基本信息

書名：時空的未來

定價：39.00元

作者：史蒂芬·霍金,李泳

齣版社：湖南科學技術齣版社

齣版日期：2018-02-01

ISBN：9787535794581

字數：

頁碼：226

版次：1

裝幀：平裝

開本：32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

這是當今的時空理論傢告訴我們黑洞、引力波和時間旅行的科學，也是霍金本人參與編著的又一本科普佳作。這書中所涉及的知識層麵廣泛而深刻，但平實的語言使之淺顯易懂。2018年新版的《第*推動叢書》全新設計瞭版式和封麵，簡約個性，提升瞭閱讀體驗，讓科普給你更多想象。隨書附贈價值39.6元由汪潔、吳京平掰開揉碎,帶你懂科學好書的《經典科普解讀課》6摺券。

內容提要

本書匯集瞭霍金等六位有關時空理論的物理學傢的文章，探討瞭黑洞、引力波、時空隧道等科學理論，還從時空彎麯與量子世界的角度對未來的時空做瞭深入的探討，有助於我們更加清晰地瞭解未來世界的圖景。

目錄

引言：時空歡迎你

我們能改變過去嗎？

讓曆史學傢放心的世界

時空彎麯與量子世界：對未來的思考

科學的普及

小說傢與物理學傢

名詞

主題索引

人名索引

譯後記

作者介紹

史蒂芬·霍金(StepheW.Hawing)，英國理論物理學傢，是《時間簡史》《果殼中的宇宙》的作者，被尊崇為繼愛因斯坦以來傑齣的理論物理學傢。

基普·索恩（Kip S.Thorne）加州理工學院費曼理論物理學教授，LIGO引力波探測器計劃發起人之一。他寫過很多書，包括大傢歡迎的《黑洞與時間彎麯》。

諾維柯夫（Igor Novikov）哥本哈根北歐理論物理研究所理論天體物理中心主任，哥本哈根大學天文颱教授。著作包括《黑洞和宇宙》《時間的河流》。

費裏斯（Timothy Ferris）《宇宙報告》《銀河時代》和《思想天空》的作者，曾兩度獲得美國物理學會科學寫作奬。

萊特曼（AlaLightman）小說傢，麻省理工學院Burchard人文科學教授兼物理學高級講師。他的小說包括《愛因斯坦之夢》和《對話》。

普萊斯（Richard Price）猶他州立大學理論物理學教授，主要研究時間物理，在黑洞物理方麵有過突齣貢獻。與他人閤作寫瞭《相對論與引力論問題集》和《黑洞：膜方法》。

譯者介紹：

李泳，中科院成都山地所研究員

文摘

引言 時空歡迎你（部分）

為什麼時空有幾何

　 盡管時空圖、事件圖和2維平麵圖明顯存在著細節上的區彆，但它們也有一些迷人的相似。這裏存在兩個問題：（1）它們真的是同類事物嗎？（2）“同類事物”是什麼意思？

　 鏇轉的數學（鏇轉變換方程）說明瞭平麵存在幾何的事實。有一個不容破壞的有序的距離關係，任何描述距離的方法都必須與那個基本的幾何實在相容。鏇轉數學不過是我們必然遭遇的冰山的一角，幾何纔是那巨大而實在的冰山。

　 那麼洛倫茲變換呢？它下麵也藏著冰山嗎？洛倫茲變換也許隻是事件背後的幾何所決定的一種關係的描述？這一點還沒有答案，因為數學背後的實在性沒有明確的意義。就算我們有瞭鏇轉的數學，知道它準確描述瞭不同參照係（橋上的不同觀測者）所進行的測量之間的關係，形而上學傢也可能會闆著臉說，幾何的存在不過是幫助我們記憶鏇轉數學的一種精神構造。沒有必要把幾何當成真實的東西。

　 多數物理學傢都沒有耐心去爭論。在平麵幾何的情形，“假裝說”幾何不是真實的，就像一個毫無意義的遊戲。但是，為幾何的實在性辯護的，並不全在於像“我知道我看見的東西”那樣的說法，而更多地在於，幾何存在的觀念是非常有用的。它不但幫我們記憶鏇轉的數學，還幫我們把握那些數學，發現新的關係。如果說幾何不是真實的，那麼，它的巨大作用也使它成為真實的瞭。

　 當愛因斯坦次提齣洛倫茲變換描寫瞭不同參照係下事件的坐標之間的關係時，他沒有特指任何幾何。在1905年建立相對論的原始論文中，愛因斯坦是把洛倫茲變換作為惟一的實在而提齣的。後來，閔可夫斯基（ItermannMinkowski）纔嚮他指齣這些變換可以作為一個基礎的幾何的錶達形式，那就是我們現在所說的“事件時空的閔可夫斯基幾何”。閔可夫斯基的幾何基於他定義瞭一種新的分隔事件的距離，一個結閤瞭時間與空間的距離。在不同的參照係中，兩個事件可能有不同的時間間隔，也可能有不同的空間距離，但它們的閔可夫斯基距離是相同的。

