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第11章 黑 洞: 空间——时间的一个区域

去研究我认为可以解决的问题。”

珍娜?韩福瑞:“有一回他提议晚上跳苏格兰舞。”

克里斯多福?伊宣蒙:“你就得到这个没有过去的美妙图画——所以你真正能说的是宇宙存在。”

贝西尔?金:“我们用一包糖来打赌。”’

雷蒙?拉夫勒蒙:“史蒂芬,我仍然得到原先的那个答案。”

约翰?马克连纳汉:“这个家庭就是会做那些古怪的事。”

因?莫斯:“我有一次就是把一盒雪茄藏在它的轮椅中而走私过关的。”

当?佩奇:“这是科学既不能证实也不能证伪的事体。”

罗杰?彭罗斯:“在穿过马路时,我得到某种观念,可是它在我头脑中被完全遮盖了。”

德瑞克?鲍尼:“有一天晚上我和他坐在那里,他问道:‘你读过约翰?但恩的哀歌没有?’”

派却克?沈德斯:“我在那时就很清楚,他对这课程比我了解得还多。”

邓尼斯?西阿玛:“我们跨出第一步之后便无法停止了。几乎每一年都有激励人心的新发现。”

约翰?泰勒:“当然你的手表或手腕都很悲惨地毁灭。”

基帕?索恩:“他发展了一系列强有力的其他人都没有的工具。”

约翰?惠勒:“女孩是正常恒星,而男孩是黑洞。”

布里安?维特:“我们使用轮赌盘上转动的球来比喻。”

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时间简史续编跋

有关《时间筒史》电影和本书附注

《时间简史续编》的创作,是为了让《时间简史》的读者,以及埃洛尔?莫雷斯所导演摘录该书的记录片的观众,对史蒂芬?霍金生活和研究有一个清晰的了解。它包括称为《时间简史》的同名影片中的大部分资料,还有会晤、图解,以及霍金教授自己的叙述。

霍金教授在本书感谢中表示,他坚信关于宇宙的起源和命运的基本思想可以不用数学来陈述,而且没有受过科学教育的人也能理解。他在这一点上的成功是辉煌的,这已由该书在世界各地广受欢迎而得到证实,然而该书也可以说非常令人迷惑:史蒂芬?霍金以他写作的天才和智慧使读者佩服,而其强有力的概念,使读者渴望进一步了解科学以及作者。

这部电影和本书的创作动机,就是要更进一步探索这两方面。随着《续编》的进展,不仅游历霍金教授的世界,也游历了记录片制作的世界。电影媒介让观众利用视觉来吸收人物的形象和复杂的观念,利用听觉来吸收声音和音乐。最有效地位影片成形并上演,是对影片制作者的挑战。用文字表达则有不同的挑战和要求。我们希望影片和《续编》能以不同的方式,来回应渴望了解史蒂芬?霍金和他的研究的观众和读者。

筹划这部电影整整花了三年时间,总共耗资三百五十万美元,而且得到罕有的激动人心的机会:去寻找形成史蒂芬?霍金个人宇宙和专业宇宙的那些人,并且把他们的洞察、意见和回忆编织成一幅完整的画像,当然还从霍金本人那里直接且详细地了解了许多。

当我们第一次找到霍金教授,要求制作《时间简史》电影时,我们察觉到一种关于在影片制作者和著名科学家之间合作的可以理解的焦急之情。但是在开始的一系列会面之后,紧张情绪就转变成强有力的工作关系。在剪接最紧张之时,为了完成影片的最后剪辑,史蒂芬?霍金和埃洛尔?莫雷斯在剪接室里待了好几个小时。

这次制作把霍金和他家庭的几个成员、他的合作者、终生的朋友,以及一些世界上一流的科学家带到一块。莫雷斯让人们在讲故事或描述他们研究的过程时阐释自己的神奇能力,制作成成千上万英尺的影像记录。这些材料是如此丰富,很快就明显地感到有必要写成一部书。因为像这样经由访问构成叙述核心的影片只放映九十分钟,它只能使用实际影像的一小部分。此外,霍金教授写了大量精彩的叙述,由于篇幅限制不能全部涵括。

