讀時(shí)間簡史的感悟

1、 讀時(shí)間簡史的感悟自人類誕生以來，我們從未放棄過對(duì)于宇宙的思考。法國思想家帕斯卡爾有一句名言：“人是一支有思想的蘆葦。”康德也說，世界上只有兩樣?xùn)|西讓我敬畏，一個(gè)是我頭頂?shù)臓N爛星空，一個(gè)是我心中永恒的道德法則。當(dāng)我們仰望天空，白云之上是我們對(duì)于神秘宇宙的無限渴求。時(shí)間簡史，它從我們的宇宙圖像出發(fā)，從基礎(chǔ)的地球是圓的問題開始，帶我們?nèi)ふ蚁鈨?nèi)心疑惑的一些可能答案。其間包含宇宙的奇點(diǎn)、空間與時(shí)間、不確定性原理、基本粒子和自然的力、黑洞、蟲洞和時(shí)間旅行等諸多有趣的內(nèi)容探討。在短短的一書里，涉及了諸如相對(duì)論、量子力學(xué)等的相關(guān)知識(shí)，讓我深切感到宇宙的深?yuàn)W與人類的智慧。首先給我巨大沖擊的是時(shí)間與空間的定

2、義。時(shí)間相對(duì)于空間是完全分開并且獨(dú)立的，這是我們大部分人的常識(shí)觀點(diǎn)。然而，這個(gè)常識(shí)在處理以光速或接近光速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)卻根本無效。光以有限但非常高的速度傳播。愛因斯坦提出了相對(duì)論，相對(duì)論一個(gè)卓越的成果是，它變革了我們對(duì)空間和時(shí)間的觀念。在牛頓理論中，如果有一光脈沖從一處發(fā)到另一處，（由于時(shí)間是絕對(duì)的）不同的觀測(cè)者對(duì)這個(gè)過程所花的時(shí)間不會(huì)有異議，但是他們不會(huì)在光走的距離這一點(diǎn)上取得一致的意見（因?yàn)榭臻g不是絕對(duì)的）。另一方面，在相對(duì)論中，所有的觀察者必須在光是以多快的速度運(yùn)動(dòng)上取得一致意見，然而，他們?cè)诠庾哌^多遠(yuǎn)的距離上不能取得一致意見。相對(duì)論終結(jié)了絕對(duì)時(shí)間的觀念。我們通常的經(jīng)驗(yàn)是可以用三個(gè)數(shù)或坐標(biāo)

3、去描述空間中的一點(diǎn)的位置。比如人們可以用緯度、經(jīng)度和海拔來指定一個(gè)地點(diǎn)。事實(shí)上，我們可以用一族互相交迭的坐標(biāo)碎片來描寫整個(gè)宇宙。一個(gè)事件是發(fā)生在特定時(shí)刻和空間中特定的一點(diǎn)的某種東西。在相對(duì)論中，時(shí)間和空間坐標(biāo)沒有真正的差別。從一個(gè)事件散開的光在四維的時(shí)空里形成了一個(gè)三維的圓錐，稱為事件的未來光錐。與此對(duì)應(yīng)的還有過去光錐。而不處于P的未來和P的過去的事件稱之為處于P的他處。這些對(duì)于我來說嶄新的觀點(diǎn)讓我對(duì)絕對(duì)將來、現(xiàn)在、絕對(duì)過去產(chǎn)生了深刻的遐想，也開始學(xué)著像霍金一樣思考時(shí)空這個(gè)問題。雖然最后沒有得到好的結(jié)論，但這個(gè)過程還是讓我受益匪淺。我們始終對(duì)于宇宙的開端與終結(jié)懷有深深的興趣。正如人類執(zhí)著于“我

