时间简史
A Brief History of Time
霍金写给没有数学准备的读者的宇宙学。全书只用一个公式,靠图像与类比推进:从洞穴里的影子讲起,经过亚里士多德的地心体系、哥白尼把太阳挪到中间、哈勃测出星系普遍在退行,再到爱因斯坦把引力改写成时空的弯曲。此后他依次处理宇宙有无开端、黑洞里发生了什么、时间为何只朝一个方向流、引力与量子力学能否统一。他真正讲的是一部人类逐步搬掉自身特殊位置的历史:地球不是中心,太阳不是中心,时间也没有独占的一刻。
A Brief History of Time
霍金写给没有数学准备的读者的宇宙学。全书只用一个公式,靠图像与类比推进:从洞穴里的影子讲起,经过亚里士多德的地心体系、哥白尼把太阳挪到中间、哈勃测出星系普遍在退行,再到爱因斯坦把引力改写成时空的弯曲。此后他依次处理宇宙有无开端、黑洞里发生了什么、时间为何只朝一个方向流、引力与量子力学能否统一。他真正讲的是一部人类逐步搬掉自身特殊位置的历史:地球不是中心,太阳不是中心,时间也没有独占的一刻。
一部不断去掉人类特权位置的宇宙史
这本书的骨架,是人类如何一次次把自己从宇宙的特殊位置挪开。地球不是中心,太阳也不是;星系普遍在退行,说明空间本身在膨胀,宇宙因此有一个又小又热的开端。时间不是背景板:同时性随观察者改变,光速对谁都相同,光锥划出谁能影响谁的边界。物质让时空弯曲,弯到一定半径以内,连光也出不去,事件视界成形,外面只能看见质量、电荷与旋转;视界上的量子过程又让黑洞有温度、会蒸发。他对自己的难题同样坦白:奇点处广义相对论失效,必须请出量子引力;即便写出万理之论,也无法从方程推出明天的天气,更回答不了宇宙为何偏偏存在。
开篇是柏拉图的洞穴:人背对火光,把影子当作全部真实。随后是亚里士多德的地心球层与托勒密的本轮均轮,一套能为日月行星排期日的几何图像,统治了很长的时间。
先有人用亮度推算星云有多远,再有人发现它们的光普遍朝红端移动。两件事合起来得出结论:星系并非在空间里飞散,而是空间的尺度本身在增大,宇宙从来不是静止的。
两件事是否同时发生,要看观察者的运动状态;光速却对每个人都一样。质量和能量等价,引力不再是隔空的拉力,而是时空被物质压弯之后,物体沿弯曲几何里的最短路径走。
把膨胀往回放,密度与温度一路上升,直到现有理论自己算不下去。奇点定理说的是:只要广义相对论成立、物质占优,时空便有一个起点,而起点之前没有意义可言。
恒星塌缩到一定半径,任何信号都逃不出去,这道界限叫事件视界。视界之外只能量出质量、电荷与转动,其余信息像被抹掉;而视界面积只增不减,暗示引力里也藏着熵。
把量子效应放到弯曲时空中,视界附近的虚粒子对被拆开,一方落下一方逃走,外面看黑洞便在发光发热、慢慢蒸发。配上虚时间,宇宙可在边界处平滑收拢,无须谁来启动。
任一事件只能与它光锥之内的事件互相影响。锥外的远方此刻正在发生什么,原则上无法知道,也谈不上意义;追问它,等于把现在当成对全宇宙通用的坐标。
月亮是几秒前的月亮,太阳是八分钟前的太阳,望远镜尽头是几十亿年前的模样。天文里没有此刻的快照,只有不同时延叠起来的一层一层的过去。
它不是某处密度极大的小点,而是理论走到自己失效之处的信号。奇点出现,往往说明手上的方程已经不适用,需要一层更基本的描述,而不是需要更多形容词。
事物自发走向无序给出热力学方向,我们只记得较早一侧是心理方向,宇宙仍在膨胀是宇宙学方向。三者恰好同向,人才可能记事、讲因果、做实验。
改用虚数计量,时间像地球表面那样往南走到极点却并不结束,只是平滑地弯回去。宇宙可以有限而没有边界,不必再问起点处由谁写下了初始条件。
即便找到同时管引力与量子的方程,初值敏感也使长期预测受限,更不用说解释这组定律为何非是这样不可。说明世界如何运行,与说明世界为何存在,仍是两件事。
记住要仰望星空,不要只看脚下。
有人说我书中每写一个公式,销量就会减半,所以我决定只用一个。
如果我们真的找到了万理之论的答案,那将是人类理性的最终胜利,因为我们由此懂得上帝的心意。
我们看见的宇宙之所以是这个样子,部分原因是我们存在于其中。