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《时间简史》:英国物理学家霍金创作的科普性著作

2021-03-06 13:00

  《时间简史》是英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金创作的科普著作,首次出版于1988年。

  全书共十二章,讲述了关于宇宙本性的最前沿知识,包括:我们的宇宙图像、空间和时间、膨胀的宇宙、不确定性原理、黑洞、宇宙的起源和命运等内容,深入浅出地介绍了遥远星系、黑洞、粒子、反物质等知识,并对宇宙的起源、空间和时间以及相对论等古老命题进行了阐述。

  在该书里,霍金探究了已有宇宙理论中存在的未解决的冲突,并指出了把量子力学、热动力学和广义相对论统一起来存在的问题,该书的定位是让那些对宇宙学有兴趣的普通读者了解他的理论和其中的数学原理。

  该书自1988年首版以来,已被翻译成40种文字,累计销售量突破2500万册,成为一本畅销全世界的科学著作。

  内容简介

  在这部书中,霍金带领读者遨游外层空间奇异领域,对遥远星系、黑洞、夸克、“带味”粒子和“自旋”粒子、反物质、“时间箭头”等进行了深入浅出的介绍,并对宇宙是什么样的、空间和时间以及相对论等古老问题做了阐述,使读者初步了解狭义相对论以及时间、宇宙的起源等宇宙学的奥妙。

  《时间简史》的主要内容可概括为以下几个方面:

  1.时间起始点——宇宙大爆炸起点。宇宙是不断膨胀着的,它在最初应该收缩为一点,这一时刻被称为宇宙大爆炸时刻。宇宙在这一点的密度无穷大,这一点即为数学上所称的奇点。

  2.时间终结——黑洞。恒星由于引力作用会不断收缩,会形成一个“黑洞”。黑洞表面引力很强,时间会在此终止。

  3.上帝是如何启动宇宙的?——宇宙的起源和命运。一种是以人择原理来解释的叫做紊乱边界条件的宇宙起源;另一种解释称为“暴涨模型”,它认为宇宙在开始的一瞬间是以加速度膨胀,在远小于1秒的时间里宇宙的半径增大了100万亿亿亿倍。

  4.物理学的统一——终极理论。人类在寻求建立一个适用于宇宙中每一事件的、完整的、协调的统一理论,在这理论中不需要选取特定的常数去符合事实。

  创作背景

  在发表《最初的宇宙》不久之后,霍金决定写一本将对大众极具吸引力的宇宙学著作。这本书就是《时间简史》。可惜这本书一直拖延到1985年才完稿,因为霍金在访问欧洲原子能研究机构在瑞士日内瓦的量子物理实验室的时候,不幸染上了肺炎。由于病得很严重,霍金被送进剑桥大学的阿登布鲁克医院进行了气管切开手术。这次手术虽然挽救了霍金的生命,但他再也不能使用他的嗓音了。霍金采用一个连在轮椅上的,可用手操控的小型电脑语音合成器来“说话”。这对霍金来说很不方便,但是,对于之前根本听不清他说话的听众来说,这样反倒容易理解了。在使用这个语音合成器之前,只有他身边最亲密的人能听懂他说的话。霍金的《时间简史》最终发表于1988年。

  作品思想

  一般认为,爱因斯坦的广义相对论是用于描述宇宙演化的正确的理论。在经典广义相对论的框架里,霍金和彭罗斯证明了,在很一般的条件下,空间、时间一定存在奇点,最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。在奇点处,所有定律以及可预见性都失效。奇点可以看成空间时间的边缘或边界。只有给定了奇点处的边界条件,才能由爱因斯坦方程得到宇宙的演化。由于边界条件只能由宇宙外的造物主所给定,所以宇宙的命运就操纵在造物主的手中。这就是从牛顿时代起一直困扰人类智慧的第一推动力的问题。

  如果空间、时间没有边界,则就不必劳驾上帝进行第一推动了。这只有在量子引力论中才能做到。霍金认为宇宙的量子态是处于一种基态,空间、时间可看成一个有限无界的四维面,正如地球的表面一样,只不过多了两个维数而已。宇宙中的所有结构都可归结于量子力学的测不准原理所允许的最小起伏。从一些简单的模型计算可得出和天文观测相一致的推论,如星系、恒星等等的成团结构,大尺度的各向同性和均匀性,空间、时间的平性,即空间、时间基本上是平坦的,并因此才使得星系乃至生命的发展成为可能,还有时间的方向箭头等等。

  霍金的量子宇宙论的意义在于它真正使宇宙论成为一门成熟的科学,它是一个自足的理论,即在原则上,单凭科学定律人们便可以将宇宙中的一切都预言出来。

  作品影响

  从1992年霍金的《时间简史》中文简体字版在中国大陆首发,初版只印3000册,到2002年8月《时间简史》已印刷了27次,累计印数为40多万册。

  截至2014年,《时间简史》的发行量已经超过了2500万册,被译成近40种语言。

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