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内容提要

      相对论和量子论是20世纪的科学成。尤其是前者，他是人类智慧的构筑。所以在《果壳中的宇宙》的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，而虚幻的功能是对软弱者的安慰。 爱因斯坦的引力论是将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？现在看来它在三个层次上受到限制。，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。，在量子力学中状态是由波函数描述的，海森堡的不确定……

作者介绍

  史蒂芬·霍金 （Stephen Hawking），于942年月8日生于牛津，那刚好是伽利略逝世三百年。可能因为他出生在次世界大战的时代，所以小时候对模型特别着迷。他十几岁时不但喜欢做模型飞机和轮船，还和学友制作了很多不同种类的战争游戏，反映出他研究和操控事物的渴望。这种渴望驱使他攻读博士学位，并在黑洞和宇宙论的研究上获得重大成。

霍金十三、四岁时已下定决心要从事物理学和天文学的研究。十七岁那年，他考到了自然科学的奖学金，顺利入读牛津大学。学士毕业后他转到剑桥大学攻读博士，研究宇宙学。不久他发现自己患上了会导致肌肉萎缩的卢伽雷病。由于医生对此病束手无策，起初他打算放弃从事研究的理想，但后来病情恶化的速度减慢了，他便重拾心情，排除万难，从挫折中站起来，勇敢地面对这次的不幸，继续醉心研究。

七十年代，他和彭罗斯证明了的奇性定理，并在988年共同获得沃尔夫物理奖。他还证明了黑洞的面积不会间减少。973年，他发现黑洞辐射的温度和其质量成反比，即黑洞会因为辐射而变小，但温度却会升高，会发生爆炸而消失。

八十年代，他开始研究量子宇宙论。这时他的行动已经出现问题，后来由于得了而接受穿气管手术，使他从此再不能说话。现在他全身瘫痪，要靠电动轮椅代替双脚，不但说话和写字要靠计算机和语言合成器帮忙，连阅读也要别人替他把每页纸摊平在桌上，让他驱动着轮椅逐页去看。

霍金一生贡献于理论物理学的研究，被誉为当今杰出的科学家之一。他的著作包括《时间简史》及《黑洞与婴儿宇宙以及相关文章》。虽然大家都觉得他非常不幸，但他在科学上的成却是在他在病发后获得的。他凭着坚毅不屈的意志，战胜了，创造了一个，也证明了残疾并非成功的障碍。他对生命的热爱和对科学研究的热诚，是值得年轻一代学习的。

目录

第一章 相对论简史

第二章 时间的形态

第三章 果壳中的宇宙

第四章 预言未来

第五章 护卫过去

第六章 我们的未来？《星际航行》可行吗？

第七章 膜的新奇世界

编辑

      和欧洲同步发行，世界关注。世界富有影响的思想家史蒂芬.霍金继推出轰动的《时间简史》后，奉献的又一部神圣的精华！ 在这次新的出版盛事中，霍金又给我们送来了插图丰富的续篇。这部新书将阐述在自倍受赞誉的部著作《时间简史》shou版以来的重要突破的神秘。

文摘 

    第一章 相对论简史

霍金

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。

阿尔伯特·爱因斯坦，这是位狭义和广义相对论的发现者，879年诞生于德国的乌尔姆。次年他的全家即迁往慕尼黑。在那里他的父亲赫曼和叔父各自建立了一个小型的不很成功的电器公司。阿尔伯特并非神童，但是宣称他在学校中成绩劣等似乎又言过其实。894年他的父亲公司倒闭，全家又迁往意大利的米兰。他的父亲决定让他留在慕尼黑，以便完成中学学业，但是他讨厌其独裁主义，几个月后离开了，前往意大利与家人团聚。后来他在苏黎完成学业。ETH的们不喜欢他好辩的性格以及对的蔑视，他们中无人愿意雇他为助手，而这恰恰是进入学术生涯的正常途径。两年以后，他终于在伯尔尼的瑞士专利局获得一个低级职位。905年正是在专利局任上，他写了三篇论文。这三篇论文不仅奠定了他作为世界*主要的科学家之一的地位，而且开启了两项观念革命，这革命改变了我们对时间，空间以及未来本身饿理解。

在9世纪末，科学家们相信他们已经处于完整描述宇宙的前夕。他们好象空间充满了所谓“以太”的连续介质。光线和无线电讯号是在以太中的波动，如同声音为空气中的压力波一样。对于完整理论所需要的只不过是要仔细测量已太的弹性性质。事实上，为了进行这种测量，哈佛大学建立了杰佛弗逊实验室。整个建筑物不能用任何铁钉，以免干扰灵敏的磁测量。然而策划者忘记了构筑实验室和哈佛大部分楼房的褐红色砖头砖头含有大量的铁。这座建筑物迄今仍在使用，虽然哈佛仍然不能清楚，不用铁钉的图书馆地板究竟可以支撑多少卷藏书。

