?宇宙論是一門既古老又年輕的學(xué)科。作為宇宙里高等生物的人類不會(huì)滿足于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(jìn)化是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德－托勒密的地心說(shuō)到哥白尼－伽利略的日心說(shuō)的演化就花了2000年的時(shí)間。令人吃驚的是，盡管人們知道世間的一切都在運(yùn)動(dòng)，只是到了本世紀(jì)20年代因哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移定律后，宇宙演化的觀念才進(jìn)入人類的意識(shí)。人們甚至從來(lái)沒(méi)有想到過(guò)宇宙還會(huì)演化。牛頓的萬(wàn)有引力定律表明，宇宙的物質(zhì)在引力作用下不可能處于穩(wěn)定的狀態(tài)。即使在愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中，情況也好不到哪兒去，為了得到一個(gè)穩(wěn)定的宇宙模型，他曾將宇宙常數(shù)引進(jìn)理論中。他們都希望在自己的理論中找到穩(wěn)定的宇宙模型。可見(jiàn)，宇宙演化的觀念并不是產(chǎn)生于這些天才的頭腦之中。

將哈勃的發(fā)現(xiàn)當(dāng)成現(xiàn)代宇宙論的誕生是公平的。哈勃發(fā)現(xiàn)，從星系光譜的紅移可以推斷，越遠(yuǎn)的星系以越快的速度離開(kāi)我們而去，這表明整個(gè)宇宙處于膨脹的狀態(tài)。從時(shí)間上倒溯到過(guò)去，估計(jì)在100 億到200億年前，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一樁開(kāi)天辟地的大事件，即宇宙從一個(gè)極其緊致、極熱的狀態(tài)中大爆炸而產(chǎn)生。伽莫夫在1948年發(fā)表的一篇關(guān)于熱大爆炸模型的文章中作出了一個(gè)驚人的預(yù)言，早期大爆炸的輻射仍殘存在我們周圍，不過(guò)由于宇宙膨脹引起的紅移，其絕對(duì)溫度只余下幾度左右，在這種溫度下，輻射是處于微波的波段。但在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙微波背景輻射之前，人們并不認(rèn)真對(duì)待此預(yù)言。

一般認(rèn)為，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是用于描述宇宙演化的正確的理論。在經(jīng)典廣義相對(duì)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(shí)間一定存在奇點(diǎn)，最著名的奇點(diǎn)即是黑洞里的奇點(diǎn)以及宇宙大爆炸處的奇點(diǎn)。在奇點(diǎn)處，所有定律以及可預(yù)見(jiàn)性*都失效。奇點(diǎn)可以看成空間時(shí)間的邊緣或邊界。只有給定了奇點(diǎn)處的邊界條件，才能由愛(ài)因斯坦方程得到宇宙的演化。由于邊界條件只能由宇宙外的造物主所給定，所以宇宙的命運(yùn)就操縱在造物主的手中。這就是從牛頓時(shí)代起一直困擾人類智慧的第一推動(dòng)問(wèn)題。

如果空間－時(shí)間沒(méi)有邊界，則就不必勞駕上帝進(jìn)行第一推動(dòng)了。這只有在量子引力論中才能做到。霍金認(rèn)為宇宙的量子態(tài)是處于一種基態(tài)，空間－時(shí)間可看成一有限無(wú)界的四維面，正如地球的表面一樣，只不過(guò)多了兩個(gè)維數(shù)而已。宇宙中的所有結(jié)構(gòu)都可歸結(jié)于量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理所允許的最小起伏。從一些簡(jiǎn)單的模型計(jì)算可得出和天文觀測(cè)相一致的推論，如星系、恒星等等的成團(tuán)結(jié)構(gòu)，大尺度的各向同性*和均勻性*，空間－時(shí)間的平性*，即空間－時(shí)間基本上是平坦的，并因此才使得星系乃至生命的發(fā)展成為可能，還有時(shí)間的方向箭頭等等。霍金的量子宇宙論的意義在于它真正使宇宙論成為一門成熟的科學(xué)，它是一個(gè)自足的理論，即在原則上，單憑科學(xué)定律我們便可以將宇宙中的一切都預(yù)言出來(lái)。

