果壳里的宇宙，史蒂芬·霍金创作的书籍

基本介绍

这当然是几百年前莎士比亚的虚构。最近，英国物理学家史蒂芬·霍金从莎翁卷帙浩繁的著作中将这几行诗的寓意特地挑出，作为他的新书《果壳中的宇宙》的书名。

其实任何生灵的处境都多多少少和此相似。就连最简单的基本粒子，它的波函数都可以看成空间的一种表象，波函数的性质可按空间的对称性来定义。在这个意义上讲，如果生命、精神不自以为是无限空间的君王，反而是不可理解的。

用科学定律来研究整个宇宙形成了宇宙学这门学科。科学家已经达成共识，我们的宇宙是由一个果壳状的瞬子创生而来的，而在瞬子上的量子理论所能允许的时空和物质的最小涨落，也就是果壳上的皱纹，即是宇宙中的诸如星系团、星系甚至生命的一切结构的起源。霍金是这个学说的主要创立者。他认为宇宙的边界条件是宇宙没有边界，这样就真正科学地实现了宇宙无中生有的场景。

在爱因斯坦提出广义相对论和哈勃发现红移定律亦即宇宙膨胀之前，人们认为时间从无限的过去流往无限的将来，因果之链也就这么从过去延伸到将来。这是牛顿的时间观。在牛顿发现万有引力定律之后，本来他就可以预言宇宙要么膨胀，要么收缩，但是他不知如何处理无限空间的物质分布的引力效应，以及囿于头脑中的神学残余，于是他就将这个问题留给造物主。尽管他在《原理》的后卷扉页上写下了雄心万丈的话：我要开始论述宇宙的体系，其实他做的只是研究星体运动，而未触及宇宙的演化。

在牛顿之前和之后，圣奥古斯丁和康德都对时间进行过纯思辨的思考。康德在《纯粹理性批判》中阐述了时间是有限还是无限的二律背反。而更早得多的圣奥古斯丁则认为宇宙是从和现状大致相同的状态创生于有限的过去。而他思想的可贵之处在于，他认为上帝在创生宇宙之前无事可做，这反而和现代宇宙学观点非常接近。

相对论和量子论

相对论和量子论是二十世纪最伟大的科学成就。尤其是前者，他完全是人类智慧的伟大构筑。所以在《果壳中的宇宙》的第一章相对论简史中主要是关于爱因斯坦的生平。量子论则是实验观测的被动产物，它的含义迄今还解释不清。在广义相对论中，时空不再是一个被动的背景，而是宇宙演化的主动参与者。物质分布使时空弯曲。现在再去侈谈宇宙之外的空间和时间，对这些概念进行所谓的思辨，只能是倒退到圣奥古斯丁之前。牛顿的时空观是一个虚幻，而虚幻的惟一功能是对软弱者的安慰。

引力论

爱因斯坦的引力论是将万有引力归结为时空的曲率。那么时空能否被弯曲得这么厉害，以至于人们可以返回到过去改变历史呢？严格的科学计算指出，这是不可能的。

那么关于预言将来的能力呢？现在看来它至少在三个层次上受到限制。第一是动力学系统的混沌行为，使得拉普拉斯意义上的决定性在实际上是不可能实现的。第二，在量子力学中状态是由波函数描述的，海森堡的不确定性原理使得经典意义上的决定性被减半。第三，不平凡的时空拓扑，使波函数被密度矩阵所取代，就在这里引进了热力学意义上的随机性。

宇宙的未来是怎样的呢？如果我们承认科学定律的普适性和无穷威力，则不管人类的雄心有多大，毕竟要受环境和人口问题的限制，我们不能和这些限制做无望和愚昧的搏斗。人类只能采用一种明智和节制欲望的生活方式。

时间简史

从《时间简史》首版以来的十年间，相对论家、宇宙学家和粒子物理学家通力合作，在寻找宇宙最核心的万物理论上取得长足进展。但和人们以往期望不同的是，我们可能不再具有统一理论的惟一表述，这正如不能用一张地图描绘整个地球表面一样。这种所谓的M-理论把五种弦理论在一个单独的理论框架中统一起来。超引力和五种超弦理论是在不同情形下对自然的方便的近似。但是M-理论的整体概况还是不很清楚。

我们的宇宙很可能是高维空间中的一个四维膜，我们的宇宙果壳也就更加神奇。困扰天体物理学家多年的暗物质很可能是影子星系的贯穿高维空间到达我们星系的引力效应，引力的近距效应和牛顿定律有偏差等等。四维膜之外的高维空间的行为如何？是个饶有兴趣的问题。但是只要它们对膜世界具有相同的效应，对于它们的区别就没有意义。

量子宇宙学家就相信无中生有的场景而言是彻底的无神论者，就科学的方法论而言是不可救药的实证主义者，而就沉迷于宇宙和理论的美而言，又是泛神论者。

宇宙学走过了极其漫长的岁月，一代代哲人的智慧和辛劳使人类的宇宙观臻于如此澄明的境界，回顾这一切，我们这些膜世界上的生灵们倍感自豪！

《果壳中的宇宙》是每位理解自身栖居宇宙人士的必读著作。正如其姐妹篇《时间简史》一样，它让我们分享科学家们在宇宙敞开其秘密时感受到的激动。

相关评论

鲜明而刺激……霍金先生无疑具有教师天赋，轻松幽默，擅长以日常生活的隐喻来诠释极端复杂的主题。

--《纽约时报》

童真好奇与天才智慧的结合。当我们领略霍金宇宙之际，为他精神的魅力所惊异。

--《星期日时报》

当代物理学家有关宇宙组成、创生和演化的权威总结。

--《华尔街日报》

迷人而清澈……让读者获得直接从源泉学习高深科学的机会……一部光辉四射的巨著。

--《纽约客》

史蒂芬·霍金是一位极其明晰的大师……很难想象其他任何在世的人能将这些数学上令人生畏的主题表述得更清楚。

--《芝加哥论坛报》

他机智而清晰地阐释宇宙物理的奥秘……他拥有无与伦比的头脑。

--《纽约书评》

这位因研究黑洞本性而名震天下的理论物理学家，作为科普作家正像他作为数学家一样游刃有余……其成果也许是大众天体物理学的最佳著作。多谢你，霍金博士！

--《图书目录》

目录

前言

第一章　相对论简史

爱因斯坦是如何为20世纪两个基本理论，即相对论和量子论奠基的

第二章　时间的形态

爱因斯坦的广义相对论使时间具有形态。这如何与量子论相互和谐

第三章　果壳中的宇宙

宇宙具有多重历史，每一个历史都是由微小的硬果确定的

第四章　预言未来

黑洞中的信息丧失如何降低我们预言未来的能力

第五章　护卫过去

时间旅行可能吗？一种先进的文明能回返以前并改变过去吗？

第六章　我们未来？《星际航行》可行吗？

生物和电子生命将如何不断加速发展其复杂性

第七章　膜的新奇世界

我们生活在一张膜上，或者我们只不过是张全息图？