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《最初三分钟》一书被公认为是物理学科普读物的里程碑作品，其写作范式成为后来许多作品所遵循的参考标准，它也是温伯格探讨大爆炸之后早期宇宙面貌的代表性作品。
在宇宙的早期，特别是在最初百分之一秒的时候，基本粒子理论的问题和宇宙学的问题融合在了一起。……能够说出在最初一秒钟、最初一分钟或最初一年，宇宙是什么样子，早期宇宙在某个时刻的温度、密度和化学成分是怎样的，那真是一件非常了不起的事情。……温伯格带领我们追溯宇宙最初时期的状况，采用了电影似的处理方法：即一格一格地观察宇宙如何膨胀、如何冷却、如何形成。
对于我们所置身其中的这个宇宙，也许，我们真正的问题并不在于理解宇宙的初始，甚至不是确定宇宙是否的确存在一个起点，我们真正的问题在于在时空没有任何意义的情况下去认识自然。
媒体推荐
此书的源起是作者1973年在Harvard Science Center落成典礼上的一次演讲。它比较详细地描述了宇宙最初的三分钟（准确地说，是三分四十六秒）的六幅画面（限于成书时间，没有涉及暴胀理论）。书中也解释了为何直到1965年才发现宇宙3K各向同性的微波背景辐射。它提到了在科学中，“被误导是多么容易，而随时知道下一步怎么做又多么难”，并指出：“重要的不是摆脱理论偏见，而是要有正确的理论偏见。对任何理论看法的检验，都要看其产生的结果。” ——豆瓣网读者
本书其实从动机上来讲，很简单：人类对于宇宙的来源有着永恒的好奇心。人们观察到一些现象，推导出一些原理，便忍不住要去想象世界的源头。实则是根据现在的世界逆推而得，见到的风景不同，逆推得到的风景也不同。而这本书，其实也是根据人类的观察所得，逆推得到的对世界来源的猜想。 ——豆瓣网读者
作者简介
史蒂文·温伯格（Steven Weinberg），美国国家科学院院士、伦敦皇家学会外籍会员、美国哲学和科学史学会会员，美国理论物理学家，1979年诺贝尔物理学奖得主，曾获得美国国家科学奖章、“刘易斯·托马斯奖”（诗人科学家奖）等多项殊荣。温伯格出版了多部极具影响力的理论物理教材。在专业领域之外，他致力于将科学理念与人文知识相结合，所著的《最初三分钟》《仰望苍穹》等书畅销全球。
目录
前 言
1 导论：巨人和牛
2 宇宙的膨胀
3 宇宙微波背景辐射
4 炽热宇宙的配方
5 最初三分钟
6 历史的题外话
7 最初百分之一秒
8 尾声：未来前景
附 录
词汇表
数学注释
后 记
参考文献
序言
本书缘于 1973年11月我在哈佛大学本科生科学中心落成典礼上所做的一次演讲。基础读物出版社的社长兼发行人欧文·格莱克斯从我们一个共同的朋友——丹尼尔·贝尔那里听说了这次演讲的内容，于是劝我将其整理成书。
起初，我对这个主意并不热心。尽管我也一直在作一些关于宇宙学方面的研究，但我主要涉及的领域还是基本粒子理论，即极小物质的物理学。另外，关于基本粒子物理学的研究在过去几年中甚为活跃，而我却把过多的时间用在了别处——为各种杂志撰写非专业性文章。因此，我迫切希望将注意力重新转移到本应属于我的专业领域——《物理学评论》。但我发现我无法停止思考：撰写一本关于早期宇宙的书。有什么能比创世纪的问题更有趣呢？而且，在宇宙的早期，特别是在最初百分之一秒的时候，基本粒子理论的问题和宇宙学的问题融合在了一起。最重要的是，现在是写一些关于早期宇宙内容的大好时机。因为，在过去的几十年中，一种关于早期宇宙事件发展过程的详细理论，作为一种“标准模型”，已得到了广泛的认可。
能够说出在最初一秒钟、最初一分钟或最初一年，宇宙是什么样子，那真是一件非常了不起的事情。对于一个物理学家来说，令人兴奋的是能够量化地把情况弄清楚，能够说出某个时刻宇宙的温度、密度和化学成分是这样的或那样的数值。的确，到目前为止，我们对这些数值的准确性还都没有绝对的把握，但起码我们现在在谈论这些事情的时候能够有一点自信，这就足以让人兴奋不已了。我想向读者表达的也正是这种兴奋。
我最好对本书所面向的读者作一说明。我是根据这样一些读者的情况来撰写本书的：他们愿意对一些详细的论证进行思考，但对数学和物理又不在行。尽管我必须介绍一些较为复杂的科学思想，但在本书正文中却没有使用超出算术范围的数学，也不需要读者事先具备多少物理或天文学知识。对于初次用到的科学术语，我都小心地给出了定义。此外，我还提供了一份物理学和天文学术语词汇表。在可能的情况下，我还对数字采取了诸如“1 000 亿”的写法，而不是使用更为方便的科学记数法：1011。
