與霍金一起了解宇宙

英國著名物理學家史蒂芬·霍金發出警告，稱外星生物可能真的存在，但是人類與他們接觸可能會帶來毀滅性的後果。在“探索”頻道新近推出的紀錄片《與霍金一起了解宇宙》中，霍金指出外星生物在消耗盡自己星球上的資源后便會乘坐大型飛船到他們能夠到達的星球掠奪資源，並將那裡開拓成為他們的殖民地；如果有外星生物到訪地球，那將會像當年義大利航海家哥倫布登陸美洲大陸一樣，最後給人類帶來毀滅性的災難。

68歲的霍金在片中談論了他對宇宙外星生命問題的最新思考。他認為外星生命幾乎肯定存在於宇宙的許多其他地方——不僅是活在行星之上，甚至還可能存在於恆星中心，甚或是漂浮於行星間的廣闊宇宙。霍金認為外星人存在的理論依據，超乎尋常的簡單。他指出，宇宙有1000億個銀河系，每個都包含上億計恆星，在這樣一個龐大空間裏，地球不大可能是唯一演化出生命的行星。“我覺得，純粹出於數學腦筋去想，單是如此巨大的數字，就足已令外星人存在的想法顯得完全合理。真正的挑戰是，去發現外星人到底是什麼樣子。”

1、探討如何建造“時間機器”的文章中詳細分析了人類如何利用自然規律實現“時間旅行”的偉大夢想。

2、在科學界，時間旅行一度被認為是歪理邪說。過去因為擔心有人會把怪人的標籤貼在自己身上，我對這個問題常常避而不談。但，我不再那麼謹小慎微了。我對時間痴迷已久，如果有一台時間機器，我會去拜訪風華正茂的瑪麗蓮-夢露，或是造訪將望遠鏡轉向宇宙的伽利略。或許，我還會走到宇宙的盡頭，破解整個宇宙湮滅之謎。

3、為了讓這一切從虛幻變成現實，我們應以物理學家的角度來重新審視時間——即第四維徠。這個問題沒有聽上去那麼晦澀難懂。每個好學的孩子都知道，任何物體都以三維形式存在。一切物體都有寬度、高度和長度。此外，還有一種長度——時間的長度。

4、霍金提出三種穿越路徑

（1）蟲洞：穿越第四維的通道

蟲洞就在我們周圍，只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫，這種基本規律同樣適用於時間。時間也有細微的裂縫和空隙，比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”，而蟲洞就存在於“量子泡沫”中。

有朝一日，人類也許能夠捕獲某一個蟲洞，將它放大到足以使人類甚至宇宙飛船從中穿過。

（2）光速：時空旅行的關鍵

如果我們想踏上未來之旅，那麼速度必須快。如果能夠建造出速度接近光速的宇宙飛船，那麼宇宙飛船必然會因為不能違反光速最快的法則，而致使艙內的時間放慢。霍金設想出一艘大型極速宇宙船，其速度是人類歷史上速度最快的載人飛船“阿波羅”10號的2000倍。在太空飛行數年後飛船將到達其最高速度——相當於光速的99%。在這一速度下，在船上待一天，就意味著在地球上度過一年。船上的乘客就是變相飛向未來，作出名副其實的時間旅行。

（3）黑洞：天然的“時間機器”

時間就像是一條河流，在不同的地段會有不同的流速，而這正是實現通往未來之旅的關鍵。比整個銀河系還要重的超大黑洞可以更明顯地降低時間流逝的速度。霍金說，這種超大黑洞就像是一部天然的時間機器。如果一艘宇宙飛船進入超大黑洞，在超大黑洞內執行5年任務，返回地球時會發現已過去了10年。這種時光旅行方式的問題在於，接近超大黑洞的危險太大。

宇宙論是一門既古老又年輕的學科。作為宇宙里高等生物的人類不會滿足於自身的生存和種族的綿延，還一代代不懈地探索著存在和生命的意義。但是，人類理念的進化是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德——托勒密的地心說到哥白尼——伽利略的日心說的演化就花了2000年的時間。令人吃驚的是，儘管人們知道世間的一切都在運動，只是到了本世紀20年代因哈勃發現了紅移定律后，宇宙演化的觀念才進入人類的意識。人們甚至從來沒有想到過宇宙還會演化。牛頓的萬有引力定律表明，宇宙的物質在引力作用下不可能處於穩定的狀態。即使在愛因斯坦的廣義相對論中，情況也好不到哪兒去，為了得到一個穩定的宇宙模型，他曾將宇宙常數引進理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩定的宇宙模型。可見，宇宙演化的觀念並不是產生於這些天才的頭腦之中。

