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1、时间简史从大爆炸到黑洞 作者：史史蒂芬霍金 - 译者序序感谢导言第一章我我们的宇宇宙图象象第二章空空间和时时间第三章膨膨胀的宇宇宙第四章不不确定性性原理第五章基基本粒子子和自然然的力第六章黑黑洞第七章黑黑洞不是是这么黑黑的第八章宇宇宙的起起源和命命运第九章时时间箭头头第十章物物理学的的统一第十一章结论阿尔贝特爱因斯斯坦伽利雷伽伽利略伊萨克牛牛顿小辞典-baiduu译者序- 宇宇宙论是是一门既既古老又又年轻的的学科。作作为宇宙宙里高等等生物的的人类不不会满足足于自身身的生存和种族族的绵延延，还一一代代不不懈地探探索着存存在和生生命的意意义。但但是，人人类理念念的进化化是极其缓慢慢和艰苦苦的。从从
2、亚里士士多德托勒勒密的地地心说到到哥白尼尼伽利利略的日日心说的演化就花花了20000年年的时间间。令人人吃惊的的是，尽尽管人们们知道世世间的一一切都在在运动，只只是到了本世纪纪20年年代因哈哈勃发现现了红移移定律后后，宇宙宙演化的的观念才才进入人人类的意意识。人人们甚至从来没没有想到到过宇宙宙还会演演化。牛牛顿的万万有引力力定律表表明，宇宇宙的物物质在引引力作用用下不可能处处于稳定定的状态态。即使使在爱因因斯坦的的广义相相对论中中，情况况也好不不到哪儿儿去，为为了得到一个个稳定的的宇宙模模型，他他曾将宇宇宙常数数引进理理论中。他他们都希希望在自自己的理理论中找到稳定的的宇宙模模型。可可见，宇宇
3、宙演化化的观念念并不是是产生于于这些天天才的头头脑之中中。 将将哈勃的的发现当当成现代代宇宙论论的诞生生是公平平的。哈哈勃发现现，从星星系光谱谱的红移移可以推断，越远远的星系系以越快快的速度度离开我我们而去去，这表表明整个个宇宙处处于膨胀胀的状态态。从时时间上倒溯到到过去，估估计在1100亿亿到2000亿年年前曾经经发生过过一桩开开天辟地地的大事事件，即即宇宙从一个极其其紧致、极极热的状状态中大大爆炸而而产生。伽伽莫夫在在19448年发发表的一一篇关于于热大爆爆炸模型的文文章中作作出了一一个惊人人的预言言，早期期大爆炸炸的辐射射仍残存存在我们们周围，不不过由于宇宙膨胀胀引起的的红移，其其绝对温
4、温度只余余下几度度左右，在在这种温温度下，辐辐射是处处于微波波的波段。但但在19965年年彭齐亚亚斯和威威尔逊观观测到宇宇宙微波波背景辐辐射之前前，人们们并不认认真对待此预言。 一一般认为为，爱因因斯坦的的广义相相对论是是用于描描述宇宙宙演化的的正确的的理论。在在经典广广义相对论的框框架里，霍霍金和彭彭罗斯证证明了，在在很一般般的条件件下，空空间时间一一定存在在奇点，最著名名的奇点点即是黑黑洞里的的奇点以以及宇宙宙大爆炸炸处的奇奇点。在在奇点处处，所有有定律以以及可预见性性都失效效。奇点点可以看看成空间间时间的的边缘或或边界。只只有给定定了奇点点处的边边界条件，才能由由爱因斯斯坦方程程得到宇宇
5、宙的演演化。由由于边界界条件只只能由宇宇宙外的的造物主主所给定定，所以宇宙的的命运就就操纵在在造物主主的手中中。这就就是从牛牛顿时代代起一直直困扰人人类智慧慧的第一一推动问题。 如如果空间间时间间没有边边界，则则就不必必劳驾上上帝进行行第一推推动了。这这只有在在量子引引力论中才能能做到。霍霍金认为为宇宙的的量子态态是处于于一种基基态，空空间时间可可看成一一有限无界的四维维面，正正如地球球的表面面一样，只只不过多多了两个个维数而而已。宇宇宙中的的所有结结构都可归结于量量子力学学的测不不准原理理所允许许的最小小起伏。从从一些简简单的模模型计算算可得出出和天文观测相一一致的推推论，如如星系、恒恒星等
