基本信息

书名：时空的未来

定价：39.00元

作者：史蒂芬·霍金,李泳

出版社：湖南科学技术出版社

出版日期：2018-02-01

ISBN：9787535794581

字数：

页码：226

版次：1

装帧：平装

开本：32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

这是当今的时空理论家告诉我们黑洞、引力波和时间旅行的科学，也是霍金本人参与编著的又一本科普佳作。这书中所涉及的知识层面广泛而深刻，但平实的语言使之浅显易懂。2018年新版的《第*推动丛书》全新设计了版式和封面，简约个性，提升了阅读体验，让科普给你更多想象。随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平掰开揉碎,带你懂科学好书的《经典科普解读课》6折券。

内容提要

本书汇集了霍金等六位有关时空理论的物理学家的文章，探讨了黑洞、引力波、时空隧道等科学理论，还从时空弯曲与量子世界的角度对未来的时空做了深入的探讨，有助于我们更加清晰地了解未来世界的图景。

目录

引言：时空欢迎你

我们能改变过去吗？

让历史学家放心的世界

时空弯曲与量子世界：对未来的思考

科学的普及

小说家与物理学家

名词

主题索引

人名索引

译后记

作者介绍

史蒂芬·霍金(StepheW.Hawing)，英国理论物理学家，是《时间简史》《果壳中的宇宙》的作者，被尊崇为继爱因斯坦以来杰出的理论物理学家。

基普·索恩（Kip S.Thorne）加州理工学院费曼理论物理学教授，LIGO引力波探测器计划发起人之一。他写过很多书，包括大家欢迎的《黑洞与时间弯曲》。

诺维柯夫（Igor Novikov）哥本哈根北欧理论物理研究所理论天体物理中心主任，哥本哈根大学天文台教授。著作包括《黑洞和宇宙》《时间的河流》。

费里斯（Timothy Ferris）《宇宙报告》《银河时代》和《思想天空》的作者，曾两度获得美国物理学会科学写作奖。

莱特曼（AlaLightman）小说家，麻省理工学院Burchard人文科学教授兼物理学高级讲师。他的小说包括《爱因斯坦之梦》和《对话》。

普莱斯（Richard Price）犹他州立大学理论物理学教授，主要研究时间物理，在黑洞物理方面有过突出贡献。与他人合作写了《相对论与引力论问题集》和《黑洞：膜方法》。

译者介绍：

李泳，中科院成都山地所研究员

文摘

引言 时空欢迎你（部分）

为什么时空有几何

　 尽管时空图、事件图和2维平面图明显存在着细节上的区别，但它们也有一些迷人的相似。这里存在两个问题：（1）它们真的是同类事物吗？（2）“同类事物”是什么意思？

　 旋转的数学（旋转变换方程）说明了平面存在几何的事实。有一个不容破坏的有序的距离关系，任何描述距离的方法都必须与那个基本的几何实在相容。旋转数学不过是我们必然遭遇的冰山的一角，几何才是那巨大而实在的冰山。

　 那么洛伦兹变换呢？它下面也藏着冰山吗？洛伦兹变换也许只是事件背后的几何所决定的一种关系的描述？这一点还没有答案，因为数学背后的实在性没有明确的意义。就算我们有了旋转的数学，知道它准确描述了不同参照系（桥上的不同观测者）所进行的测量之间的关系，形而上学家也可能会板着脸说，几何的存在不过是帮助我们记忆旋转数学的一种精神构造。没有必要把几何当成真实的东西。

　 多数物理学家都没有耐心去争论。在平面几何的情形，“假装说”几何不是真实的，就像一个毫无意义的游戏。但是，为几何的实在性辩护的，并不全在于像“我知道我看见的东西”那样的说法，而更多地在于，几何存在的观念是非常有用的。它不但帮我们记忆旋转的数学，还帮我们把握那些数学，发现新的关系。如果说几何不是真实的，那么，它的巨大作用也使它成为真实的了。

　 当爱因斯坦次提出洛伦兹变换描写了不同参照系下事件的坐标之间的关系时，他没有特指任何几何。在1905年建立相对论的原始论文中，爱因斯坦是把洛伦兹变换作为惟一的实在而提出的。后来，闵可夫斯基（ItermannMinkowski）才向他指出这些变换可以作为一个基础的几何的表达形式，那就是我们现在所说的“事件时空的闵可夫斯基几何”。闵可夫斯基的几何基于他定义了一种新的分隔事件的距离，一个结合了时间与空间的距离。在不同的参照系中，两个事件可能有不同的时间间隔，也可能有不同的空间距离，但它们的闵可夫斯基距离是相同的。