將哈勃的發現當成現代宇宙論的誕生是公平的。哈勃發現，從星系光譜的紅移可以推斷，越遠的星系以越快的速度離開我們而去，這表明整個宇宙處於膨脹的狀態。從時間上倒溯到過去，估計在100億到200億年前曾經發生過一樁開天闢地的大事件，即宇宙從一個極其緊緻、極熱的狀態中大爆炸而產生。伽莫夫在1948年發表的一篇關於熱大爆炸模型的文章中作出了一個驚人的預言，早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周圍，不過由於宇宙膨脹引起的紅移，其絕對溫度只餘下幾度左右，在這種溫度下，輻射是處於微波的波段。但在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙微波背景輻射之前，人們並不認真對待此預言。

一般認為，愛因斯坦的廣義相對論是用於描述宇宙演化的正確的理論。在經典廣義相對論的框架里，霍金和彭羅斯證明了，在很一般的條件下，空間——時間一定存在奇點，最著名的奇點即是黑洞里的奇點以及宇宙大爆炸處的奇點。在奇點處，所有定律以及可預見性都失效。奇點可以看成空間時間的邊緣或邊界。只有給定了奇點處的邊界條件，才能由愛因斯坦方程得到宇宙的演化。由於邊界條件只能由宇宙外的造物主所給定，所以宇宙的命運就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時代起一直困擾人類智慧的第一推動問題。

如果空間——時間沒有邊界，則就不必勞駕上帝進行第一推動了。這隻有在量子引力論中才能做到。霍金認為宇宙的量子態是處於一種基態，空間——時間可看成一有限無界的四維面，正如地球的表面一樣，只不過多了兩個維數而已。宇宙中的所有結構都可歸結於量子力學的測不準原理所允許的最小起伏。從一些簡單的模型計算可得出和天文觀測相一致的推論，如星系、恆星等等的成團結構，大尺度的各向同性和均勻性，空間——時間的平性，即空間——時間基本上是平坦的，並因此才使得星系乃至生命的發展成為可能，還有時間的方向箭頭等等。霍金的量子宇宙論的意義在於它真正使宇宙論成為一門成熟的科學，它是一個自足的理論，即在原則上，單憑科學定律我們便可以將宇宙中的一切都預言出來。

本書作者是當代最重要的廣義相對論家和宇宙論家。70年代他和彭羅斯一道證明了著名的奇性定理，為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他還證明了黑洞的面積定理，即隨著時間的增加黑洞的面積不減。這很自然使人將黑洞的面積和熱力學的熵聯繫在一起。1973年，他考慮黑洞附近的量子效應，發現黑洞會像黑體一樣發出輻射，其輻射的溫度和黑洞質量成反比，這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，它以最後一刻的爆炸而告終。黑洞輻射的發現具有板其基本的意義，它將引力、量子力

學和統計力學統一在一起。

1974年以後，他的研究轉向量子引力論。雖然人們還沒有得到一個成功的理論，但它的一些特徵已被發現。例如，空間——時間在普郎克尺度（10^-33厘米）下不是平坦的，而是處於一種泡沫的狀態。在量子引力中不存在純態，因果性受到破壞，因此使不可知性從經典統計物理、量子統計物理提高到了量子引力的第三個層次。

1980年以後，他的興趣轉向量子宇宙論。本書的副題是從大爆炸到黑洞。霍金認為他一生的貢獻是，在經典物理的框架里，證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性，黑洞越變越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因輻射而越變越小，大爆炸的奇點不但被量子效應所抹平，而且整個宇宙正是起始於此。理論物理學的細節在未來的20年中還會有變化，但就觀念而言，的研究已經具有很高的水平了。

霍金的生平是非常富有傳奇性的，在科學成就上，他是有史以來最傑出的科學家之一，他的貢獻是在他20年之久被盧伽雷病禁錮在輪椅上的情況下做出的，這真正是空前的。因為他的貢獻對於人類的觀念有深遠的影響，所以媒介早已有許多關於他如何與全身癱瘓作搏鬥的描述。儘管如此，譯者之一於1979年第一回見到他時的情景至今還歷歷在目。那是第一次參加劍橋霍金廣義相對論小組的討論班時，門打開后，忽然腦後響起一種非常微弱的電器的聲音，回頭一看，只見一個骨瘦如柴的人斜躺在電動輪椅上，他自己驅動著電開關。譯者盡量保持禮貌而不顯出過分吃驚，但是他對首次見到他的人對其殘廢程度的吃驚早已習慣。他要用很大努力才能舉起頭來。在失聲之前，只能用非常微弱的變形的語言交談，這種語言只有在陪他工作、生活幾個月後才能通曉。他不能寫字，看書必須依賴於一種翻書頁的機器，讀文獻時必須讓人將每一頁攤平在一張大辦公桌上，然後他驅動輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁閱讀。人們不得不對人類中居然有以這般堅強意志追求終極真理的靈魂從內心產生深深的敬意。從他對譯者私事的幫助可以體會到，他是一位富有人情味的人。每天他必須驅動輪椅從他的家——劍橋西路5號，經過美麗的劍河、古老的國王學院駛到銀街的應用數學和理論物理系的辦公室。該係為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。