然而，这并不意味着我要写一本简易读物。当一个律师面向普通公众写东西时，他会假设他们不了解法律专用术语，也不懂“禁止永久拥有房产”的规定，但他并不会把事情想得更糟，也不会摆出一副屈尊俯就的模样。我想把这一句恭维话反过来使用：我心目中的读者是一些精明的资深律师，虽然他们讲的不是我的语言，但却想先听一听某些令人信服的论点，然后再拿主意。
如果有些读者确实想了解作为本书论据基础的运算，那么，针对这部分读者，我编写了“数学注释”，附在本书正文之后。关于本书内容所涉及的数学知识，如果是物理学或数学专业毕业的本科生，那么，他一定能够理解这些注释。幸运的是，宇宙学中最重要的运算其实是很简单的；诸如广义相对论或核物理那些更精妙的观点只是偶尔才发挥作用。如果有些读者想针对这一论题进行更深入的专业性探索，可参考“参考文献”中所列的那些高级论文（也包括我写的论文）。
另外，我还要明确指出本书将要探讨的主题。它并不是一本全面探讨宇宙的鸿篇大作。本书的主题中有一个“古典”部分，即关于当前宇宙大规模结构的部分：关于旋涡星云银河系系外性质的辩论；关于遥远星系红移的发现及其与距离的依赖性；关于爱因斯坦、德西特、勒梅特和弗里德曼的广义相对论宇宙模型等。很多著作都已经对宇宙学的这部分内容作了精辟的论述，因此，我并不想在本书中再大费口舌地重新论述一遍。我所撰写的这本书更多关注的是早期宇宙的情况，特别是人们在1965年根据宇宙微波背景辐射的发现所提出的关于早期宇宙的新认识。
当然，宇宙膨胀理论是我们当前关于早期宇宙认识的一个基本组成部分，因此，我不得不在第 2 章中简单介绍一些宇宙学的“古典”内容。我认为这一章为读者（包括那些完全不了解宇宙学的读者）提供了充分的背景知识，以便帮助他们了解本书其余章节所论述的内容，即早期宇宙理论的最新发展情况。但如果有些读者想彻底了解关于宇宙学的更详尽的内容，则需参阅“参考文献”中所列的那些著作。
另外，由于没能找到条理清晰的关于宇宙学近期发展的历史论述，我不得不自己做些挖掘工作，特别是关于为何在1965年之前的很长一段时间内没有人研究宇宙微波背景辐射这一令人着迷的问题（第4章对本问题进行了探讨）。但这并不意味着本书纯粹只是记录这些进展的情况——我非常尊重人们在科学史研究工作中所做的努力以及他们对此所给予的关注，因此，我不会在这方面有任何幻想；相反，如果某个真正的科学家、史学家愿意把本书当作起点，去撰写过去30多年关于宇宙学研究的历史的话，我会非常高兴。……
后记
在《最初三分钟》首次出版后的16年里，宇宙又膨胀了亿分之十三，也可能是只膨胀了亿分之六点五。这两个数值之间的差额反映出。我们一直无法确定宇宙的膨胀速度。正如我们在第2章中所讨论的那样，字宙的膨胀速度是根据宇宙学的一个关键数值指数（即哈勃常数）来表示的，而哈勃常数是通过观测遥远星系在距离越来越远时增速的速度来测量的。随着时间的推移，天文学家们声称在测量哈勃常数时，准确性越来越高，但遗憾的是，他们的测量结果仍不尽相同，且不相同的地方比他们所称的不确定性要大。一组测量得出的数值是，距离的增加约为326万光年，而另一组测量得出的数值大约为163万光年。在字宙膨胀速度方面，我们面对的是系数为2的不确定性。
问题不在于确定遥远星系的速度——通过测量遥远星系的光谱线向光谱的红端偏移，可以相对容易地确定其速度。如一直以来的那样，问题在于测量遥远星系的距离。过去，测量星系距离的方法如下，通过观测认为具有相同内在光度的某些类物体，如一种特定类型星系中最明亮的恒星或球状星团，或某些类超新星——并且使用它们所观测到的视光度来推断其距离。它们看起来越暗淡。就说明距离越远。近年来，这些方法已越来越多地被整个星系的特性研究方法所补充，即将特殊星系的内在光度与其所观测到的内部特性（如星系内部的恒星和气体云的速度）联系起来。另外，超新星的视界大小也被用来推断它们所发生于其中的星系的距离。尽管如此，所获得的哈勃常数的结果仍不一致。人们曾希望通过哈勃空间望远镜——一种大型卫星运载天文仪器所观测到的结果能够解决这一传统问题。但遗憾的是，尽管通过这个望远镜获得了很多有价值的东西，但它本身具有的显著问题，如振动过大、镜面变形等，妨碍了对星系距离的最终测量。
