果壳中的宇宙.doc

1、果壳中的宇宙编 辑 本 段 【 基 本 信 息 】著 名 物 理 学 家 史 蒂 芬 霍 金 的 新 书 果 壳 中 的 宇 宙 (the Universe in a Nutshell)获 得 本 年 度 安 万 特 科 学 图 书 奖 。 该 奖 项 是 世 界 最 知 名 的 科 普 图 书 奖 之 一 。 果 壳 中 的 宇 宙 是 一 本 图 文 并 茂 的 科 普 著 作 ， 主 题 是 宇 宙 学 ， 涉 及 广 义 相 对 论、 量 子 论 、 黑 洞 、 暴 胀 、 时 间 旅 行 、 弦 论 、 超 引 力 等 诸 多 前 沿 概 念 。 霍 金 的 前 一 本 宇 宙 学

2、科 普 著 作 时 间 简 史 在 全 世 界 大 受 欢 迎 ， 销 量 超 过 千 万 册。 但 有 不 少 人 评 论 说 ， 这 本 书 的 内 容 过 于 艰 深 ， 许 多 读 者 都 没 有 读 完 。 与 之 相 比 ， 果 壳 中 的 宇 宙 大 量 使 用 图 形 来 解 释 宇 宙 学 概 念 ， 给 读 者 一 种 直 观 印 象 。 霍 金 因 疾 病 被 困 于 轮 椅 上 ， 只 能 靠 语 音 合 成 器 讲 话 ， 却 思 考 着 宇 宙 学 最 前 沿 的 问 题。 果 壳 中 的 宇 宙 书 名 源 自 莎 士 比 亚 戏 剧 哈 姆 雷 特 的 台 词

3、： “我 即 使 被 关 在 果壳 之 中 ， 仍 自 以 为 无 限 空 间 之 王 。 ”对 霍 金 来 说 ， 这 句 话 再 合 适 不 过 了 。霍 金 在 伦 敦 科 学 博 物 馆 举 行 的 庆 祝 会 上 接 受 了 这 份 金 额 为 万 英 镑 的 大 奖 。 安 万 特图 书 奖 由 法 国 安 万 特 公 司 资 助 ， 英 国 公 众 理 解 科 学 委 员 会 与 伦 敦 科 学 博 物 馆 共 同 管 理。 编 辑 本 段 【 图 书 目 录 】前 言第 一 章相 对 论 简 史 ： 爱 因 斯 坦 是 如 何 为 20 世 纪 两 个 基 本 理 论 ， 即

4、相 对 论 和 量 子 论 奠 基的 。第 二 章时 间 的 形 态 ： 爱 因 斯 坦 的 广 义 相 对 论 使 时 间 具 有 形 态 。 这 如 何 与 量 子 论 相 互 和 谐。第 三 章果 壳 中 的 宇 宙 ： 宇 宙 具 有 多 重 历 史 ， 每 一 个 历 史 都 是 由 微 小 的 硬 果 确 定 的 。第 四 章预 言 未 来 ： 黑 洞 中 的 信 息 丧 失 如 何 降 低 我 们 预 言 未 来 的 能 力 。第 五 章护 卫 过 去 ： 时 间 旅 行 可 能 吗 ？ 一 种 先 进 的 文 明 能 回 返 以 前 并 改 变 过 去 吗 ？第 六 章我 们

5、的 未 来 星 际 航 行 可 行 吗 ？ 生 物 和 电 子 生 命 将 如 何 不 断 加 速 发 展 其 复 杂 性。第 七 章膜 的 新 奇 世 界 ： 我 们 生 活 在 一 张 膜 上 ， 或 者 我 们 只 不 过 是 张 全 息 图 ？ 编 辑 本 段 【 作 者 简 介 】斯 蒂 芬 霍 金 ， 是 本 世 纪 享 有 国 际 盛 誉 的 伟 人 之 一 ， 被 称 为 在 世 的 最 伟 大 的 科 学 家。 现 年 69 岁 ， 出 生 于 伽 利 略 逝 世 周 年 纪 念 日 ， 剑 桥 大 学 应 用 数 学 及 理 论 物 理 学 系 教 授， 当 代 最 重 要

