[1]译者注:与人类一样,食肉动物的双眼长在前部,所以能够测距;食草动物的双眼长在两侧,因而眼睛不能测距,但便于巡视周围的环境。
[2]没有人真正知道,这些概念被灌输了多少,抑或是幼年生活学会了多少,但是差别在这里并不重要。问题在于,当我们的神经系统成熟时,无论是个人的,还是进化的经验,会告诉我们许多物理世界如何运行的本能知识。无论是灌输的,还是幼年时代学会的知识,要忘记它们是非常困难的。
[3]经典这个词是指,不需要考虑量子力学时的物理。
[4]译者注:干扰克(Grok)是美国俚语,意指通过神人作用而理解。海因莱因在他的科幻小说《异乡异客》中,是火星人的用语,指主人公所具有的感知与交流能力。读者务必记住这个词,因为它会反复出现。
[5]著名的迈克耳孙—莫莱实验最初是用来表明光速不依赖于地球的速度。它导致的佯谬,最终被爱因斯坦的狭义相对论解决。
[6]直到1926年由化学家吉尔伯特·刘易斯(Gilbert Lewis)引进光子这个术语后才开始使用。
[7]1965年费曼、施温格尔和朝永振一郎因他们的工作获得了诺贝尔奖。但量子场论的现代思维方式更多的归功于戴森。
[8]1905年的相对论革命重要思想之一,两个事件可以客观上是同时的。
[9]决定论的原则是将来由过去完全决定。按照量子力学的观点,物理定律是统计的,不存在完全肯定的预言。
[10]不要混淆光子和质子。光子是光的粒子,质子和中子共同组成原子核。
[11]第一篇和第四篇的标题分别取自丘吉尔《第二次世界大战史》的第一卷和第五卷。
[12]译者注:汉弗莱·博加特(Humphrey Bogart,1899~1957),美国著名演员,以在银幕上饰硬汉角色而闻名。在《非洲皇后》一片中,饰爱喝杜松子酒的船夫,获奥斯卡最佳演员奖。
[13]译者注:玛丽莲·梦露(Marilyn Monroe,1926~1962),美国著名喜剧女演员,金发性感女郎的象征。因过量服用安眠药而去世,引起世界舆论的震动。
[14]译者注:这是一句双关语,美国口语baloney既有胡扯、鬼话的意思,又指大红肠,从而作者在这次斗口中胜了费曼。
[15]译者注:特尔斐是古希腊城市,因有阿波罗神庙而出名。特尔斐神谕,常对问题作出模棱两可的回答。
[16]译者注:原文为霍金是物理学的Evel Knievel,后者是美国惊险摩托车手(1938~2007),创造了多项吉尼斯纪录,且是美国电影《不死天王》中的主人公。
[17]美国传统英语字典第4版定义抛射体如下:“一种像弹丸那样自身没有动力,通过射击、扔或其他方式推动的物体。”光的单个微粒是抛射体吗?依照米歇尔和拉普拉斯的观点,答案是肯定的。
[18]逃逸速度是一个理想化的概念,它忽略了诸如空气阻力的效应,这要求物体有更大的逃逸速度。
[19]在米制单位中,光速大约是3×108米/秒。
[20]太阳的质量大约是2×1030千克,大约是地球质量的50万倍。太阳的半径大约是700 000千米,约是地球半径的100倍。
[21]黑洞有很多种类。特别地,如果原来的恒星旋转的话(所有的恒星在某种程度上都能做到),黑洞可以绕一个轴旋转,它们还可以带电。把电子放入黑洞会让它带电。只有不旋转、不带电的黑洞才称为史瓦西黑洞。
[22]这里我假设电梯足够小,以至于潮汐力可以被忽略。
[23]赫兹是为纪念19世纪德国物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)而命名,它是频率的单位,简称赫。1赫等于1周每秒。
[24]乔治·埃利斯(George Ellis)教授提醒我,当水流可变时,存在一个精妙之处。在这种情况下,一去不复返点不是严格与水速等于声速处的点相重合。就黑洞而言,类比的精妙在于表面视界与真实视界存在着差异。
[25]卡尔·弗里德里希·高斯(1777~1855),亚诺什·玻利亚(1802~1860),尼古拉·罗巴切夫斯基(1792~1856),格奥尔格·弗里德里希·伯恩哈德·黎曼(1826~1866)。
[26]当然,这里我将地球看作一个理想的、完美的球体。
[27]闵可夫斯基第一个意识到:新的四维几何学是爱因斯坦的狭义相对论的正确框架。该处引自《空间与时间》,这是1908年9月21日在第80届德国自然科学家和物理学家大会上,闵可夫斯基的演讲词。
[28]译者注:原是新墨西哥州南部的一个地名,西班牙人原来称它为“死亡之旅”,为建造原子弹做出重大贡献的物理学家奥本海默将它重新命名为三位一体。
[29]这是一个极端夸张的说法,这要求兔子的运动接近光速。
[30]加速度这个术语指的是速度发生的任何改变,包括慢下来,我们通常称之为减速度。对物理学家而言,减速度只不过是负的加速度。
[31]专业人士注意:下面的图,不是在恒定的史瓦西时间的嵌入图,而是利用克鲁什卡(Kruskal)坐标,并选择表面T=1的嵌入图。
[32]译者注:启斯东笑剧指1914~1920年初,由美国启斯东影片公司拍成幽默片的笑剧,片中经常出现一堆愚蠢而无能的警察。
[33]刘易斯·卡罗尔(Lewis Carroll),《爱丽丝梦游仙境》,插图来自约翰·坦尼尔(John Tenniel)(伦敦:麦克米伦公司,1865)。
[34]纳米是十亿分之一米,或者是10-9米。
[35]这个公式是马克斯·普朗克(Max Planck)在1900年引入的。然而,是爱因斯坦认识到光是由粒子组成的,并把这个公式应用到单个光子的能量。
[36]译者注:在我们熟悉的单位制下,普朗克常数h=6.62×10-29厘米2·克·秒-1。这里使用了焦耳(J)为单位,1焦=1米2·千克·秒2,所以h=6.62×10-34焦·秒。
[37]给马克斯·普朗克的一封信,1926年12月12日。
[38]速度这个术语不仅意味着物体运动得有多快,还包括运动的方向。因此,每小时60英里不是西北偏北方向上速度为每小时60英里的全部信息。