尽管存在这些困难，关于我们宇宙的标准“大爆炸”理论，还是得到了越来越多的认可。一方面，现在已有更多证据来支持宇宙学原理，在第2章中所讨论的关键假设便为标准宇宙学理论奠定了基础。根据这个假设，平均而言在足够远的距离内，宇宙中的物质分布是均衡的（即均匀的和各向同性的）。曾有一段时间，在星系分布中发现的“巨大”不均匀现象似乎越来越多——巨大墙壁、巨大空洞、巨大吸引物等。但现在，平均而言在足够远的距离内。即在相当于相对速度约为00千米／秒的距离内，宇宙中的星系分布确实是均匀的（对326万光年的哈勃常数来说。这个距离为500百万秒差距，或大约15亿光年）。更多用来支持宇宙学原理的证据如下，如果高能宇宙X射线来自比500百万秒差距更远的距离，那该射线强度在各个方向上似乎都是相同的。
……
基本粒子物理学近来的情况也大致相同。自1977年以来，已经有一系列伟大的实验进行完毕——最引人注目的是，1983～1984年，科学家发现了发射弱核力的W粒子和Z粒子。因此，人们已不再严重怀疑电磁力以及弱核力和强核力标准模型的正确性了。特别是现在，强相互作用的“渐近自由”理论不断取得的成功，已使在第7章中所讨论的关于最高温度为两万亿开尔文（2×10＾32K）的推测失去了意义。在更高的温度下，核粒子会分解成它们的组成成分夸克，简单地说，宇宙的物质会表现为夸克、轻子和光子的气体。只有当温度达到两万亿开尔文时，关于物质的描述才会变得极其困难，在这个温度下，引力变得与其他力一样强大。理论学家一直在推测在这些温度下支配物质的理论，但要对这些推测进行直接验证。我们还有很长的一段路要走。
自1977年以来，科学家们所研究的最令人兴奋的一个推测性理论是弦论。在弦论中，科学家用来描述物质的不是粒子，而是弦——时空中微小的一维不连续。弦可以是无数振动模式中的其中任何一种模式，在我们看来，每种模式都是基本粒子的一个不同种类。引力在弦论中似乎不仅是自然的，也是必然的：引力辐射的量子是闭合弦的振动模式之一。在现代弦论中，也许有一个最高温度，但它约为10＾32K而非10＾12K。
遗憾的是，有成千上万种弦论，我们并不清楚如何评估它们的结果或为何是使用这种弦论而非那种弦论来描述宇宙。但弦论的其中一个方面对宇宙学而言有着极其重要的潜在意义。我们所熟悉的四维时空连续不是弦论真正的基本组成部分，而是用来近似描述大自然的，这种描述只有在温度低于10＾32K时才有效。也许，我们真正的问题并不在于理解宇宙的初始，甚至不是确定宇宙是否的确存在一个起点，我们真正的问题在于在时空没有任何意义的情况下去认识自然。
文摘
宇宙会一直膨胀下去，且会持续一段时间。关于它以后的命运，标准模型作出了含糊的预测：它完全取决于宇宙密度是否小于某个临界值或大于某个临界值。正如我们在第2章中看到的，如果宇宙密度小于临界密度，那宇宙就是无穷的，将永远膨胀下去。我们的后代，如果那时我们还有后代的话，将看到所有恒星上的热核反应会逐渐结束，仅残留下各种熔渣：黑矮星、中子星，或许还有黑洞。行星也许会继续沿轨道运行，当它们发射引力波时，速度会稍稍降低，但永远不会在任何一个有穷的时间内进入静止状态。宇宙背景辐射和中微子温度将继续下降，下降幅度与宇宙规模成反比，但这些都无法逃脱出我们的眼睛；即便现在，也还很难探测到3 K的微波背景辐射。
另外，如果宇宙密度大于临界值，那宇宙就是有穷的，最终会停止膨胀，取而代之的则是宇宙加速收缩。例如，如果宇宙密度是其临界值的两倍，如果当前通用的哈勃常数是正确的，那现在宇宙就有100亿岁了；它会再继续膨胀500亿年，之后开始收缩。收缩只不过是倒退的膨胀而已：500亿年过后，宇宙将重新回到现在的规模，再过100亿年，它将接近奇特的无穷密度状态。
至少在收缩阶段初期，天文学家（如果还有的话）将能够观测到红移和蓝移。如果宇宙比观测到光的时候大，那来自邻近星系的光就会发射出来，因此，当观测到光的发射时，这种光似乎朝着光谱的短波端，即蓝端偏移。另外，如果宇宙仍处于膨胀初期，那来自极远物体的光就会发射出来，那时宇宙甚至比观测到光的时候还小，因此，当观测到光的发射时，这种光似乎朝着光谱的长波端，即红端偏移。
由光子和中微子形成的宇宙背景温度将会下降，然后又随着宇宙的膨胀和随后的收缩而升高，它总是与宇宙规模成反比。如果现在宇宙密度是其临界值的两倍，那我们的计算结果说明，当宇宙膨胀到最大时，它比现在正好大两倍，到时的微波背景温度将只有当前值3 K的一半，或约1.5 K。因此，随着宇宙开始收缩，温度将开始升高。
