引言

理論物理學(xué)和宇宙學(xué)的未來(lái)/李泳(部分)

1642年1月8日，伽利略逝世；同年，牛頓降生。300年后，在伽利略逝世那天，史蒂芬·霍金來(lái)到這個(gè)世界。在伽利略逝世300年后誕生，在牛頓310年后接任盧卡斯教授，上天似乎以數(shù)字來(lái)注定了霍金的成功。劍橋大學(xué)副校長(zhǎng)Alec Broers爵士如是說(shuō)�；艚鹫f(shuō)那天出生的孩子大概有20萬(wàn)個(gè)，沒(méi)什么特別的。但我們多少有些遺憾（或幸運(yùn)）地看到，史蒂芬只有一個(gè)，奇特的生命造就了奇特的貢獻(xiàn)，正如英國(guó)粒子物理與天文學(xué)研究理事會(huì)（PPARC）主席Ian Halliday教授說(shuō)的：

霍金不但是全球聞名的一流的科學(xué)家，能在同行中間激起熱烈的反響，還是全世界的科學(xué)使者。他的貢獻(xiàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了科學(xué)界。史蒂芬真正把基本物理學(xué)的快樂(lè)帶給了大眾，空前提升了大眾對(duì)宇宙和物理學(xué)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)水平。

關(guān)于史蒂芬的成就，他的合作者George Ellis做過(guò)簡(jiǎn)單而具體的概括：

1）廣義相對(duì)論在宇宙學(xué)的應(yīng)用：愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程解的數(shù)學(xué)性質(zhì)，微擾解，奇點(diǎn)定理；

2）廣義相對(duì)論在黑洞的應(yīng)用：黑洞的惟一性，黑洞熱力學(xué)，面積定理；

3）彎曲時(shí)空的量子場(chǎng)論：黑洞的粒子生成，黑洞蒸發(fā)，量子信息疑難；

4）半經(jīng)典引力與量子引力：路徑積分，瞬子，宇宙波函數(shù)，無(wú)邊界條件；

5）促進(jìn)公眾對(duì)科學(xué)的理解：特別是《時(shí)間簡(jiǎn)史》和《果殼中的宇宙》。

霍金有很多學(xué)生，三師兄Bernard Carr的話(huà)也許是大家的心聲：

最近有人問(wèn)我，跟霍金的日子是不是我學(xué)術(shù)生涯的鼎盛時(shí)期。如果發(fā)現(xiàn)自己學(xué)術(shù)生涯的頂峰竟然就在開(kāi)始的時(shí)候，那是相當(dāng)令人泄氣的，所以我希望回答說(shuō)不！然而不管怎么說(shuō)，我在霍金身邊的日子確實(shí)是激動(dòng)人心的，我會(huì)永遠(yuǎn)感謝他給了我那么好的開(kāi)端。

普通大眾認(rèn)識(shí)霍金，多半從他的人開(kāi)始，然后關(guān)注他的書(shū)和他的科學(xué)。還是Carr的話(huà)，說(shuō)明了史蒂芬的幽默，也反映了人們對(duì)他的好奇和崇敬：

一個(gè)女游客在街上攔住他，問(wèn)他是不是那個(gè)著名的史蒂芬 ·霍金，他說(shuō)真的那位比他好看多了！確實(shí)，我常想一定還有更多的霍金才可能有那么多重要的發(fā)現(xiàn)。我祝愿他們每個(gè)人60歲生日快樂(lè)！

霍金60歲生日的慶�；顒�(dòng)，2002年1月在劍橋大學(xué)隆重舉行。在數(shù)學(xué)科學(xué)中心召開(kāi)了兩個(gè)會(huì)：1月7 10日的學(xué)術(shù)討論會(huì)和11日的報(bào)告會(huì)。在報(bào)告會(huì)上，霍金和4個(gè)科學(xué)家做了普及演講，英國(guó)BBC電視4臺(tái)在2002年8月5 8日播放了這些演講，題目是《霍金演講》（The Hawking Lectures），也就是我們選編在這里的東西。

圖1　霍金來(lái)參加報(bào)告會(huì)，吸引了600多名與會(huì)者和媒體記者

為了讓有興趣的讀者能更多了解大會(huì)報(bào)告的內(nèi)容，我們學(xué)著普及演講的作風(fēng)，把相關(guān)的主題普及出來(lái)，作為引言，因而題目也不慚地借了大會(huì)那個(gè)大標(biāo)題：理論物理學(xué)和宇宙學(xué)的未來(lái) 其實(shí)更多的是現(xiàn)在，從現(xiàn)在看未來(lái) 那也是劍橋大學(xué)出版社結(jié)集出版的演講集的標(biāo)題。選擇這個(gè)題目，是因?yàn)榛艚鹪?980年做盧卡斯教授就職演說(shuō)時(shí)，曾經(jīng)發(fā)問(wèn)理論物理學(xué)的盡頭就在眼前嗎?他當(dāng)年回答是，而且說(shuō)那最后的理論就是超引力；現(xiàn)在我們可以說(shuō)，當(dāng)然不是。

圖2　霍金在會(huì)場(chǎng)上

這里講的主要是概念，同時(shí)也考慮了趣味，難免帶著個(gè)人的偏愛(ài)相同現(xiàn)象引出不同問(wèn)題，相同問(wèn)題引出不同解答，多少都跟作者的偏愛(ài)有關(guān)。我們還特別突出了某些概念的淵源，增加了一些歷史追憶 所謂歷史，多半是正在發(fā)生的故事。技術(shù)性太強(qiáng)或者說(shuō)來(lái)話(huà)長(zhǎng)的東西，只好不著一字，而只是提出科學(xué)家們正在關(guān)心的問(wèn)題。孟德斯鳩說(shuō)得好：談一件事情，不必把話(huà)說(shuō)完，只要能使人思考，這就夠了。

為了不讓引言成為主題索引，我們沒(méi)有把它寫(xiě)成報(bào)告的摘要匯編（因此很抱歉有些報(bào)告者的名字沒(méi)能出現(xiàn)；另外，為方便讀者檢索文獻(xiàn)，出現(xiàn)的人物，除了霍金之外，都用原名，就不給另起中國(guó)名字了）。材料直接來(lái)自作者們（包括沒(méi)有參加會(huì)議的作者）的原始論文，幾乎無(wú)一字無(wú)來(lái)處，希望多少能給讀者留下某些概念發(fā)展的輪廓。

大會(huì)分8個(gè)主題：時(shí)空奇點(diǎn)，黑洞，霍金輻射，量子引力，M理論，德西特（de Sitter）空間，量子宇宙學(xué)，宇宙學(xué)。霍金曾先后（而且仍然）活躍在這些領(lǐng)域，我們幾乎可以在每個(gè)角落看到他的思想的影子。Wheeler說(shuō)過(guò)，霍金的思想，即使隨便談?wù)�，也有咀嚼口香糖的滋味兒，那就讓我們一點(diǎn)點(diǎn)來(lái)品味吧。