时间简史简介（霍金的《时间简史》及其它）

时间简史简介　

记住要仰望星空，不要低头看脚下。无论生活如何艰难，请保持一颗好奇心。你总会找到自己的路和属于你的成功。
——霍金
2018年3月14日，霍金永远地告别了这个世界，飞向他终其一生所探索的宇宙。躯壳的局限之上，霍金的一生是丰富的，他出书，演讲，客串电视剧，他留给世界关于物理学家多重的想象。
《时间简史》是霍金最为被大众做熟知的作品，但和所有名著一样，《时间简史》也会遇到这样一个问题：这书到底好在哪里？
今天这篇推送，我们借助作者慧眼，不仅告诉你关于《时间简史》的故事，更关于其他牛顿以及爱因斯坦代表作的精妙之处。
四舍五入，你离人类最杰出的头脑又近了一步。
《时间简史》介绍了没有方程式的大科学。霍金的这部副标题为“从大爆炸到黑洞” 的著作，意在向非科学专业者讲解宇宙及其中的万事万物，取得了极大的成功，迄今已销售了约 2000 万册。这对于一个本以为自己时日不多的人来说是一项巨大的成就。
斯蒂芬·霍金(1942—2018)二十一岁时就被诊断出患有肌肉萎缩性侧索硬化症。疾病渐渐麻痹他的全身，霍金被认为只能再多活两年，却安然步入了古稀之年，不仅写作、发表公开演讲，还定期做客于诸如《生活大爆炸》《星际迷航:下一代》 和《飞出个未来》等大众电视剧中。他用脸颊肌肉运动控制的电子合成的“嗓音” 辨识度极高。
《时间简史》是他的首部著作。霍金在其中为自己设置了一个野心勃勃的任务， 即向普通读者介绍宇宙学知识:宇宙是如何诞生、如何运作以及可能如何终结。首先，他从历史角度审视了人类对宇宙的看法是怎样在这几千年间变化发展的。空间的历史也正是自大爆炸以后展开的时间的历史。霍金处理了在不断膨胀的宇宙中的三种时 间(如果算上想象时间的话，是四种)的本质。此书以后的版本甚至还探讨了时间旅行的可能性。
霍金不单满足于引领我们穿过无穷大 的事物，他还触及了空间中最微小的粒子， 也就是构成物质团块的各“色”各“味” 的夸克与反夸克。最后，在谈及两种适用 于宇宙研究的科学理论——量子力学与广义相对论——时，他设想了建立一套能将这两者统一起来以解释万事万物的综合理论的可能性。
“上帝在创造宇宙之前都做些什么?” 他问道。圣奥古斯丁提出过这个问题，并且回答说并没有这个“之前”，因为上帝发明了时间，并且只把它当作宇宙的一个 属性。这个答复对于霍金来说太过含糊。好像全部的科学都是不够用的，他也会提出这样笼统的哲学问题，但他是一个毫不避讳的无神论者。他写道，科学家都太过忙于解释事物而无暇问“为什么?”，哲学家则太拘泥于事物的缘由问题以致赶不 上科学。因此，在某种意义上，霍金也正 在追求能将哲学与科学统一起来的理论。
霍金的出版商拒绝了他提交的初稿。那是一部专业性过高的著作，正如出版商指出的，他书里的每一个方程式(初稿中有大量的方程式)都将令其读者人数减半。 没有人愿意读数学著作。在出版了的版本中，有用的图解随处可见，不过霍金删掉了几乎全部的方程式，只保留了一个: 爱因斯坦著名的“E=mc2”。
2005 年，他与通俗科学作家伦纳德·姆洛迪诺合作完成了《时间简史》的普及本。1988 年的完整版在其出版后的五年内一直名列图书畅销榜。斯蒂芬·霍金， 这位 1970 年代起就得到认可的杰出科学家，现如今更是被誉为传播知识的伟大使者。他向数以万计的非科学专业读者介绍了科学中最重要的科学，同时也介绍了 一些哲学方面的知识。
《时间简史》的第一版，在其出版后的五年里一直位列《伦 敦星期日时报》畅销书榜。霍金简洁、有趣而又明晰的文字 为读者们介绍了虫洞、螺旋星云以及超弦理论等
《狭义与广义相对论浅说》
阿尔伯特·爱因斯坦 (1917 年)
在经过十多年的计算与写作之后，一位德国物理学家发表了完整的相对论。该理论被后来的实验所证实，并被许多学者称为“科学史上迈出的最大一步”。相对论的思想现在仍在为发明与梦想提供燃料。