本書(shū)作者是當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)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(jiǎng)。他還證明了黑洞的面積定理，即隨著時(shí)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(xué)的熵聯(lián)系在一起。1973年，他考慮黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)像黑體一樣發(fā)出輻射，其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會(huì)因?yàn)檩椛涠冃?，而溫度卻越變?cè)礁?，它以最后一刻的爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)一在一起。

1974 年以后，他的研究轉(zhuǎn)向量子引力論。雖然人們還沒(méi)有得到一個(gè)成功的理論，但它的一些特征已被發(fā)現(xiàn)。例如，空間－時(shí)間在普郎克尺度（10^-33厘米）下不是平坦的，而是處于一種泡沫的狀態(tài)。在量子引力中不存在純態(tài)，因果性*受到破壞，因此使不可知性*從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理、量子統(tǒng)計(jì)物理提高到了量子引力的第三個(gè)層次。

1980年以后，他的興趣轉(zhuǎn)向量子宇宙論。

本書(shū)的副題是從大爆炸到黑洞?；艚鹫J(rèn)為他一生的貢獻(xiàn)是，在經(jīng)典物理的框架里，證明了黑洞和大爆炸奇點(diǎn)的不可避免性*，黑洞越變?cè)酱螅坏诹孔游锢淼目蚣芾?，他指出，黑洞因輻射而越變?cè)叫。蟊ǖ钠纥c(diǎn)不但被量子效應(yīng)所抹平，而且整個(gè)宇宙正是起始于此。

理論物理學(xué)的細(xì)節(jié)在未來(lái)的20年中還會(huì)有變化，但就觀念而言，現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)完備了。

霍金的生平是非常富有傳奇性*的，在科學(xué)成就上，他是有史以來(lái)最杰出的科學(xué)家之一，他的貢獻(xiàn)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?yàn)樗呢暙I(xiàn)對(duì)于人類的觀念有深遠(yuǎn)的影響，所以媒介早已有許多關(guān)于他如何與全身癱瘓作搏斗的描述。盡管如此，譯者之一于1979年第一回見(jiàn)到他時(shí)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(duì)論小組的討論班時(shí)，門打開(kāi)后，忽然腦后響起一種非常微弱的電器的聲音，回頭一看，只見(jiàn)一個(gè)骨瘦如柴的人斜躺在電動(dòng)輪椅上，他自己驅(qū)動(dòng)著電開(kāi)關(guān)。譯者盡量保持禮貌而不顯出過(guò)分吃驚，但是他對(duì)首次見(jiàn)到他的人對(duì)其殘廢程度的吃驚早已習(xí)慣。他要用很大努力才能舉起頭來(lái)。在失聲之前，只能用非常微弱的變形的語(yǔ)言交談，這種語(yǔ)言只有在陪他工作、生活幾個(gè)月后才能通曉。他不能寫(xiě)字，看書(shū)必須依賴于一種翻書(shū)頁(yè)的機(jī)器，讀文獻(xiàn)時(shí)必須讓人將每一頁(yè)攤平在一張大辦公桌上，然后他驅(qū)動(dòng)輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁(yè)閱讀。人們不得不對(duì)人類中居然有以這般堅(jiān)強(qiáng)意志追求終極真理的靈魂從內(nèi)心產(chǎn)生深深的敬意。從他對(duì)譯者私事的幫助可以體會(huì)到，他是一位富有人情味的人。每天他必須驅(qū)動(dòng)輪椅從他的家——?jiǎng)蛭髀罚堤?hào)，經(jīng)過(guò)美麗的劍河、古老的國(guó)王學(xué)院駛到銀街的應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的辦公室。該系為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。

在富有學(xué)術(shù)傳統(tǒng)的劍橋大學(xué)，他目前擔(dān)任著也許是有史以來(lái)最為崇高的教授職務(wù)，那是牛頓和狄拉克擔(dān)任過(guò)的盧卡遜數(shù)學(xué)教授。

本書(shū)譯者之一曾受教于霍金達(dá)四年之久，并在他的指導(dǎo)下完成了博士論文。此書(shū)即是受霍金之托而譯成中文，以供占人類五分之一的人口了解他的學(xué)說(shuō)。

許明賢 吳忠超