引言

我想尝试通过这一系列讲座,来阐明我们所认识的宇宙史之基本轮廓,从大爆炸到黑洞。在第一讲中我将简要回顾过去年代中有关宇宙的若干观念,以及如何取得目前的宇宙图像。您也许可以把这称为宇宙史的历史。

在第二讲中我要说明的问题是,如何从牛顿和爱因斯坦的两种引力理论推断,宇宙不可能是静态的;它只能处于膨胀或收缩之中,两者必居其一。接下来的推论是,在100亿到200亿年之前的某个时间,宇宙的密度为无穷大。这一时刻称为大爆炸,宇宙应该由此诞生。

第三讲的内容与黑洞有关。当一颗大质量恒星,或者质量更大的天体,在自引力作用下发生坍缩 坍缩:在满足一定的前提条件下,天体会在自引力作用下向内收缩,直至达到新的平衡态,这一过程称为坍缩,如星云经坍缩而形成恒星,恒星坍缩成白矮星等。(本书所有边注均为译者所加),便可以形成黑洞。根据爱因斯坦的广义相对论广义相对论:研究物质在空间和时间中如何进行引力相互作用的理论,与牛顿引力理论完全不同,由美国物理学家爱因斯坦于1915年完成。,如果有人愚不可及,一步跌入黑洞,那就会一去不返,永远消失。他们绝不可能再度从黑洞中逃逸出来。相反,对这样的人来说经历会是非常痛苦的,等待着他们的是最终到达一个奇点。但是,广义相对论是一种经典理论——这就是说,它没有考虑到量子力学的测不准原理测不准原理:量子力学的一条重要原理,说明微观客体的坐标和动量不可能同时具有确定的值,由德国物理学家海森伯于1927年提出,又称“测不准关系”。

在第四讲中我将要阐明量子力学如何允许能量从黑洞中逸出,黑洞并非人们所描绘的那样黑不可知。

阿尔伯特·爱因斯坦(1879—1955)

第五讲的主题涉及把量子力学的一些观念用于大爆炸和宇宙起源。由此引出的重要概念是,时空可以在范围上是有限的,但没有边际,或者说它是无界的。这有点像地球的表面,不过还得增加两维。

第六讲中所要讨论的问题是,尽管物理学定律就时间上来说是对称的,但这种新的、有关宇宙边界的设想,也许可以用来解释过去和未来为什么会有霄壤之别。

最后,第七讲中我要阐述的是,人们如何尽力寻求一种统一理论,以能囊括量子力学、引力以及物理学中的其他所有相互作用。一旦做到这一点,我们将会真正理解宇宙以及我们在宇宙中的地位。

大质量恒星坍缩后形成的蟹状星云