《時間簡史》插圖版
作者:[英]史蒂芬·霍金
譯者:許明賢 吳忠超
版本:湖南科學技術出版社
2025年6月
距離我第一次閱讀《時間簡史》
已有20多年
《時間簡史》應該是我讀過次數最多的一本書。從中學到大學,一直到博士畢業,它的中文和英文版本,我都反復讀過。我曾經開設過一個音頻節目,在節目中我也為讀者推薦了這本書——在推薦和講解的過程中,我當然又讀了一遍這本經典著作。
我至今還記得自己第一次在校門口的書店里見到《時間簡史》的情形。它的封面是黑紅配色,作為“第一推動叢書”中的一本與其他幾本和物理學有關的書籍并排擺放在書架上。后來我逐漸把這套叢書都集齊,不過我清楚記得這套書中我買的第一本就是《時間簡史》——原因很簡單,這本書實在是太有名了,它的作者是大名鼎鼎的理論物理學家史蒂芬·霍金。當時剛上高中的我以為只要讀懂了這本書,就能夠對物理學有深刻的理解,距離成為物理學家也就更近了一步。
電影《萬物理論》(2014)劇照。
距離我第一次閱讀《時間簡史》到現在已經有20多年時間,不過當時讀到霍金在書中講述“時間”“空間”“基本粒子”“黑洞”等概念時那種激動的心情至今仍記憶猶新,畢竟這些內容距離我當時的生活太過遙遠。想到物理學家每天都在思考這些話題,我就認定物理學家是世界上最偉大,也是最幸福的職業。當時我還有另一種全新的感受,就是這本書我并不能完全讀懂。其中一些講述物理學史的部分我還能大致理解,但是當涉及更專業的知識,我就只能囫圇吞棗,暫且記下一些諸如“黑洞輻射”“引力坍縮”“虛粒子”“蟲洞”等看上去很酷的名詞。
在大學里我并沒有選擇物理學專業。不過作為理工科學生,我學習了關于相對論和量子力學的基礎知識。理工科學生普遍對基礎物理學感興趣。在我們的男生宿舍里,總會流傳著幾本關于物理學的科普書,其中自然少不了這本《時間簡史》。此時再讀這本書,我對其中討論的時間和空間的性質,以及基本粒子的內容開始有了更多的理解,不過對于作者在最后所描述的物理學的大統一仍然感到困惑,不知道人類距離得到這樣一個完美理論究竟還有多遠。
大學畢業之后我去英國留學。或許是受到少年時理想的召喚,輾轉幾年之后我來到了劍橋大學,選擇物理學為研究專業(我所在的是卡文迪許實驗室,與霍金工作的理論物理系并不是同一個系)。湊巧的是,在這個大學城里,我的宿舍與霍金的住所距離極近,大約只相隔一條馬路。于是在很多個黃昏,我出門時都能看到一個婦人推著一輛裝有屏幕的輪椅走在劍河邊。一個老者以一種奇怪姿勢坐在輪椅中,他便是著名的理論物理學家霍金。這時過往的路人往往會停下,看向這個只有眼球能夠動彈的老者,卻無人上前打擾。
在這樣奇妙緣分的驅使下,我開始閱讀英文版的《時間簡史》。此時我大約可以理解作者在撰寫這本面向大眾的物理學科普書的思路了:由人類對于時間和空間的基本認識談起,進而討論時空的性質,然后由宏觀層面轉入微觀層面,講述關于粒子物理學的基本概念,將宏觀和微觀理論結合在一起討論黑洞的性質,最后在結尾處描繪將這些物理學理論融合在一起,最終形成一個大統一理論的美好前景。
時間和空間究竟是什么?
2018年3月14日,霍金在劍橋去世。當時我已經博士畢業,成為一個科學記者。在霍金去世的第二天,我便趕到霍金曾經工作的地方,劍橋大學應用數學與理論物理學系,采訪當時的系主任,也是霍金的同門師弟約翰·巴羅。我們的談話主要圍繞著霍金的學術生涯以及他與疾病作斗爭的一生,也談到了這本著名的《時間簡史》。
巴羅教授解釋,這本書的成功實際上是多種因素疊加的結果。多年以來,霍金與漸凍癥作斗爭的傳奇經歷,對于時空和黑洞本質的研究,加上他坐在輪椅上的獨特形象,使他成為物理學家中的代表性人物。這樣的人物出版科普著作,自然會吸引全世界的關注。另外,因為他的病癥需要醫護人員24小時照顧,客觀上他也需要通過創作一本暢銷書來獲得額外的收入。《時間簡史》正是在這樣的條件下誕生的,它一方面要體現出這位理論物理學家的深刻思想,另一方面,也要盡量發掘最廣大的讀者群。
電影《萬物理論》(2014)劇照。
巴羅教授介紹說,《時間簡史》的初稿類似于學術論文,里面充滿了各種圖表和公式,但這本書的編輯認為,如果文章過于專業化,將會失去大多數的非專業讀者。正是在編輯的建議下,霍金反復修改書稿,盡量用通俗的語言來解釋物理學概念,并在其中穿插講述物理學發展的歷史,最終創作出了這部經典物理學科普著作。
那么,對于首次接觸到這本書的讀者來說,究竟該怎么閱讀《時間簡史》?
