宇宙學(xué)是一門(mén)既古老又年輕的學(xué)科。作為宇宙中高等生物的人類(lèi)不滿(mǎn)足于自身的生存和種族的綿延，還一代代地探索著存在和生命的意義。

    但是，人類(lèi)理念的進(jìn)化是極其緩慢和艱苦的。從亞里士多德一托勒密地心說(shuō)到哥白尼一伽利略日心說(shuō)的演化就花了大約2000年的時(shí)間。令人吃驚的是，盡管人們知道世間的一切都在運(yùn)動(dòng)，只有到了20世紀(jì)20年代哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移定律后，宇宙演化的觀(guān)念才進(jìn)入人類(lèi)的意識(shí)。在此之前，人們甚至從未想到過(guò)宇宙還會(huì)演化。無(wú)論是牛頓的萬(wàn)有引力理論還是愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論都不能得到穩(wěn)態(tài)的宇宙模型。為了得到一個(gè)這樣的模型，愛(ài)因斯坦甚至不惜犧牲理論的美麗，將宇宙常數(shù)引進(jìn)他的方程?？梢?jiàn)宇宙演化的觀(guān)念并非產(chǎn)生于這些天才的頭腦之中。

    哈勃的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生。他的紅移定律說(shuō)，從星系光譜的紅移可以推斷，越遠(yuǎn)的星系以越快的速度飛離開(kāi)我們，這表明整個(gè)宇宙處于膨脹的狀態(tài)。從時(shí)間上倒溯到過(guò)去，估計(jì)在100億到200億年之前發(fā)生過(guò)一次開(kāi)天辟地的大爆炸，宇宙就從這個(gè)極其致密極熱的狀態(tài)中誕生。

    伽莫夫在1948年發(fā)表的關(guān)于熱大爆炸模型的文章中作出了一個(gè)驚人的預(yù)言，早期大爆炸的輻射仍殘存在我們的周?chē)?，不過(guò)由于宇宙膨脹引起的紅移，其絕對(duì)溫度只余下幾度了。在這種溫度下，輻射處于微波的波段。然而，在1965年彭齊亞斯和威爾遜觀(guān)測(cè)到宇宙微波背景輻射之前，人們并不認(rèn)真對(duì)待這個(gè)預(yù)言。

    一般認(rèn)為，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是描述宇宙的正確理論。在經(jīng)典廣義相對(duì)論的框架中，霍金和彭羅斯，在很一般的條件下，證明了時(shí)空一定存在奇點(diǎn)，最著名的奇點(diǎn)即是黑洞里的奇點(diǎn)和宇宙大爆炸處的奇點(diǎn)。所有定律和可預(yù)見(jiàn)性都在奇點(diǎn)處失效。奇點(diǎn)可以看作時(shí)空的邊緣或邊界。

    只有給定了奇點(diǎn)處的邊界條件，才能從愛(ài)因斯坦方程得出宇宙的演化。由于邊界條件只能由宇宙外的造物主給定，所以宇宙的命運(yùn)就操縱在造物主手中。這就是從牛頓時(shí)代起一直困擾人類(lèi)智慧的第一推動(dòng)問(wèn)題。

    如果時(shí)空沒(méi)有邊界，則就不必勞駕上帝進(jìn)行第一推動(dòng)了。這只有在量子引力論中才能做到。

    霍金認(rèn)為宇宙的量子態(tài)是處于一個(gè)基態(tài)，而時(shí)空可被看成是一個(gè)有限無(wú)界的四維面，正如地球的表面一樣，只不過(guò)多了兩個(gè)維數(shù)而已。宇宙中的所有結(jié)構(gòu)都起源于量子力學(xué)的不確定性原理允許的最小起伏。從一些簡(jiǎn)單的模型計(jì)算可得出和天文觀(guān)測(cè)相一致的推論，如星系團(tuán)、星系、恒星等成團(tuán)結(jié)構(gòu)，宇宙大尺度的均勻性和各向同性，時(shí)空的平性，時(shí)空的維數(shù)，太初引力波和太初黑洞，以及時(shí)間的箭頭等。霍金的量子宇宙學(xué)在于它真正使宇宙論成為一門(mén)成熟的科學(xué)。它是一個(gè)自足的理論，即在原則上，單憑科學(xué)定律我們便可以將宇宙中的一切都預(yù)言出來(lái)。