[39]你们当中的专业人士可能会想,干预并反向运行定律是否真的可能呢?在实际中,这通常是不可能的,但对某些特定的简单系统并不困难。无论是思想实验或者是数学练习,都完全是可行的。
[40]当然,钟形曲线延伸到箭头之外,因此在外区域中仍有可能找到粒子。这数学上的不确定性告诉我们可能值的范围。
[41]译者注:原文为华氏-459.67℉,两者的换算公式为
[42]译者注:这里仅指可见光波段的电磁波。
[43]译者注:这里接连两个图均只标明了纵坐标(能量),而未标明横坐标。事实上,横坐标应该是振子的某个物理参数。
[44]我们直观上来想象,当某种东西分裂时,部分总是小于全体。这是从日常的经验中传承而来的想法。一个电子分裂成另外一个电子和一个附加的光子,表明了我们的直觉会产生多么大的误导。
[45]在通常的概率理论中,概率总是正数,很难想象负概率意味着什么。试图理解下面的一句话:“如果我投掷硬币,得到字面的概率是1/3。”这显然是毫无意义的。
[46]复数是含有虚数i的数,i是-1的平方根的抽象数学符号。
[47]译者注:这里为了通俗化,用了“将其平方”的说法。事实上,对于复概率幅应该“取其模”。
[48]事实上,我并不期望外行读者能完全地理解这条规则,或者明白它为什么如此奇异。然而无论如何,我希望量子场论运行的新规则能够给出某种趣味。
[49]阿尔伯特·爱因斯坦、波多尔斯基和罗森,“量子力学描述的物理实在是完备的吗?”物理评论47卷1935年第777~780页。
[50]所有的常数都是标准米制单位——米(m)、千克(kg)和秒(s)。
[51]那么接下来,为什么人体中有如此多的分子呢?它再一次和智能生命的本性相关,而与基础物理无关。人们需要大量的分子才能制造一台复杂得足以进行思考化学问题的机器。
[52]译者注:原文如此。按照夸克模型,质子p是由上夸克和下夸克组成,p=(uud)。
[53]译者注:海森伯的不确定原理是指位置与动量的不确定度乘积大于等于h,即Δx·Δp≥h。这里为了避免引入动量概念,所以采用质量乘以位置与速度的不确定度的叙述方式。
[54]译者注:原文有误。夸脱是英美的干量或液量单位,等于2品脱。英制1夸脱=1.136升,美制1夸脱=1.101升。原文误为“它比1夸脱水的质量多一点儿”。
[55]第二次世界大战期间,在美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯开展了研制原子弹的计划。
[56]译者注:耶什华大学(Yeshiva University)建于1886年,原名叶史瓦学院,是美国最古老、最具综合性的著名犹太人教育机构。
[57]译者注:浦品(Michael Idvorsky Pupin,1858~1935),美国物理学家,发明长途电话加感线圈和X射线照片短曝光法,发现次级X射线辐射,其自传《从移民到发明家》获1924年普利策奖。
[58]译者注:原文为俏皮话mandarin,该词是双关语,既可理解为知识界名流之意,也可理解为中国清代官员,从而译成亦有双关语意思的士林翘楚。
[59]译者注:在希腊神话中,西西弗斯(Sisyphus)是古希腊的一位暴君,死后堕入地狱,被罚推石上山,但巨石在接近山顶时又滚了下去,于是重新再推,如此循环不息。
[60]译者注:尼亚加拉瀑布在尼亚加拉河上,河中一小岛名山羊岛,分瀑布为两段,左段属于加拿大,右段属于美国。
[61]译者注:克努特(Canute,995~1035),丹麦国王斯韦恩一世之子,曾任英格兰国王(1016~1035)和丹麦国王(1019~1035),1028年后兼任挪威国王,曾制定《克努特法典》。
[62]译者注:莫尔斯电码通过点、短划和空格的不同排列来表示字母、数字和标点符号。最初于19世纪30年代由美国画家、发明家莫尔斯(S.F.B.Morse,1791~1872)发明用来拍发电报的电码。
[63]译者注:萨根(Carl Sagan,1934~),美国天文学家、科普作家,研究地球生命起源、行星大气、行星表面等,尤以探索地球外生命现象而闻名,著有《宇宙期的智能生命》《伊甸园之龙》等。
[64]译者注:斯克莱勃牌是一种拼字游戏的商标名。
[65]严格地说,它是底数2的对数。关于对数还有其他的定义。例如,不是数字2,而是将数字10相乘起来得到一个给定的数,那将定义为底数10的对数。不用说,为得到一个给定的数,你需要的10要比2少。熵正式的物理定义是你需要相乘的数学数字e的数目。这个“指数”数字大约等于2.71 828 183。换句话说,熵是自然对数或底数e的对数,而比特的数目(例子中的65)是底数2的对数,自然对数比比特数目要少一个0.7的因子。因此对完美主义者而言,65比特信息的熵为0.7×65,大约等于45。在本书中,我们将忽略比特和熵的区别。
[66]译者注:格兰特(Ulysses Simpson Grant,1822~1885),美国第18任总统,内战时任联邦军总司令,任总统期间,对南方实行宽大的重建政策,曾颁布《大赦法令》,赦免内战中叛乱的奴隶主。
[67]译者注:吉萨金字塔是埃及第四王朝(约公元前2613~前2494)的3个金字塔,世界七大奇迹之一,建筑在尼罗河西岸吉萨附近高地上。这些金字塔内外均遭受破坏,最北面的是胡夫金字塔,人称大金字塔,现高157.1米,原高为163.9米。大金字塔南有狮身人面像,其面貌颇似海夫拉国王。
[68]当物理学家使用物质这个词语时,并不是仅指由原子组成的物体,像光子、中微子和引力子这些基本粒子同样被认为是物质。
[69]这些尺寸是基于我原来的一本书的硬皮的尺寸大小,是一个粗略的估计。