刚开始，不会出现警报——在几十亿年的时间里，背景辐射的温度极低，需要付出很大努力才能检测到它。然而，当宇宙重新收缩到只有当前规模的百分之一时，背景辐射将开始在天空中占支配地位：夜空将如我们当前的白昼一样温暖（300 K）。7 000万年后，宇宙将再收缩10倍，我们的后代（如果有的话）将觉得天空亮得难以忍受。行星和恒星大气中的分子和星际空间中的分子将开始分解成原子，原子又将分解成自由电子和原子核。再过700 000年，宇宙温度将达到1 000万度；到那时，恒星和行星本身也将熔化成一种由辐射、电子和核组成的宇宙混合物。
再过22天，温度将上升至100亿度。然后，原子核开始分解成其组分，即质子和中子，从而破坏恒星和宇宙核合成。此后不久，在光子与光子的碰撞中将产生大量电子和正电子，中微子和反中微子的宇宙背景将与宇宙的其他部分重新形成热共享。
我们真的能够将这个令人沮丧的故事一直讲下去，一直讲到无穷温度和无穷密度的状态吗？当温度达到10亿度大约3分钟后，时间真的能够停止吗？显然，我们对此毫无把握。我们在第7章中探索百分之一秒时遇到的所有不确定的问题，在我们探索最后百分之一秒时，将再次使我们不知所措。首先，当温度比1032 K高时，我们必须使用量子力学的语言来描述整个宇宙，但没有人真正了解当时到底发生了什么。另外，如果宇宙并不具备各向同性和均匀性（参见第 5 章结尾），那么，在我们面对量子宇宙之前的很长一段时间内，我们整个的讲述就有可能失去有效性。
从这些不确定性中，有些宇宙学家看到了某种希望。或许，宇宙将经历一种宇宙“反弹”，开始重新膨胀。在《新埃达》中，诸神和巨人在世界毁灭时经过一场激战之后，地球被水火摧毁，但洪水退却后，托尔的儿子们又拿着父亲的锤子，从地狱中走了出来，整个世界又重新开始。但如果宇宙真的重新膨胀，那么，它的膨胀也会再次减缓，直至停止，然后开始另一轮的收缩，并在另一次的宇宙毁灭中结束，然后又发生反弹，循环往复，永无休止。
如果这就是我们未来的样子，那按理说，这也是我们过去的样子。当前宇宙的膨胀只不过是上一次收缩和反弹后的一个阶段而已（实际上，迪克、皮布尔斯、罗尔和威尔金森在1965年撰写的关于宇宙微波背景辐射的论文中就假设，宇宙在过去一定有一个膨胀和收缩的完整阶段，他们认为，宇宙一定曾经足够地收缩过，使温度升至至少100亿度，从而分解在之前阶段形成的重要元素）。再往后看，我们可以想象一个无穷尽的膨胀和收缩循环，它一直延伸到无穷的过去，根本就没有开端。
有些宇宙学家从哲学意义上对振动模型感兴趣，尤其是因为，如同稳恒态模型，振动模型也巧妙地避开了创世纪的问题。然而，它的确也面临着一个严重的理论难题。在每次循环过程中，随着宇宙的膨胀和收缩，光子与核粒子（或更确切地说，每个核粒子的熵）之间的比率，会因一种摩擦（称为“体积黏度”）而稍有增加。据我们所知，到时，宇宙将开始一个新的循环，光子与核粒子之间的比率也会是一个新的数值，且略有提高。目前，这个比率非常大，但却不是无穷的，因此难以看出，宇宙如何在过去经历了无数次的循环。
然而，所有这些问题都有可能被解决，不管哪个宇宙模型被证明是正确的，都不会给人多大慰藉。人类几乎不可避免地会认为，我们与宇宙之间存在某种特殊关系，人类的生活不仅仅是始于最初三分钟一系列事件所带来的具有喜剧色彩的产物，而且，我们在宇宙初始时就已在某种程度上将自己置于宇宙中了。当写至此处时，我正巧坐在一架飞行在30 000英尺高空的飞机上，当时，我正从旧金山返回到波士顿的家中，飞机飞行在怀俄明的上空。往下看，地球看起来非常柔软、舒适——绒毛似的云朵随处可见，积雪在落日的映照下变成粉红色，公路从一个城镇到另一个城镇，笔直地延伸在大地上。很难想象，所有这些都只不过是充满敌意的宇宙中一个微不足道的部分而已。
更难想象的是，当前这个宇宙是从人类完全陌生的早期环境中演化而来的，而且在将来有可能毁灭，进入无休止的寒冷或无法容忍的酷热状态，宇宙越是看似容易理解，越是让人不可捉摸。但即使我们的研究成果没有令人宽慰的东西，那至少研究本身也称得上是某种宽慰。人们不满足于用神和巨人的传说来宽慰自己，也不愿将自己的全部精力放在日常琐事上；他们还制造了望远镜、卫星和加速器，整日坐在办公桌前，研究所收集资料的价值和意义。努力去理解宇宙，这是使人类生活减少一些喜剧色彩、增加某些悲剧色彩的少数事情之一。
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《最初三分钟》一书被公认为是物理学科普读物的里程碑作品，其写作范式成为后来许多作品所遵循的参考标准，它也是温伯格探讨大爆炸之后早期宇宙面貌的代表性作品。