    本書(shū)作者是當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論家和宇宙學(xué)家。

    20世紀(jì)70年代他和彭羅斯一道證明了著名的奇點(diǎn)定理。之后他還證明了黑洞的面積定理，即隨著時(shí)間增加黑洞的表面積不減。這很自然地使人將這面積和熱力學(xué)的熵聯(lián)想起來(lái)。

    1973年，他考慮黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)像黑體那樣發(fā)出輻射。其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會(huì)因?yàn)檩椛涠冃。鴾囟葏s越變?cè)礁?，它以最后一刻的爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力、量子力學(xué)和熱力學(xué)統(tǒng)一在一起。

    1974年以后，他的研究轉(zhuǎn)向量子引力論。他利用費(fèi)恩曼的對(duì)歷史求和方法，自然地處理時(shí)空的非平凡的拓?fù)湫?yīng)，開(kāi)創(chuàng)了引力熱力學(xué)。

    1980年，他的興趣轉(zhuǎn)向量子宇宙學(xué)，研究宇宙的無(wú)中生有的創(chuàng)生機(jī)制，企圖一勞永逸地解決第一推動(dòng)問(wèn)題。

    霍金的生平是非常富有傳奇性的。在科學(xué)成就上，他是有史以來(lái)最杰出的科學(xué)家之一，而他的貢獻(xiàn)是在他20年之久被肌萎縮性（脊椎）側(cè)索硬化癥禁錮在輪椅上的情形下做出的，這真正是空前的。因?yàn)樗呢暙I(xiàn)對(duì)于人類(lèi)的觀(guān)念有深遠(yuǎn)的影響，所以媒體對(duì)他早已廣為報(bào)道。盡管如此，譯者之一于1979年第一回見(jiàn)到他時(shí)的情景至今還歷歷在目。那是第一次參加他領(lǐng)導(dǎo)的小組的討論班時(shí)，門(mén)打開(kāi)后，忽然腦后響起一種非常微弱的電器的聲音，回頭一看，只見(jiàn)一個(gè)骨瘦如柴的人斜躺在電動(dòng)輪椅上，他自己驅(qū)動(dòng)著電開(kāi)關(guān)。譯者盡量保持禮貌而不顯出過(guò)分吃驚，但是他對(duì)首次見(jiàn)到他的人對(duì)其殘廢程度的吃驚早已習(xí)慣。他要很費(fèi)勁才能抬起頭來(lái)。在失聲之前，他只能用非常微弱的變形的語(yǔ)言交流，這種語(yǔ)言只有在陪他工作、生活幾個(gè)月后才能通曉。他不能寫(xiě)字，看書(shū)必須依賴(lài)于一種翻書(shū)頁(yè)的機(jī)器，讀文獻(xiàn)時(shí)必須讓人將每一頁(yè)攤平在一張大辦公桌上，然后他驅(qū)動(dòng)輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁(yè)閱讀。人們不得不對(duì)人類(lèi)中居然有以這般堅(jiān)強(qiáng)意志追求終極真理的靈魂從內(nèi)心產(chǎn)生深深的敬意。他每天必須驅(qū)動(dòng)輪椅從他的家――劍橋西路5號(hào)，經(jīng)過(guò)美麗的劍河、古老的國(guó)王學(xué)院駛到銀街的應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的辦公室。該系為了他的輪椅行走方便特地修了一段斜坡。

    在富有學(xué)術(shù)傳統(tǒng)的劍橋大學(xué)，他目前擔(dān)任著也許是有史以來(lái)最為崇高的教授職務(wù)，那是牛頓和狄拉克擔(dān)任過(guò)的盧卡斯數(shù)學(xué)教授。

    本書(shū)譯者之一曾受教于霍金達(dá)4年之久，并在他的指導(dǎo)下完成了博士論文。從他對(duì)譯者私事的幫助可以體會(huì)到，他是一位富有人情味的人。

    此書(shū)即是受霍金之托而譯成中文，以供人類(lèi)1/5的人口了解他的學(xué)說(shuō)。

    許明賢、吳忠超