙起源的现代观点》是1979年诺贝尔物理学奖获得者史蒂芬·温伯格关于宇宙起源早期状态的经典代表作品，该书被评为“改变世界的25本科普书”之一。《宇宙波澜：科技与人类前途的自省》是一代量子力学巨擘弗里曼·戴森的经典科学传记，凝聚了他对科技与人类前途的人文思考与省思。《虚空：宇宙源起何处》一书解答了“世间万物从何而来”的物理谜题，阐释了古今哲学家和科学家们对于“无”“空”的认识和讨论，可以激发读者对宇宙诞生之前的虚空世界这一科学领域的思考和探索兴趣。《弦理论》一书介绍了当今物理学领域最有趣最活跃的研究课题之一“弦理论”，用非专业人士也能明白的类比方法阐释了弦理论、对称理论、超对称理论等，妙趣横生。《反物质》是一本语言通俗的、从科幻切入现实的反物质认知之书。克洛斯为读者解读狄拉克密码，释疑通古斯大爆炸，剖析反物质武器。

《最初三分钟：关于宇宙起源的现代观点》：

1 导论：巨人和牛

2 宇宙的膨胀

3 宇宙微波背景辐射

4 炽热宇宙的配方

5 最初三分钟

6 历史的题外话

7 最初百分之一秒

8 尾声：未来前景

《宇宙波澜：科技与人类前途的自省》：

1 英国

2 美国

3 其他

《虚空：宇宙源起何处》：

1 庸人自扰

2 原子内部何其空旷

3 空间

4 波在何处

5 随光束旅行

6 自由空间的代价

7 无限的海洋

8 希格斯真空

9 新的虚空

《弦理论》：

1 能量

2 量子力学

3 引力和黑洞

4 弦论

5 膜

6 弦对偶

7 超对称和大型强子对撞机

8 重离子和第五维

《反物质》：

1 反物质：真实或者虚幻

2 物质的世界

3 石碑

4 宇宙新发现

5 湮灭

6 储存反物质

7 镜像宇宙

8 万事万物如何存在

9 揭秘

蒙重庆大学出版社邀请。译者二人有幸共同翻译
了弗里曼·J.戴森的这本书。

在物理学界。戴森的名声，当然主要来自他在量
子电动力学方面的工作。他成功地证明了施温格和费
曼的量子电动力学理论的等价性——关于这一工作的
产生过程。在本书的第二部分里有一些生动有趣的回
顾。  

但戴森显然不是那种将自己困顿在某一个狭窄领
域的科学家，这从本书涵盖的议题之广泛、征引的文
学作品之丰富可见一斑。科学研究给予了戴森一种职
业的身份、一种特殊的经历，但是在本书中，我们毋
宁说戴森关心的是人的基本存在、人类的基本存在以
及人性的未来可能性。所以，我们认为戴森的这本书
是属于更为广泛的读者群的——我们只是希望我们的
翻译没有遮蔽掉一本好书，让本来可能是原著潜在读
者的人们兴味索然。  

本书共24章，王一操负责了奇数章的翻译，左立
华负责了偶数章的翻译。初稿译出后，我们互相校对
了对方的译稿，最后则反复修改并统一了全书的语言
风格。为了便于读者更好地了解原著某些说法的含义
——它们显然与特别的文化背景有关——我们在正文
部分增加了不少脚注。虽然做过仔细的校对，但限于
译者的水平和可能的疏忽。译稿的疏漏之处恐难完全
避免，这些都由译者负责。  

在本书某些细节的翻译过程中，我们从三联书店
的中文译本（邱显正译，1998年）中受到过一些启发
。在此谨向前辈译者致谢。对于原著正文引用的个别
作品，译者也参考过其中文译本，在正文脚注中我们
均已指出。此处不再一一表达谢意。

在翻译本书期间，王一操为河海大学博士后人员
，受到国家博士后面上项目资助（项目编号
2012M520987），在此特别鸣谢：另也对陈瑶表示感
谢，她读过本书部分译稿并提出过中肯的建议：作为
得克萨斯州A＆M大学博士后人员，左立华感谢校方石
油工程系MCERI项目的资助和妻子任轶及女儿欣阳的
体谅与支持：同时，我们也要感谢无边界字幕组的朋
友们，在翻译MOOC字幕过程中我们一起见证了彼此语
言能力的成长。由于译者二人初次接触翻译工作，在
许多细节问题上，承蒙重庆大学出版社的编辑敬京不
吝赐教。我们谨向她表达谢忱。

译者

2014年3月（《宇宙波澜（精）/微百科丛书》）

2.1  科学学徒

1947年9月，我注册成为伊萨卡（Ithaca）的康奈尔大学物理系的研究生。在汉斯·贝特的指导下，我学习如何从事物理学研究。贝特不仅是一个伟大的物理学家，在训练学生方面也极为卓越。当我到达康奈尔并向这个伟大人物介绍自己的时候，他的两件事情立即给我留下了深刻印象。第一，他的鞋子上有许多泥泞。第二，其他的学生称呼他为汉斯。在英国，我从未遇到过任何此类事情——教授们通常受人尊敬。也会穿着干净的鞋子。