6、 的 广 义 相 对 论 和 宇 宙 论 家 。 70 年 代 他 与 彭 罗 斯 一 道 证 明 了 著 名 的 奇 性 定理 ， 为 此 他 们 共 同 获 得 了 1988 年 的 沃 尔 夫 物 理 奖 。 他 因 此 被 誉 为 继 爱 因 斯 坦 之 后 世界 上 最 著 名 的 科 学 思 想 家 和 最 杰 出 的 理 论 物 理 学 家 ”。他 还 证 明 了 黑 洞 的 面 积 定 理 。 霍 金 的 生 平 是 非 常 富 有 传 奇 性 的 ， 在 科 学 成 就 上 ， 他是 有 史 以 来 最 杰 出 的 科 学 家 之 一 。 他 担 任 的 职 务 是 剑 桥

7、大 学 有 史 以 来 最 为 崇 高 的 教授 职 务 ， 那 是 牛 顿 和 狄 拉 克 担 任 过 的 卢 卡 逊 数 学 教 授 。 他 拥 有 几 个 荣 誉 学 位 ， 是 皇家 学 会 会 员 。他 因 患 卢 伽 雷 氏 症 （ 肌 萎 缩 性 侧 索 硬 化 症 ） ， 禁 锢 在 一 张 轮 椅 上 达 20 年 之 久 ，他 却 身 残 志 不 残 ， 使 之 化 为 优 势 ， 克 服 了 残 废 之 患 而 成 为 国 际 物 理 界 的 超 新 星 。 他 不 能写 ， 甚 至 口 齿 不 清 ， 但 他 超 越 了 相 对 论 、 量 子 力 学 、 大 爆 炸

8、等 理 论 而 迈 入 创 造 宇 宙 的 “几 何 之 舞 ”。 尽 管 他 那 么 无 助 地 坐 在 轮 椅 上 ， 他 的 思 想 却 出 色 地 遨 游 到 光 袤 的 时 空 ， 解开 了 宇 宙 之 谜 。霍 金 的 魅 力 不 仅 在 于 他 是 一 个 充 满 传 奇 色 彩 的 物 理 天 才 ， 也 因 为 他 是 一 个 令 人 折 服的 生 活 强 者 。 他 不 断 求 索 的 科 学 精 神 和 勇 敢 顽 强 的 人 格 力 量 深 深 地 吸 引 了 每 一 个 知 道 他的 人 。 【 研 究 领 域 】理 论 物 理 学 ：70 年 代 霍 金 与 彭 罗

9、 斯 一 道 证 明 了 著 名 的 奇 性 定 理 ， 他 还 证 明 了 黑 洞 的 面 积 定 理 。霍 金 的 生 平 是 非 常 富 有 传 奇 性 的 ， 在 科 学 成 就 上 ， 他 是 有 史 以 来 最 杰 出 的 科 学 家 之 一 ，他 超 越 了 相 对 论 、 量 子 力 学 、 大 爆 炸 等 理 论 而 迈 入 创 造 宇 宙 的 “几 何 之 舞 ”。 尽 管 他 那么 无 助 地 坐 在 轮 椅 上 ， 他 的 思 想 却 出 色 地 遨 游 到 光 袤 的 时 空 ， 解 开 了 宇 宙 之 谜 。 现 代 科 普 小 说 家 ：他 的 代 表 作 是 1

10、988 年 撰 写 的 时 间 简 史 ， 这 是 一 篇 优 秀 的 天 文 科 普 小 说 。 作者 想 象 丰 富 ， 构 思 奇 妙 ， 语 言 优 美 ， 字 字 珠 玑 ， 更 让 人 咋 惊 ， 世 界 之 外 ， 未 来 之 变 ， 是这 样 的 神 奇 和 美 妙 。 这 本 书 至 今 累 计 发 行 量 已 达 2500 万 册 ， 被 译 成 近 40 种 语 言 。1992 年 耗 资 350 万 英 镑 的 同 名 电 影 问 世 。 霍 金 坚 信 关 于 宇 宙 的 起 源 和 生 命 的 基 本理 念 可 以 不 用 数 学 来 表 达 ， 世 人 应 当 可

