讀時間簡史的感悟

1、 讀時間簡史的感悟自人類誕生以來，我們從未放棄過對于宇宙的思考。法國思想家帕斯卡爾有一句名言：“人是一支有思想的蘆葦?！笨档乱舱f，世界上只有兩樣?xùn)|西讓我敬畏，一個是我頭頂?shù)臓N爛星空，一個是我心中永恒的道德法則。當(dāng)我們仰望天空，白云之上是我們對于神秘宇宙的無限渴求。時間簡史，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、空間與時間、不確定性原理、基本粒子和自然的力、黑洞、蟲洞和時間旅行等諸多有趣的內(nèi)容探討。在短短的一書里，涉及了諸如相對論、量子力學(xué)等的相關(guān)知識，讓我深切感到宇宙的深奧與人類的智慧。首先給我巨大沖擊的是時間與空間的定

2、義。時間相對于空間是完全分開并且獨立的，這是我們大部分人的常識觀點。然而，這個常識在處理以光速或接近光速運動的物體時卻根本無效。光以有限但非常高的速度傳播。愛因斯坦提出了相對論，相對論一個卓越的成果是，它變革了我們對空間和時間的觀念。在牛頓理論中，如果有一光脈沖從一處發(fā)到另一處，（由于時間是絕對的）不同的觀測者對這個過程所花的時間不會有異議，但是他們不會在光走的距離這一點上取得一致的意見（因為空間不是絕對的）。另一方面，在相對論中，所有的觀察者必須在光是以多快的速度運動上取得一致意見，然而，他們在光走過多遠的距離上不能取得一致意見。相對論終結(jié)了絕對時間的觀念。我們通常的經(jīng)驗是可以用三個數(shù)或坐標(biāo)

3、去描述空間中的一點的位置。比如人們可以用緯度、經(jīng)度和海拔來指定一個地點。事實上，我們可以用一族互相交迭的坐標(biāo)碎片來描寫整個宇宙。一個事件是發(fā)生在特定時刻和空間中特定的一點的某種東西。在相對論中，時間和空間坐標(biāo)沒有真正的差別。從一個事件散開的光在四維的時空里形成了一個三維的圓錐，稱為事件的未來光錐。與此對應(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。這些對于我來說嶄新的觀點讓我對絕對將來、現(xiàn)在、絕對過去產(chǎn)生了深刻的遐想，也開始學(xué)著像霍金一樣思考時空這個問題。雖然最后沒有得到好的結(jié)論，但這個過程還是讓我受益匪淺。我們始終對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。其實人們早在19、18甚至17世紀(jì)晚期就能夠從牛頓的引力論預(yù)言出宇宙的這個行為。然而，靜態(tài)宇宙的信念是如此之強，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)表其廣義相對論時

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，人類的進步歷史總是曲折的，一方面有著無知反派對于科學(xué)真理的扼殺，如教皇對于伽利略等人的迫害；另一方面，哪怕是偉大的學(xué)者，也會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)表了運動學(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、實驗、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，一切總是在向前發(fā)展。對于不確定性原理，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刻的狀態(tài)，我們便能依據(jù)此預(yù)言宇宙中將會發(fā)生的任一事件。例如，假定我們知道某一時刻的太陽和行星的位置和速度，則可用牛頓定律計算出在任何其他時刻的太陽系的狀態(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算指出，一個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)言一個粒

7、子未來的位置和速度，人們必須能準(zhǔn)確地測量它現(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，至少要用一個光量子。這量子會擾動這粒子，并一種不能預(yù)見的方式改變粒子的速度。而且，位置測量得越準(zhǔn)確，所需的波長就越短，單獨量子的能量就越大，這樣粒子的速度就被擾動得越厲害。海森堡不確定性原理是世界的一個基本的不可回避的性質(zhì)。他對我們的世界觀有非常深遠的影響。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，換一個思路，在這個時代，我們唯一可以確定不變的是變化將會不斷發(fā)生。當(dāng)然，人類、自然、宇宙、文化的基本框架不會產(chǎn)生大的遷移，所以我們也不會為之手無足措

8、，但也唯有認(rèn)清環(huán)境并抓住機遇的人，才能取得最后的成功。基本粒子，從最初認(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。兩個類似的粒子不能存在于同一個態(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，任何粒子都會有和它相湮滅的反粒子，對于攜帶力的粒子，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度，可看成一個單獨的力的不同方面。盡管我們無法在實驗室里直接證實大統(tǒng)一理論，然而我們可以檢測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動，很多時候，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)?？茖W(xué)上很多著名定理、理論都是先提出來而后得以證實的，所以我們要發(fā)散思維，勇于創(chuàng)新，敢于做第一個吃螃蟹的人。黑洞是霍金的一個重要研究項目。從一個恒星的生命周期，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，有些深奧和難懂。存在一個事件的集合或空間時間區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達遠處的觀察者。這個區(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，在書中也有精彩的描述。愛因斯坦廣義相對論本身預(yù)言了：時空在大爆炸奇點處或在黑洞中的一個奇點結(jié)束。后面霍金的關(guān)于蟲洞和時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現(xiàn)。人類進化的過程是一個不斷發(fā)現(xiàn)和探索的過程，迄今為止，人類的智慧也在諸多