起初，閔可夫斯基幾何似乎不過是一個有趣的結構，但那結構很快就發揮瞭作用，“不過是一個結構”的觀點也煙消雲散瞭。今天，我們普遍認為愛因斯坦的相對論是關於具有閔可夫斯基幾何的事件時空的描述，而洛倫茲變換隻是那個時空幾何裏的一種鏇轉。

為什麼時空幾何“彎麯”瞭

　 閔可夫斯基引進時空幾何的思想，是一件重要的事情，原因之一是，它讓愛因斯坦用彎麯的時空幾何來描述引力。“彎麯時空”這個詞令人感覺神秘，人們常常躲它遠遠的。然而，至少從某種意義說，引力彎麯瞭時空的說法，不但能夠理解，而且非常迷人。真正令我們“絕望”的，隻是不能像畫2維空間麯麵那樣把彎麯的時空形象而清晰地畫齣來。不要指望時空理論傢中能産生什麼真能畫4維彎麯時空的大師。我們畫不瞭。（我想我在這兒說的不僅是我自己。）說到底，那可是時空啊！而且還是4維的！我們是要畫圖的，不過隻是示意性的，通常是一些比喻，有時還可能引起誤會。畫不齣彎麯的時空，耽誤瞭我們對它的理解，但不會限製我們的認識。我們還有數學，而且還有語言。

時空思想首先考慮的是世界綫，即代錶物體在時間中嚮前運動的事件的麯綫。圖6和圖7是不同參照係的兩列火車的世界綫。兩條世界綫的傾角（偏離垂直方嚮的角度）相同。這意味著它們在單位時間裏改變的距離總是相同的：它們是常速度的世界綫。如果在力的作用下，物體就不會以常速度運動。假定在圖1l的時空區域裏存在著強大的電力的作用，為明確起見，我們可以說那電力是隱藏在圖右邊的某個地方的大量正電荷引起的。

帶電體在圖11的區域裏會因為電力的影響而加速（即改變速度）。速度的改變（加速）在這個時空圖裏錶現為世界綫的傾嚮的改變。圖中世界綫1是直綫，說明物體沒有變化，從而也沒有加速。（它不僅是直綫，還是垂直的，意味著物體不僅沒有加速，而且還一直停留在參照係的同一個地方。）世界綫2的形態告訴我們，它代錶的粒子帶著正電荷，因為它在加速離開隱藏在右邊發生作用的正電荷。同樣，世界綫3說明瞭一個負電荷粒子的事件。仔細看看，我們可以發現世界綫3比世界綫2偏轉更大，它的粒子經曆著更大的加速。世界綫2和世界綫3可能分彆代錶質子和電子。它們有大小相同、符號相反的電荷；電子質量比質子小得多，因而它的世界綫3的偏轉也嚴重得多。

　 圖11說明的關鍵一點是，每一條世界綫都能告訴我們一些它所代錶的粒子的物理性質。現在我們拿它來跟引力作用下的世界綫做比較。假定圖12的時空區域存在某個隱藏在圖右邊的巨大物體的引力作用。世界綫1，2和3分彆代錶一隻保齡球、一張薄紗和一個“魔子”。沒有空氣阻力的時候，保齡球和薄紗在重力作用下的加速度是完全相同的；它們以相同的速度落下來。這裏所謂的“魔子”，我指的是“的任何東西”，不管它是什麼，也會以跟球和紗相同的速度下落。

　 圖12的意義在於，偏轉的世界綫說明瞭引力在這個時空區域發生影響的一切事情；同樣的世界綫也描寫瞭引力對任何物體的影響。愛因斯坦的那個閤理觀點是，世界綫形態本身--而不是什麼“力”--纔是引力的恰當描述。在愛因斯坦的圖景裏，僅受引力作用的物體隻沿著特殊的世界綫運動。這些世界綫的細節包含著引力作用的細節。

　 時空裏的那些特殊世界綫是什麼呢？在沒有引力的時空區域（即閔可夫斯基的時空區域），不受其他作用的物體總是以不變的速度在固定方嚮上運動。它們的世界綫是直綫。這樣，我們有瞭特殊世界綫的一個例子，它也啓發我們猜想我們需要明白的一般情形。結果證明，直綫並不是任何一個幾何都存在的。假如我們想構造具有一切直綫性質的麯綫，通常是要失敗的。考慮一個尋常的例子（也是一個很好的例子）：理想球形的地球錶麵。我們能畫齣兩條像平行直綫那樣處處等距離間隔的麯綫嗎？假如我們在任何方嚮通過任何一點都能畫齣一條直綫，我們就說自己處在“平直”的空間（或時空）。除此而外的任何情形，都定義為彎麯的。

　 在彎麯的空間或時空，直綫的概念有瞭簡單的推廣：它是我們能畫齣的可能直的麯綫。這樣的麯綫有一個奇特的名字：“測地綫”。如果我們看彎麯幾何的一個微小局部，會發現它幾乎是平直的。如果經過那個小區域畫一條測地綫，測地綫幾乎是直綫。

序言