11、 以 通 过 电 影 这 一 视 听 媒 介 来 了 解 他 那 深 奥莫 测 的 学 说 。 本 书 是 关 于 探 索 时 间 本 质 和 宇 宙 最 前 沿 的 通 俗 读 物 ， 是 一 本 当 代 有 关 宇 宙科 学 思 想 最 重 要 的 经 典 著 作 ， 它 改 变 了 人 类 对 宇 宙 的 观 念 。 时 间 简 史 续 编 作 为宇 宙 学 无 可 争 议 的 权 威 ， 霍 金 的 研 究 成 就 和 生 平 一 直 吸 引 着 广 大 的 读 者 ， 时 间 简史 续 篇 是 为 想 更 多 了 解 霍 金 教 授 生 命 及 其 学 说 的 读 者 而 编 的 。

12、 该 书 以 坦 白 真 挚 的 私人 访 谈 形 式 ， 叙 述 了 霍 金 教 授 的 生 平 历 程 和 研 究 工 作 ， 展 现 了 在 巨 大 的 理 论 架 构 后 面真 实 的 “人 ”。该 书 不 是 一 部 寻 常 的 口 述 历 史 ， 而 是 对 二 十 世 纪 人 类 最 伟 大 的 头 脑 之 一 的 极 为 感 人又 迷 人 的 画 像 和 描 述 。 对 于 非 专 业 读 者 ， 本 书 无 疑 是 他 们 享 受 人 类 文 明 成 果 的 机 会 和 滋生 宝 贵 灵 感 的 源 泉 。 霍 金 讲 演 录 黑 洞 、 婴 儿 宇 宙 及 其 他 ， 是

13、由 霍 金 1976-1992 年 间 所 写 文 章 和 演 讲 稿 共 13 篇 结 集 而 成 。 讨 论 了 虚 时 间 、 有 黑 洞 引 起 的 婴 儿 宇 宙的 诞 生 以 及 科 学 家 寻 求 完 全 统 一 理 论 的 努 力 ， 并 对 自 由 意 志 、 生 活 价 值 和 死 亡 作 出 了 独到 的 见 解 。 在 三 年 工 作 量 并 不 巨 大 的 学 习 之 后 ， 他 获 得 了 一 等 自 然 科 学 荣 誉 学 位 ， 之 后进 入 剑 桥 大 学 研 究 宇 宙 学 ， 当 时 牛 津 大 学 还 没 有 宇 宙 学 这 个 专 业 。 尽 管 他

14、希 望 能 够 跟 当时 在 剑 桥 的 弗 雷 德 霍 伊 尔 (Fred Hoyle)身 边 做 研 究 ， 但 是 他 的 导 师 却 是 丹 尼 斯 西 艾玛 (Dens Scama)。 在 获 得 博 士 学 位 之 后 ， 他 成 为 一 名 研 究 员 ， 后 来 成 为 冈 维 尔 和 凯 厄斯 学 院 (Gonvlle and Caius College)的 教 授 。 【 相 关 作 品 】 时 间 简 史 续 编 作 为 宇 宙 学 无 可 争 议 的 权 威 ， 霍 金 的 研 究 成 就 和 生 平 一 直 吸 引着 广 大 的 读 者 ， 时 间 简 史 续 篇 是

15、 为 想 更 多 了 解 霍 金 教 授 生 命 及 其 学 说 的 读 者 而 编的 。 该 书 以 坦 白 真 挚 的 私 人 访 谈 形 式 ， 叙 述 了 霍 金 教 授 的 生 平 历 程 和 研 究 工 作 ， 展 现了 在 巨 大 的 理 论 架 构 后 面 真 实 的 “人 ”。 该 书 不 是 一 部 寻 常 的 口 述 历 史 ， 而 是 对 二 十 世纪 人 类 最 伟 大 的 头 脑 之 一 的 极 为 感 人 又 迷 人 的 画 像 和 描 述 。 对 于 非 专 业 读 者 ， 本 书 无 疑是 他 们 享 受 人 类 文 明 成 果 的 机 会 和 滋 生 宝 贵

