在牛顿和伽利略的世界中,空间和时间好比是一块平坦而又平凡的“画布”,在其上画着当时所知道的天体;而爱因斯坦的“画布”则是弯曲的——由于物质的存在而导致的凹凸不平。在过去的几十年间,随着物理学家和宇宙学家们对于物理学定律和宇宙形成原因的探求,时间和空间的维度、形状、以及本性与亚原子粒子、黑洞以及超弦紧密的交织在一起,从而使得“画布”本身日益成为了研究的焦点。

这一切就是史蒂文 · 霍金的新作《果壳中的宇宙》的主题。作为一个理论物理学家,霍金在20世纪60年代阐述广义相对论的数学结构中作出了杰出的工作,这使他崭露头角。他在物理学方面的成就随着他在1974年发现了“霍金辐射”(黑洞的量子辐射)而愈发巩固。这项工作揭开了合并广义相对论和量子力学,也就是今天理论物理学的中心问题的序幕。从那时起,霍金时而驻足于物理学的主流研究,时而跨出主流;既是一个中心人物,又时而扮演一个破旧立新的角色。随着他的著作《时间简史》的巨大成功,霍金成了爱因斯坦之后最大的科学明星。

因此,人们对于这本书的期望很高,而这本书也的确没有令大家失望。该书采用了大量的彩色插图,并且由一个个自成体系的短文构成,并用了一种比《时间简史》更为通俗的方式探讨了许多最新进展。

霍金回顾了量子力学、广义相对论、大爆炸以及黑洞,然后讨论了弦论、M理论、虚时间、多重历史、信息缺失悖论、黑洞全息原理、额外维和时间旅行等等。这些话题当然是非常令人“畏惧”的,而且一些还是仍然在发展中的想法,另外一些则是对于理论物理学家来说也是相当具有挑战性的概念。霍金并没有低估他的读者们;值得称道的是,他既没有大量的讨论物理,也没有抽去其中最为困难的概念。相反,他客观公证的提出了这些话题,当然这其中他略去了物理学家们通常所使用的数学语言。

不是所有的读者都必须理解每一个概念。但是,我们已经被设想去了解他所指的虚时间或者超对称中的无穷大相削了吗?或者为什么一个黑洞的熵与其视界面积相联系呢?也许没有。但是读者们将会熟悉理论物理学家们所面对的一些更为令人着急的问题,甚至可以去分享科学家们在寻求真理时所时而遇到的挫折。

尽管大部分的论断本身就非常难以理解,但是该书中的许多观点都被解释的非常透彻明晰,有时甚至是用一种全新的、迷人的方式进行解释。如关于为什么量子引力对于我们很重要的论据是非常有趣的;霍金的奇点定理表明,如果人们要理解遥远的过去,或者遥远的未来,那么就需要用量子引力。他对于大的额外空间维度(这是今天粒子物理学家们正在热烈讨论的一个话题)的讨论也是非常好的。另外,他对于虚时间的讨论,实际上帮助了许多读者更加了解了什么是虚时间。

然而,本书最为了不起的地方也许是涉及书中所讨论的话题的大量优美图片。尽管物理学的语言是数学,但是物理学的主题却不是数学。物理学中最为强有力的概念最初的提出并不是基于数学,而是基于一种强大的物理图像。实际上,在爱因斯坦知道数学可以描述他的理论之前,他发展了一套直观的图像来解释质量是如何使时空弯曲的。本书中的许多图片也是力图表明霍金所讨论的各种观点的。例如,一幅关于骆驼消化道的图片非常形象的表明了为什么生命不能从两维空间中产生;另外一幅简单但优雅的图片表明了为什么一个静态无限宇宙的夜空应当是亮的。与物理学家们熟悉的干巴巴的图表不同,本书中关于振动的图片与人们通常的想象发生了共鸣。爱舍(Escher)式的图片经常使人们联想起那些在物理学中引起重大突破的悖论来。

科学的进步当然需要创造性的想法,但是成功最终都是在想象与现实交汇之处。通过提供各种观点(有他自己的,也有其他人的)以及历史上的趣闻轶事,霍金界定了已经确立了的理论,猜测中的、似是而非的理论以及牵强的理论之间的界限。尽管我个人怀疑这些重大的概念是否真的能够在一个万物理论中彼此统一起来,但是我相信可以发现其中的一些。这本书令人着迷之处并不仅仅是因为它描绘了人们所追求的灵感,而是因为它描绘了那些最终会成为真理的各种元素。

在霍金热情洋溢的讨论中,始终充满了雄心壮志、奇妙想法、平实语言以及幽默感。在书的每一章节中,都有探险和发现所带来的兴奋,尽管有时候这种发现并不那么清晰可见。也许读者们可能无法达到霍金所理解的深度,但是他们肯定会被他的好奇心所深深地感染。

[Science,2002年4月12日]