[70]译者注:亚历山大图书馆位于埃及亚历山大城,自公元前3世纪起由埃及的托勒密王朝相继建立与管理的。馆中藏书基本上都是希腊文,唯一有记载的译文是从希伯来文译成希腊文的《旧约圣经》。亚历山大图书馆毁于3世纪末叶奥勒利安统治时期发生的内战。它的子图书馆则于391年毁于基督徒之手。亚历山大城,阿拉伯语称伊斯康德里亚,公元前332~前642年埃及都城,由亚历山大大帝在古城拉库提斯基础上扩建而成,不到100年,其规模超过迦太基,一度成为希腊文化的中心。
[71]译者注:1英尺=12英寸,1立方英尺=1728立方英寸。
[72]译者注:连城游戏是两人轮流在一井字形方格内画“O”和“×”,以先列成一行者为胜。美国人以游戏中笔在石板上叩击声“tick-tack-toe”为名。这里指的是传统连城游戏的三维推广。
[73]译者注:这里的托勒密并非活跃在公元2世纪,创立地心宇宙体系的天文学家兼数学家,而是泛指托勒密王朝的某个国王。托勒密一世追随亚历山大跨越波斯高原,因战功成为马其顿舰队司令,后创建托勒密王朝。托勒密十五世于公元前44~前30年在位,系凯撒与著名的埃及艳后克娄巴特拉七世之子,与其母共同执政,托勒密十五世后来被屋大维处死。
[74]正如所发生的一样,它大约是充满整个宇宙中的书籍中的比特数目。
[75]译者注:原文为a million billion billion billion billion。在英国billion表示万亿,在美国billion表示10亿。事实上,两个电子之间的电力与引力的相对强度为1.47×10-42。
[76]泰特尔鲍姆的生活中充满了戏剧性的事件。他最著名的一次奇遇大约发生在两年前,那时他发现了他的父亲是阿尔瓦罗·本斯特(Alvaro Bunster),是一个坚定的反法西斯家族中的族长。一个著名的智利新闻报纸的标题是:“探索宇宙起源的著名智利物理学家发现了他自己的起源。”因此,泰特尔鲍姆将他的姓氏改为本斯特。
[77]译者注:黑洞在英语中原来有黑牢的意思,而在法语中却有很不雅的意思,所以起初为《物理评论》所排斥。
[78]我第一次是从杰出的相对论学家沃纳·伊斯雷尔(Werner Israel)那里听到这个故事的。
[79]你可以在他的著作《时间简史》中阅读到他最初所持的怀疑主义立场。
[80]波长为Rs的光子的频率是c/Rs。利用爱因斯坦普朗克公式E=hf,则有光子能量是hc/Rs。
[81]译者注:鉴于本书作为一本大众读物,所以常常不写出自然常数的单位。事实上,h=6.6261×10-27厘米2·克·秒-1,c=2.9979×10-10厘米·秒-1,G=6.6720×10-8厘米3·克-1·秒-2,以及太阳的质量M=1.989×1033克。从上述数据很容易算出Rs=2953米。
[82]译者注:原文为“That ain’t nothing”,其中ain’t意为粗话的is not,原为教育程度不高的人所用之语。作者诙谐地运用了这句粗话,诚然与他青年时代的“管道工”情结有关。
[83]译者注:原文是“Cooool”,可见中西学生的教学方式的差异。
[84]译者注:参见本书第4章开始的有关段落。《爱丽丝梦游仙境》是英国数学家、逻辑学家C·L·道奇森(1832~1898)所著的儿童读物,他以笔名卡罗尔发表。该书是适合儿童纯真情趣的逻辑和数学心智的完美创造物。
[85]译者注:原文如此。事实上,西雅玛并非英格兰人,而是埃及犹太人,他出生于曼彻斯特。
[86]译者注:英语law既对应于汉语的法律,也对应于汉语的定律。
[87]“Rambam”是拉比·摩西·本·迈蒙(Rabbi Moses Ben Maimon)的别名,他在非犹太人世界中以迈蒙尼德(Maimonides)更为出名。
[88]莫斯科伟大的引力中心,是由传奇性的俄罗斯天体物理学家和宇宙学家伊尔库茨克由·泽利多维奇(Yakov B.Zeldovich)所引导的。
[89]爱因斯坦在1905年开始了物理学的两大革命,并完成了第三个,新的两个革命当然是狭义相对论和光量子理论。同一年中,爱因斯坦在它有关布朗运动的论文中给出了物质中分子理论的确切证据。物理学家像詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和玻尔兹曼早就猜想热量是物质中假设的分子的随机运动,但爱因斯坦首先提供了明确的证据。
[90]译者注:卢伽雷氏症即肌萎缩性脊髓侧索硬化症。因美国著名棒球运动员卢伽雷(Lou Gehrig)患此症在1941年病故,而得此名。
[91]想象以多种方式排列而不交换能量的系统,从逻辑上来讲是可能的,但是在真实世界中,永远不存在这样的可能性。
[92]热力学是研究热量的理论。
[93]译者注:这是一句搞笑的句子,既体现了作者独有的理论家式的诙谐,也表露了他的“管道工”情结。“勿三勿四”的原文为“floggel-weiss”,英语中也没有这个词,floogel疑为fool(奶油拌果子泥)的变体,weiss来源于德语的小牛肉香肠(weisswurst)。句子中的“洋葱化”是作者杜撰的一个英文词“onionization”,动机很可能来源于量子场论中的常用术语正则化(regularization)和重正化(renormalization)。”
[94]严格说来,是温度(从绝对零度算起)乘以玻尔兹曼常数。这个常数不是别的,它仅是一个转化因子,为了给温度选择合适的单位,物理学家通常令它为1。
[95]译者注:按牛津辞典,当量子场不作物理专用名词解释时,quantum为“所需或所欲之量额”,field为“广阔的区域”。
[96]这些数字均以米、秒、千克和开尔文度为单位。在开尔文尺度中,除了温度是从绝对零度算起,而不是从水的冰点温度算起外,测量单位与摄氏尺度相同。通常的室温是300开尔文度。
[97]译者注:原文误为万亿分之一度。
[98]译者注:原文为scramble,是scrabble与ramp的缩写词,为美式足球的术语,指枢纽前卫在传球掩护被攻破后的持球跑进。该词惟妙惟肖地描述了前卫(蒸发)应持球(信息)跑进。请读者也务必记住“持球跑进”这个词,书中将反复出现。