起初，闵可夫斯基几何似乎不过是一个有趣的结构，但那结构很快就发挥了作用，“不过是一个结构”的观点也烟消云散了。今天，我们普遍认为爱因斯坦的相对论是关于具有闵可夫斯基几何的事件时空的描述，而洛伦兹变换只是那个时空几何里的一种旋转。

为什么时空几何“弯曲”了

　 闵可夫斯基引进时空几何的思想，是一件重要的事情，原因之一是，它让爱因斯坦用弯曲的时空几何来描述引力。“弯曲时空”这个词令人感觉神秘，人们常常躲它远远的。然而，至少从某种意义说，引力弯曲了时空的说法，不但能够理解，而且非常迷人。真正令我们“绝望”的，只是不能像画2维空间曲面那样把弯曲的时空形象而清晰地画出来。不要指望时空理论家中能产生什么真能画4维弯曲时空的大师。我们画不了。（我想我在这儿说的不仅是我自己。）说到底，那可是时空啊！而且还是4维的！我们是要画图的，不过只是示意性的，通常是一些比喻，有时还可能引起误会。画不出弯曲的时空，耽误了我们对它的理解，但不会限制我们的认识。我们还有数学，而且还有语言。

时空思想首先考虑的是世界线，即代表物体在时间中向前运动的事件的曲线。图6和图7是不同参照系的两列火车的世界线。两条世界线的倾角（偏离垂直方向的角度）相同。这意味着它们在单位时间里改变的距离总是相同的：它们是常速度的世界线。如果在力的作用下，物体就不会以常速度运动。假定在图1l的时空区域里存在着强大的电力的作用，为明确起见，我们可以说那电力是隐藏在图右边的某个地方的大量正电荷引起的。

带电体在图11的区域里会因为电力的影响而加速（即改变速度）。速度的改变（加速）在这个时空图里表现为世界线的倾向的改变。图中世界线1是直线，说明物体没有变化，从而也没有加速。（它不仅是直线，还是垂直的，意味着物体不仅没有加速，而且还一直停留在参照系的同一个地方。）世界线2的形态告诉我们，它代表的粒子带着正电荷，因为它在加速离开隐藏在右边发生作用的正电荷。同样，世界线3说明了一个负电荷粒子的事件。仔细看看，我们可以发现世界线3比世界线2偏转更大，它的粒子经历着更大的加速。世界线2和世界线3可能分别代表质子和电子。它们有大小相同、符号相反的电荷；电子质量比质子小得多，因而它的世界线3的偏转也严重得多。

　 图11说明的关键一点是，每一条世界线都能告诉我们一些它所代表的粒子的物理性质。现在我们拿它来跟引力作用下的世界线做比较。假定图12的时空区域存在某个隐藏在图右边的巨大物体的引力作用。世界线1，2和3分别代表一只保龄球、一张薄纱和一个“魔子”。没有空气阻力的时候，保龄球和薄纱在重力作用下的加速度是完全相同的；它们以相同的速度落下来。这里所谓的“魔子”，我指的是“的任何东西”，不管它是什么，也会以跟球和纱相同的速度下落。

　 图12的意义在于，偏转的世界线说明了引力在这个时空区域发生影响的一切事情；同样的世界线也描写了引力对任何物体的影响。爱因斯坦的那个合理观点是，世界线形态本身--而不是什么“力”--才是引力的恰当描述。在爱因斯坦的图景里，仅受引力作用的物体只沿着特殊的世界线运动。这些世界线的细节包含着引力作用的细节。

　 时空里的那些特殊世界线是什么呢？在没有引力的时空区域（即闵可夫斯基的时空区域），不受其他作用的物体总是以不变的速度在固定方向上运动。它们的世界线是直线。这样，我们有了特殊世界线的一个例子，它也启发我们猜想我们需要明白的一般情形。结果证明，直线并不是任何一个几何都存在的。假如我们想构造具有一切直线性质的曲线，通常是要失败的。考虑一个寻常的例子（也是一个很好的例子）：理想球形的地球表面。我们能画出两条像平行直线那样处处等距离间隔的曲线吗？假如我们在任何方向通过任何一点都能画出一条直线，我们就说自己处在“平直”的空间（或时空）。除此而外的任何情形，都定义为弯曲的。

　 在弯曲的空间或时空，直线的概念有了简单的推广：它是我们能画出的可能直的曲线。这样的曲线有一个奇特的名字：“测地线”。如果我们看弯曲几何的一个微小局部，会发现它几乎是平直的。如果经过那个小区域画一条测地线，测地线几乎是直线。

序言