德国理论物理学家阿尔伯特·爱因斯 坦(1879—1955)首次于 1905 年发表了 狭义相对论，声称真空中光的运动速度独 立于所有观察者的运动，并且认为这条物 理学定律对于静止或做加速运动的观察者 来说同样适用。
在此后的十年中，他又开始钻研广义相对论，并于 1915 年发表了相关论文。
他后来将两个理论合成一本书，于 1917 年出版了《狭义与广义相对论浅说》。三年内，这部著作经历了十四个德文版本， 共计印刷了 65000 册。然而，直到多年以后，爱因斯坦革命性思想的重要性才被世人所 承认。
相对论是说，两个人中如有一人处于运动状态，那么两个人所见的也应该相同。爱因斯坦的等价原理主张，向一个方向拉伸的引力应完全等同于其反方向的加速度。因此，处在加速上升中的电梯里的人会感 到引力在将他拉向地面。
爱因斯坦的相对论为整个物理学提供了新的研究框架，提出了有关空间和时间、 同时的相对性以及运动和引力时间膨胀的 新概念。爱因斯坦断定，每当人测量某物的运动速度时，其动量——或者它如何经 历时间——总要在与其他事物的关系中被 测量:它是相对的。无论谁进行测量，无论测量人的移动速度有多快，光速都保持不变，而且没有物体的移动速度能够超过光速。爱因斯坦不仅公布了他的理论，而且还说这些理论是可以被证明的。
1919 年 11 月，一次日全食首次为他的广义相对论提供了确证，爱因斯坦也一 夜之间成了全世界家喻户晓的名人。世界各地的头条新闻都赞誉他为继牛顿以来最伟大的科学天才。
狭义相对论也在若干其他试验中得到确认，1920 年代，物理学界渐渐理解并接 受了这套理论。狭义相对论迅速成了原子物理、核子物理和量子力学等新兴领域内理论家和实验家的必要工具。
1960 年代，广义相对论成为诸如类星体、微波、背景辐射、脉冲星、黑洞及大 爆炸理论等科学发现的核心理论，这时其全部的重要性才被广泛认可。对它的实际 应用包括了全球定位系统和高精度时间测量等。与其他重大的科学突破不同的是，广义相对论基本上只是爱因斯坦奇思妙想的产物，并非对当时盛行的其 他著作的进一步发展。没有 其他人想到重力等同于加速度，也没有人将重力设想为一种几何学现象或是联想到 时间与空间的弯曲。结果， 他的这一令人震惊的理论， 不仅大大扩展了现有的科学知识，而且深刻地改变了历史的进程。
1916 年的初版
《自然哲学的数学原理》
艾萨克·牛顿 (1687 年)
由一位剑桥数学家所写的、应用数学知识以理解自然与宇宙法则的洋洋三卷理论著作， 或许是科学史上最伟大的作品。爱因斯坦称其为“人类历史上最伟大的一次知识进步”。
艾 萨 克· 牛 顿(1642—1727) 声 称， 自从一枚苹果从树上掉落砸到他的头上， 他就开始酝酿万有引力定律了。当他的竞争对手罗伯特·胡克后来声称牛顿有关万有引力的一些全新想法应该归功于他时，牛顿感到非常苦闷，以致威胁说他将不会 再出版他的研究成果。他私下给胡克写信 说:“如果说我能够看得更远，那只是因为我站在了巨人的肩膀上。”然而，牛顿并未原谅胡克分毫，基本上也放弃了科学研究。
对于人类知识发展而言万幸的是，牛顿的著作于 1687 年 7 月 5 日出版，最终被 认定为应用数学领域中最为重要的著作之一。它为经典力学、现代物理和天文学奠 定了基础，促进激发了许多科学和技术上 的进步，成了科学革命和早期工业革命的先声。
《自然哲学的数学原理》分为三卷。第一卷开始于八个定义和三条公理，后者即为世人熟知的牛顿运动定律。
第一条定律声称，物体会继续保持静止或直线匀速运动，除非有外力加于其上。牛顿所称的惯性就是指物体趋于阻抗其运 动状态变化的一种固有属性。
第二条定律表明，一个处于惯性参考系中的物体如果受到外力影响，其运动状 态会发生改变。同时第二定律还说明物体 动量的变化与施加于其上的合力成正比， 并且两者的方向一致。换言之，质量更小 的物体需要更小的力，其惯性也相对较小。
牛顿第三定律则是说，当一个物体对另一个物体施加力时，后者也会对前者施 加方向相反、大小等同的力。也就是说，任何作用力都会遭到方向相反、大小等同 的反作用力。