6、等等的成团团结构，大大尺度的的各向同同性和均均匀性，空空间时间间的平性性，即空空间时间基基本上是是平坦的的，并因因此才使使得星系系乃至生生命的发发展成为可能能，还有有时间的的方向箭箭头等等等。霍金金的量子子宇宙论论的意义义在于它它真正使使宇宙论论成为一门成成熟的科科学，它它是一个个自足的的理论，即即在原则则上，单单凭科学学定律我我们便可可以将宇宙中的一一切都预预言出来来。 本本书作者者是当代代最重要要的广义义相对论论家和宇宇宙论家家。700年代他他和彭罗罗斯一道道证明了了著名的奇性性定理，为为此他们们共同获获得了119888年的沃沃尔夫物物理奖。他他还证明明了黑洞洞的面积积定理，即随随着时间间
7、的增加加黑洞的的面积不不减。这这很自然然使人将将黑洞的的面积和和热力学学的熵联联系在一起。119733年，他他考虑黑黑洞附近近的量子子效应，发发现黑洞洞会像黑黑体一样样发出辐辐射，其其辐射的温度度和黑洞洞质量成成反比，这这样黑洞洞就会因因为辐射射而慢慢慢变小，而而温度却却越变越越高，它以最后一一刻的爆爆炸而告告终。黑黑洞辐射射的发现现具有板板其基本本的意义义，它将将引力、量量子力学和统计力力学统一一在一起起。 119744年以后后，他的的研究转转向量子子引力论论。虽然然人们还还没有得得到一个个成功的的理论，但但它的一些特特征已被被发现。例例如，空空间时间在在普郎克克尺度（110-33厘厘米）下
8、下不是平平坦的，而是处处于一种种泡沫的的状态。在在量子引引力中不不存在纯纯态，因因果性受受到破坏坏，因此此使不可知性从经经典统计计物理、量量子统计计物理提提高到了了量子引引力的第第三个层层次。 119800年以后后，他的的兴趣转转向量子子宇宙论论。 本本书的副副题是从从大爆炸炸到黑洞洞。霍金金认为他他一生的的贡献是是，在经经典物理理的框架架里，证明了黑洞洞和大爆爆炸奇点点的不可可避免性性，黑洞洞越变越越大；但但在量子子物理的的框架里里，他指指出，黑洞因因辐射而而越变越越小，大大爆炸的的奇点不不但被量量子效应应所抹平平，而且且整个宇宇宙正是是起始于此。 理理论物理理学的细细节在未未来的220年中
9、中还会有有变化，但但就观念念而言，现现在已经经相当完完备了。 霍霍金的生生平是非非常富有有传奇性性的，在在科学成成就上，他他是有史史以来最最杰出的的科学家家之一，他的贡贡献是在在他200年之久久被卢伽伽雷病禁禁锢在轮轮椅上的的情况下下做出的的，这真真正是空空前的。因为他他的贡献献对于人人类的观观念有深深远的影影响，所所以媒介介早已有有许多关关于他如如何与全全身瘫痪作搏搏斗的描描述。尽尽管如此此，译者者之一于于19779年第第一回见见到他时时的情景景至今还还历历在目。那是是第一次次参加剑剑桥霍金金广义相相对论小小组的讨讨论班时时，门打打开后，忽忽然脑后后响起一种非常微微弱的电电器的声声音，回回头
10、一看看，只见见一个骨骨瘦如柴柴的人斜斜躺在电电动轮椅椅上，他他自己驱动着着电开关关。译者者尽量保保持礼貌貌而不显显出过分分吃惊，但但是他对对首次见见到他的的人对其残废程度度的吃惊惊早已习习惯。他他要用很很大努力力才能举举起头来来。在失失声之前前，只能能用非常常微弱的变形形的语言言交谈，这这种语言言只有在在陪他工工作、生生活几个个月后才才能通晓晓。他不不能写字，看书必必须依赖赖于一种种翻书页页的机器器，读文文献时必必须让人人将每一一页摊平平在一张张大办公公桌上，然后后他驱动动轮椅如如蚕吃桑桑叶般地地逐页阅阅读。人人们不得得不对人人类中居居然有以以这般坚坚强意志追求求终极真真理的灵灵魂从内内心产生
11、生深深的的敬意。从从他对译译者私事事的帮助助可以体体会到，他是一位富富有人情情味的人人。每天天他必须须驱动轮轮椅从他他的家剑桥桥西路55号，经经过美丽丽的剑河、古老老的国王王学院驶驶到银街街的应用用数学和和理论物物理系的的办公室室。该系系为了他他的轮椅椅行走便利特特地修了了一段斜斜坡。 在在富有学学术传统统的剑桥桥大学，他他目前担担任着也也许是有有史以来来最为崇崇高的教教授职务务，那是牛顿和和狄拉克克担任过过的卢卡卡逊数学学教授。 本本书译者者之一曾曾受教于于霍金达达四年之之久，并并在他的的指导下下完成了了博士论论文。此此书即是受霍金之之托而译译成中文文，以供供占人类类五分之之一的人人口了解解