[99]在第1章中,我简单地提到了这些最不幸的结果之一:信息的丢失意味着熵的增加,接着导致了热量的产生。正如班克斯(Banks)、佩斯金(Peskin)和我所说明的,量子涨落会转变为热涨落,这几乎瞬间会将整个世界加热到不可企及的高温。
[100]译者注:原文为Resistance,特指第二次世界大战期间反对德国法西斯的抵抗运动。
[101]真实的S矩阵有无穷多数目的输入和输出,每一个空格都有一个复数的输入值。
[102]译者注:原指极端的、不合理的、过分的爱国主义。如今的含义也囊括其他领域,主要指盲目热爱自己所处的团体,并经常对其他团体怀有恶意与仇恨。
[103]译者注:自我们的宇宙诞生以来,大约已经历了137亿年。按照某些暗能量理论的预言,在大约200多亿年之后,宇宙将会处于大劈裂(Big Rip)状态,那时不可能有智慧生命存在。无论如何,远在这个时刻之前,我们的太阳系就会经历第11章所述的演化过程,人类已不可能在地球上生存。
[104]当光在水或者玻璃中运动时,它运动得稍微慢些。
[105]最近,我非常惊讶地发现,并不是所有人都同意这个观点。在布雷恩·格林《宇宙的构造》这本书的评论中,弗雷曼·戴森做了一个惊人的宣告:“作为一个保守主义者,我不认为将物理学分为大与小的单独的理论,是无法接受的。我很高兴在我们过去所生活的80年中,有不同的理论来描述恒星和行星的经典世界,以及原子和电子的量子世界。”戴森思考的是什么呢?这就像伽利略之前的古代人一样,我们应该接受自然界中存在两个相互之间无法逾越的理论吗?这是保守的,还是反动的呢?对我来说,它只是引起好奇心而已。
[106]基于我保存的笔记,下面是我重新写出的讲稿。新稿对笔记不太忠实,其中用文字代替了方程。“不要忘了服你的反重力药片”这个故事是为一个科普杂志准备的,它不是最终的手稿,但它是一个缩写的版本,是圣弗朗西斯科演讲中的一部分。
[107]宇宙微波背景辐射是由大爆炸所发出的辐射。
[108]译者注:西方通常用罗马数字来表示第几世,但原文LLXXXVI是一个错的罗马数字,只能读成L-L-XXXVI,即50—50—36。估计这又是作者的搞笑之作,或者是误用。
[109]译者注:史蒂夫(Steve)是史蒂芬(Stephen)的昵称,另有变体史蒂文(Steven),均源于希腊语的皇冠、花冠。
[110]到20世纪后期,世界上有很大一部分伟大物理学家的名字叫做史蒂夫。史蒂夫·温伯格、史蒂夫·霍金、史蒂夫·申克、史蒂夫·吉丁斯和史蒂夫·朱棣文是物理学中的几个史蒂夫。在21世纪后期,这些立志要做伟大物理学家的父母开始给他们的孩子(无论是女性还是男性)取名为史蒂夫。
[111]译者注:这里的原文是行星(Planet),但后文是卫星(Satellite),为保持前后一致,我们全部译成卫星。
[112]译者注:原文为Slooooon。
[113]在视界之后,皇帝和伯爵将无法看到。
[114]译者注:维京人(Viking)指8~11世纪时劫掠欧洲西北海岸的北欧海盗。
[115]译者注:艾茵·兰德(Ayn Rand,1905年2月2日~1982年3月6日):俄裔美国哲学家、小说家。她的哲学理论和小说开创了客观主义哲学运动。她同时也写下了《阿特拉斯耸耸肩》《源头》等数本畅销的小说,其哲学著作和小说里强调个人主义的概念、理性的利己主义(“理性的私利”),以及彻底自由放任的资本主义。
[116]译者注:纽约市下属的5个区之一,其地理位置在纽约市的北部。
[117]译者注:《兄弟连》是Stephen Ambrose写的一部著名小说,后由斯皮尔伯格监制拍成了电视剧。讲述的是第二次世界大战中美军空降师一个连队的故事,着重刻画了战争中战士间的那种兄弟情谊。
[118]参见艾博特的《平地:多维的罗曼史》(1884)。
[119]现在ITP被称为KITP,卡夫里(Kavli)理论物理研究所。
[120]译者注:吉姆(Jim)是詹姆斯(James)的昵称,这里指的就是詹姆斯·哈特尔。
[121]回过头来看CGHS理论,我认为它告诉了我们很多东西。比先前任何的理论都多,它给出了一个关于霍金所提出的矛盾的极其清晰的数学表述。我认为,它无疑具有非常大的影响。
[122]我这里用的“看见”是一般意义上的“看见”。黑洞外部的观测者可以探测到能量甚至可以探查到以霍金辐射为形式构成史蒂夫身体信息的那些单个的比特。
[123]物理学家们从20世纪70年代就知道,如果把一个温度计放入视界的附近,它将会报出一个极高的温度。比尔·温鲁,哑洞的提出者,在他还是惠勒的学生的时候就发现了这一点。
[124]译者注:脑海景象,原文为mental picture。借用“form a mental picture of Paris(在脑海里描绘出巴黎的景象)”译成上述名词。
[125]1微米是百万分之一米,其大小与一个非常小的细菌差不多。
[126]现在可能更困难:一个每隔几分钟观察一下史蒂芬脸部肌肉的感应器代替了那个控制棒。
[127]译者注:原文为crypt,常指位于教堂地下用作埋葬场所的地下室。
[128]译者注:福音派(Evangelical Christian):基督教中的一个教派,强调教义是神谕的、是无误的。
[129]译者注:这里的意识形态指的是他虔诚的宗教信仰。
[130]我所用的语言是通常的专业数学语言,理论物理学家常用此来交流。但是我用来质疑脑海景象的是先前的经验,而不是数学公式。我自己可能也用到了其他的脑海景象。
[131]译者注:原文为Alice-in-Wonderland,取自英国小说《爱丽丝梦游仙境》(Alice’s Adventure in Wonderland),叙述一位小女孩Alice做梦到一处神奇的王国,经历一堆千奇百怪的遭遇,也常被用来描述一些不可思议的奇异事情。