16、 灵 感 的 源 泉 。 霍 金 讲 演 录 黑 洞 、 婴 儿 宇 宙 及 其 他 ， 是 由 霍 金 1976-1992 年 间 所 写 文章 和 演 讲 稿 共 13 篇 结 集 而 成 。 讨 论 了 虚 时 间 、 有 黑 洞 引 起 的 婴 儿 宇 宙 的 诞 生 以 及 科 学家 寻 求 完 全 统 一 理 论 的 努 力 ， 并 对 自 由 意 志 、 生 活 价 值 和 死 亡 作 出 了 独 到 的 见 解 。 MRMY.NET 收 集 时 空 本 性 80 年 前 广 义 相 对 论 就 以 完 整 的 数 学 形 式 表 达 出 来 ， 量 子 理 论 的 基 本原 理

17、 在 70 年 前 也 已 出 现 ， 然 而 这 两 种 整 个 物 理 学 中 最 精 确 、 最 成 功 的 理 论 能 被 统 一 在单 独 的 量 子 引 力 中 吗 ？ 世 界 上 最 著 名 的 两 位 物 理 学 家 就 此 问 题 展 开 一 场 辩 论 。 本 书 是 基于 霍 金 和 彭 罗 斯 在 剑 桥 大 学 的 6 次 演 讲 和 最 后 辩 论 而 成 。 未 来 的 魅 力 本 书 以 斯 蒂 芬 霍 金 预 测 宇 宙 今 后 十 亿 年 前 景 开 头 ， 以 唐 库 比 特最 后 的 审 判 的 领 悟 为 结 尾 ， 介 绍 了 预 言 的 发 展 历

18、 程 ， 及 我 们 今 天 预 测 未 来 的 方 法 。 该 书文 字 通 俗 易 懂 ， 作 者 在 阐 述 自 己 观 点 的 同 时 ， 还 穿 插 解 答 了 一 些 有 趣 的 问 题 ， 读 来 饶 有趣 味 。 【 霍 金 趣 事 】霍 金 虽 然 身 体 的 残 疾 日 益 严 重 ， 但 霍 金 却 力 图 像 普 通 人 一 样 生 活 ， 完 成 自 己 所 做的 任 何 事 情 。 他 甚 至 是 活 泼 好 动 的 -这 听 起 来 有 些 好 笑 ， 他 在 已 经 完 全 无 法 移 动 之 后， 他 仍 然 有 唯 一 可 以 活 动 的 手 指 驱 动 着

19、 轮 椅 在 前 往 办 公 室 的 路 上 “横 冲 直 撞 ”； 当 他 与查 尔 斯 王 子 会 晤 时 ， 旋 转 自 己 的 轮 椅 来 炫 耀 ， 结 果 轧 到 查 尔 斯 王 子 的 脚 趾 头 。【 获 得 奖 项 】1、 1989 年 获 得 英 国 爵 士 荣 誉 称 号 2、 是 英 国 皇 家 学 会 学 员 和 美 国 科 学 院 外 籍 院 士 3、 伦 敦 皇 家 天 文 学 会 的 埃 丁 顿 勋 章 4、 梵 蒂 冈 教 皇 科 学 学 会 十 一 世 勋 章 5、 霍 普 金 斯 奖 6、 美 国 丹 尼 欧 海 涅 曼 奖 7、 马 克 斯 韦 奖 8、

20、 英 国 皇 家 学 会 的 休 斯 勋 章 9、 1978 年 获 物 理 界 最 有 威 望 的 大 奖 阿 尔 伯 特 爱 因 斯 坦 奖 10、 与 彭 罗 斯 共 同 获 得 了 1988 年 的 沃 尔 夫 物 理 奖 11、 1988 年 霍 金 的 书 时 间 简 史 ： 从 大 爆 炸 到 黑 洞 获 沃 尔 夫 基 金 奖【 大 事 年 表 】1942 年 1 月 8 日 生 于 剑 桥1950 年 举 家 迁 往 圣 奥 尔 本 斯1959 年 入 牛 津 大 学1962 年 牛 津 毕 业 ， 去 剑 桥 读 研 究 生1963 年 被 诊 断 患 肌 萎 缩 性 侧