这部书利用了几百小时的访问,包括了九个未收录到电影中的人。我们让史蒂芬?霍金更充分、更直接地谈论他的生活和研究。本书还包括有关参与者和科学概念的背景讯息、家庭照片,以及特德?巴发罗柯斯没有用到影片中的艺术作品。

正是遵循着把影片作为史蒂芬?霍金极其重要的研究,和他生活忠实写照的同一宗旨,才形成了这部作品。这部书对于影片制作者而言,似乎也是一部真正的文献。这也是除了创作此影片的人以外的许多人的心血。拜坦姆的总裁和出版家林达?格雷、拜坦姆的资深编辑——安?赫雷斯,由于她们的耐心、勤奋和洞察,而值得特别感谢。金?斯通准备了文字,迈克尔?孟德尔逊为这本书做设计,他们投入的负责精神值得赞赏。本书的经纪人阿尔?朱克曼是这一规划的忠诚工作者。我感谢参与埃罗尔?莫雷斯访问的二十七位人士,不仅由于他们的时间,而且也由于他们对电影和本书直率而启发性的贡献。本片的科学顾问悉尼?柯尔曼提供了极有价值的帮助。我们特别感谢史蒂芬?霍金的职员:许?梅西、安德鲁?丹、斯图亚特?贾米逊和约纳逊?伯伦奇利。

埃罗尔?莫雷斯、英格利亚电视执行制作柯林?厄文、电影的制作者、英格利亚电视的大卫?希克曼,和我本人愿对史蒂芬?霍金致以最崇高的谢意。我们为能有机会在电影中阐释他的研究,和他为这部电影和这本书所贡献的智慧、亲切和热情而衷心感激。

高登?弗利曼

《时间简史》执行制作

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小辞典

反粒子:每个类型的基本粒子都有同一类型的反粒子。

当一个粒子和这样的一个反粒子相遇时,它们就湮灭,只留下能量。

原子:通常物质的基本单元。原子包含质子和中子的一个核以及围绕着它转动的电子。

大爆炸:当宇宙的一切都处于具有无限密度和温度的单独的一点时,在宇宙开端处的奇点。

大挤压:当宇宙的一切都坍缩到具有无限密度和温度的单独的一点时,在宇宙终结处的奇点。

黑洞:空间——时间的一个区域,因为那里的引力是如此之强,以至于任何东西,甚至光都不能从该处逃逸出来。黑洞是看不见的。然而,量子力学的不确定性原理允许粒子和辐射从黑洞漏出来。

经典力学:定律的一个系统,其中每个物体都有确定的位置和速度。现在它已为量子力学所超越,在量子力学中物体不具有确定的位置和速度。

宇宙线:从太空来的高能物质粒子,它以接近于光速的速度运动。

宇宙学:对整个宇宙的研究。

电子:一种通常绕着原子核公转的基本粒子。它属于叫做轻子的低质量物质粒子族,它具有-1的电荷。

基本粒子:不具有任何内部结构的粒子。它们可以归类于物质粒子和携带力的粒子两种范畴。

熵:一个系统的无序度的量度。按照热力学第二定律它必须永远增加。

事件视界:黑洞的边界。一旦越过这个边界,就不可能从黑洞逃逸。

频率:对于一颗光子,这是和该光子相关联的电磁场的变化率。光子的频率越高则能量越大。

伽玛射线一种极高能量的光子,它可由核反应或在宇宙早期形成的低质量的“太初”黑洞发射出。典型的伽玛射线的波长为0.0000000001米。

广义相对论:爱因斯坦的第二种相对性理论(1916年)。该理论认为引力是由空间——时间几何(也就是,不仅考虑空间中的点之间,而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何)的畸变引起的,因而引力场影响时间和距离的测量。