在富有學術傳統的劍橋大學，他目前擔任著也許是有史以來最為崇高的教授職務，那是牛頓和狄拉克擔任過的盧卡遜數學教授。

本書譯者之一曾受教於霍金達四年之久，並在他的指導下完成了博士論文。此書即是受霍金之託而譯成中文，以供占人類五分之一的人口了解他的學說。

影片共分三集，第一第二集都是四十五分鐘左右，最後一集比較長，80多分鐘。三部的內容分別是，外星人，時間旅行，一切的故事。最後一集最受人喜歡，因為它不僅像前兩集一樣有意思，而且在此之外還可以給我們很多啟示。

外星人存在。Such a enormous universe，怎麼可能沒有其他生命形式的存在？霍金列舉了幾種他認為可能存在的生命形式。

時間旅行可以進行。人類的認識是沒有界限的。

在介紹這些主題的同時，霍金還會講解諸如黑洞，蟲洞這樣浩瀚的概念，讓人覺得科學家都是神！

最後一集，一切的故事。霍金從our whole universe is in a hot dense state開始，講到了it all starts with a big bang以來宇宙的變化過程。在一切還沒有開始的時候，宇宙是沒有時間和空間這兩個我們take it for granted的概念的——這種狀態真的很難想象。大爆炸把引擎打開了，一切開始運轉起來。在宇宙的維度上來看，時間和空間被揮霍地很誇張，動輒幾十億年，或者幾十億光年。在幾個最基本的物理法則的指導下，宇宙經過無法想象的漫長歲月之後形成了今天這個模樣。有一個叫supernova的概念，中文叫超新星，指的是正在爆炸的、光芒比從前亮許多許多許多的恆星。總之，恆星和人一樣，都會有壽終正寢的一天。

又不知過了多少年，人出現了。一直有一種說法，大概是：經過多麼多麼辛苦的宇宙錘鍊，才有了人的出現。覺得這個真是可笑。宇宙如此之大，物質的存在形式多得我們這輩子都探究不完。而且即便物質說完了，還有反物質。所以說人就是再普通不過的一種存在方式了，不只是人，連生命本身也是。生命對於人來說，的確是神聖美好。但是放在整個宇宙的維度來說，生命就只是一種存在形式，生命用自己的方式存在，正如同行星恆星用自己的方式存在。人總是覺得自己很特別，是造物主的寵兒，其實對造物主來說，生命這個東西和其他存在形式，比如黑洞、塵埃，都應該是平等的。這麼說來，在這個宇宙里，生命很特別，但是不應該有特權，人就更不應該有特權了。許多人還自詡為高級動物，對那麼多的已知和未知不懷敬畏，真是大言不慚。在討論《世界盡頭和冷酷仙境》的時候，王美女說，只有能量是永恆的。想起來，覺得這句話相當有智慧。人能坐著打字，追溯起來，還是因為宇宙大爆炸的瞬間釋放出來的能量，流轉億萬次之後，傳到了這裡。霍金說，我們以後可能會搬到另外的星球上安家，可能會有一代人一輩子都耗費在飛向外太空的飛船上。

以前看到過一個和“莊子”有關的故事，不記得是在他寫的書上，還是他經歷過的了。總之，是說，兩個國家什麼的，哎呀，完全不記得了，面目全非。。好吧，總之好像是兩個人在某個問題上非要爭出勝負高下來，莊子就講了一個故事，說在蝸牛的兩個角上各有一個國家，兩個國家的君王都在爭誰的國家更厲害，莊子問面前的兩個人，他們這樣爭，有意義嗎。兩個人覺得沒意義，畢竟蝸牛角算什麼，就算贏了又怎樣呢。莊子又說，我們和整個宇宙比起來，可能連這個蝸牛角都不如，那還有什麼必要爭呢？以前覺得菲爾普斯肯定是世界之王，沒有人游泳能夠比過他。但是後來，特別是看了《碧海藍天》之後，覺得世界上的高人多得很，而且他們中的大多數都不會在一個每四年舉行一次的比賽中亮相。當菲爾普斯站在領獎台上的時候，說不定很遠很遠的一片海里，一個游泳天才正在和海豚比賽叻。拼搏絕對是必要的，好勝也不失為一種好品質，但是心態要端正，失敗了不要把自己貶得一文不值，成功了也絕對不能不可一世，因為頭頂的頭頂，天外的天外，還有千千萬萬個星系。

甚至，宇宙也不是終點。霍金說，也許還存在其他宇宙，那些宇宙受到完全不同的物理法則的支配。僅僅是幾個最基本的原則的不同，如此孕育幾十億年，幾百億年，誕生的也一定會是一種連霍金也難以理解的世界吧。