引言

理論物理學(xué)和宇宙學(xué)的未來/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·霍金來到這個世界。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)字來注定了霍金的成功。劍橋大學(xué)副校長Alec Broers爵士如是說�；艚鹫f那天出生的孩子大概有20萬個，沒什么特別的。但我們多少有些遺憾（或幸運）地看到，史蒂芬只有一個，奇特的生命造就了奇特的貢獻，正如英國粒子物理與天文學(xué)研究理事會（PPARC）主席Ian Halliday教授說的：

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)的快樂帶給了大眾，空前提升了大眾對宇宙和物理學(xué)的認(rèn)識和知識水平。

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

1）廣義相對論在宇宙學(xué)的應(yīng)用：愛因斯坦場方程解的數(shù)學(xué)性質(zhì)，微擾解，奇點定理；

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

3）彎曲時空的量子場論：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)，無邊界條件；

5）促進公眾對科學(xué)的理解：特別是《時間簡史》和《果殼中的宇宙》。

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

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

普通大眾認(rèn)識霍金，多半從他的人開始，然后關(guān)注他的書和他的科學(xué)。還是Carr的話，說明了史蒂芬的幽默，也反映了人們對他的好奇和崇敬：

一個女游客在街上攔住他，問他是不是那個著名的史蒂芬 ·霍金，他說真的那位比他好看多了！確實，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)。我祝愿他們每個人60歲生日快樂！

霍金60歲生日的慶�；顒樱�2002年1月在劍橋大學(xué)隆重舉行。在數(shù)學(xué)科學(xué)中心召開了兩個會：1月7 10日的學(xué)術(shù)討論會和11日的報告會。在報告會上，霍金和4個科學(xué)家做了普及演講，英國BBC電視4臺在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　霍金來參加報告會，吸引了600多名與會者和媒體記者

為了讓有興趣的讀者能更多了解大會報告的內(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，作為引言，因而題目也不慚地借了大會那個大標(biāo)題：理論物理學(xué)和宇宙學(xué)的未來 其實更多的是現(xiàn)在，從現(xiàn)在看未來 那也是劍橋大學(xué)出版社結(jié)集出版的演講集的標(biāo)題。選擇這個題目，是因為霍金在1980年做盧卡斯教授就職演說時，曾經(jīng)發(fā)問理論物理學(xué)的盡頭就在眼前嗎?他當(dāng)年回答是，而且說那最后的理論就是超引力；現(xiàn)在我們可以說，當(dāng)然不是。

圖2　霍金在會場上

這里講的主要是概念，同時也考慮了趣味，難免帶著個人的偏愛相同現(xiàn)象引出不同問題，相同問題引出不同解答，多少都跟作者的偏愛有關(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)性太強或者說來話長的東西，只好不著一字，而只是提出科學(xué)家們正在關(guān)心的問題。孟德斯鳩說得好：談一件事情，不必把話說完，只要能使人思考，這就夠了。

為了不讓引言成為主題索引，我們沒有把它寫成報告的摘要匯編（因此很抱歉有些報告者的名字沒能出現(xiàn)；另外，為方便讀者檢索文獻，出現(xiàn)的人物，除了霍金之外，都用原名，就不給另起中國名字了）。材料直接來自作者們（包括沒有參加會議的作者）的原始論文，幾乎無一字無來處，希望多少能給讀者留下某些概念發(fā)展的輪廓。

大會分8個主題：時空奇點，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)�；艚鹪�先后（而且仍然）活躍在這些領(lǐng)域，我們幾乎可以在每個角落看到他的思想的影子。Wheeler說過，霍金的思想，即使隨便談?wù)�，也有咀嚼口香糖的滋味兒，那就讓我們一點點來品味吧。