12、他的学学说。许明贤贤吴吴忠超 bbaiddu感谢- 119822年我在在哈佛作作过洛伊伊伯（LLoebb）演讲讲之后，决决定尝试试写一本本关于空空间和时时间的通俗读物。从从像史蒂蒂芬温伯格格最初初三分钟钟那么么好的，到到那些甚甚至我都都不想点点名的差劲的，关关于早期期宇宙和和黑洞的的书已经经出版了了可观的的数量。然然而，我我觉得它它们之中中的任何一本都未未真正提提到那些些导致我我研究宇宇宙学和和量子理理论的动动机的问问题：宇宇宙从何何而来？它为什么，井井怎么样样开始的的？它会会有末日日吗？如如果有的的话，会会发生什什么？这这些是我我们大家都感兴趣趣的问题题。但是是现代科科学变得得如此之之技术化
13、化，以至至于仅有有极少数数的专家家能掌握握解释这些问问题所用用到的数数学。不不过关于于宇宙的的起源和和命运的的基本概概念则可可以离开开数学，以一种没有有受过科科学训练练的人也也能理解解的形式式来加以以陈述。这这就是我我在这本本书里试试图要做的，是否否成功则则要由读读者判断断了。 有有人告诉诉我，我我放在书书中的每每一个方方程都会会使本书书的销售售量减半半，为此此我决定定一个方程也不用用。然而而，在最最后我确确实用了了一个方方程，即即爱因斯斯坦著名名的方程程Emmc22，我希望这个方方程不会会吓跑一一半我的的潜在读读者。 除除了够倒倒霉地得得了卢伽伽雷即运运动神经经细胞的的病外，我我几乎在在其他
14、每每个方面面都是幸幸运儿。我从我我的妻子子筒、我我的孩子子罗伯特特、露西西和梯米米那儿得得到的帮帮助和支支持，使使我能有有一个相当正正常的生生活和成成功的事事业。我我选择了了理论物物理是又又一大幸幸，因为为它是整整个用脑脑进行的。所所以我的的瘫痪并并没有成成为一个个严重的的障碍。我我的科学学同事无无一例外外地都是是非常乐于助人的的。 在在我生涯涯的第一一个“经典”相期间间，我主主要的合合作者及及助手有有罗杰彭罗斯斯、罗伯伯特格罗许许、布兰兰登卡特和和乔治埃里斯斯。我对对他们给给予我的的帮助以以及我们们一起做做的工作深表感感谢。这这一相被被概括为为我和埃埃里斯合合写于119733年的空空间时间间
15、的大尺尺度结构构一书中。我我并不主主张本书书的读者者去啃那那本书来来获得进进一步的的了解：它是高高度技术术性的，很难读通。我我希望从从写了那那本书之之后我懂懂得了用用何种写写法才能能容易被被理解。 在在我的工工作的第第二个“量子”相期间间，从119744年起我我主要的的合作者者是盖瑞瑞吉朋斯斯、当佩奇和和詹姆哈特尔尔。我欠欠了他们们和我的的学生们们很多情情。他们们不仅在在身体上上，而且且在理论上都都给了我我极大的的帮助。保保持和我我的学生生相处在在一起是是一个巨巨大的激激励，同同时我希望这能帮帮助我免免于因循循守旧。 就就这本书书而言，我我从我的的一个学学生布里里安维特那那儿得到到许多帮帮助。
16、119855年我在在完成了第一稿稿后得了了肺炎。我我不得不不接受穿穿气管的的手术。这这个手术术使我丧丧失了说说话的能能力，从而使我几几乎无法法和人交交谈。我我想可能能完成不不了这本本书了。然然而，布布里安不不仅帮助助我修改，还使我我学会使使用一个个叫做“生活中中心”的通讯讯程序。这这是由加加利福尼尼亚太阳阳谷峨而而兹帕拉斯斯公司的的瓦特沃尔托托兹捐赠赠的，我我可以用用它写书书和写论论文，并并用语言言合成器器对人讲话。这这合成器器也是由由加利福福尼亚太太阳谷的的语言及及其他公公司捐赠赠的。语语言合成成器和一个小型的的个人计计算机由由大卫梅森装装在我的的轮椅上上。这个个系统使使我有了了巨大的的变化