4、是誰”、“我從哪里來”、“我將往哪里去”這三個(gè)哲學(xué)問題。直到1924年，美國天文學(xué)家哈勃證明了我們的星系不是唯一的星系，我們才真正開始打開眼睛。事實(shí)上，還存在許多其他的星系，在它們之間是巨大的空虛的太空。哈勃發(fā)現(xiàn)大部分星系是紅移的，而且紅移的大小與星系離開我們的距離成正比。這表明宇宙不可能像原先人們所想象的那樣處于靜態(tài)，而是在膨脹，不同星系之間的距離一直在增加著。宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)最偉大的智慧革命之一。其實(shí)人們?cè)缭?9、18甚至17世紀(jì)晚期就能夠從牛頓的引力論預(yù)言出宇宙的這個(gè)行為。然而，靜態(tài)宇宙的信念是如此之強(qiáng)，以至于一直維持到了20世紀(jì)的早期。甚至愛因斯坦于1915年發(fā)表其廣義相對(duì)論時(shí)

5、，還如此之肯定宇宙是靜態(tài)的。他們想方設(shè)法避免廣義相對(duì)論的非靜態(tài)宇宙的預(yù)言。這不得不讓我們惋惜，人類的進(jìn)步歷史總是曲折的，一方面有著無知反派對(duì)于科學(xué)真理的扼殺，如教皇對(duì)于伽利略等人的迫害；另一方面，哪怕是偉大的學(xué)者，也會(huì)故步自封由于一些認(rèn)知觀的局限而固步自封，就像偉大的牛頓，發(fā)表了運(yùn)動(dòng)學(xué)三大定律，卻在晚年沉溺于教皇的上帝論中。不過還好，依舊有無數(shù)的科學(xué)巨人，前赴后繼，始終處于觀察、思考、實(shí)驗(yàn)、探求的第一線上。從在大尺度上宇宙是各向同性的，到弗利德曼模型，再到霍金和彭羅斯通過論文指出過去必須有一大爆炸奇點(diǎn)，一切總是在向前發(fā)展。對(duì)于不確定性原理，讓我很有感觸。盡管世界上有很多不確定性存在，但我們總是

6、相信，如果我們知道的足夠多，那么我們可以明確下一時(shí)刻發(fā)生的事情。科學(xué)理論，特別是牛頓引力論的成功，使得法國科學(xué)家拉普拉斯侯爵在19世紀(jì)初論斷，宇宙是完全被決定的。他認(rèn)為存在一組科學(xué)定律，只要我們完全知道宇宙在某一時(shí)刻的狀態(tài)，我們便能依據(jù)此預(yù)言宇宙中將會(huì)發(fā)生的任一事件。例如，假定我們知道某一時(shí)刻的太陽和行星的位置和速度，則可用牛頓定律計(jì)算出在任何其他時(shí)刻的太陽系的狀態(tài)。這看上去是很合理的。然而，當(dāng)英國科學(xué)家瑞利勛爵和詹姆斯通過計(jì)算指出，一個(gè)熱的物體例如恒星必須以無限大的速率輻射出能量，這種觀念才開始面對(duì)挑戰(zhàn)。直到1926年德國科學(xué)家海森堡提出著名的不確定性原理，一切才顯得豁然開朗。為了預(yù)言一個(gè)粒

7、子未來的位置和速度，人們必須能準(zhǔn)確地測(cè)量它現(xiàn)在的位置和速度?，F(xiàn)在，由普朗克的量子假設(shè)，人們不能用任意少的光的數(shù)量，至少要用一個(gè)光量子。這量子會(huì)擾動(dòng)這粒子，并一種不能預(yù)見的方式改變粒子的速度。而且，位置測(cè)量得越準(zhǔn)確，所需的波長就越短，單獨(dú)量子的能量就越大，這樣粒子的速度就被擾動(dòng)得越厲害。海森堡不確定性原理是世界的一個(gè)基本的不可回避的性質(zhì)。他對(duì)我們的世界觀有非常深遠(yuǎn)的影響。由于不可避免的偶然性，我們無法明確下一刻的事件，即我們無法準(zhǔn)確的預(yù)見未來。其實(shí)，換一個(gè)思路，在這個(gè)時(shí)代，我們唯一可以確定不變的是變化將會(huì)不斷發(fā)生。當(dāng)然，人類、自然、宇宙、文化的基本框架不會(huì)產(chǎn)生大的遷移，所以我們也不會(huì)為之手無足措