没多少天。汉斯就为我找到了一个好问题。他有一种神奇的为技艺和兴趣各异的学生找到好问题的能力——既不会太难。也不会太容易。他有八到十个学生在从事研究工作，但是对于让我们忙忙碌碌又不失快乐，他看上去似乎都毫无压力。他差不多每天都和我们在食堂吃午饭。几个小时的聊天之后。他就能精确地判断每个学生能做点什么了。按照预先安排，我只能在康奈尔待九个月。所以他就给了我一个他知道我能在那段时间内完成的问题。正如他所说，这问题精准地在那段时间被解决了。

在那个特殊时刻来到康奈尔是幸运的。1947年是战后物理学繁花盛开的一年。在战争期间处于休眠状态的种子苏醒过来。新思想和新实验的春芽在到处萌动。战争期间在诸如轰炸机司令部和洛斯阿拉莫斯工作的科学家们回到了大学校园。立即就忙不迭地投入到了纯粹科学的研究中。他们急匆匆地要把在战争期间丢失的时间弥补回来，他们精力充沛、热情洋溢地投入工作中去。1947年的纯粹科学开始热闹起来。而汉斯·贝特彼时刚好就置身在这种纯粹物理学复兴的中期。

那时有一个未解决的核心问题，它吸引了相当数量的物理学家的注意力。我们称之为量子电动力学（quantum electrodynarmics）问题。问题说起来很简单，那就是还不存在一个描述辐射和吸收光的原子或电子的通常行为的精确理论。量子电动力学就是这个还缺失的理论的名字。以量子命名是因为理论必须考虑光的量子本性，前缀“electro”指理论要处理到电子（electron），动力学（dyrnamiics）一词则是说它要描述力和运动。从战前一代的科学家——比如爱因斯坦、玻尔（Bollr）、海森堡（Heisenberg）和狄拉克（Dirac）——那里，我们继承了关于这样一个理论的一些基本想法。但只有基本想法是远远不够的。这些基本的想法会粗略地告诉你原子会如何行为。但是我们希望能够精确地计算这种行为。当然，科学之中常有这样的事，就是问题太复杂了，没法精确计算，人们只能满足于一种粗糙而定性的理解。1947年的奇异之处在于，即便诸如氢原子和光量子那样最简单和最基本的对象，我们都没有办法精确理解了。汉斯·贝特相信，如果我们能够知道如何用那些战前的思想做和谐一致的计算，一个正确并精确的理论就会浮出水面。他就像摩西（Moses）站在山顶一样向我们指出了大有前途的领域。我们这些学生要做的就是朝那里进发并且安顿下来。

在我到康奈尔之前数月，发生了两件大事。第一，在纽约的哥伦比亚大学，人们做了一些实验，它们以比之前精确1000倍的方式测量了电子的行为。这使得创造一个精确理论的问题变得极为迫切，实验所提供的一些精确数字也需要理论家去给予解释。第二，汉斯·贝特自己就针对这问题做了首次的理论计算，这个计算实质性地超出了战前所做的工作。他计算了一个氢原子中的电子的能量。其答案与哥伦比亚实验得到的结果吻合得相当好。这说明他走在正确的道路上。但是他的计算仍然是旧思想在物理直觉引导下的拼凑物。它没有坚实的数学基础。它甚至和爱因斯坦的相对论原理都不相容。这就是我在9月份加入汉斯的学生群体时整个事情的样子。

汉斯给我的问题就是重复他对电子能量的计算，但是要以最小的改变使之与相对论相容。对像我这样的人来说，这是个理想的问题——我有很好的数学背景，但是对物理学知之甚少。我一头扎了进去，写下了满满几百页的计算过程。在这个过程中，我也在学习其中的物理。几个月之后，我得到了一个答案。它和哥伦比亚的实验仍然足够接近。但是我的计算还是一种拼凑。在任何基本的意义上，我都没有改善贝特的计算。我并没有比贝特更接近对电子的基本理解，但是那些投入计算之中的冬季月份给了我技巧和信心。我掌握了我自己的工具，现在我已经为开始思考做好准备了。

作为量子电动力学之外的一种放松，我被鼓励每周在学生实验室待几小时做做实验。这些并非研究性的实验。我们只是走走过场，重复那些著名的旧实验——在实验之前我们就知道结果该是什么样子了。其他的学生在嘟囔，觉得他们在浪费时间闹着玩。但是我觉得那些实验真迷人。