21、索 硬 化 症 (ALS)1965 年 获 剑 桥 博 士 学 位 ， 与 珍 妮 .怀 尔 德 (简 瓦 尔 德 )结 婚1967 年 长 子 罗 伯 特 出 生1970 年 女 儿 露 西 出 生 /开 始 使 用 轮 椅1973 年 首 部 著 作 空 时 的 大 型 结 构 出 版1974 年 宣 布 发 现 黑 洞 辐 射 ,成 为 皇 家 学 会 会 员1977 年 被 任 命 为 剑 桥 大 学 引 力 物 理 学 教 授1979 年 次 子 蒂 莫 西 出 生 /被 任 命 为 剑 桥 大 学 卢 卡 斯 数 学 教 授 / 广 义 相 对 论 评 述 :纪念 爱 因 斯 坦

22、百 年 诞 辰 出 版 1981 年 参 加 梵 蒂 冈 宇 宙 学 大 会 ,宣 布 无 边 界 构 想 / 超 时 空 和 超 引 力 出 版 /被 授予 大 英 帝 国 高 级 骑 士1985 年 在 瑞 士 病 倒 /实 行 气 管 造 口 手 术 从 而 失 去 语 言 能 力 ， 使 用 带 造 音 器 的 计 算机 1988 年 时 间 简 史 :从 大 爆 炸 到 黑 洞 出 版 /获 沃 尔 夫 基 金 奖1989 年 被 授 予 大 英 帝 国 荣 誉 爵 士1990 年 与 妻 子 离 异1991 年 时 间 简 史 同 名 电 影 上 映1993 年 “黑 洞 与 婴

23、儿 宇 宙 ”及 其 他 论 文 出 版 2001 年 10 月 又 一 部 力 作 果 壳 中 的 宇 宙 出 版 发 行 “果 壳 中 的 宇 宙 ”典 出 莎 士 比 亚 的 哈 姆 雷 特 。 哈 姆 雷 特 在 剧 中 吟 唱 道 ： 即 便 把他 关 在 果 壳 中 ， 他 仍 然 是 无 限 空 间 之 王 。 艺 术 和 科 学 是 息 息 相 通 的 ， 莎 翁 和 霍 金 本 就 是他 们 各 自 领 域 中 的 无 限 空 间 之 王 。 宇 宙 学 家 霍 金 认 为 ， 整 个 宇 宙 是 由 一 个 高 维 果 壳 状 的泡 泡 演 化 而 来 的 ， 果 壳 上

24、的 皱 纹 （ 即 量 子 扰 动 ） 在 演 化 中 产 生 了 今 天 宇 宙 的 所 有 结 构 。30 多 年 来 ， 世 界 上 一 批 天 才 的 头 脑 创 建 了 一 门 叫 做 “弦 论 ”的 学 科 ， 其 最 新 版 本 叫做 M 理 论 。 弦 论 能 解 释 所 有 已 知 的 自 然 力 （ 强 力 、 弱 力 、 电 磁 力 和 引 力 ） ， 所 以 它 又被 称 为 万 物 理 论 。 弦 是 一 种 高 维 空 间 （ 霍 金 认 为 维 数 应 是 10 维 或 11 维 ） 中 的 1 维客 体 ， 弦 的 概 念 可 以 进 一 步 推 广 到 p 胚

25、 ， 后 者 是 高 维 空 间 的 p 维 客 体 。 霍 金 认 为 ， 时空 就 是 一 张 推 广 了 的 “膜 ”， 不 过 这 张 膜 不 是 2 维 的 ， 而 是 4 维 的 。 物 理 学 家 为 此 创 造了 一 个 新 词 brane， 尽 管 这 个 词 已 被 使 用 了 十 多 年 ， 目 前 似 乎 尚 未 被 牛 津 词 典 收 入 ， 在我 国 的 一 些 学 术 文 章 中 将 它 译 为 “胚 ”。 当 p 等 于 零 时 ， 胚 就 是 点 粒 子 ； 当 p 等 于 1时 ， 胚 就 是 弦 ； 当 p 等 于 2 时 ， 胚 就 是 膜 （ menb