17、：实际上我现现在能够够通讯得得比我失失声之前前还要好好。 我我从大量量看过最最初稿的的人那儿儿得到如如何改进进此书的的建议，特特别是我我的拜泰泰姆书社社的编辑彼得古查底底送给我我厚厚的的一迭关关于他觉觉得我还还没有适适当说清清楚的地地方的评评语和疑疑问。我必须须承认。当当我收到到他长长长的要修修改的地地方的清清单时相相当恼火火。可是是，他是是完全对的。我相相信在他他的酷使使下，最最终使这这本书变变得更好好。 我我非常感感谢我的的助手柯柯林威廉斯斯、大卫卫托玛斯斯和雷蒙蒙拉夫勒勒蒙；我我的秘书书朱迪费拉、安安若尔夫夫、谢锐锐尔比林顿顿和舒马赛以以及我的的护士班班。若没没有龚维维尔和凯尔斯学院院、
18、科学学工程研研究协会会、赖佛佛荷尔姆姆、马克克阿瑟、纳纳菲尔德德及若尔尔夫斯密斯斯基金会所提提供的我我的研究究和医药药费用，所所有这一一切都是是不可能能的。对对此谨表表谢意。史蒂芬芬霍金 19987年年10月月20日日 bbaiddu导言- 我我们在几几乎对世世界毫无无了解的的情形下下进行日日常生活活。我们们对于使使生命得得以实现现的阳光的产生机机制，对对于将我我们束缚缚在地球球上，否否则我们们就会以以涡旋的的轨道被被抛到太太空去的的重力，对于于我们由由之构成成并依赖赖其稳定定性的原原子思考考得很少少。除了了小孩（他他们知道道太少，会不知轻重重地问重重要的问问题），我我们中很很少人会会用大量量
19、时间惊惊讶自然然界为何何这个样样子；宇宙从何而而来或它它是否总总在这儿儿；时间间会不会会有朝一一日倒流流，并因因此导致致果先于于因；或或者人类认识识是否有有一最终终的权限限。甚至至我曾遇遇到一些些小孩，他他们想要要知道黑黑洞是什什么样的？物质的的最小的的部份是是什么？为何我我们记住住过去而而不是将将来；如如果早先先是紊乱乱的，则则今天显然是是有序的的，这究究竟是怎怎么回事事？为何何存在一一个宇宙宙？ 在在我们社社会里，父父母或老老师仍然然依惯例例用耸肩肩膀或借借助模糊糊回想起起的宗教教格言去去回答这些问题题的大部部份。有有一些人人则对这这一类的的问题感感到不舒舒服，因因为它们们如此生生动地暴暴
20、露了人类理理解的局局限性。 但但是，哲哲学和科科学的大大部份即即是由这这种好奇奇心所驱驱动的。越越来越多多的成年年人愿意意问这类问题，并并且他们们偶尔得得到一些些使其惊惊奇的答答案。我我们这些些离开原原子和恒恒星同样样远的人类，正在在扩大自自己探索索的视野野去拥抱抱这非常常小和非非常大的的对象。 119744年初，大大约在海海盗空间间飞船登登陆火星星之前两两年，我我参加在在英国由由伦敦皇皇家学会会主办的关于于探索如如何寻找找天外生生命的会会议。 在在会议中中间休息息时，我我注意到到在隔壁壁的大厅厅里正举举行一个个更大得得多的会会议，出出于好奇心我进去去了。我我很快意意识到自自己见证证了一个个古
21、代的的仪式，是是一个新新会员参参加皇家家学会这个本本行星上上最古老老的学术术组织的的授职式式。前排排一位在在轮椅中中的年轻轻人正非非常缓慢慢地将他的名名字签在在一本书书上，而而这本书书的最前前页是伊伊萨克牛顿的的签名。当当他最后后签好时，大厅里里响起了了一阵响响亮的掌掌声。史史蒂芬霍金，甚甚至在那那时就是是一位传传说中的的人物。 现现在霍金金是剑桥桥大学的的卢卡逊逊数学教教授。这这个职务务曾为牛牛顿，后后来又为为狄拉克克，这两位非常大大和非常常小的世世界的有有名的探探索者担担任过。他他是他们们的毫不不逊色的的继承人人。这本霍金首次次为非专专家写的的书，会会给外行行读者以以多种类类的酬劳劳。和这
22、这本书的的广泛的的内容一一样有趣的是是对作者者智力工工作的浏浏览。物物理、天天文、宇宇宙学和和勇气的的前沿被被清晰地地呈现在在本书之中。 这这又是一一本关于于上帝或许许是关于于上帝不不存在的的书。处处处充满满了上帝帝这个字字眼。霍金着手回回答爱因因斯坦著著名的关关于上帝帝在创生生宇宙时时有无选选择性的的问题。正正如霍金金明白声称的，他他企图要要去理解解上帝的的精神。这这使得迄迄今所有有努力的的结论更更加出人人意外：一个空间上无边边缘、时时间上无无始无终终、并且且造物主主无所事事事的宇宇宙。卡尔沙冈 康奈奈尔大学学 绮色色佳，纽纽约州baiduu第一章我我们的宇宇宙图象象- 一一位著名名的科学学