在宇宙的早期，特别是在最初百分之一秒的时候，基本粒子理论的问题和宇宙学的问题融合在了一起。……能够说出在最初一秒钟、最初一分钟或最初一年，宇宙是什么样子，早期宇宙在某个时刻的温度、密度和化学成分是怎样的，那真是一件非常了不起的事情。……温伯格带领我们追溯宇宙最初时期的状况，采用了电影似的处理方法：即一格一格地观察宇宙如何膨胀、如何冷却、如何形成。
对于我们所置身其中的这个宇宙，也许，我们真正的问题并不在于理解宇宙的初始，甚至不是确定宇宙是否的确存在一个起点，我们真正的问题在于在时空没有任何意义的情况下去认识自然。
媒体推荐
此书的源起是作者1973年在Harvard Science Center落成典礼上的一次演讲。它比较详细地描述了宇宙最初的三分钟（准确地说，是三分四十六秒）的六幅画面（限于成书时间，没有涉及暴胀理论）。书中也解释了为何直到1965年才发现宇宙3K各向同性的微波背景辐射。它提到了在科学中，“被误导是多么容易，而随时知道下一步怎么做又多么难”，并指出：“重要的不是摆脱理论偏见，而是要有正确的理论偏见。对任何理论看法的检验，都要看其产生的结果。” ——豆瓣网读者
本书其实从动机上来讲，很简单：人类对于宇宙的来源有着永恒的好奇心。人们观察到一些现象，推导出一些原理，便忍不住要去想象世界的源头。实则是根据现在的世界逆推而得，见到的风景不同，逆推得到的风景也不同。而这本书，其实也是根据人类的观察所得，逆推得到的对世界来源的猜想。 ——豆瓣网读者
作者简介
史蒂文·温伯格（Steven Weinberg），美国国家科学院院士、伦敦皇家学会外籍会员、美国哲学和科学史学会会员，美国理论物理学家，1979年诺贝尔物理学奖得主，曾获得美国国家科学奖章、“刘易斯·托马斯奖”（诗人科学家奖）等多项殊荣。温伯格出版了多部极具影响力的理论物理教材。在专业领域之外，他致力于将科学理念与人文知识相结合，所著的《最初三分钟》《仰望苍穹》等书畅销全球。
目录
前 言
1 导论：巨人和牛
2 宇宙的膨胀
3 宇宙微波背景辐射
4 炽热宇宙的配方
5 最初三分钟
6 历史的题外话
7 最初百分之一秒
8 尾声：未来前景
附 录
词汇表
数学注释
后 记
参考文献
序言
本书缘于 1973年11月我在哈佛大学本科生科学中心落成典礼上所做的一次演讲。基础读物出版社的社长兼发行人欧文·格莱克斯从我们一个共同的朋友——丹尼尔·贝尔那里听说了这次演讲的内容，于是劝我将其整理成书。
起初，我对这个主意并不热心。尽管我也一直在作一些关于宇宙学方面的研究，但我主要涉及的领域还是基本粒子理论，即极小物质的物理学。另外，关于基本粒子物理学的研究在过去几年中甚为活跃，而我却把过多的时间用在了别处——为各种杂志撰写非专业性文章。因此，我迫切希望将注意力重新转移到本应属于我的专业领域——《物理学评论》。但我发现我无法停止思考：撰写一本关于早期宇宙的书。有什么能比创世纪的问题更有趣呢？而且，在宇宙的早期，特别是在最初百分之一秒的时候，基本粒子理论的问题和宇宙学的问题融合在了一起。最重要的是，现在是写一些关于早期宇宙内容的大好时机。因为，在过去的几十年中，一种关于早期宇宙事件发展过程的详细理论，作为一种“标准模型”，已得到了广泛的认可。
能够说出在最初一秒钟、最初一分钟或最初一年，宇宙是什么样子，那真是一件非常了不起的事情。对于一个物理学家来说，令人兴奋的是能够量化地把情况弄清楚，能够说出某个时刻宇宙的温度、密度和化学成分是这样的或那样的数值。的确，到目前为止，我们对这些数值的准确性还都没有绝对的把握，但起码我们现在在谈论这些事情的时候能够有一点自信，这就足以让人兴奋不已了。我想向读者表达的也正是这种兴奋。
我最好对本书所面向的读者作一说明。我是根据这样一些读者的情况来撰写本书的：他们愿意对一些详细的论证进行思考，但对数学和物理又不在行。尽管我必须介绍一些较为复杂的科学思想，但在本书正文中却没有使用超出算术范围的数学，也不需要读者事先具备多少物理或天文学知识。对于初次用到的科学术语，我都小心地给出了定义。此外，我还提供了一份物理学和天文学术语词汇表。在可能的情况下，我还对数字采取了诸如“1 000 亿”的写法，而不是使用更为方便的科学记数法：1011。