虽然牛顿在《原理》中主要描述了行星运动的法则，表明了是引力造成行星自 太阳周围循椭圆轨迹运行，然而其著作也 提出了许多其他革命性的洞见，有助于解 释天体运动、月相变化、潮汐运动以及其 他诸多自然现象。
《原理》还将数学确立为科学的基本语言以及认识宇宙的钥匙。然而，牛顿仍 然是上帝的信奉者，他曾写道:“这一包 括太阳、行星和彗星的美丽系统，只能出 自那位全知全能的存在之手。”
《原理》出版之后，牛顿基本上放弃 了科学研究，而将他的余生 贡献给了公共事业。他成了 下议院议员，并担任了皇家铸币厂的主管。1705 年， 他被授予爵士，并于 1727 年去世。
1747 年，法国物理学 家阿列克谢·克莱劳宣称，牛顿的著作“标志着物理 学伟大革命时代的开启。这位杰出作者所采用的方法......为当时仍然笼罩在 猜想与假设之黑暗中的科 学播撒了数学的光芒”。
2016 年，《自然哲学的数学原理》的首版拍卖到了 370 万美元，这是历 史上所售出的最贵的科学 类书籍。
初版的扉页。作为皇家学会主席，塞缪尔·佩皮斯批准出版了这部著作
以上内容摘选自《改变世界的书》
《改变世界的书》
[美] 斯科特·克里斯蒂安森
[美] 科林·索尔特 著
阿里 译
新民说和当当一起用科普纪念伟大的科学家

霍金的《时间简史》及其它（上）
于：这一期的读书杂谈，想请您聊聊霍金的《时间简史》，这本书在国内出版已快30年了，但书里所讲到的宇宙和时间却是一个永不过时的话题。
陈：好的，这本书我是前两年霍金去世的时候才读的。我经常回想年轻时候读的那些书，发现有些东西你看似读了，却不见得有多少帮助。我想如果90年代的时候我读了这本书，我一定读不大懂。但随着阅历和理解力的增长，加上这些年不断在积累相关的知识，再来读这本书，就会理解的更透彻一些。一个人看事物的视野在不断地变化和扩大，就像人类的宇宙观一样，是不断变化的，它永远在努力扩大自己认识的边界。
人类在科学前沿有几大问题，一个是宇宙观，一个生命科学，再有一个是未来科技。我们以前所理解的智能只限于人类本身，包括人的思维和理性，而现在机器也开始有了智能，这涉及到诸如意识、自我、思维等各个方面，一旦机器有了这个智能以后，这个世界就不再是我们之前所理解的世界了，由此我们也许就进入后科学时代了。在后科学时代，我们对这个世界的认识，我们的宇宙观会有哪些突破和变化？从历史上看，人类的宇宙观，自托勒密一直到哥白尼的日心说才进入到一个快速的发展期，经过加里略，牛顿，最后到爱因斯坦、量子力学，这一路下来，不断颠覆、不断演变，不断发展，而且速度越来越快。霍金的《时间简史》就是对人类宇宙观的发展，时间的起源和人类命运的一种解说。
于：我当初读《时间简史》，是冲着霍金这个人的名气去的。说实话，虽然它是本科普读物，你没有天文学和数理化的知识储备根本就看不明白，只记得什么宇宙大爆炸，黑洞这些新奇的词。
陈：是的，对于没有相关基础知识的读者而言，大家只能记得这些词语。人类的认知在物理学层面一直在努力寻找一个“唯一”的理论，可以包容解释所有的宇宙现象，从牛顿的万有引力，到爱因斯坦的能量方程，但这些都只能用于解释一个“存在”的宇宙，也就是1和1以后的事情。而我们最终要回答的，就是最最终极的问题，即0和1的问题，我们人类头脑里的0到底是什么？ 0如何变成了1？
现在人类的宇宙观是说，有一个开始就是大爆炸（Big Bang），那个时间点就叫“奇点”，Singularity。就有这么一个点。宇宙从无到有，从0到了1，但是这个奇点再往前是什么？现在我们还无从谈起。接着，我们又发现了黑洞（Black Hole），这个黑洞是否就是最终宇宙又从1回到0的归宿？这就是我们现在一个宇宙观，而且这个大爆炸理论提出来了以后，现在已经得到了很多的证明，但并不代表这个东西就是对的，因为我们只能用归纳法来证明，而没有数学的演绎计算。时间是什么，空间是什么，我们离真正的答案一定还很远，一定还会有反复，甚至颠覆。就像当年牛顿发现了万有引力定律以后，大家都觉得已经很完美了，人类已经掌握了宇宙的奥秘，可仅仅不过200多年，随着人类对量子的认识，发现这个定律在微观世界完全不适用。对于宇宙中小小的人类来说，这一切的真正意义也许就在于通过这些持续不断的追问，我们自身的存在感可能就会更加真实一些。