26、rane） ； 而 在 一 般 情 况 下 ， 就 称 为胚 ， 即 高 维 的 “膜 ”。人 们 常 说 ， 弦 论 是 一 门 21 世 纪 的 数 学 ， 却 不 幸 地 早 产 于 20 世 纪 。 所 以 ， 虽 然人 们 已 经 讨 论 了 弦 论 的 许 多 性 质 ， 更 知 道 它 是 一 个 真 正 了 不 起 的 理 论 ， 但 要 把 弦 论 讲 清楚 实 在 不 容 易 。 弦 论 的 基 本 假 设 是 ： 不 存 在 粒 子 ， 而 只 有 弦 在 空 间 中 运 动 。 一 条 弦 就 是一 个 画 在 空 间 中 的 圈 。 弦 论 假 设 只 存 在 一 种

27、 弦 ， 而 各 种 不 同 的 粒 子 只 不 过 是 弦 的 不 同 振动 模 式 而 已 。 当 一 条 弦 随 时 间 运 动 时 ， 它 的 轨 迹 不 是 一 条 线 而 是 一 根 管 子 。 两 条 弦 还 可以 结 合 形 成 一 条 新 弦 ， 一 条 弦 也 可 以 分 裂 成 两 条 。 自 然 界 中 的 一 切 相 互 作 用 ， 包 括 电 子和 光 子 的 相 互 作 用 ， 都 可 以 用 弦 的 分 裂 和 结 合 来 解 释 。在 研 究 的 过 程 中 ， 存 在 着 五 个 不 同 种 类 的 自 洽 弦 理 论 ， 这 与 弦 论 追 求 一 种 单

28、 一 理 论的 初 衷 相 左 。 经 过 数 年 努 力 ， 物 理 学 家 终 于 找 到 解 决 问 题 的 钥 匙 。 尽 管 目 前 这 一 理 论 还未 得 到 一 个 大 家 一 致 赞 同 的 形 式 ， 但 至 少 已 为 它 起 了 一 个 名 字 ： M 理 论 。 在 M 理 论中 ， 空 间 和 时 间 以 普 朗 克 尺 度 为 基 本 单 位 。 普 朗 克 尺 度 可 以 根 据 已 知 的 基 本 原 理 来 建 立， 普 朗 克 长 度 为 10 33 厘 米 ， 普 朗 克 时 间 为 10 43 秒 。在 M 理 论 中 ， 时 空 是 10 维 或 者

29、 是 11 维 的 ， 为 什 么 日 常 生 活 中 所 见 的 时 空 是 4维 的 呢 ？ 霍 金 认 为 ， 存 在 着 两 种 可 能 的 解 释 ： 一 可 能 是 所 有 额 外 维 的 尺 度 非 常 小 ， 甚 至如 普 朗 克 尺 度 那 样 小 ， 实 在 难 以 观 察 到 ； 二 可 能 是 额 外 维 的 尺 度 相 当 大 ， 甚 至 可 达 无 穷大 ， 只 是 在 目 前 的 观 察 条 件 下 尚 未 观 测 到 。霍 金 认 为 ， “大 的 额 外 维 是 新 理 论 探 索 中 的 激 动 人 心 的 进 展 ， 它 蕴 涵 着 我 们 生 活 在一

30、个 胚 世 界 中 ， 一 个 在 高 维 时 空 中 的 4 维 面 或 膜 ”中 。 强 力 、 弱 力 和 电 磁 力 将 被 限制 在 这 个 胚 中 ， 所 以 任 何 与 引 力 不 相 关 的 物 理 问 题 就 会 和 在 4 维 时 空 中 的 一 样 。 比 如， 支 配 构 成 人 体 的 物 理 定 律 是 描 写 电 磁 力 的 量 子 电 动 力 学 ， 所 以 胚 世 界 的 存 在 ， 并 不 会影 响 到 人 体 的 构 造 。 与 此 相 反 ， 引 力 则 会 弥 散 到 整 个 高 维 空 间 中 去 。 也 就 是 说 ， 引 力 随距 离 的 减 少