23、家（据据说是贝贝特郎罗素）曾曾经作过过一次关关于天文文学方面面的讲演演。他描述了地地球如何何绕着太太阳运动动，以及及太阳又又是如何何绕着我我们称之之为星系系的巨大大的恒星星群的中心转转动。演演讲结束束之时，一一位坐在在房间后后排的矮矮个老妇妇人站起起来说道道：“你说的的这些都是废废话。这这个世界界实际上上是驮在在一只大大乌龟的的背上的的一块平平板。”这位科科学家很很有教养地微微笑着答答道：“那么这这只乌龟龟是站在在什么上上面的呢呢？”“你很很聪明，年年轻人，的确很聪明明，”老妇人人说，“不过，这这是一只只驮着一一只一直直驮下去去的乌龟龟群啊！” 大大部分人人会觉得得，把我我们的宇宇宙喻为为一个
24、无无限的乌乌龟塔相相当荒谬谬，可是是为什么么我们自以为知道道得更多多一些呢呢？我们们对宇宙宙了解了了多少？而我们们又是怎怎样才知知道的呢呢？宇宙宙从何而来，又又将向何何处去？宇宙有有开端吗吗？如果果有的话话，在这这开端之之前发生生了什么么？时间的本质是是什么？它会有有一个终终结吗？在物理理学上的的一些最最新突破破，使一一部分奇奇妙的新新技术得以实实现，从从而对于于回答这这些长期期以来悬悬而未决决问题中中的某些些问题有有所启发发。也许许有一天这些些答案会会像我们们认为地地球绕着着太阳运运动那样样显而易易见当然也也可能像像乌龟塔塔那般荒唐可可笑。不不管怎样样，唯有有让时间间来判断断了。 早早在公元
25、元前3440年，希希腊哲学学家亚里里士多德德在他的的论天天一书书中，就就已经能能够对于于地球是一个个圆球而而不是一一块平板板这一论论点提出出两个很很好的论论据。第第一，他他认为月月食是由由于地球运行行到太阳阳与月亮亮之间而而造成的的。地球球在月亮亮上的影影子总是是圆的，这这只有在在地球本身为球形形的前提提下才成成立。如如果地球球是一块块平坦的的圆盘，除除非月食食总是发发生在太太阳正好位于这个个圆盘中中心之下下的时候候，否则则地球的的影子就就会被拉拉长而成成为椭圆圆。第二二，希腊腊人从旅行中中知道，在在越往南南的地区区看星空空，北极极星则显显得越靠靠近地平平线。（因因为北极极星位于北极的的正上方
26、方，所以以它出现现在处于于北极的的观察者者的头顶顶上，而而对于赤赤道上的的观察者者，北极星显得得刚好在在地平线线上。）根根据北极极星在埃埃及和在在希腊呈呈现出来来的位置置的差别别，亚里士多德甚甚至估计计地球大大圆长度度为 4400斯斯特迪亚亚。现在在不能准准确地知知道，一一个斯特特迪亚的长度究究竟是多多少，但但也许是是2000码左右右，这样样就使得得亚里士士多德的的估计为为现在所所接受数值的两倍倍。希腊腊人甚至至为地球球是球形形提供了了第三个个论据，否否则何以以从地平平线外驶驶来的船总是先露露出船帆帆，然后后才是船船身？ 亚亚里士多多德认为为地球是是不动的的，太阳阳、月亮亮、行星星和恒星星都以
27、圆圆周为轨轨道围绕绕着它转动。他相相信这些些，是由由于神秘秘的原因因，他感感到地球球是宇宙宙的中心心，而且且圆周运运动最为为完美。在公公元后两两世纪，这这个思想想被托勒勒密精制制成一个个完整的的宇宙学学模型。地地球处于于正中心，包围围着它的的是八个个天球，这这八个天天球分别别负载着着月亮、太太阳、恒恒星和五五个当时时已知的行星：水星、金金星、火火星、木木星和土土星（图图1.11）。这这些行星星被认为为是沿着着附在相相应天球上的更更小的圆圆周运动动，以说说明它们们在天空空中被观观察到的的相当复复杂的轨轨迹。最最外层的的天球被镶上上固定的的恒星，它它们总是是停在不不变的相相对位置置，但是是总体绕绕
28、着天空空旋转。最最后一层天球之之外为何何物一直直不清楚楚，但有有一点是是肯定的的，它不不是人类类所能观观测到的的宇宙的的部分。 图图1.11从最里里面往最最外面顺顺序为月月亮球、水水星球、金金星球、太太阳球、火火星球、木木星球、土星球和固固定恒星星球。最最中心为为地球。 托托勒密模模型为预预言天体体在天空空的位置置提供了了相当精精密的系系统。但但为了正正确地预预言这些位置，托托勒密必必须假定定月亮轨轨道有时时离地球球比其他他时候要要近一倍倍，这意意味着月月亮有时时看起来要比比其他时时候大一一倍。托托勒密承承认这个个瑕疵，尽尽管如此此，他的的模型虽虽然不是是普遍地、却是广广泛地被被接受。它它被基
