《黑洞、婴儿宇宙及其他》第1章

作品：黑洞、婴儿宇宙及其他
作者：＇英＇　史蒂芬·霍金　杜欣欣　吴忠超　译
正文
出版者前言
史蒂芬·霍金在他辉煌的畅销书《时间简史》中完全改变了我们有关物理学、宇宙和实在本身的观念。这位被广泛尊崇为自爱因斯坦以来最杰出的理论物理学家，向我们展现了当代有关宇宙的最重要的科学思想。现在史蒂芬·霍金回过身来探讨时空最黑暗的区域……为我们理解宇宙揭示了一系列非同寻常的可能性。
这十三篇文章和1992年圣诞节由英国广播公司播出的会晤记实涉及到从自传到纯粹科学的广泛范围。史蒂芬·霍金在他早先研究的基础上，讨论了虚时间，如何由黑洞引起婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力。这种理论可以预言宇宙中的一切东西。他相信，这似乎是一种后代人会认为和地球是圆的观念一样自然的概念。
在宇宙所展现的伟大的神秘背景下，史蒂芬·霍金还对自由意志、生命价值和死亡有独到的见解。他审视科学理论和科学幻想的融合和分歧，以及科学事实和我们自身生活的交叉面。
史蒂芬·霍金作为科学家、有良心的世界公民、人以及一如既往的严谨而富有想象力的思想家的风度在本卷文集中表露无遗。他因为运动神经细胞病也就是卢伽雷病而严重残废，这种疾病只能影响却不能限制他私人及智力的活动：他利用特别的计算机技术把思想翻译成词句，再把词句转换成声音，这使得他能写能讲，发展他的思想，教导学生，还能和他的同事合作。
史蒂芬·霍金以他特有的语言魅力、幽默、坦诚以及对自傲的厌恶，使我们对他更加了解，并让我们和他共享智力和想象历程中的激情，正是这种激情导致理解宇宙性质的崭新的方式。
译者序
这是一本有关宇宙和它的一位探索者的书。这位探索者不是别人，正是作者本人，剑桥大学的史蒂芬·霍金。他惊天动地的学说彻底地改变了人类的宇宙观。
宇宙的演化孕育出生命、思维和智慧，宇宙之于生命，犹如母亲之于婴儿。只要我们生活得稍微抽象一些，暂且忘却一下世界的无聊，就能从宇宙这本大书中读到真善美。
现代科学中最有魅力的分支是宇宙学和思维学。其根本原因是这两门科学注定要挣脱沿袭几千年的主客体分离的分析综合方法的桎梏。
宇宙是包容一切的，在它之外不存在任何东西，甚至没有时空。霍金的无边界宇宙模型是有史以来的第一个自足的宇宙模型。在这个框架中量子力学的哥本哈根的波函数坍缩理论必须加以扬弃，因为不存在宇宙之外的智慧生物。这个理论的哲学和宗教的含义是非常深远的。
哈勃红移定律表明，我们的宇宙是从发生在大约一百五十亿年前的大爆炸膨胀而来的，而宇宙微波背景辐射正是大爆炸的残余。近年的宇宙背景探索者的探测结果显示，宇宙是极其各向同性的，其相关温度的相对起伏小于十万分之一，正是这些宝贵的起伏赋予宇宙以结构和生命。
宇宙学和黑洞是霍金的两个主要研究领域。霍金在经典物理的框架中证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，在量子物理的框架中发现了黑洞蒸发现象并提出无边界的霍金宇宙模型。黑洞和宇宙有许多对偶之处。例如黑洞无毛定理对应于宇宙暴涨相的无毛定理，黑洞蒸发对应于宇宙的粒子生成，黑洞和暴涨相宇宙各具视界和辐射温度等热。现在霍金提出，黑洞蒸发在某种意义上可以看成粒子通过所谓的婴儿宇宙穿透到其他宇宙或同一宇宙的其他区域，这样就把他的两个研究领域统一起来。婴儿宇宙研究的主要成果是证明了宇宙常数必须为零，尽管当代物理学家的抱负远不止此。
宇宙学是新思想的摇篮，我们可望所有物理定律都会在此得到超越或升华。
思维学和宇宙学有某些相似之处。人们不能用思维学以外的手段来研究思维。亚里斯多德无疑是古代最伟大的思维学家，近代罗素的理发师佯谬和哥德尔关于公理系统非完备性的定理是两个重要的成果。但是这个学科离开成熟还非常远，人们还要等待多久才能在思维学中得到和宇宙学类似的自足体系呢？