31、 可 能 比 以 往 的 估 计 更 快 。 如 果 引 力 的 这 种 更 快 速 减 小 可 延 伸 至 天 文 距 离 ， 就 应 该 在 行 星 轨 道 上 觉 察 到 这 一 效应 。 这 样 ， 行 星 轨 道 会 是 不 稳 定 的 ： 行 星 要 么 掉 到 太 阳 中 去 ， 要 么 逃 逸 到 寒 冷 黑 暗 的 星际 空 间 中 去 。 然 而 ， 若 该 额 外 维 在 离 人 类 生 活 其 上 的 胚 不 远 的 另 一 胚 处 终 结 的 话 ， 这 种效 应 就 不 会 发 生 。 那 么 ， 对 于 超 过 两 个 胚 相 分 离 的 距 离 ， 引 力 就

32、会 如 上 述 像 电 磁 力 那 样， 不 能 自 由 地 发 散 开 去 ， 而 被 有 效 地 局 限 在 胚 上 ， 并 且 减 小 的 速 率 刚 好 适 合 于 行 星 轨 道。 在 实 验 室 中 精 确 地 测 量 物 体 之 间 万 有 引 力 是 一 件 十 分 艰 难 的 工 作 ， 实 验 尚 未 探 测 出 当胚 的 分 离 小 于 几 毫 米 时 它 的 效 应 。 尽 管 理 论 家 预 言 ， 在 距 离 短 于 胚 之 间 的 分 离 距 离 时 ，引 力 会 下 降 得 更 快 速 。 但 是 实 验 研 究 者 迄 今 缺 少 有 效 的 手 段 进 行

33、测 量 ， 一 旦 在 更 短 距 离下 的 测 量 成 功 ， 就 能 鉴 别 人 类 所 在 的 胚 世 界 究 竟 是 这 样 的 ， 还 是 那 样 的 。为 了 解 释 恒 星 绕 着 银 心 转 动 的 速 度 ， 就 必 须 假 设 存 在 着 暗 物 质 。 恒 星 绕 银 心 作 缓 慢的 转 动 ， 大 约 2 亿 多 年 转 动 一 周 。 银 河 系 的 形 状 像 一 个 盘 子 ， 银 心 附 近 聚 集 着 大 量 的恒 星 ， 银 盘 里 包 含 了 更 多 的 气 体 、 尘 埃 以 及 一 些 恒 星 。 如 果 套 用 开 普 勒 定 律 ， 银 盘 外

34、部的 恒 星 的 运 动 速 度 应 当 比 靠 近 银 心 的 转 得 慢 ， 但 是 观 测 结 果 并 非 如 此 ， 整 个 银 盘 内 恒 星的 运 动 速 度 大 致 相 同 。 所 以 ， 天 文 学 家 认 为 银 河 系 中 存 在 大 量 暗 物 质 ， 它 们 中 的 大 部 分分 布 在 银 盘 的 外 围 ， 从 而 加 快 了 这 部 分 区 域 内 恒 星 的 运 动 速 度 。 对 星 系 团 内 全 部 星 系 运动 状 况 的 研 究 也 得 出 相 同 结 论 。对 宇 宙 更 大 尺 度 结 构 的 仔 细 研 究 也 表 明 可 能 存 在 着 暗 物

35、 质 。 这 种 结 构 是 以 星 系 团 和超 星 系 团 集 结 在 一 起 的 方 式 出 现 的 。 进 一 步 考 虑 到 宇 宙 年 龄 在 1 秒 到 3 分 钟 之 间 的核 反 应 及 其 宇 宙 轻 元 素 的 丰 度 ， 暗 物 质 必 须 以 不 参 与 核 反 应 的 形 式 存 在 。 这 就 意 味 着 暗物 质 应 以 中 微 子 或 类 似 于 中 微 子 （ 轴 子 、 有 质 量 弱 相 互 作 用 粒 子 等 ） 的 形 式 出 现 ， 它 们不 带 电 荷 因 而 不 受 电 磁 力 、 强 力 的 影 响 。霍 金 认 为 ， 在 4 维 “膜 ”