29、督督教接纳纳为与圣圣经相相一致的的宇宙图图象。这这是因为为它具有巨大的的优点，即即在固定定恒星天天球之外外为天堂堂和地狱狱留下了了很多地地方。 然然而，115144年一位位名叫尼尼古拉哥白尼尼的教士士提出了了一个更更简单的的模型。（起起初，可能由于害害怕教会会对异端端的迫害害，哥白白尼只能能将他的的模型匿匿名地流流传。）他他的观念念是，太阳是静止止地位于于中心，而而地球和和其他行行星绕着着太阳作作圆周运运动。将将近一个个世纪以以后，他的观念才才被认真真地接受受。后来来，两位位天文学学家德国的的约翰斯斯开普勒勒和意大大利的伽利雷伽伽利略开开始公开开支持哥哥白尼的的理论，尽尽管它所所预言的的轨道还
30、还不能完完全与观观测相符合。直到到16009年，亚亚里士多多德托勒密密的理论论才宣告告死亡。那那一年，伽伽利略用用刚发明的望远镜镜来观测测夜空。当当他观测测木星时时，发现现有几个个小卫星星或月亮亮绕着它它转动。这这表明不象亚里里士多德德和托勒勒密所设设想的，并并不是所所有的东东西都必必须直接接围绕着着地球转转。（当然，仍仍然可能能相信地地球是静静止地处处于宇宙宙的中心心，而木木星的卫卫星沿着着一种极极其复杂杂的轨道绕地地球运动动，表观观上看来来它们是是绕着木木星转动动。然而而哥白尼尼理论是是简单得得多了。）同时，开普普勒修正正了哥白白尼理论论，认为为行星不不是沿圆圆周而是是沿椭圆圆（椭圆圆是被
31、拉拉长的圆圆）运动，从而而使预言言最终和和观察相相互一致致了。 就就开普勒勒而言，椭椭圆轨道道仅仅是是想当然然的，并并且是相相当讨厌厌的假设设，因为为椭圆明明显地不如圆那那么完美美。虽然然他几乎乎是偶然然地发现现椭圆轨轨道能很很好地和和观测相相符合，但但却不能把它和他他的行星星绕太阳阳运动是是由于磁磁力引起起的另一一思想相相互调和和起来。对对这一切切提供解释是晚得得多的事事，那是是由于116877年伊萨萨克牛顿爵爵士出版版了他的的数学学的自然然哲学原原理，这部部也许是是有史以以来物理理科学上上最重要要的单独独的著作作。在这这本书中中，牛顿顿不但提提出物体如何何在空间间和时间间中运动动的理论论，
32、并且且发展了了为分析析这些运运动所需需的复杂杂的数学学。此外，牛顿顿提出了了万有引引力定律律，根据据这定律律，宇宙宙中的任任一物体体都被另另外物体体所吸引引，物体质量越越大，相相互距离离越近，则则相互之之间的吸吸引力越越大。这这也就是是使物体体落到地地面上的力。（由由于一个个苹果落落到牛顿顿的头上上而使他他得到灵灵感的故故事，几几乎肯定定是不足足凭信的的。所有牛顿自自己说过过的只是是，当他他陷入沉沉思之时时，一颗颗苹果的的落下使使他得到到了万有有引力的的思想。）牛牛顿继而而指出，根根据他的的定律，引引力使月月亮沿着着椭圆轨轨道绕着着地球运运行，而而地球和其他行行星沿着着椭圆轨轨道绕着着太阳公公
33、转。 哥哥白尼的的模型摆摆脱了托托勒密的的天球，以以及与其其相关的的宇宙存存在着自自然边界界的观念念。“固定恒星星”除了由由于地球球绕着自自身的轴轴自转引引起的穿穿越天空空的转动动外，不不改变它它们的位置，很自自然会使使人设想想到固定定恒星是是和我们们的太阳阳类似的的物体，只只是比太太阳离开开我们远得多了。 按按照他的的引力理理论，牛牛顿意识识到恒星星应该相相互吸引引，看来来它们不不能保持持基本上上不动。那么它们会会一起落落到某处处去吗？在16691年年写给当当时另一一位最重重要的思思想家里里查德本特里的一封信信中，他他论证道道，如果果只有有有限颗恒恒星分布布在一个个有限的的空间区区域里，这这
