圖書信息
作者：(英)史蒂芬•霍金//羅傑•彭羅斯|譯者:杜欣欣//吳忠超
ISBN：9787535720948
出版社：湖南科技
2007-06-01第2版
2007-06-01第15次印刷
開本：32開
頁數：143頁
類別：數理化學科->數理化學科->物理學
簡介
時空本性愛因斯坦曾說關於宇宙的最不可理解的事是它是可以理解的。他是正確的嗎？量子場論和廣義相對論這兩種最精確最成功的理論可以被統一在量子引力中嗎？史蒂芬·霍金和羅傑·彭羅斯就此問題展開了一場辯論。
劍橋三一學院院長，前英國皇家學會會長麥可·阿蒂雅認為，這是繼愛因斯坦和玻爾辯論之後本世紀最重要的論爭。
在某種意義上，今天的辯論可視為六十多年前那場著名的曠日持久的辯論的繼續。在這裡彭羅斯擔任愛因斯坦的角色，而霍金充任玻爾的角色。儘管論爭的問題不同了，但同過去一樣，在這裡哲學的觀點和論證的技巧相互糾纏，創造的靈感如泉涌噴薄，閃爍著人類智慧的光芒。
編輯推薦
80年前廣義相對論就以完整的數學形式表達出來，量子理論的基本原理在70年前也已出現，然而這兩種整個物理學中最精確、最成功的理論能被統一在單獨的量子引力中嗎？世界上最著名的兩位物理學家就此問題展開一場辯論。本書是基於霍金和彭羅斯在劍橋大學的6次演講和最後辯論而成。
本書是“《第一推動叢書》第二輯”的一種。
作者簡介
霍金史蒂芬·威廉·霍金出生於1942年1月8日。畢業於牛津大學和劍橋大學，並獲劍橋大學哲學博士學位。他因為在21歲時不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏症，所以被禁錮在輪椅上，只有三根手指可以活動，1985年，因患肺炎做了穿氣管手術，徹底被剝奪了說話的功能，演講和問答只能通過語音合成器來完成。1973年，他考慮黑洞附近的量子效應，發現黑洞會像黑體一樣發出輻射，其輻射的溫度和黑洞質量成反比，這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，最後以爆炸而告終。黑洞輻射的發現具有極其基本的意義，它將引力、量子力學和統計力學統一在一起。1974年以後，他的研究轉向了量子引力論。雖然人們還沒有得到一個成功的理論，但它的一些特徵已被發現。例如，空間－時間在普朗克尺度（10^-33厘米）下不是平坦的，而是處於一種粉沫的狀態。在量子引力中不存在純態，因果性受到破壞，因此使不可知性從經典統計物理、量子統計物理提高到了量子引力的第三個層次。1980年以後，霍金的興趣轉向了量子宇宙論。2004年7月，他改正了自己原來的“黑洞悖論”觀點，信息應該持之以恆。本書的副題是從大爆炸到黑洞。史蒂芬·威廉·霍金認為他一生的貢獻是在經典物理的框架里，證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性，黑洞越變越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因輻射而越變越小，大爆炸的奇點不但被量子效應所抹平，而且整個宇宙正是起始於此。
專家推薦
1994年在劍橋大學的伊薩克·牛頓數學科學研究所進行了一項為期6個月的計畫，本書所記載的在羅傑·彭羅斯和史蒂芬·霍金之間進行的一場辯論是該計畫的高潮。它描述了一場有關宇宙本性的某些最基本的觀念的嚴肅的討論。不用說，我們還未到達盡頭，處處充滿了不確定性和爭議，還有許多可供論爭的。
60多年前，關於量子力學的基礎，在尼爾斯·玻爾和阿爾伯特·愛因斯坦之間進行了一場著名的曠日持久的辯論。愛因斯坦拒絕把量子力學接受為終極理論。他發現，它在哲學上是不充足的，他對以玻爾為代表的哥本哈根學派的正統解釋發動了一場猛烈的戰爭。