[132]译者注:原文为Catch 22,源于20世纪美国小说家约瑟夫·海勒(Joseph Heller)的小说《第22条军规》,该军规是一条无法执行的规定。有时戏谑地将其写作Catch 23。
[133]这个糟糕的术语是我个人的错。红外—紫外联系这个表述是我和爱德华·威顿(Edward Witten)在1998年的一篇文章中第一次使用的。
[134]译者注:指的是美国小说家赫尔曼·梅尔维尔(Herman Melville)在1851年发表的小说《白鲸记》中捕鲸船的船长亚哈(Ahab)。文中的小白点指的就是小说中捕鲸船追捕的那条白鲸。
[135]译者注:帕洛阿尔托(Palo Alto)是美国加利福尼亚州的一座城市,北临旧金山,斯坦福大学就坐落于此。
[136]译者注:绿巨人(the Hulk):是美国一本著名漫画的主人翁,具有极其强大的力量。
[137]译者注:原文为High Table,是指英国大学宴会时候的贵宾桌,它比其他餐桌高一些。
[138]译者注:吉尔伯特·切斯特顿Gilbert Keith Chesterton(1874~1936)系英国作家、新闻工作者,著有小说、评论、诗歌、传记等,以写布朗神父的侦探系列小说著名。
[139]译者注:剑桥(Cambridge)由凸轮(Cam)和桥(bridge)两次复合而成。事实上,该词来源于bridge over the Granta(即今Cam)River。
[140]译者注:圣公会,基督教(新教)主要宗派之一。16世纪欧洲宗教改革运动时期产生于英国。1534年英国国会通过法案,规定英国教会不受制于教皇而以英王为最高元首,称为英国国教。17世纪后,受到加尔文派很大影响。在英国的世界殖民活动中,逐步向各国扩展。18世纪末,美国圣公会正式成立。鸦片战争后由英国、美国、加拿大传入我国。
[141]译者注:希伯来人的祖先。据《圣经》记载,亚伯拉罕原名亚伯兰,生于吾珥(仅伊拉克南部穆凯伊尔)。他75岁时遵照上帝命令率领族人进入迦南地。一些近代考古学者认为,这些记载确有所据。
[142]译者注:耶稣基督后期圣徒教会(The Church of Jesus Christ of Latter-Day Saints):俗称摩门教,是基督教在美国的一个教派。创立于1830年,创始人史密斯称得天书《摩门经》而设立此会。初期行多妻制,后遭反对而停止。现流行于美国西部各州。
[143]译者注:摩西是犹太先知,带领在埃及过着奴隶生活的以色列人,返回神所预备的盛产牛奶和蜂蜜的地方——迦南(巴勒斯坦的古地名,在今天约旦河与死海的西岸一带)。犹太教将《圣经》的开头五卷称作“律法书”,并认为出自摩西之手,称之为《摩西五经》。
[144]译者注:乌陵和土明(Urim和Thummim)二词最早出现于《圣经·出埃及记》,是指古代犹太教大祭司装在胸牌内的宗教物品,以此占卜。
[145]译者注:斯塔巴克(Starbuck)是《白鲸记》中反对亚哈向鲸鱼复仇的船员。
[146]译者注:隐士彼得(Peter the Hermit),一位法国的牧师,第一次十字军东征中的重要人物。
[147]译者注:威廉·威尔伯福斯(1759~1833),英国政治家。1787年起在废除奴隶贸易以及后来在废除英国海外属地的奴隶制本身的斗争中起过显著作用。在剑桥求学时,成为未来首相小威廉·皮特的密友,后两人一同进下院。萨缪尔是他的儿子,1829年为牧师。1860年与赫胥黎辩论。1869年任温切斯特助教。1870年倡导修订钦定版《圣经》,使其语言跟上时代。
[148]译者注:汤姆斯·克拉克森(1760~1864),英国废奴主义者。1786年出版《论人类的奴隶制度和奴隶贸易》,从此与威尔伯福斯发生联系,共同创建一个以废除奴隶贸易为宗旨的协会。1823年当选为反奴隶制协会副会长。
[149]译者注:小说《白鲸记》中的那条巨大的顽强聪明的鲸鱼。
[150]译者注:樟脑草学名为假荆芥,是一种会让猫产生兴奋和幻觉的草本植物。
[151]译者注:1944年的美国经典影片,当年获得奥斯卡最佳影片等七项金像奖。其中主演宾·克罗斯比和巴里·菲兹杰拉德分获了最佳男主角和最佳男配角奖。
[152]译者注:加尔各答黑洞是指法国于1756年6月间,在孟加拉国仓促建立,用来监禁英国俘虏的场所,据说只是一间环境极为恶劣的普通小地牢。1756年6月20日,监禁于此的英国人与印度佣兵120余人均窒息身亡,引起了国际争论。该事件,亦为英法争夺印度半岛殖民利益发生的纠纷战争中,著名的历史事件之一。
[153]译者注:乌得勒支(Utrecht)是荷兰第四大城市,特霍夫特所在的乌得勒支大学(University of Utrecht)就坐落于此。
[154]译者注:原文为Pixels and Voxels。Pixel指电视图像的像素,该词来源于pix(pic图片的复数)+element(元素);而voxel是新造的英文词,显然来源于volume(体积)+pix+element。为了将两者区分开来,分别译为面像素和体像素。
[155]译者注:《蒂尔普医生的解剖学课》(The Anatomy Lesson of Dr.Nicolaes Tulp)是荷兰著名现实主义画家伦勃朗(1606~1669)的代表作之一。
[156]噪声这个词在这里指的并不是声音。它表示随机的、杂乱无章的信息,就像一台坏的电视机上出现的“雪花点”(white noise)。
[157]译者注:功率谱密度常用于信号的分析中,它用信号的均方值的谱密度来描述信号的频率特性。例如,随机振动中的速度、加速度和力等。由功率谱定义的声音序列就是科学家所说的“噪声”。如果噪声是随机的,称为白色噪声,例如荧屏上闪现的雪花就是白色噪声的视觉表现。棕色噪声对耳朵没有吸引力,但是它的高度关联性使得它的演化可以预测。黑色噪声的关联性更强,从地震等自然灾害到股市突变等人为灾害都是黑色噪声,这是“祸不单行”的科学依据。介于白色噪声和棕色噪声之间的是粉色噪声,音乐作品就是一种粉色噪声。