这本书是《时间简史》的姐妹篇。因为体裁所限有些重复是难免的，但也正是在这里可以看出作者的功力，例如他至少用四种方式来解释黑洞蒸发现象。我们从本书不但可以鉴赏到作者的智慧，而且可以汲取他不屈不挠和乐观主义的进取精神。
译者之一曾经参加1980年霍金的卢卡逊教席就职典礼，霍金的讲演即收到本书的第七章。由于中西方人文背景的差异，译者加了一些简略的注释。我们共花了三个月把本书译完。以上感想即作为中译本的序。
杜欣欣　吴忠超　1994年4月25日罗德岱堡　佛罗里达州
序言
这一卷书是我在1976至1992年间所写文章的结集。这些文章范围广泛，其中包括简略自传、科学哲学以及对科学和宇宙中我觉得激动人心的东西的阐释。卷末收入我参与的《沙漠孤岛》会晤节目的脚本。这是英国特殊的传统之一，要求客人想象被抛弃到一座沙漠孤岛上，他或她可以选择八张唱片以供在被拯救之前消磨时光。幸运的是，我不必等待太久即可以返回到文明中来。
因为这些文章写作年代跨越了十六年，它们是我当时的知识的反映，我希望我的知识与日俱增，因此我注明了每篇文章的写作日期和场合。由于每篇文章都是自足的，所以某种程度的重复是不可避免的。我已试图减少这种情况，但仍然残留一些。
本卷中的许多文章是发言稿。以前我的声音模糊到这种程度，做讲演和学术报告不得不通过另一个人，通常是我的一名能理解我的研究生，他宣读我的讲稿。然而，1985年我动了一次手术后，完全丧失了讲话能力。我在一段时间内没有任何交流手段。后来，人们为我安装了一个计算机系统和高质量的语言合成器。使我惊讶的是，我发现自己成为一位成功的公众演讲家。我喜欢解释科学和回答问题。我知道还有许多改善的余地，但我希望正在改善的过程中。只要读这本书，你就能判断我是否在改善。
我不同意这样的观点，说宇宙是神秘的，它是某种人们可有直觉却永远不能完全分析和理解的东西。我觉得，将近四百年前由伽利略创始而由牛顿发扬光大的科学变革证明这种看法是站不住脚的。他们指出，至少宇宙中的某些领域不是为所欲为的，它们被精确的科学定律所制约。之后的岁月里，我们已经把伽利略和牛顿的业绩推广到宇宙中几乎每一领域。我们现在拥有了制约我们日常经验的任何事物的数学定律。我们成功的标志之一便是，我们现在必须耗费几十亿美元建造庞大的机器，用于把粒子加速到这样高的能量，我们尚未知道这么高能量粒子碰撞时会发生什么。在地球上正常情况下不会发生这样高的粒子能量，所以花费大量金钱去研究它们似乎显得有些学究气。但是，它们会发生在早期宇宙中，所以要理解我们和宇宙如何开始，就必须找出在这些能量下会发生什么。
我们对于宇宙还有大量无知或不解之处。但是我们过去尤其是一百年内所取得的进步，足以使人相信，我们能够完全理解宇宙。我们不会永远在黑暗中摸索。我们会在宇宙的完整理论上取得突破。在那种情形下，我们就真正成为宇宙的主宰。
本卷中的科学文章是基于这样的信念，即宇宙由秩序所制约，我们现在能部分地，而且在不太远的将来能完全地理解这种秩序。也许这种希望只不过是海市蜃楼；也许根本就没有终极理论，而且即便有我们也找不到。但是努力寻求完整的理解总比对人类精神的绝望要好得多。
史蒂芬·霍金1993年3月31日
一、童年“1”
我出生于1942年1月8日，这一天刚好是伽利略的三百年忌日。我估计大约有二十万个婴儿在同日诞生。我不知道他们中是否有人在长大后对天文学感兴趣。虽然我的父母当时住在伦敦，但我却是在牛津出生的。这是由于第二次世界大战之时德国承诺不轰炸牛津和剑桥，所以当时牛津是个安全的出生地。英国亦以不轰炸海德堡和哥廷根作为回报。可惜的是，英德两国这类文明的协议却不能惠及更多的城市。 “1”作者注：这篇和?