從我個人的閱讀經驗來看,這本經典物理學讀物適合不同年齡段的讀者,更值得反復閱讀。因為語言簡單易懂,即便是中學生讀者也能大致理解作者的感受,即便有些地方還不能完全理解,只要能在頭腦中留下一些印象,記住一些名詞,也可以在心中埋下種子,激勵讀者學習更多的知識。
對于成年讀者,尤其是非物理學專業,又對基礎物理學充滿好奇的讀者來說,通讀這本書,基本就可以對基礎物理學的框架有所了解。當然,這本書中雖然沒有讓人望而生畏的數學公式,但很多物理學名詞確實不易理解。按圖索驥,通過學習和檢索去真正理解這些名詞,這也是深入理解物理學的一個好機會。
《時間簡史》最大的特點就在于,它用簡單易懂又較為幽默的語言,將物理學史、科學哲學以及當代物理學的整個框架完美地結合在一起講述。時間和空間究竟是什么?又是什么規律在支配著宇宙的運行?這些問題在古人眼里可能是不言自明,或是根本無從談起。隨著對自然界的認識不斷加深,人類開始逐漸認識到時空的本質以及最基本粒子的構成規則。這一套學術體系的建立,可以說是人類智慧發展的最高峰。通過這樣一本不算太厚的書,普通讀者便可以對整個物理學體系的建造過程有所了解。我認為,即便是對于物理學專業的學生和研究者來說,這本書中涉及的很多關于物理學史,以及科學哲學的討論也會讓人感到常看常新。
《時間簡史》出版后
物理學界發生了哪些大事?
《時間簡史》并不是一本新書。這本書的首次出版時間是1988年,距今已經有將近40年。在這期間,關于物理學的科普書籍層出不窮。那么為什么我們至今仍然推崇《時間簡史》?最重要的一點,就是這本書的作者霍金是世界上最知名的物理學家之一,他講述的語言雖然簡單,但他所描繪的物理學框架值得信賴,講述的方式也值得人深思。我們讀這本書,不單單要學習書中所講述的知識,更可以通過作者講述的順序和方法來體會作者對物理學的理解。
我們說這本書尚未過時,其實也揭示了近幾十年來物理學發展一個令人有些沮喪的事實——從20世紀后半葉至今,在基礎物理學領域取得的突破并不多,整個物理學的框架趨于穩定,物理學研究的最高目標——融合相對論和量子力學的萬物理論看上去仍然遙不可及——這也讓喜歡物理學科普讀物的讀者不必一味追求最新的作品。
雖說近幾十年來在基礎物理學領域取得的突破并不算多,但并不等于沒有,我們可以大致總結一下,從《時間簡史》出版到現在的這段時間里,在物理學界發生了哪些大事。在這期間最重要的,莫過于在20、21世紀之交,科學家通過堅實的證據發現,整個宇宙正在加速膨脹。要注意,宇宙膨脹和宇宙加速膨脹完全是兩個概念。發現宇宙在加速膨脹,說明在宇宙中存在著一種人們尚不理解的能量在推動著時空膨脹。這正是如今宇宙學研究的最大謎題:暗能量之謎。在《時間簡史》的第三章里,霍金用了很大的篇幅講述人類發現宇宙正在膨脹的故事。當時人類尚未發現推動宇宙加速膨脹的暗能量。
電影《萬物理論》(2014)劇照。
霍金在寫作《時間簡史》時,整個粒子物理學的基本框架已經大致確定。這個框架以描述基本粒子的“標準模型”為基礎。不過當時尚未發現一種由標準模型所預測的基本粒子——希格斯玻色子(Higgs Boson)。直到在2012年7月4日,歐洲核子中心(CERN)宣布他們通過大型強子對撞機的粒子對撞實驗終于發現了希格斯玻色子。這也標志著標準模型的最終完成。(在這之前,霍金曾經表示他并不相信希格斯玻色子真正存在。)
在2015年9月14日,物理學家又通過激光干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座干涉儀(VIRGO)直接探測到了引力波的存在。這是人類首次探測到時空自身所產生的漣漪,也再次驗證了愛因斯坦的廣義相對論。
我相信,如果霍金依然在世,并且有能力進行寫作,以上提到的這些內容都會是他在再版《時間簡史》時所添加的重點內容。在這本新版的《時間簡史》里,已經補充了暗能量、宇宙加速膨脹和引力波的相關內容。如今大師已經去世,讀者在閱讀他的經典作品時,該考慮到這部作品的完成時間,然后在新增內容的基礎上通過其他渠道去了解更新的知識。
在2016年10月,我赴瑞典首都斯德哥爾摩報道當年的諾貝爾獎頒獎情況。我問當時的諾貝爾物理學委員會執行主席,烏普薩拉大學物理學教授尼爾斯·馬藤松,諾貝爾物理學獎有沒有可能授予純理論研究者,比如史蒂芬·霍金?馬藤松回答說:“霍金教授當然是一位杰出的物理學家,但是作為諾貝爾委員會的成員,(關于誰可能獲獎)我實在是不能說更多。如果只針對你的問題,我可以回答,諾貝爾物理學獎確實可以授予純粹的理論研究者。”
4年之后,著名數學家和理論物理學家羅杰·彭羅斯“因為發現黑洞的形成是廣義相對論的一個穩健預測”而獲得了諾貝爾物理學獎。彭羅斯和霍金曾經有過持續多年的緊密合作。在彭羅斯獲獎的領域,有很多工作正是由他和霍金共同完成的。
幾十年來,《時間簡史》作為物理學科普的經典作品一直暢銷不衰,不僅是因為其語言通俗易懂,其中所蘊含的思想又十分深刻;也是因為讀者對于作者霍金的傳奇人生充滿了好奇與敬意。我愿意把這樣一部我從少年一直讀到中年,影響了我一生的經典作品再次推薦給讀者朋友們。
本文節選自《時間簡史》插圖版導讀手冊,已獲得出版社授權刊發。
原文作者/苗千
摘編/何也
編輯/王銘博
校對/楊利
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