[158]全息原理会引起一些奇怪的问题——一些看了类似Amazing Stories(译者注:一本著名的美国科幻杂志)或者其他一些20世纪50年代廉价科幻杂志的人,会问这样的问题:“我们的世界是不是某个二维面像素世界的三维幻象,还说不定被编进了某个宇宙量子计算机的程序?”更让人兴奋不已的是,“将来的业余爱好者能够在一个满布量子面像素的屏幕上模拟现实,而成为他们自己宇宙的主人吗?”这两个问题的答案都是“是的”——果真如此吗?当然,世界将来可能被全部装进某种量子计算机中,但是,除了电路元件数目可能会比预期的少之外,我看不出全息原理对这个概念有多少裨益。充满宇宙原需要10180个电路元件。由于有了全息原理,将来的世界建造者担子就轻了,仅需要10 120面像素就可以了。(作为比较,一个数码相机有几百万像素。)
[159]参见第23章。
[160]译者注:基本粒子英语为elementary particle,而elementary除了表示基本之外也表初等、入门的意思,与高等(advanced)相对。本节标题的原文为Elementary, My Dear Watson, Watson指著名侦探小说《福尔摩斯探案》中福尔摩斯的挚友兼助手华生医生,直译为“初等的,我亲爱的华生医生”。
[161]正电子是电子的反物质。它们与电子有着完全一样的质量以及相反的电荷。电子带负电,而正电子带正电。
[162]所有粒子都有带相反电荷但其他特性相似的反粒子。因此,有反质子、反中子以及叫作正电子的电子的反物质。夸克也不例外。夸克的反粒子被称为反夸克。
[163]意大利数学物理学家图里奥·雷吉(Tullio Regge)首先研究了这类图的特性。这一系列点被称为雷吉轨迹。
[164]译者注:高卓人(Gaucho)是生活在南美的一支游牧民族,大部分是欧洲白人与当地印第安人的混血。波洛领带(bolo)是一种由绳子和配饰组成的饰扣式的领带。
[165]首先,粒子物理学家们没有意识到许多强子,只不过是核子和介子的自旋或振荡形态。他们认为强子是全新的不一样的粒子。20世纪60年代出版的基本粒子表超出了希腊和拉丁字母表许多倍。但是人们熟悉了强子的激发态,并认识到它们只不过是自旋和振荡着的介子和核子。
[166]磁铁的两端一般被称为北极和南极。我并不是想说胶子像指南针一样排列起来,所以我把胶子的极叫作正的和负的。
[167]译者注:詹姆斯·乔伊斯(1882~1941),爱尔兰著名作家、剧作家和诗人,著有《尤利西斯》等,被认为是20世纪最伟大的作家之一,其作品对全世界产生了广泛的影响。《芬尼根彻夜祭》是詹姆斯·乔伊斯生前最后一部作品,在此书中作者大玩语言、文字游戏,常常使用不同国家语言,或将字词解构重组,多用“意识流”手法,极其晦涩难懂。
[168]译者注:英语bottom除解释“底”意外,在口语中也指臀部,作为学术专用名词确有不雅之处,故有人以beauty代之。粲夸克英语中为charm quark,直译不为20世纪70年代的我国学者喜欢,故用诗经“角枕粲兮,锦衾烂兮”中的粲音译之。《朱熹集传》:“粲,粟之精凿者。”可见当时学者的儒雅之风,而今日的青年才俊们早已实现了“美风东渐”矣。
[169]内行人看到这里会注意到只有8种可区分的胶子类型。一种量子力学下的结合——带有同概率的红—红、蓝—蓝和绿—绿胶子——是多余的。
[170]对于我的一些同事来说,这个所谓的双线传播子仅仅是一个用来了解数学中可能性的技巧。对于另一些同事而言,包括我自己,这是一个关于某些微观结构深刻的线索,但是这些线索现在太小以至于无法观测。
[171]你可能会问我们,如何知道一个胶子可以分裂成为一对胶子。这个答案藏在QCD的数学中。根据量子场论的数学规则,胶子只能做两件事——分裂成两个或者发射一对夸克。实际上,它们两样都能做。
[172]基本弦是基本粒子的终极解释,还是仅仅为还原论者探究更小物体的进程中的另一个平台,是一个争论不休的课题。不论这个术语的来源怎样,现在叫它基本弦是为了方便。
[173]译者注:雷诺阿(1841~1919),法国画家,是印象派发展史上有领导地位的人物之一。自1874年印象派画家首次举办展览后,雷诺阿以人物画见长而有别于专画风景的画友。一生画了许多裸女的形象。晚年开始用雕刻表现这一题材。他创作于1881年的《游艇上的午餐》(Luncheon of the Boating Party)是其代表作之一,该作品描绘了十多位用餐人物的神态,似乎与作者所说的田园风味不尽相同。
[174]译者注:原文为juggling photon,指光子由电子发射,继而吸收的过程,似杂技演员用球、小刀或盘子等表演边抛边接的手技杂耍。
[175]这就是为什么有些物理学家认为弦论是一个实验上仍未被证明的理论。这种看法有一定的道理,但是这种过失更多是在于实验物理学家而不是理论学家。那些懒鬼需要走出去,并建造星系尺度的加速器。哦,而且需要收集几百亿桶石油,以备任何一秒钟的使用。
[176]人们常听说弦论是一个十维的。最后那个维度只是时间而已。换句话说,弦论是(9+1)维的。
[177]译者注:泡利(1900~1958),美籍奥地利科学家,是量子力学的先驱之一,提出了以其名字命名的泡利不相容原理,并因此而获得1925年的诺贝尔物理学奖。
[178]译者注:费利克斯·克莱因(1849~1925),德国著名数学家,提出了几何中著名的埃尔朗根纲领。
[179]译者注:最简单的紧致化概念出现在卡鲁查—克莱因理论中,该理论的空间是四维的,时空是五维的。而我们日常感觉的空间之所以表现为三维,则是因为四维中有一维是圆周的缘故。沿着圆周方向的宇宙周长只有几个普朗克长度那么长。正式借助于这个新的维度,卡鲁查—克莱因理论将经典的引力和电磁力理论统一起来了。圆周显然是一种最简单的“结”,我们可以从这里体验紧致化的直观图像了。