霍金辐射:从黑洞的事件视界发射出来的基本粒子和辐射。黑洞越小,则霍金辐射的量越大,而黑洞收缩得越快,随着黑洞最终蒸发并消失引起一个巨大的爆炸。

虚时间:方程式中的时间变量被当作虚数处理的思想。虚数是-1的平方根的倍数。

暴涨:被认为在极早期宇宙发生的加速膨胀的时期。

微波:波长大约为1厘米的辐射。

微波背景辐射:在宇宙的所有方向传播的电磁谱微波区域的辐射。这种背景辐射是由大爆炸引起的巨大的热量的残余,因此它被认为是该理论的一个证实。

中子:一种不带电荷的、通常可在原子核中找到的非基本粒子。它由所谓的夸克的基本粒子构成。

中子星:一种这么密集的恒星,它的力强到足以使原子中的大部分电子和质子结合成中子。

无边界设想:空间和虚时间一起形成一个范围有限,但是没有边界或边缘的曲面的设想。在这个设想中,空间——时间像是地球的表面,只不过多了两维而已。

光学望远镜:使用人眼可见光形成恒星和星系的像的望远镜。

光子:光的基本粒子或量子。

太初黑洞:在大爆炸后很短的时间内形成的黑洞。

质子:通常在原子核中找到的非基本粒子。它带有+1的电荷。它由所谓的夸克的基本粒子构成。

脉冲星:旋转中子星。当它的磁场和围绕的磁场相互作用时就发射出射电波的脉冲。

量子引力:把量子力学和广义相对论结合在一起的理论。

量子力学:一种理论系统。其中粒子不具有准确定义的位置和速度,在许多方面的行为和波动类似。相似地,诸如光的波动在许多方面像是粒子。

类星体:和恒星类似的物体。被认为向一颗巨大的旋转黑洞和正在大量地降落上去的物质组成。在物质落到黑洞里面之前,会变成非常热并发射出大量能量。类星体极其遥远,但是由于它们的功率这样强大,仍然能被观测到。

射电望远镜:一种描绘出诸如类星体和射电星系的射电源在天空位置地图的望远镜。

射电波:电磁场的波动。和可见光波类似,但是具有更长得多的、数量级为几米而不是几厘米的波长。

热力学第二定律:该定律说,宇宙中的无序度的量度,或者熵随时间增加。它和其他定律的不同之处在于,它不总是真的,但几乎总是真的,它还依赖于宇宙从一个有序的状态启始。

奇点:空间——时间的具有无限曲率的一点,空间——时间在该处完结。经典广义相对论预言奇点将会发生,但由于理论在该处失效,所以不能描述在奇点处会发生什么。

空间——时间:相对论中的宇宙的四维描述。它把空间的三维和时间的一维统一在一起。在广义相对论中弯曲的空间——时间被用来描述引力。

狭义相对论:爱因斯坦的第一种相对性理论(190年)。该理论认为光总是以常速率运动,不管它在何处运动,其速率是一个绝对常数。这个理论把空间和时间统一成一个平坦的、四维的空间——时间,但是它没有描述引力的效应。

稳态理论:一种现在受到普遍怀疑的宇宙学理论。该理论认为在存在的星系之间的膨胀空间中新物质会产生出来。

热力学:物理学中有关热和能量的其他形式的分支。

不确定性原理:该原理陈述,人们永远不能同时精确得知一个粒子的位置和速度,越精确知道其中的一个,则越不精确知道另外的一个。

虚粒子:量子力学的不确定性原理允许,宇宙中的能量于短暂时间内在固定的总数值左右起伏。起伏越大则时间越短。从这种能量起伏产生的粒子称为虚粒子。当能量恢复时虚粒子湮灭。

波函数:描述在不同点找到一个粒子的概率的分布。

宇宙的波函数:描述在一定的时刻找到宇宙的不同形状的概率的分布。

白矮星:一种达到稳态的恒星,其质量没有大到使其引力足够强到引起向自身坍缩的程度。

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