然而，这并不意味着我要写一本简易读物。当一个律师面向普通公众写东西时，他会假设他们不了解法律专用术语，也不懂“禁止永久拥有房产”的规定，但他并不会把事情想得更糟，也不会摆出一副屈尊俯就的模样。我想把这一句恭维话反过来使用：我心目中的读者是一些精明的资深律师，虽然他们讲的不是我的语言，但却想先听一听某些令人信服的论点，然后再拿主意。
如果有些读者确实想了解作为本书论据基础的运算，那么，针对这部分读者，我编写了“数学注释”，附在本书正文之后。关于本书内容所涉及的数学知识，如果是物理学或数学专业毕业的本科生，那么，他一定能够理解这些注释。幸运的是，宇宙学中最重要的运算其实是很简单的；诸如广义相对论或核物理那些更精妙的观点只是偶尔才发挥作用。如果有些读者想针对这一论题进行更深入的专业性探索，可参考“参考文献”中所列的那些高级论文（也包括我写的论文）。
另外，我还要明确指出本书将要探讨的主题。它并不是一本全面探讨宇宙的鸿篇大作。本书的主题中有一个“古典”部分，即关于当前宇宙大规模结构的部分：关于旋涡星云银河系系外性质的辩论；关于遥远星系红移的发现及其与距离的依赖性；关于爱因斯坦、德西特、勒梅特和弗里德曼的广义相对论宇宙模型等。很多著作都已经对宇宙学的这部分内容作了精辟的论述，因此，我并不想在本书中再大费口舌地重新论述一遍。我所撰写的这本书更多关注的是早期宇宙的情况，特别是人们在1965年根据宇宙微波背景辐射的发现所提出的关于早期宇宙的新认识。
当然，宇宙膨胀理论是我们当前关于早期宇宙认识的一个基本组成部分，因此，我不得不在第 2 章中简单介绍一些宇宙学的“古典”内容。我认为这一章为读者（包括那些完全不了解宇宙学的读者）提供了充分的背景知识，以便帮助他们了解本书其余章节所论述的内容，即早期宇宙理论的最新发展情况。但如果有些读者想彻底了解关于宇宙学的更详尽的内容，则需参阅“参考文献”中所列的那些著作。
另外，由于没能找到条理清晰的关于宇宙学近期发展的历史论述，我不得不自己做些挖掘工作，特别是关于为何在1965年之前的很长一段时间内没有人研究宇宙微波背景辐射这一令人着迷的问题（第4章对本问题进行了探讨）。但这并不意味着本书纯粹只是记录这些进展的情况——我非常尊重人们在科学史研究工作中所做的努力以及他们对此所给予的关注，因此，我不会在这方面有任何幻想；相反，如果某个真正的科学家、史学家愿意把本书当作起点，去撰写过去30多年关于宇宙学研究的历史的话，我会非常高兴。……
后记
在《最初三分钟》首次出版后的16年里，宇宙又膨胀了亿分之十三，也可能是只膨胀了亿分之六点五。这两个数值之间的差额反映出。我们一直无法确定宇宙的膨胀速度。正如我们在第2章中所讨论的那样，字宙的膨胀速度是根据宇宙学的一个关键数值指数（即哈勃常数）来表示的，而哈勃常数是通过观测遥远星系在距离越来越远时增速的速度来测量的。随着时间的推移，天文学家们声称在测量哈勃常数时，准确性越来越高，但遗憾的是，他们的测量结果仍不尽相同，且不相同的地方比他们所称的不确定性要大。一组测量得出的数值是，距离的增加约为326万光年，而另一组测量得出的数值大约为163万光年。在字宙膨胀速度方面，我们面对的是系数为2的不确定性。
问题不在于确定遥远星系的速度——通过测量遥远星系的光谱线向光谱的红端偏移，可以相对容易地确定其速度。如一直以来的那样，问题在于测量遥远星系的距离。过去，测量星系距离的方法如下，通过观测认为具有相同内在光度的某些类物体，如一种特定类型星系中最明亮的恒星或球状星团，或某些类超新星——并且使用它们所观测到的视光度来推断其距离。它们看起来越暗淡。就说明距离越远。近年来，这些方法已越来越多地被整个星系的特性研究方法所补充，即将特殊星系的内在光度与其所观测到的内部特性（如星系内部的恒星和气体云的速度）联系起来。另外，超新星的视界大小也被用来推断它们所发生于其中的星系的距离。尽管如此，所获得的哈勃常数的结果仍不一致。人们曾希望通过哈勃空间望远镜——一种大型卫星运载天文仪器所观测到的结果能够解决这一传统问题。但遗憾的是，尽管通过这个望远镜获得了很多有价值的东西，但它本身具有的显著问题，如振动过大、镜面变形等，妨碍了对星系距离的最终测量。