[180]我在第15章中解释的CGHS模型就是线地,但是在线地人空间的终点带有一个质量巨大的黑洞(这无疑是危险的)。
[181]译者注:这里的大人国和小人国都出自乔纳森·斯威夫特(Jonathan Swift)的著名寓言小说《格列佛游记》(Gulliver's Travels)。斯威夫特(1667~1745),被公认为英语最杰出的讽刺作家,他通过描写假想的大人国和小人国,讽嘲时政,正如他自己所说,目的在于“使世人烦恼而不是供他们消遣”。
[182]译者注:原文donut=doughnut,常译作炸面圈或糖钠子。作为数学专用名词,应译作环形圆纹曲面。
[183]译者注:克莱因瓶是将圆柱面的两端按照下属方式黏合起来所得到的拓扑空间,这种黏合方式与将圆柱面的两端黏合成环面的方式在方向上相反。它是单侧的,又是闭的,如果适当地剖作两片,就能得到两条麦比乌斯带。
[184]译者注:流形是一个数学专用名词。流形是指装备了一族局部坐标系的拓扑空间,这些坐标系之间由属于指定类的坐标变换相互联系。卡拉比—丘(成桐)流形是一类特殊的流形,它们是指具有平坦的里奇度规的三维复流形。
[185]译者注:椒盐卷饼(pretzel)是一种形状颇为复杂的脆饼,形状类似蝴蝶,又称为蝴蝶脆饼。
[186]译者注:原文slinky是商标名,“机灵鬼”是一种玩具,内装螺旋软簧,借助簧力会翻跟头、下阶梯。
[187]雷克斯(Rex)是文中爱丽丝养的狗。
[188]严格地说,声音是不能在没有物质的空间中传播的。要么你可以回到那个用下水孔作类比,要么你可以用一个紫外闪光灯来代替爱丽丝的哨子。
[189]译者注:俄罗斯套娃(Russian matryoshka)是俄罗斯特产木制玩具,一般由多个一样图案的空心木娃娃一个套一个组成。
[190]译者注:拉塞尔·霍本(1925~):美国奇幻小说、科幻小说以及儿童读物作家。这部《老鼠和他的孩子》是他儿童文学的代表作。
[191]译者注:原文为Bonzo Dog Food,其中bonzō一词为日语,来源于汉字梵僧。
[192]从写这个开始,安妮已经发现了至少10种其他的方式来穿一件T恤。
[193]译者注:小丑车原文为clown car,是指马戏中的小丑表演的一个节目,以一辆车为道具。
[194]在未来的几年,欧洲的名为LHC(大型强子对撞机)的加速器开始运行的时候,我们将会知晓结果。
[195]这里有一个技巧性很强的地方,值得注意。压缩一块砖或者其他物体会增加它的能量,因为E=mc2,所以它的质量也会增加。但是我们可以用许多方式来抵消这个。我们想要的是可能存在的最小的质量为1千克的物体。
[196]译者注:史瓦西(Karl Schwarzschild,1873~1916),德国天文学家,他在实测和理论两方面的贡献对20世纪天文学的发展起了极为重要的作用。他在16岁时发表的《天体轨道理论》一文中已表现出卓越的科学才能。后任格丁根大学天文台台长,波茨坦天体物理观测台台长,创立了精确的照相光度测量方法。它的恒星运动假设是天文学中用现代统计方法得到的最重要的结果之一。史瓦西对量子理论和广义相对论也作出了重要贡献,他求出了引力场的爱因斯坦方程的第一个严格解,用它可描述指点周围空间的几何性质。他用这个解建立了黑洞的基础理论。第一次世界大战时,他在德军中服务,在军中去世。
[197]为什么谱会那么稠密?是因为熵的缘故。当质量增加,视界的面积也会增加;因此黑洞的熵也会随之增加。但是记住:熵就是隐藏信息。当我们说黑洞的质量是1千克时,意思其实是1千克左右。一个更加精确的陈述是:质量是1千克,但带有一定误差。如果有很多可能的黑洞质量都带有误差,那一定有很多的信息,是我们无法描述的。这些遗失的信息就是黑洞的熵。考虑到黑洞的熵随着质量的增加而增加,特霍夫特认为黑洞质量在谱上稠密分布,看上去是模糊一片。
[198]并把温度升到1033开。
[199]译者注:尼亚加拉瀑布(Niagara Falls)位于加拿大和美国交界的尼亚加拉河中段,号称世界七大奇景之一,与南美洲的伊瓜苏瀑布及非洲的维多利亚瀑布合称世界三大瀑布。
[200]译者注:原文为Holy Grail,耶稣受难前在最后的晚餐上使用的杯子,相传饮过该杯子斟的水可以长生不老,很多人穷其一生就是为了找寻这只圣杯。
[201]译者注:原文为Tinkertoy,是一种装配式玩具的商标名。由一堆细小零件构成的一种极其复杂的拼装类玩具。在美国颇为流行,用来训练孩子的想象力和动手能力。
[202]译者注:英文p-brane一词是指D维空间中的p维客体,国内最早的译名1980年出现在上海科技出版社发行的《科学》杂志上,译为p-胚。牛津英语词典并未收录brane一词,而汉语若要创造新字的话,不像使用拼音文字的语言那么容易。近年来,有学者将brane译成膜,但产生了诸如0维膜、1维膜和2维膜都是膜,这样的笑话。
[203]弦论里面有两种弦,这一点看起来有点奇怪和随意。实际上,这一点也不随意。数学上有一种被称为对偶性的极为强大的对称性,联系着基本弦和D-弦。这些对偶性与保罗·狄拉克在1931年首次假设的电荷和磁单极子之间的对偶性非常相似。它们在许多纯粹数学领域中有着深远的影响。
[204]波尔钦斯基和霍洛维茨用了我在1993年所用的方法计算了弦论中出现的多种黑洞(有极限的和其他的)的熵,每一种情况的答案都与贝肯斯坦—霍金辐射一致。
[205]译者注:原文为俚语the jig was up,直译为舞曲已经跳完,一切都完了,常用来形容成功已无望。