在《最初三分钟》首次出版后的16年里，宇宙又
膨胀了亿分之十三，也可能是只膨胀了亿分之六点五
。这两个数值之间的差额反映出。我们一直无法确定
宇宙的膨胀速度。正如我们在第2章中所讨论的那样
，字宙的膨胀速度是根据宇宙学的一个关键数值指数
（即哈勃常数）来表示的，而哈勃常数是通过观测遥
远星系在距离越来越远时增速的速度来测量的。随着
时间的推移，天文学家们声称在测量哈勃常数时，准
确性越来越高，但遗憾的是，他们的测量结果仍不尽
相同，且不相同的地方比他们所称的不确定性要大。
一组测量得出的数值是，距离的增加约为326万光年
，而另一组测量得出的数值大约为163万光年。在字
宙膨胀速度方面，我们面对的是系数为2的不确定性
。

问题不在于确定遥远星系的速度——通过测量遥
远星系的光谱线向光谱的红端偏移，可以相对容易地
确定其速度。如一直以来的那样，问题在于测量遥远
星系的距离。过去，测量星系距离的方法如下，通过
观测认为具有相同内在光度的某些类物体，如一种特
定类型星系中最明亮的恒星或球状星团，或某些类超
新星——并且使用它们所观测到的视光度来推断其距
离。它们看起来越暗淡。就说明距离越远。近年来，
这些方法已越来越多地被整个星系的特性研究方法所
补充，即将特殊星系的内在光度与其所观测到的内部
特性（如星系内部的恒星和气体云的速度）联系起来
。另外，超新星的视界大小也被用来推断它们所发生
于其中的星系的距离。尽管如此，所获得的哈勃常数
的结果仍不一致。人们曾希望通过哈勃空间望远镜—
—一种大型卫星运载天文仪器所观测到的结果能够解
决这一传统问题。但遗憾的是，尽管通过这个望远镜
获得了很多有价值的东西，但它本身具有的显著问题
，如振动过大、镜面变形等，妨碍了对星系距离的最
终测量。

尽管存在这些困难，关于我们宇宙的标准“大爆
炸”理论，还是得到了越来越多的认可。一方面，现
在已有更多证据来支持宇宙学原理，在第2章中所讨
论的关键假设便为标准宇宙学理论奠定了基础。根据
这个假设，平均而言在足够远的距离内，宇宙中的物
质分布是均衡的（即均匀的和各向同性的）。曾有一
段时间，在星系分布中发现的“巨大”不均匀现象似
乎越来越多——巨大墙壁、巨大空洞、巨大吸引物等
。但现在，平均而言在足够远的距离内。即在相当于
相对速度约为40000千米／秒的距离内，宇宙中的星
系分布确实是均匀的（对326万光年的哈勃常数来说
。这个距离为500百万秒差距，或大约15亿光年）。
更多用来支持宇宙学原理的证据如下，如果高能宇宙
X射线来自比500百万秒差距更远的距离，那该射线强
度在各个方向上似乎都是相同的。

…… 

基本粒子物理学近来的情况也大致相同。自1977
年以来，已经有一系列伟大的实验进行完毕——最引
人注目的是，1983～1984年，科学家发现了发射弱核
力的W粒子和Z粒子。因此，人们已不再严重怀疑电磁
力以及弱核力和强核力标准模型的正确性了。特别是
现在，强相互作用的“渐近自由”理论不断取得的成
功，已使在第7章中所讨论的关于最高温度为两万亿
开尔文（2×10＾32K）的推测失去了意义。在更高的
温度下，核粒子会分解成它们的组成成分夸克，简单
地说，宇宙的物质会表现为夸克、轻子和光子的气体
。只有当温度达到两万亿开尔文时，关于物质的描述
才会变得极其困难，在这个温度下，引力变得与其他
力一样强大。理论学家一直在推测在这些温度下支配
物质的理论，但要对这些推测进行直接验证。我们还
有很长的一段路要走。

自1977年以来，科学家们所研究的最令人兴奋的
一个推测性理论是弦论。在弦论中，科学家用来描述
物质的不是粒子，而是弦——时空中微小的一维不连
续。弦可以是无数振动模式中的其中任何一种模式，
在我们看来，每种模式都是基本粒子的一个不同种类
。引力在弦论中似乎不仅是自然的，也是必然的：引
力辐射的量子是闭合弦的振动模式之一。在现代弦论
中，也许有一个最高温度，但它约为10＾32K而非10
＾12K。

遗憾的是，有成千上万种弦论，我们并不清楚如
何评估它们的结果或为何是使用这种弦论而非那种弦
论来描述宇宙。但弦论的其中一个方面对宇宙学而言
有着极其重要的潜在意义。我们所熟悉的四维时空连
续不是弦论真正的基本组成部分，而是用来近似描述
大自然的，这种描述只有在温度低于10＾32K时才有
效。也许，我们真正的问题并不在于理解宇宙的初始
，甚至不是确定宇宙是否的确存在一个起点，我们真
正的问题在于在时空没有任何意义的情况下去认识自
然。