尽管存在这些困难，关于我们宇宙的标准“大爆炸”理论，还是得到了越来越多的认可。一方面，现在已有更多证据来支持宇宙学原理，在第2章中所讨论的关键假设便为标准宇宙学理论奠定了基础。根据这个假设，平均而言在足够远的距离内，宇宙中的物质分布是均衡的（即均匀的和各向同性的）。曾有一段时间，在星系分布中发现的“巨大”不均匀现象似乎越来越多——巨大墙壁、巨大空洞、巨大吸引物等。但现在，平均而言在足够远的距离内。即在相当于相对速度约为00千米／秒的距离内，宇宙中的星系分布确实是均匀的（对326万光年的哈勃常数来说。这个距离为500百万秒差距，或大约15亿光年）。更多用来支持宇宙学原理的证据如下，如果高能宇宙X射线来自比500百万秒差距更远的距离，那该射线强度在各个方向上似乎都是相同的。
……
基本粒子物理学近来的情况也大致相同。自1977年以来，已经有一系列伟大的实验进行完毕——最引人注目的是，1983～1984年，科学家发现了发射弱核力的W粒子和Z粒子。因此，人们已不再严重怀疑电磁力以及弱核力和强核力标准模型的正确性了。特别是现在，强相互作用的“渐近自由”理论不断取得的成功，已使在第7章中所讨论的关于最高温度为两万亿开尔文（2×10＾32K）的推测失去了意义。在更高的温度下，核粒子会分解成它们的组成成分夸克，简单地说，宇宙的物质会表现为夸克、轻子和光子的气体。只有当温度达到两万亿开尔文时，关于物质的描述才会变得极其困难，在这个温度下，引力变得与其他力一样强大。理论学家一直在推测在这些温度下支配物质的理论，但要对这些推测进行直接验证。我们还有很长的一段路要走。
自1977年以来，科学家们所研究的最令人兴奋的一个推测性理论是弦论。在弦论中，科学家用来描述物质的不是粒子，而是弦——时空中微小的一维不连续。弦可以是无数振动模式中的其中任何一种模式，在我们看来，每种模式都是基本粒子的一个不同种类。引力在弦论中似乎不仅是自然的，也是必然的：引力辐射的量子是闭合弦的振动模式之一。在现代弦论中，也许有一个最高温度，但它约为10＾32K而非10＾12K。
遗憾的是，有成千上万种弦论，我们并不清楚如何评估它们的结果或为何是使用这种弦论而非那种弦论来描述宇宙。但弦论的其中一个方面对宇宙学而言有着极其重要的潜在意义。我们所熟悉的四维时空连续不是弦论真正的基本组成部分，而是用来近似描述大自然的，这种描述只有在温度低于10＾32K时才有效。也许，我们真正的问题并不在于理解宇宙的初始，甚至不是确定宇宙是否的确存在一个起点，我们真正的问题在于在时空没有任何意义的情况下去认识自然。
文摘
宇宙会一直膨胀下去，且会持续一段时间。关于它以后的命运，标准模型作出了含糊的预测：它完全取决于宇宙密度是否小于某个临界值或大于某个临界值。正如我们在第2章中看到的，如果宇宙密度小于临界密度，那宇宙就是无穷的，将永远膨胀下去。我们的后代，如果那时我们还有后代的话，将看到所有恒星上的热核反应会逐渐结束，仅残留下各种熔渣：黑矮星、中子星，或许还有黑洞。行星也许会继续沿轨道运行，当它们发射引力波时，速度会稍稍降低，但永远不会在任何一个有穷的时间内进入静止状态。宇宙背景辐射和中微子温度将继续下降，下降幅度与宇宙规模成反比，但这些都无法逃脱出我们的眼睛；即便现在，也还很难探测到3 K的微波背景辐射。
另外，如果宇宙密度大于临界值，那宇宙就是有穷的，最终会停止膨胀，取而代之的则是宇宙加速收缩。例如，如果宇宙密度是其临界值的两倍，如果当前通用的哈勃常数是正确的，那现在宇宙就有100亿岁了；它会再继续膨胀500亿年，之后开始收缩。收缩只不过是倒退的膨胀而已：500亿年过后，宇宙将重新回到现在的规模，再过100亿年，它将接近奇特的无穷密度状态。
至少在收缩阶段初期，天文学家（如果还有的话）将能够观测到红移和蓝移。如果宇宙比观测到光的时候大，那来自邻近星系的光就会发射出来，因此，当观测到光的发射时，这种光似乎朝着光谱的短波端，即蓝端偏移。另外，如果宇宙仍处于膨胀初期，那来自极远物体的光就会发射出来，那时宇宙甚至比观测到光的时候还小，因此，当观测到光的发射时，这种光似乎朝着光谱的长波端，即红端偏移。
由光子和中微子形成的宇宙背景温度将会下降，然后又随着宇宙的膨胀和随后的收缩而升高，它总是与宇宙规模成反比。如果现在宇宙密度是其临界值的两倍，那我们的计算结果说明，当宇宙膨胀到最大时，它比现在正好大两倍，到时的微波背景温度将只有当前值3 K的一半，或约1.5 K。因此，随着宇宙开始收缩，温度将开始升高。