8、，但也唯有認(rèn)清環(huán)境并抓住機(jī)遇的人，才能取得最后的成功?；玖Ｗ樱瑥淖畛跽J(rèn)為原子是不可分割的最小微粒，到原子核是由電子、中子、質(zhì)子組成的。再到更小的粒子夸克。一種新的分類方法，宇宙間所有已知的粒子可以分成兩組：組成宇宙中的物質(zhì)的自旋為1/2的粒子；在物質(zhì)粒子之間引起力的自旋為0、1、2的粒子。物質(zhì)粒子服從所謂的泡利不相容原理。兩個(gè)類似的粒子不能存在于同一個(gè)態(tài)中，即是說，在不確定性原理給出的限制內(nèi)，他們不能同時(shí)具有相同的位置和速度。它解釋了為何物質(zhì)粒子在自旋為0、1和2的粒子產(chǎn)生的力的影響下不會(huì)坍縮成密度非常之高的狀態(tài)的原因?，F(xiàn)在我們知道，任何粒子都會(huì)有和它相湮滅的反粒子，對(duì)于攜帶力的粒子，反粒子

9、為其自身。在這里，一正一反，一黑一白，猶如太極一般，很有趣味。攜帶力的粒子按照其攜帶力的強(qiáng)度以及與其相互作用的粒子可以分成四種。第一種力是引力，每一粒子都因它的質(zhì)量或能量而感受到引力。另一種力是電磁力，它作用于帶電荷的粒子之間。第三種力稱為弱核力，它制約著放射性現(xiàn)象。第四種力是強(qiáng)作用力，它將質(zhì)子和中子中的夸克束縛在一起，并將原子中的質(zhì)子和中子束縛在一起。而在非常高的叫做大統(tǒng)一能量的能量下，后面三種力都有同樣的強(qiáng)度，可看成一個(gè)單獨(dú)的力的不同方面。盡管我們無法在實(shí)驗(yàn)室里直接證實(shí)大統(tǒng)一理論，然而我們可以檢測(cè)它在低能量下的推論。就像伽利略通過斜面模擬自由落體運(yùn)動(dòng)，很多時(shí)候，我們必須放開想象的翅膀，用手

10、邊能夠得到的微小的支持去獲得巨大的發(fā)現(xiàn)。科學(xué)上很多著名定理、理論都是先提出來而后得以證實(shí)的，所以我們要發(fā)散思維，勇于創(chuàng)新，敢于做第一個(gè)吃螃蟹的人。黑洞是霍金的一個(gè)重要研究項(xiàng)目。從一個(gè)恒星的生命周期，到宇宙的誕生，從中子星、白矮星再到黑洞，我不得不說，由于缺乏科學(xué)積累，讀到這里，有些深?yuàn)W和難懂。存在一個(gè)事件的集合或空間時(shí)間區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者。這個(gè)區(qū)域就是黑洞。黑洞不是這么黑的，它可以“輻射”出熱量，有些黑洞溫度甚至極高。關(guān)于宇宙的起源和命運(yùn)，在書中也有精彩的描述。愛因斯坦廣義相對(duì)論本身預(yù)言了：時(shí)空在大爆炸奇點(diǎn)處或在黑洞中的一個(gè)奇點(diǎn)結(jié)束。后面霍金的關(guān)于蟲洞和時(shí)間旅行的話題也讓人新奇不已。很多幻想中的東西也許在不久的未來就能夠得以實(shí)現(xiàn)。人類進(jìn)化的過程是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)和探索的過程，迄今為止，人類的智慧也在諸多