34、确实是会发生的的。但是是另一方方面，他他推断如如果存在在无限多多颗恒星星，多少少均匀地地分布于于无限的的空间，这种种情形就就不会发发生，因因为这时时不存在在任何一一个它们们落去的的中心点点。 当当人们议议论到无无穷时，这这种论证证是你会会遭遇到到的一种种陷阱。在在一个无无限的宇宇宙，每每一点都可以以认为是是中心，因因为在它它的每一一边都有有无限颗颗恒星。正正确的方方法是很很久以后后才被意识到的的，即是是先考虑虑有限的的情形，这这时所有有恒星都都相互落落到一起起，然后后在这个个区域以外，大体体均匀地地加上更更多的恒恒星，看看情况会会如何改改变。按按照牛顿顿定律，这这额外的的恒星平均地讲对对原先的
35、的那些根根本没有有什么影影响，所所以这些些恒星还还是同样样快地落落到一起起。我们们愿意加上多多少恒星星就可以以加上多多少，但但是它们们仍然总总是坍缩缩在一起起。现在在我们知知道，由由于引力总是是吸引的的，不可可能存在在一个无无限的静静态的宇宇宙模型型。 在在20世世纪之前前从未有有人暗示示过，宇宇宙是在在膨胀或或是在收收缩，这这有趣地地反映了了当时的的思维风气。一一般认为为，宇宙宙或是以以一种不不变的状状态已存存在了无无限长的的时间，或或以多多多少少正如我们们今天所所看的样样子被创创生于有有限久的的过去。其其部分的的原因可可能是，人人们倾向向于相信永恒的的真理，也也由于虽虽然人会会生老病病死，
36、但但宇宙必必须是不不朽的、不不变的这这种观念念才能给人以安安慰。 甚甚至那些些意识到到牛顿的的引力理理论导致致宇宙不不可能静静止的人人，也没没有想到到提出宇宇宙可能是在膨胀胀。相反反的，他他们试图图修正理理论，使使引力在在非常大大距离时时成为斥斥力。这这不会对对行星运动的的预言有有重大的的影响，然然而却允允许无限限颗恒星星的分布布保持平平衡邻近恒恒星之间的吸引力力被远隔隔恒星之之间的斥斥力所平平衡。然然而，现现在我们们知道，这这样的平平衡是不不稳定的：如果某某一区域域内的恒恒星稍微微互相靠靠近一些些，引力力就增强强，并超超过斥力力的作用用，这样样这些恒星就就会继续续落到一一起。反反之，如如果某
37、一一区域内内的恒星星稍微互互相远离离一些，斥斥力就起主导作用用，并驱驱使它们们离得更更开。 另另一个反反对无限限静止宇宇宙的异异见通常常是归功功于德国国哲学家家亨利希希奥勃斯斯，18823年年他发表了这这个理论论。事实实上，牛牛顿的同同时代的的一些人人已经提提出过这这个问题题。甚至至奥勃斯斯的文章也不不是貌似似有理地地反驳这这模型的的第一篇篇。不管管怎么说说，这是是第一篇篇被广泛泛注意的的文章。这无无限静止止模型的的困难，在在于几乎乎每一道道视线必必须终结结于某一一恒星的的表面。这这样，人们可以预预料，整整个天空空甚至在在夜晚都都会像太太阳那么么明亮。奥奥勃斯反反驳说，远远处恒星星的光线由于被
38、被它所穿穿过的物物质吸收收所减弱弱。然而而如果真真是如此此，这相相干的物物质将会会最终被被加热到发出出和恒星星一样强强的光为为止。唯唯一的能能避免整整个天空空像太阳阳那么亮亮的结论论的方法法是，假定恒恒星并不不是永远远那么亮亮，而是是在有限限久的过过去才开开始发光光。这种种情况下下，吸光光物质还没加加热，或或者远处处恒星的的光线尚尚未到达达我们这这儿。这这使我们们面临着着是什么么首次使使恒星发光的的问题。 当当然，宇宇宙开端端的问题题在这之之前很久久就被讨讨论过。根根据一些些早先的的宇宙论论和犹太太人基督教穆斯林林传统，宇宇宙开端端于有限限的、并并且不是是非常远远的过去去的某一一时刻。对对这样
39、一个开端端，有一一种议论论是感到到必须有有“第一原原因”来解释释宇宙的的存在。（在在宇宙中中，你总可以将将一个事事件解释释为由于于另一个个更早的的事件所所引起的的，但是是宇宙本本身的存存在只有有当存在某个个开端时时才能被被解释。）另另一种论论证是圣圣奥古斯斯丁在他他的上上帝之城城的著著作中提出的的。他指指出，文文明在进进步，我我们将记记住创造造这些业业绩和发发展技术术的人们们。这样样人，也许宇宇宙，不不可能已已经存在在了太长长的时间间。圣奥古斯斯丁根据据创世世纪一一书，接接受公元前550000年作为为宇宙的的被创生生的时间间。（有有趣的是是，这和和上一次次的冰河河时间的的结束，大约公元前前1