刚开始，不会出现警报——在几十亿年的时间里，背景辐射的温度极低，需要付出很大努力才能检测到它。然而，当宇宙重新收缩到只有当前规模的百分之一时，背景辐射将开始在天空中占支配地位：夜空将如我们当前的白昼一样温暖（300 K）。7 000万年后，宇宙将再收缩10倍，我们的后代（如果有的话）将觉得天空亮得难以忍受。行星和恒星大气中的分子和星际空间中的分子将开始分解成原子，原子又将分解成自由电子和原子核。再过700 000年，宇宙温度将达到1 000万度；到那时，恒星和行星本身也将熔化成一种由辐射、电子和核组成的宇宙混合物。
再过22天，温度将上升至100亿度。然后，原子核开始分解成其组分，即质子和中子，从而破坏恒星和宇宙核合成。此后不久，在光子与光子的碰撞中将产生大量电子和正电子，中微子和反中微子的宇宙背景将与宇宙的其他部分重新形成热共享。
我们真的能够将这个令人沮丧的故事一直讲下去，一直讲到无穷温度和无穷密度的状态吗？当温度达到10亿度大约3分钟后，时间真的能够停止吗？显然，我们对此毫无把握。我们在第7章中探索百分之一秒时遇到的所有不确定的问题，在我们探索最后百分之一秒时，将再次使我们不知所措。首先，当温度比1032 K高时，我们必须使用量子力学的语言来描述整个宇宙，但没有人真正了解当时到底发生了什么。另外，如果宇宙并不具备各向同性和均匀性（参见第 5 章结尾），那么，在我们面对量子宇宙之前的很长一段时间内，我们整个的讲述就有可能失去有效性。
从这些不确定性中，有些宇宙学家看到了某种希望。或许，宇宙将经历一种宇宙“反弹”，开始重新膨胀。在《新埃达》中，诸神和巨人在世界毁灭时经过一场激战之后，地球被水火摧毁，但洪水退却后，托尔的儿子们又拿着父亲的锤子，从地狱中走了出来，整个世界又重新开始。但如果宇宙真的重新膨胀，那么，它的膨胀也会再次减缓，直至停止，然后开始另一轮的收缩，并在另一次的宇宙毁灭中结束，然后又发生反弹，循环往复，永无休止。
如果这就是我们未来的样子，那按理说，这也是我们过去的样子。当前宇宙的膨胀只不过是上一次收缩和反弹后的一个阶段而已（实际上，迪克、皮布尔斯、罗尔和威尔金森在1965年撰写的关于宇宙微波背景辐射的论文中就假设，宇宙在过去一定有一个膨胀和收缩的完整阶段，他们认为，宇宙一定曾经足够地收缩过，使温度升至至少100亿度，从而分解在之前阶段形成的重要元素）。再往后看，我们可以想象一个无穷尽的膨胀和收缩循环，它一直延伸到无穷的过去，根本就没有开端。
有些宇宙学家从哲学意义上对振动模型感兴趣，尤其是因为，如同稳恒态模型，振动模型也巧妙地避开了创世纪的问题。然而，它的确也面临着一个严重的理论难题。在每次循环过程中，随着宇宙的膨胀和收缩，光子与核粒子（或更确切地说，每个核粒子的熵）之间的比率，会因一种摩擦（称为“体积黏度”）而稍有增加。据我们所知，到时，宇宙将开始一个新的循环，光子与核粒子之间的比率也会是一个新的数值，且略有提高。目前，这个比率非常大，但却不是无穷的，因此难以看出，宇宙如何在过去经历了无数次的循环。
然而，所有这些问题都有可能被解决，不管哪个宇宙模型被证明是正确的，都不会给人多大慰藉。人类几乎不可避免地会认为，我们与宇宙之间存在某种特殊关系，人类的生活不仅仅是始于最初三分钟一系列事件所带来的具有喜剧色彩的产物，而且，我们在宇宙初始时就已在某种程度上将自己置于宇宙中了。当写至此处时，我正巧坐在一架飞行在30 000英尺高空的飞机上，当时，我正从旧金山返回到波士顿的家中，飞机飞行在怀俄明的上空。往下看，地球看起来非常柔软、舒适——绒毛似的云朵随处可见，积雪在落日的映照下变成粉红色，公路从一个城镇到另一个城镇，笔直地延伸在大地上。很难想象，所有这些都只不过是充满敌意的宇宙中一个微不足道的部分而已。
更难想象的是，当前这个宇宙是从人类完全陌生的早期环境中演化而来的，而且在将来有可能毁灭，进入无休止的寒冷或无法容忍的酷热状态，宇宙越是看似容易理解，越是让人不可捉摸。但即使我们的研究成果没有令人宽慰的东西，那至少研究本身也称得上是某种宽慰。人们不满足于用神和巨人的传说来宽慰自己，也不愿将自己的全部精力放在日常琐事上；他们还制造了望远镜、卫星和加速器，整日坐在办公桌前，研究所收集资料的价值和意义。努力去理解宇宙，这是使人类生活减少一些喜剧色彩、增加某些悲剧色彩的少数事情之一。
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| ISBN | 9787568910538 |
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| 出版社 | 重庆大学出版社 |
| 作者 | 王丽 |
| 尺寸 | 32 |