[206]译者注:阿连德(Salvador Allende Grossens,1908~1973),早年受马列主义影响,参与创建智利社会党。1970~1973年任智利总统,推行国有化和土地改革。由于改革过于激进,侵犯了中小庄园主、小业主的利益,因而陷入困境。1973年9月在皮诺切特等军人发动的政变中殉职。
[207]译者注:聂鲁达(Palbo Neruda,1904~1973),智利诗人,曾任智利作协主席。早期著有抒情诗集《20首爱情诗和一支绝望的歌》,有浪漫主义的倾向。《地球上的居所》有浓厚的超现实主义色彩,并流露悲观情绪。西班牙内战时期创作的《心中的西班牙》,转向现实主义。后期作品有《要素之歌》《葡萄园和风》《歌唱新中国》等。获得1971年诺贝尔文学奖。
[208]译者注:皮诺切特(Augusto Pinochet,1915~2006),1973年发动军事政变推翻阿连德政府。1974~1990年任智利总统,下野后仍长期担任陆军总司令。执政时,残酷镇压民主人士,但在经济上实施改革,使经济得以持续稳定发展。1998年卸任陆军总司令后曾多次被传讯,但均因“健康原因”未果。
[209]就在这本书最后编辑的时候,我又一次访问了智利,这一次是为了去庆祝克劳迪奥·本斯特60岁生日。书后面我和霍金的照片就是在这次宴会上照的。
[210]近年来,天文学家和宇宙学家发现我们的宇宙是加速膨胀的,每100亿年尺度上扩大一倍。这种指数增长的方式被认为是由宇宙常数所引起的,或者是媒体所称的“暗能量”。
[211]物理世界可以是一维或二维的吗(我这里说的是空间,不是时空)?我并不确定——我们不知道可能决定这些问题的所有原理——但是从一个数学的观点来看,量子力学和广义相对论在一维和二维上都是自洽的,就如同它们在三维上一样。我不是想说,智慧生命能够存活在这些另类的世界中,只是说这种物理学似乎也是可能的。
[212]译者注:麦卡托地图(Mercator),是指用一种等角的圆柱形投影法绘制的地图,是地图学家麦卡托在1569年将这种投影法应用在地图的绘制上,故此得名,该投影法也被称为麦卡托投影法。
[213]译者注:埃舍尔(M.C.Escher),荷兰画家,图形艺术家。圆的极限是他以彭罗斯点阵(Penrose Tile)为模式来画的一系列主题作品。
[214]这里的矩阵理论与S-矩阵没有关系。它是马尔达西纳发现的一个先辈和近亲,包含了一个诡异的维数增长。这是第一个与数学相关的确认全息原理的例子。矩阵理论是由我和汤姆·班克斯、威利·菲施勒和史蒂夫·申克在1996年发现的。
[215]在马尔达西纳起初的工作中,他的注意力主要在一个包括四维空间的例子上。它被称为是(4+1)维的AdS。处理四维空间而不是通常的三维的理由是技术层面的而且对于本章节后面的部分也不是很重要,但是它与跋中的一些部分有关。
[216]几乎从未听闻,但不是完全。矩阵理论是一个更早的例子。
[217]“玛卡莲娜”是一首20世纪90年代中期很流行的拉丁舞曲。
[218]BPS是D-胚的一个标志性的技术。BPS是发现这个特性的3个作者的首字母的缩写——博戈莫利内(Bogomol’nyi)、普拉萨德(Prasad)和萨默菲尔德(Sommerfield)。
[219]用普朗克单位计算一个核子的质量密度是一件很有意思的事情。质子的半径大约是1020而质量大约是10-19。这使得每体积单位上的质量约为10-79。
[220]我在这几个小节中所描述的东西大部分在利萨·兰德尔的优秀作品《偏见的交流》中都有清晰的解释。
[221]剪切(shear)这个词的意思为一层在另一层上滑过去。
[222]严格地讲,黏度除以流体熵的值是如此的小。
[223]帕维尔·科夫通(Pavel Kovtun)、丹·松(Dam T.Son)和安德烈·斯塔里内特(Andrei O.Starinets)——三位西雅图华盛顿大学的理论物理学家——首先认识到全息原理在热夸克汤的黏滞性特性上的内涵。
[224]译者注:曲线球(curve ball)是棒球术语,棒球球场分内场和外场,比赛分两队,每队9人。内场设一、二、三和本垒4个垒位。攻队队员在本垒一次用棒击守队“投手”投来的球,并趁机跑垒,能依次踏过一、二、三垒并安全回到本垒者得1分。曲线球是指收队投手投出的诡异的球,所以又可解释为诡计、把戏等意思。
[225]宇宙学常数的数值约为10-123个普朗克单位。对存在宇宙学常数的猜测开始于20世纪80年代中期,是一些宇宙学家仔细研究了天文数据所提出来的。但是在后面的十多年中,它并没有受到物理界很大的关注。如此小的一个值,使得大部分物理学家认为它并不存在。
[226]译者注:行为主义(behaviorism),美国现代心理学的主要流派之一,也是对西方心理学影响最大的流派之一,心理学不应该研究意识,只应该研究行为,把行为与意识完全对立起来。在研究方法上,行为主义主张采用客观的实验方法,而不使用内省法。
[227]译者注:赫尔曼·梅尔维尔(1819~1891),美国后期浪漫主义小说家、散文家和诗人,《白鲸记》的作者。梅尔维尔的一生及其作品,是美国这一新生民族的内在冲突的象征,他与他所处时代的不切实际的理想主义格格不入。他认为人既是兽类,又是世间的精英,两者兼容并蓄,密不可分。
[228]译者注:原文为谚语Family breeds contempt,即“亲不敬,熟生蔑”之意。这里必须要考虑到东西方文化的巨大差异,例如,中国人如直呼父母亲的名字,被视为大不敬,而西方家庭人员之间均以名字称呼,以示亲情。这里是说,如果我们通晓了新的模式,就不会再有迷惘。
[229]译者注:康康舞又译坎坎舞,是一种快速活泼的舞会舞蹈,1830年进入法国,19世纪末常在舞厅、酒吧间演出,女演员身着肥大裙子,以掀裙高踢腿为其特征。
[230]译者注:卡通画指《果壳中的宇宙》《时间简史彩图本》中的插图。
[231]译者注:智慧设计论,认为生命或宇宙不可能偶然发生,而是由某种智慧实体设计创造的一种理论。