40、年年相距不不远。考考古学家家告诉我我们，文文明实际际上是从从那时开开始的。） 另另一方面面，亚里里士多德德和大多多数其他他希腊哲哲学家不不喜欢创创生的思思想，因因为它带带有太多的神学干干涉的味味道。所所以他们们相信，人人类及其其周围的的世界已已经并且且将继续续永远存存在。古代的人们们已经考考虑到上上述的文文明进步步的论点点，用周周期性洪洪水或其其他灾难难的重复复出现，使人类回到到文明的的开初，来来回答上上面的话话难。 117811年，哲哲学家伊伊曼努尔尔康德发发表了里里程碑般般的（也也是非常常模糊的的）著作作纯粹理性性批判，在在这本书书中，他他深入地地考察了了关于宇宇宙在时时间上是是否有开开端
41、、空空间上是否有极极限的问问题。他他称这些些问题为为纯粹理理性的二二律背反反（也就就是矛盾盾）。因因为他感感到存在同样样令人信信服的论论据，来来证明宇宇宙有开开端的正正命题，以以及宇宙宙已经存存在无限限久的反命题。他他对正命命题的论论证是：如果宇宇宙没有有一个开开端，则则任何事事件之前前必有无无限的时时间。他认为为这是荒荒谬的。他他对反命命题的论论证是：如果宇宇宙有一一开端，在在它之前前必有无无限的时间，为为何宇宙宙必须在在某一特特定的时时刻开始始呢？事事实上，他他对正命命题和反反命题用用了同样的论证。它它们都是是基于他他的隐含含的假设设，即不不管宇宙宙是否存存在了无无限久，时时间均可可无限地
42、倒溯回回去。我我们将会会看到，在在宇宙开开端之前前时间概概念是没没有意义义的。这这一点是是圣奥古斯丁首首先指出出的。当当他被问问及：上上帝在创创造宇宙宙之前做做什么？奥古斯斯丁没有有这样地地回答：他正正为问这这类问题题的人准准备地狱狱。而是是说：时时间是上上帝所创创造的宇宇宙的一一个性质质，在宇宙开端端之前不不存在。 当当大部分分人相信信一个本本质上静静止不变变的宇宙宙时，关关于它有有无开端端的问题题，实在在是一个形而上学学或神学学的问题题。按照照宇宙存存在无限限久的理理论，或或者按照照宇宙在在某一个个有限时时刻，以给人人的印象象似乎是是已经存存在了无无限久的的样子启启动的理理论，我我们可以以
43、同样很很好地解解释所观察到到的事实实。但在在19229年，埃埃德温哈勃作作出了一一个具有有里程碑碑意义的的观测，即即是不管你往往那个方方向看，远远处的星星系正急急速地远远离我们们而去。换换言之，宇宇宙正在在膨胀。这意味着，在在早先星星体相互互之间更更加靠近近。事实实上，似似乎在大大约1000亿至至2000亿年之之前的某一时刻，它它们刚好好在同一一地方，所所以那时时候宇宙宙的密度度无限大大。这个个发现最最终将宇宇宙开端的问题题带进了了科学的的王国。 哈哈勃的发发现暗示示存在一一个叫做做大爆炸炸的时刻刻，当时时宇宙的的尺度无无穷小，而而且无限限紧密。在这种种条件下下，所有有科学定定律并因因此所有有
44、预见将将来的能能力都失失效了。如如果在此此时刻之前有过些些事件，它它们将不不可能影影响现在在所发生生的一切切。所以以我们可可以不理理它们，因因为它们并没有有可观测测的后果果。由于于更早的的时间根根本没有有定义，所所以在这这个意义义上人们们可以说，时间在在大爆炸炸时有一一开端。必必须强调调的是，这这个时间间的开端端是和早早先考虑虑的非常常不同。在一个个不变的的宇宙中中，时间间的端点点必须由由宇宙之之外的存存在物所所赋予；宇宙的的开端并并没有物理的的必要性性。人们们可以想想像上帝帝在过去去的任何何时刻创创造宇宙宙。另一一方面，如如果宇宙在膨胀，何何以宇宙宙有一个个开端似似乎就有有了物理理的原因因。人们们仍然可可以想像像，上帝帝是在大爆炸的瞬瞬间创造造宇宙，或或者甚至至在