The Brief History of Time ---Stephen Hawking
大约20多年前我还在中国休产假的时候，我的一位亲戚从国外带给我一本Stephen Hawking的书“A Brief History of Time"。那时我对Hawking一无所知，书也是读得断断续续。前段时间偶尔看到别人关于Hawking 的另一本的读书笔记，再次想起这本“A Brief History of Time"。重读一遍，再读一遍，竟然激起我强烈兴趣。
这本书一共有12章。前段时间在中国，跟一个中学生谈起这本书，吃惊他也读过，才知道有中译本。
1-Our picture of the universe
公元前340年，亚里士多德认为地球呈圆形并静止不动，它是宇宙的中心，太阳月亮等星球都围绕地球转。直到公元1514年，波兰神父Copernicus 匿名发表太阳是宇宙的中心，应该是太阳静止不动，而地球围绕太阳旋转。大约100年后，伽利略通过观察围绕木星的行星证实Copernicus 理论，认为并不是所有的星星都是围绕地球旋转。同时，开普勒进一步改进了Copernicus 理论，认为星球围绕太阳旋转，但并不是按照圆形而是按照椭圆形轨迹运动。
但是，开普勒并不能用磁场力的原理来解释椭圆形轨迹的原因，直到1687年，牛顿发表了Philosophy Natural Principal Mathematics, 首先推出万有引力的概念，才完美解释了这个现象。
根据牛顿的万有引力，有限的星球在有限的空间之间的相互吸引力，必然导致最终所有的星球都会被吸引到一起。这导致另一个问题，宇宙空间是有限的还是无限的。人们曾经一直认为这个世界是静止无限的，或者是在过去某一特定时间创造并一直维持在现在我们所看到的这个状态。人类习惯于相信永恒的真理，随着我们的衰老和死亡，这种宇宙的永恒带给我们心里上的安慰。
但是牛顿的万有引力预示宇宙并非静态不变。另一个反对无限宇宙静态理论的德国哲学家Heinrich Olbers 认为，无限静态宇宙理论最大的困难在于，按照无限静态理论，不管看宇宙的哪一面都会终极在某一星体上，那么无论是白天还是黑夜，天空都会像在太阳底下一样明亮。唯一能避免这种结论的解释只能是星体不是永远明亮发光，而是在过去的某一时间开始发光。那么又是什么导致他们开始发光呢？
这个问题导致了另一个问题：宇宙是否有一个开端，也就是说，时间是不是有一个开端？宇宙是有限的还是无限的？1929年，Edwin Hubble 通过对天体的观察，发现宇宙在不停地扩展延伸。这意味着早期的宇宙星体要比现在靠近很多。事实上大约100到200亿年前（10-20 thousand million years ago), 当所有的天体都在同一点的时候，宇宙的密度是无限的。哈勃的这个发现最终把宇宙的起源这个问题引入到科学的范畴之内。
哈勃的观察预示了宇宙有一个起始时间，叫做宇宙大爆炸时期（Big Bang），那时宇宙是无限的小和无限的集中（Dense），在这种状态下，所有科学原理都失去作用，宇宙的这种状态对我们毫无意义，所以我们说宇宙开始于大爆炸，时间开始于大爆炸。需要强调的是，这个大爆炸时间的开始跟以前我们认为的宇宙开始有着本质上的区别。静态宇宙观的时间是被独立于宇宙之外的神所创造的，他可以在任何时间创造宇宙，不需要物理理论的解释。哈勃的发现虽然没有排斥神的存在，但是把神创造宇宙的时间局限在大爆炸时刻。
为了要讨论宇宙的自然状态，譬如关于它有没有开始和终结的问题，我们必须清楚什么是科学的理论。一个好的科学理论必须满足两个基本要求，一，在仅有的几个可变元素下建立的模型，能够正确无误的描述大量的可观察现象，二，可以准确无误地预示未来。
任何的物理原理都有局限性，从某种意义上来说就是一种假定，你永远都不知道下一个会不会得出不一样的结论。实际上很多新理论都是在旧理论上的延伸，比如通过对水星轨迹的观察，运用牛顿的万有引力定律得出的结论与实际有一点小的偏差，而爱因斯坦的广义相对论理论则更为准确。但是在实际操作中我们仍然运用牛顿万有引力定律，因为一方面偏差非常的小，另一方面牛顿万有引力定律更为简单。
科学的最终目的是发现一个能够描述整个宇宙的单一定律，实际上大多数科学家把宇宙这个问题一分为二。一，宇宙如何随着时间的推移而改变，二，宇宙的起源状态。有些人认为我们只应该关注第一个问题, 他们把宇宙的起源归结为宗教或形而上学。他们会说全能的上帝创造了宇宙，也许是这样，但是即使在这种情况下，他没有把宇宙创造成一个没有规律的世界。相反他把宇宙创造成一个有法可依不断进化的世界，所以我们可以推断，宇宙的起源也一定有法可依。
但是实际上却非常难以用一个定律来描述整个宇宙，因而我们对问题进行细分，并发展出很多相对应的局部理论。由于宇宙各体在本质上是相互关联的，也许这种方式存在本质上的错误。
现在科学家们用两种局部理论来描述宇宙：广义相对论和量子力学（Quantum Mechanics)。广义相对论适合于描述星体之间的结构力学，而量子力学则描述分子原子等极微结构。这两种理论并不一致，不可能两个都对。我们需要寻找的叫引力的量子理论（A quantum theory of gravity)。现在我们还没有找到这个理论，但是随着人类的不断进化，我相信发现这样的理论是可行的。
|