36、世 界 中 ， 人 类 生 活 在 一 个 胚 中 ， 邻 近 还 有 另 一 个 “影 子 ”胚。 因 为 光 被 限 制 在 胚 中 ， 不 能 传 播 到 另 一 个 胚 ， 所 以 人 类 不 能 看 到 影 子 世 界 。 但 是 人 类会 感 觉 到 影 子 胚 中 的 物 质 的 引 力 影 响 。 这 种 引 力 在 人 类 所 在 的 胚 世 界 中 会 显 示 成 一 种 “暗 ”源 。 检 测 “影 子 ”胚 的 仅 有 办 法 是 通 过 引 力 的 途 径 。霍 金 说 ， 弦 、 膜 和 胚 “与 宇 宙 中 任 何 其 他 东 西 一 样 ， 都 会 有 量 子

37、起 伏 。 ”这 些 量 子起 伏 就 使 得 胚 这 样 一 类 客 体 会 自 发 地 创 生 和 消 失 。 这 个 过 程 很 有 一 点 像 沸 腾 的 水 中 蒸 汽泡 形 成 的 过 程 。 量 子 力 学 中 的 海 森 伯 不 确 定 性 原 理 导 致 了 胚 从 泡 泡 中 创 生 。 如 果 这 个 4维 泡 泡 继 续 长 大 ， 那 么 生 活 在 这 个 泡 泡 上 的 人 就 会 感 到 宇 宙 正 在 膨 胀 。按 照 霍 金 的 无 边 界 设 想 ， 胚 世 界 的 自 发 创 生 有 一 段 虚 时 间 的 历 史 。 在 这 段 历 史 中 ，宇 宙

38、像 一 个 果 壳 ： 一 个 4 维 球 面 （ 不 妨 想 像 成 是 一 个 多 了 两 维 的 核 桃 壳 ） 。 只 是 果壳 是 空 的 ， 在 这 胚 世 界 图 像 中 的 4 维 果 壳 是 满 的 ： 人 类 生 活 其 中 的 胚 在 虚 时 间 中 的 历史 是 一 个 4 维 球 ， 它 是 一 个 5 维 泡 泡 的 边 界 ， 而 余 下 的 5 维 或 6 维 是 卷 曲 的 ， 并 且卷 得 非 常 小 。依 照 霍 金 的 理 论 ， 胚 在 虚 时 间 的 历 史 将 决 定 它 在 实 时 间 的 发 展 。 高 维 泡 泡 在 虚 时 间中 产 生 一

39、 个 完 全 光 滑 的 球 形 的 4 维 “果 壳 ”的 概 率 是 最 高 的 ； 然 而 ， 这 又 对 应 于 在 实 时间 内 以 暴 胀 方 式 永 远 膨 胀 的 胚 。 星 系 不 能 在 这 种 胚 世 界 中 形 成 ， 从 而 智 慧 生 命 也 不 会 出现 。 然 而 ， 高 维 泡 泡 在 虚 时 间 中 产 生 一 个 有 点 不 光 滑 和 偏 离 球 形 的 4 维 “果 壳 ”的 概 率虽 然 稍 低 一 些 ， 但 是 却 能 与 实 时 间 中 的 减 速 暴 胀 过 程 （ 胚 在 开 始 时 有 一 个 加 速 膨 胀暴 胀 的 相 ， 随 后 膨

40、 胀 又 缓 慢 下 来 ） 相 对 应 。 在 这 个 减 速 暴 胀 过 程 中 ， 星 系 可 能 形 成， 智 慧 生 命 也 会 出 现 。 有 趣 的 是 ， 这 些 智 慧 生 命 将 会 创 造 一 种 宇 宙 理 论 ， 认 识 到 他 们 来自 于 不 那 么 光 滑 ， 也 不 那 么 圆 的 4 维 “膜 ”。随 着 霍 金 那 根 神 奇 的 手 指 ， 游 历 了 神 奇 的 果 壳 中 的 宇 宙 之 后 ， 会 有 什 么 感 想 ？ 果 真每 个 人 都 是 来 自 于 神 奇 果 壳 中 的 生 灵 ?!1 霍 金 .果 壳 中 的 宇 宙 .长 沙 ： 湖 南 科 学 技 术 出 版 社 ， 20022 李 新 洲 .科 学 ， 1998， 50(6)： 183 李 新 洲 .科 学 ， 1986， 38(5)： 162