霍金的量子宇宙論的意義在於它真正使宇宙論成為一門成熟的科學,它是一個自足的理論,即在原則上,單憑科學定律我們便可以將宇宙中的一切都預言出來。
在《時間簡史——從大爆炸到黑洞》這部書中,霍金帶領讀者遨遊外層空間奇異領域,對遙遠星係、黑洞、誇克、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質、“時間箭頭”等進行了深入淺出的介紹,並對宇宙是什麼樣的、空間和時間以及相對論等古老問題做了闡述,使讀者初步了解狹義相對論以及時間、宇宙的起源等宇宙學的奧妙。
一、時間起始點——宇宙大爆炸奇點。1929年埃德溫?哈勃發現無論在哪個方向觀測,遠處的星係都是遠離我們急速而去。也就是說,宇宙是不斷膨脹著,那麼它在最初就應該收縮為一點,這一時刻被稱為宇宙大爆炸時刻。宇宙在這一點的密度無窮大,這一點即為數學上所稱的奇點。所有的科學定理在此奇點處均告失效。這樣,從時間的物理意義上來說,時間在宇宙大爆炸奇點處開始。
二、時間終結——黑洞。恒星由於引力作用會不斷收縮,向自身坍縮。當恒星的質量大於某個極限時,泡利不相容原理產生的排斥力不能平衡引力,於是恒星將繼續坍塌下去,形成一個我們稱之為“黑洞”的無限致密的區域。黑洞表麵的引力如此之強,以致在黑洞這個區域之內不可能有任何東西從該區域內逃逸而到達遠處的觀察者。時間在此終止。
三、上帝是如何啟動宇宙的——宇宙的起源和命運。霍金在此書中描述了人們在追溯宇宙起源的道路上艱辛的腳步。
一種是以人擇原理來解釋的叫做紊亂邊界條件的宇宙起源。在宇宙開端的多種無規則可能中,我們剛好生活在這樣一個光滑一致的區域裏,才有可能使我們這樣複雜的人類存在。
另一種解釋稱為“暴漲模型”,它認為宇宙在開始的一瞬間是以加速度膨脹,在遠小於1秒的時間裏宇宙的半徑增大了100萬億億億倍(10的30次方)。這些理論在不同程度上雖可以解答人們的某些疑惑,但最終不能確定宇宙的根本的內在秩序。
現在人們開始轉向尋求一種將量子力學和引力結合起來的完整而協調的理論,在這種理論指導下,人們找到另一種描述宇宙起源及命運的模式,即空間——時間隻有有限的尺度,卻沒有奇點作為它的邊界或邊緣。也就是說,宇宙它既沒有開端也沒有終結——它就是存在。
四、物理學的統一終極理論。人類在尋求建立一個適用於宇宙中每一事件的、完整的、協調的統一理論,在這理論中不需要選取特定的常數去符合事實。尋找這樣的一個理論被稱之為“物理學的統一”。人們將力分為四種,即引力、電磁力、弱核力和強核力,並已通過所謂的“大統一理論”(GUT)將後三種力統一起來,而將引力也包括進來的工作正在進行之中。這需要將廣義相對論和量子力學結合起來,從目前人們研究的“弦理論”中已看出成功的希望。
有助於推動對宇宙科學的探索
本書是關於探索時間本質和宇宙最前沿的通俗讀物,是一本當代有關宇宙科學思想最重要的經典著作,它改變了人類對宇宙的觀念。
本書內容是關於宇宙本性的最前沿知識,但是從那以後無論在微觀還是宏觀宇宙世界的觀測技術方麵都有了非凡的進展。這些觀測證實了霍金在本書第一版中的許多理論預言,它在時間上回溯探測到離宇宙創生的30萬年之內,顯露了霍金超人的時空感知能力。
霍金所說的一切不可能都是絕對真理,他是一個探索者,在不斷探索新的事物。他推崇數學作為最嚴謹的形式邏輯的威力,更處處引證實際觀測結果作為理論可信的基本條件。正如他在書中指出的:“無論如何,科學的力量在於凡是未經實驗驗證的東西就不能被認為是真實的存在。”就宇宙學來說,對於現代天文學家、宇宙學家,他們所能研究和討論的隻能是可實驗、可觀測的具體而有限的宇宙,而對於望遠鏡看不到的更遙遠的宇宙深處,他們隻能說“這還是一個未解之謎”。
對於科學,人類必須繼續不停地思考,必須努力拓展知識領域。對宇宙“起點”的不斷思考探索,應該是本書留給人類的最大價值。