在某種意義上，彭羅斯和霍金之間的辯論可以視作早期那場論爭的繼續，在這裡彭羅斯擔任愛因斯坦的角色，而霍金擔任玻爾的角色。儘管問題變得更為複雜，也更為廣泛，但是正如過去那樣，技巧的論證和哲學的觀點相互糾纏，無法分開。
量子理論，或者它的更高級的形式量子場論，現在已被高度發展，在技巧方面已經十分成功，儘管還存在像羅傑·彭羅斯這樣的在哲學上持懷疑態度者。廣義相對論，也就是愛因斯坦的引力論，也同樣經歷了時間的考驗，並取得了舉世矚目的成功，雖然還遺留有關奇性或者黑洞的嚴重問題。
主導霍金·彭羅斯討論的真正關鍵在於把這兩種成功的理論結合在一起，並產生一種“量子引力”的理論。這裡牽涉到許多高深的概念和技術問題，這便是這些講演中探討的範圍。
本書所涉及的基本問題，包含諸如“時間箭頭”，宇宙誕生處的初始條件以及黑洞吞沒信息的方式。霍金和彭羅斯在有關所有這些以及許多其他的問題上都非常微妙地採取了不同的立場。不管在數學上還是在物理上他們都認真地表述自己的看法，其爭論的形式使富有意義的相互批評得以實現。
雖然有些講演需要讀者具備數理知識的背景，但是許多論證是在使更廣大讀者感興趣的更高深的水平上進行的。讀者至少對於所討論的觀念的廣闊和精微，以及對於尋找一種包括引力論和量子論在內的宇宙和諧圖像的偉大挑戰能獲知梗概。麥可·阿蒂雅
精彩片斷
第一章經典理論
史蒂芬·霍金
羅傑·彭羅斯和我將在這些講演中發表我們關於時空本性的相關的但是相當不同的觀點。我們將交替講演，每人講三次，最後是有關我們不同方法的討論。我應當在此強調，這些講演是相當技術性的。假定聽者具有廣義相對論和量子理論的基本知識。
里查德·費因曼寫過一篇短文，描述他參加廣義相對論會議的經驗。我想那是1962年在華沙召開的會議。他對與會者的能力以及文不對題非常瞧不起。此後不久廣義相對論的聲望扶搖而上，並引起廣泛興趣，這應大大地歸功於羅傑的研究貢獻。在此之前，廣義相對論被表達成在單獨坐標系統下的一堆繁複的偏微分方程。人們在找到一種解後即歡欣鼓舞，根本不在乎其是否在物理學上有意義。然而，羅傑引起了諸如鏇量和全局方法的現代概念。他首先指出，不必準確地解方程，即能發現一般性質。正是他的第一道奇性定理引導我去研究因果性結構並刺激我有關奇性和黑洞的經典研究的靈感。
我認為羅傑和我在經典工作方面的觀點相當一致。然而，我們在量子引力，或者毋寧說量子理論本身的研究上分道揚鑣。雖然我因為提出過量子相干性喪失的可能性，而被粒子物理學家們認定為危險的激進主義者，但和羅傑相比，肯定只能算作保守主義者。我採取實證主義的觀點，物理理論只不過是一種數學模型，詢問它是否和實在相對應是毫無意義的。人們所能尋求的是其預言應與觀察的一致。我以為羅傑內心自認為是位柏拉圖主義者，這要由他自己承認才算。
雖然有人提出，時空可以有分立結構，我看不出有任何理由應當拋棄連續的理論，因為它曾經是這樣的成功。廣義相對論是一項漂亮的理論，它和迄今進行的所有觀察都符合。它也許在普朗克尺度下需要修正，但是我認為這不會影響由它作出的許多預言。它也許只不過是某種更基本理論的低能近似，比如說弦理論，但是我認為弦理論被過分兜售。首先，人們不清楚，廣義相對論和超引力中的其他各種場相結合時，是否能給出有意義的量子理論。關於超引力死亡的報導極盡誇張之能事。第一年所有人都相信超引力是有限的。下一年時尚變更，所有人又都說超引力肯定有發散，雖然迄今沒有人真正找到這種發散。我不討論弦理論的第二種原因是，弦理論沒有做過任何可以檢驗的預言。與此成鮮明對比的是，我將要講到的，量子理論廣義相對論的直接套用已經作出了兩項可以檢驗的預言。其中的一項預言是，在暴漲期的小微擾的發展似乎已為最近觀察到的微波背景的起伏所證實。另一項預言，黑洞應當熱輻射，在原則上是可以檢驗的。我們所要做的一切是去發現太初黑洞。可惜的是，周圍似乎沒有很多。如果有的話，我們就知道如何量子化引力。
