——读霍金《时间简史——从大爆炸到黑洞》一书随想

千百年来，人们一直都在思考我们从哪里而来？未来又会如何？之类的问题，在人们还处于蒙昧状态的时候，西方的《圣经》、中国的女娲补天等神话和传说，使人们有了关于上述问题的最初认识。最近几百年，随着科学技术日新月异的发展，人们逐渐意识到原来对宇宙、对万物起源的认识是不正确的，那么真实的情况是怎样的呢？霍金通过他的《时间简史》，向人们描述了一幅有可能接近真实情况的宇宙发生和演化图景，给出了这些问题最有可能的答案。这就是为什么这本书一出来，就受到了世界各国人们共同青睐的原因。在当前，人们在寻求有关人类的几个最大问题的时候，所求教的两种经典一个是《圣经》，再一个就是霍金的《时间简史》。

霍金撰写《时间简史》，起初的动因纯粹是为了缓解家庭巨大的经济压力。20世纪80年代早期，尽管霍金拿着教授的薪水，有时还能得到一些奖金，但随着病情的不断变化，所需要的护理费用也高的惊人。同时，霍金的孩子们也在上学，也需要不断增加教育经费。他自己还有一个考虑，就是自己的病情很难预测会发生什么样的情况，如果不能设法增加一点收入，一旦出现了意外的情况，家庭将无法承受。……因为这些原因，霍金在开展研究工作的同时，花费了5年的时间来撰写这一科学理论读本，并于1988年一炮打响，在全世界引起了“大爆炸”。现在我读到的这本，是《时间简史》出版10年之后的修订版，其中增加了首版以来理论和观察的新结果，以及“虫洞和时间旅行”这崭新的一章。

霍金在《时间简史》中，重点谈了两个方面的内容：一是解释宇宙学的基本原理；二是探讨宇宙的未来。尽管自己学的是物理专业，但由于一直在中学任教、对爱因斯坦的相对以及量子力学的相关理论接触的并不是很多的缘故，虽然本书中并没有数学公式，遇到难以理解的问题也常常会通过生活中的事例加以说明，有些地方读起来还是非常吃力的，比如说四维空间，我始终都不能在脑海中建立起一个清晰的图景来，再比如说弦理论，给出了10维甚至26维的时空，就更让我感到一头茫然了。所以这里只能谈一些粗浅的想法。

1．人们对宇宙的认识

撇开神话和传说不谈，人们对宇宙的认识大体上经历了这样的一个历程：公元前340年，亚里士多德提出地球是圆的而且是不动的，托勒密给出地球是宇宙的中心的精密模型；1514年，哥白尼给出太阳是宇宙的中心，摆脱了托勒密的天球以及与其相关的宇宙存在着自然边界的观念。但一直到20世纪之前从未有人暗示过，宇宙是在膨胀或是在收缩，这有趣地反映了当时的思维风气。

牛顿建立的经典力学体系还给人们确立了一个绝对的时空观，特别是有关绝对时间的观念，现在依然是绝大部分人头脑中的常识。亚里士多德和牛顿都相信绝对时间，他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔，只要用好的钟，不管谁去测量，这个时间都是一样的。时间相对于空间是完全分开并独立的。

20世纪之初，爱因斯坦提出的狭义相对论首先颠覆了人们关于绝对时间和绝对空间的观念，人们对空间和时间的感知都与观察者、观察者自身的运动等有关。然后是哈勃的观察和弗利德曼的宇宙膨胀模型，让我们认识到宇宙是没有中心的，处在不断的膨胀之中。而且可以反推出在过去的某一时刻（约100到200亿年之前）邻近星系之间的距离为零，在这被我们称之为大爆炸的那一时刻，宇宙的密度和空间——时间曲率都是无穷大。时间和空间也正是以此为起点的。