回到我们前面说的宇宙大爆炸。大爆炸之前是什么？是另一个“宇宙”？还是一个什么别的“存在”？这里我们又不得不想到宗教的话题，那就是，到底有没有一个神在主导着这一切呢？科学显然回答不了，它不能排除有一个藏在这一切背后的神。霍金说他是自己是无神论者，他是从一个简单的逻辑推理来支撑他的判断，即认为这个世界是一个无限的，但是有边界的这么一个世界，所以他认为没有神。其实与霍金这本《时间简史》类似的介绍人类宇宙观的科普读物很多，我个人的评价是他的这本书的“科普性”并不是特别高，不是很容易让普通的读者理解，但因为霍金本人的崇高声望和他传奇的个人经历，让他的这部著作引起了全世界读者的广泛关注。我也为此读了他个人的传记，看了那部获奥斯卡奖的感人的传记电影。与这本书相比，我倒是极力推荐大家去看一下那部电影（The Theory of Everything)。
人类的科学里边两个最基础的学科分别是物理和数学。而数学是最具有神秘感和哲学性的。数学到底是什么？深追究下去很有意思。我最近刚读了一本书，书的名字叫《上帝是个数学家吗？》。书里的一个主要表达是说，万事万物最终可以归结到一个物理的认知（这就是为什么物理学是科学的基石），而不管是什么物理认知，最后一定要用一个数学的方式来表达，也就是说自然界这些规律、这些运动，最后都能够用一个数学方程式来表达。这难道是上帝安排的吗？如果你相信上帝的存在，那么当你观察和了解大自然的时候，你会叹服造物主的神奇，因为他一定是一个优秀的数学家，严格地按照数学定律创造了世界万物。
霍金与夫人简
然而，更加神奇的是，在物理世界之外的那些纯数学的表达，它们又是什么呢？数字是怎么来的？1是什么？0是什么？3是什么？这个世界上有3吗？它是个完全抽象的东西，我们这个世界上有3个苹果，3个杯子，3个人，但是你能告诉我3是什么吗？3其实什么都不是，它是人类头脑中一个完全抽象的东西。抽象又是怎么来的？是人脑子里原来就有的吗？还是后天产生的？数学就是人脑中最常见和最典型的一个抽象。顺着这个线索，你是不是在科学、哲学和神学之间找到了某种联系呢？科学试图用物理来解释一切人类的认知，物理需要数学来表达。而数学的表达又超出了物理的范畴。数学似乎具有某种“神”的特性？那么神是个数学家呢？还是数学本身就是“神”？当然，还有一种说法就是，数学似乎就是人类的纯理性的逻辑思维，不是上帝的技能，也不是上帝本身，完全是我们人类自己琢磨出来的一个游戏。这就很有意思。数学本身就成为了一个哲学问题，当然，最初的哲学就源自于数学。
（未完待续）
《时间简史》简介
《时间简史》是英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金创作的科普著作，被称之为当代物理学家关于宇宙构成以及演化理论的权威性总结。全书共十二章，讲述了关于宇宙本性的最前沿知识，包括：我们的宇宙图像、空间和时间、膨胀的宇宙、不确定性原理、黑洞、宇宙的起源和命运等内容，深入浅出地介绍了遥远星系、黑洞、粒子、反物质等知识，并对宇宙的起源、空间和时间以及相对论等古老命题进行了阐述。
该书自1988年首版以来，已被翻译成40种文字，累计销售量突破2500万册，成为一本畅销全世界的科学著作。
文 / 陈云水
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图 / 来源于网络
编辑 / 于鸣非
美术 / 褚玲
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陈云水 阿尔西集团董事长兼CEO。15岁考进北京大学地质系，后留学意大利。酷爱游泳、潜水、网球、唱歌、钢琴、戏剧、电影，喜欢收集油画、陶瓷、地毯家具。