到世纪交替之际，开始出现可和穿透的以太观的偏差。人们预料光在通过已太时以恒定的速度旅行；但如果你通过已以太顺着光的方向运动，它的速度会显得更快。

然而一系列实验不支持这个观念。阿尔伯特·麦克尔逊和爱德华·莫雷于887年在俄亥俄的克里夫兰的凯思应用科学学校所进行的实验为其中*为仔细*为者。他们对相互垂直的两束光的速度进行比较。随着地球绕轴自转以及公转，仪器以变化的速度和方向通过以太运动。但是麦克尔逊和莫雷的两光束之间没有周日和的差别。不管人们在哪个方向上多快运动，光似乎总是以相同的速率相对于他的所在地运动。

爱尔兰的物理学家乔治·费兹杰拉德和荷兰物理学家亨得利克·洛伦兹，在麦克尔逊-莫雷的基础上建议，物体在通过以太运动时会收缩，而且钟表要变慢。这种收缩和钟表变慢使人们测量到相同的光速，而不管他们相对于以太如何运动。然而，爱因斯坦在905年6月撰写的一篇论文中指出，如果我们不能检测出他是否穿越时空的运动，则以太观念纯熟多余。想反的，他以为科学定律对于所有自由运动的观察者都显得相同的假设为出发点。特别是，不管他们如何快速运动，都应测量到相同的光速。光速和他们运动无关，并且在所有方向上都相同。

这需要抛弃一个观念，即存在一个所有钟表都测量的成为时间的普适的量。相反的，每个人都有他或者她自己的个人时间。如果两个人处于相对静止状态，则他们的时间一致，但是一旦他们相互运动则不一致。

这已经被很多实验所证实，其中包括两台以相反方向绕世界飞行的的钟表返回后显示时间的微小差异。这似乎暗示，人们若要活的更长久，应该不断地飞向东去，使得地球的旋转叠加上飞机的速度。然而，人们所获得的比一秒还短得多的生命延长，远远不及劣质飞机餐对健康的残害。

爱因斯坦的假定，即自然定律对于所有有自由运动的观察者应该显得相同，是相对论的基础。之所以这么称呼是因为它意味着只有相对运动才是重要的。它的美丽和简单征服了许多科学家，但是仍然有许多人反对。爱因斯坦推翻了9世纪科学家的两个物：以太代表的静止和所有钟表都测量的或普适时间。许多人觉得这是一个另人不安的概念。他们问道，这是否意味着，万物都是相对静止的，甚不存在的道德标准呢？这种苦恼持续穿于20世纪20年代和30年代。92年爱因斯坦获得诺贝尔奖时，其颂词是关重要的，但是按照他的标准却是相对次要的，也是在905年做过的研究。它没有提及相对论，因为相对论被认为太过于争论性了。尽管如此，现在科学界已经接受了相对论，无数的应用证实了他的预言。

相对论的一个非常重要的推论是质量和能量的关系。爱因斯坦关于光速对于任何人而言都应该显得相同的假设，意味着运动的比光还快。当人们应能量加速任何物体，无论是粒子或者空间飞船，实际上发生的是，它的质量增加，使得对她进一步加速更困难。要把一个粒子加速到光速要消耗大能量，因而是不可能的，正如爱因斯坦的公式总结的：E=mc^2，质量和能量是等效的。这也许是物理学中的的妇孺皆知的公式。它的一项后果是意识到，如果铀原子核裂变总质量稍小的两个核，会释放巨大的能量。

939年世界大战迫在眉睫，众多意识到这些含义的物理学家都说服爱因斯坦克服其和平主义原则，以他的给罗斯福总统写一封信，要求开始核研究计划。

这导致了曼哈顿规划并*终产生了于945年在日本的广岛和长崎爆炸的原。有人将原归咎于爱因斯坦发现了智能关系；但是这和把飞机失实归咎于牛顿发现了引力很类似。爱因斯坦本人没有参与曼哈顿规划，并且为投原而感到震惊。

爱因斯坦905年的性论文为他建立了科学声望，但是直到909年他回到苏黎世，这一次是返回苏黎世高工。尽管在欧洲的许多地方，甚在大学中盛行反犹主义，他现在是学术界的。维也纳和乌特勒希特都邀他任教，但是他选择了柏林的普鲁士科学院的研究员职务，因为这样他可以摆脱教学。94年4月他迁往柏林，不久他的妻子和两个儿子也来团聚。然而婚姻不谐已有时日，他的家庭不久返回苏黎世。尽管他偶尔去看望他们，他和妻子*终还是离婚了。爱因斯坦后来娶了他住在柏林的表姐爱尔莎。在战争年代里他过着独身生活，避免了家事纠缠，也许是他在这一段期间科学上多产的一个原因。

虽然相对论和制约电磁学的定律配合的天衣无缝，它却不能和牛顿的引力定律想协调。牛顿引力定律说，如果果人们在时间的区域改变物质分布，引力场的改变在宇宙其他任何地方会瞬间被察觉到。这不仅意味着人们可以发送比光还快的信号；为了知道这里瞬刻的含义，它还需要存在或普适的时间。这正式那种被相对论抛弃了的，并被个人时间所取代的时间。

907年当爱因斯坦还在伯尔尼的专利局工作时，他知道了这个困难，但是直到9年他在布拉格时才开始认真地思考这个问题。他意识到在加速度和引力场之间存在一个紧密的关系。待在一个封闭的盒子里，譬如升降机中的某人不能将盒子静止地处于地球引力场中和盒子在自由空间中被火箭加速这两种情形区别开来。  ......