甚至如果弦理論真的是自然的終級理論，那么這些預言也沒有一個要被改變。但是弦理論，至少在它目前的發展階段上，除了聲稱廣義相對論為它的低能有效理論外，根本做不出這些預言。我懷疑這種情形將會一成不變，弦理論也許永遠做不出廣義相對論或者超引力所做不出的預言。如果果真如此，人們就懷疑，弦理論是否為一種真正的科學理論。沒有特別的可以在觀測上檢驗的預言，光是數學上的漂亮和完備是否就已經足夠了?況且，現階段弦理論既不漂亮也不完備。
由於這些原因，我將在這些講演中討論廣義相對論。我將集中於兩個領域，在這兩個領域引力似乎引起和其他場論完全不同的特點。第一個是引力使時空具有一個開端也許還具有一個終點的觀念。第二個是似乎存在不同於粗粒化產生的內稟的弓l力熵的發現。某些人聲稱，這些預言不過是半經典近似的人為的產物。他們說，弦理論也就是真正的量子引力論，將會抹平這種奇性並對黑洞輻射引進相干J陛，因此在粗粒化含義上它只不過是近似熱性的。如果情形果真如此，則是相當無趣的。引力就和其他場相類似。但是，我相信，它是顯著不同的，因為它自己形成供自己表演的舞台，而不像其他的場一樣，只不過是在固定的時空背景中表演。也正因為如此才導致時間具有開端的可能性。它還導致宇宙中觀測不到的區域所引出的我們無法度量的引力熵的概念。
我在這次講演中回顧經典廣義相對論中導致這些觀念的工作。我在第二次和第三次講演(第三章和第五章)中將指出，進入量子理論後，它們將如何被改變被推廣。我的第二次講演是關於黑洞的，而第三次是關於量子宇宙學。
羅傑為研究奇性和黑洞引進了關鍵的技巧，我也助他一臂之力，這就是時空大尺度因果性結構的學問。Z+(p)被定義為時空M的縱點P可用未來指向的類時曲線到達所有點的集合(見圖1.1)。人們可把Z+(p)認為是所有會被在P處發生之事件所影響的事件的集合。另一類似的定義是把加號換成負號，未來換成過去。我把這種定義認為是自明的。
我們現在考慮一個集合S的未來的邊界Z+(S)。可以相當容易看出，這個世界不能是類時的。因為在這種情形下，一個恰好在邊界之外的點可以是一個恰好在裡面的點p的未來。未來的邊界也不能是類空的，除了剛好在集S上的除外，因為在那處情形下，從剛好在邊界未來出發的每一根過去指向的曲線都會穿越過邊界並且離開S的未來，這就和q是在S未來中的事實相衝突(圖1.2)。
所以人們可以得到結論，除了集S本身之外未來邊界是零性的。更精確地說，如果q是在該未來的邊界但是不在S的閉包上，則存在一根通過q並落在邊界上的過去指向的零性測地線段(見圖1.3)。也可能存在不止一根通過q的落在邊界上的零性測地線段，但是在那種情形下，q將是該線段的未來端點。換句話說，S的未來的邊界是由這種零性測地線生成的，這種零性測地線在邊界上有未來端點，如果它們和其他的生成元相交的話將要進入未來的內部。另一方面，該測地線只能在S上才有過去端點。然而，存在這樣的時空，其中一個集合S的未來的邊界的生成元永遠不和S相交。這種生成元不能右討去端點。
量子力學書籍
| 量子力學是描寫微觀物質的一個物理學理論，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎。 |