宇宙是不是由大爆炸开始？如果承认大爆炸理论，就得承认过去必须有一大爆炸奇点。而这一奇点的情况正是爱因斯坦的广义相对论不能做出很好解释的，要解释它，要用到量子力学，用到不确定性原理，而这又是爱因斯坦在世的时候极力反对的。相对论能准确地解释宏观的物理现象，而量子力学能解释最微小的原子尺度的现象，但是这两种理论不能一起使用以得到准确的结果。

构建出一个统一的理论，来解释宇宙的起源，看来是非常关键的，霍金为此做了多方面的努力，本书介绍的也正是他在这方面所作的工作。尽管还没有构建出一个让大家认可的统一的理论，但霍金显然找到了构建的方向。他发现宇宙中存在让上述这两种相互不相容的理论面对面的进行碰撞的地方——黑洞，黑洞并不黑，事件视界之内的粒子的运动可以用量子力学来描述，事件视界之外的物体的运动可以用广义相对论来描述。

凭借虚数的帮助，霍金提出了宇宙无边界、无开端和无终结的设想。在这个构想中，奇点不再看作是时间和空间的终点，甚至连时间本身都是没有方向的。宇宙成了一个完备的系统，它不像地球那样有开端和终结。

霍金说：“如果我们确实发现了宇宙的终极理论，这意味着什么？我们将永远不能肯定我们是否确实找到了正确的理论，因为理论不能被证明。但是如果理论是数学上协调的并且总是给出与观察一致的预言，我们便可以适度地有信心认为它是正确的”。“如果发现了一个完备的统一理论，那么它迟早也会同样地被领悟和简化，并在学校里讲授”，“这样我们就都能对支配宇宙且与我们的存在关系重大的定律有一定的了解。”

2．思维方法的启示

在公元前340年的时候，人们普遍认为地球是扁平的，但人们对北极星的观察发现，在不同地方观察到的北极星的位置不同，与人们常识中的恒星不运动的认识相违背。亚里士多德没有去探求北极星为何成为一个特例，而是修改人们对地球的形状的认识来适应这种违反规律的现象。

行星的运动轨道为什么不规则？哥白尼不像托勒密那样，去寻找解释轨道不规则的方法，而是构想了一个和世人的观念完全不同的太阳系，发现了当时的真理。

爱因斯坦更是如此，不断改变我们对事物认识的图景，拓展着我们的视野。从能量的连续到量子化，从时空的绝对性到相对性……正是对当时人们普遍接受的信念的挑战，才使我们对宇宙和原子的认识显著地提高了。

霍金对宇宙的认识不也是如此吗？他不是试图在现有的理论框架里来扩展人们对宇宙的认识，来解决实际中遇到的各种困难，而是不断提出对宇宙研究的新见解，新思路。

上述这些物理学界的名人，之所以有如此高的成就，不正是因为他们在思维方法上的特点吗？这给我们今天的教育以很好的启示。我们要培养学生的创新精神，关键在于什么呢？不盲从、有批判和反思的精神、有独辟蹊径的意识……我们现在的教育在这些方面关注的是否到位呢？

3．上的是否存在？

霍金和他的第一任夫人离异，有一个方面的因素，就是两人的信仰不同。在过去，有不少的物理学家本身也是相信上帝的，牛顿的“第一推动力”是一个很典型的事例。在很多事情不能够用科学的理论加以解释的时候，由于信教的传统，人们很自然地就想到了上帝，这是很容易理解的。

霍金显然是一个不相信上帝的人。霍金认为，我们现在所作的为确定宇宙造物主存在的可能性的探索，使得我们更多地了解我们自身，而不是上帝。如果有一天一个普通人都能够准确地说清楚万物的来龙去脉，那就不是对上帝的证明，而会是对人类智慧的最高肯定。霍金说：“我们的目标是完全理解发生在我们周围的事件以及我们自身的存在”。这是对人类本性的探究。

    《时间简史》10年增订版 史蒂芬·霍金/著 许明贤、吴忠超/译  湖南科学技术出版社  2001年3月第2版