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在阅读《时间简史》前,我首先查阅了有关霍金的资料,在此之前,我对霍金的了解仅限于与病魔抗争的同时为人类做出巨大贡献的一位伟大人物,查阅资料后我得知,霍金是现代最伟大的物理学家之一,在21岁时患上一种叫做“卢伽雷氏症”的病,导致全身瘫痪,不能言语,手部只有三根手指可以活动,只能靠轮椅进行一些简单的行动,他不能写字,看书也只能依赖一种可以自动翻页的机器。但这仍然不能阻止霍金对科学的探索,对知识的渴求。霍金凭借超强的意志力,在其研究领域―宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型,被授予“英国荣誉勋章”、“大英帝国司令勋章”等荣誉。而《时间简史》是霍金在1988年的科普著作,探索了生命的起源和归宿。
这本书中通过列举哲学家亨利希奥勃斯、希腊哲学家亚里士多德、尼古拉哥白尼、伊萨克牛顿等科学家的论点来论证时间、空间、宇宙图像等内容,深入浅出的介绍了黑洞、粒子、反物质等知识,并且通过大量的科学论证来解读我们常说的时间、空间等古老问题。
我印象最深也是最感兴趣的一部分是霍金在书中提到,何为时间。我们现在对时间的表面性理解就是分、时、周、月,这就是时间,可是在此之前,我们如何规定一个小时究竟有多长?一周为什么分为七天?我们自以为知道的会更多一些,而我们对宇宙究竟有多了解?我们又是怎样知道的这些平时张口就来的道理呢?我们生活的这个宇宙,第一天是从何算起的,在此之前又发生了什么?而时间的本质又是什么?
亚里士多德写过一本书,名为《论天》;书中有说地球是一个球体,而不是一个圆形,这个结论的论据其一是月食,亚里士多德认为,地球在运行过程中,在运行到太阳和月亮中间时,则月食形成,因为地球在月亮上的影子始终是圆的,这种情况只有地球本身就是球体的情况下才会成立,若地球[]是一个平板的圆形,地球在运转过程中运转到一定位置便会形成长长的椭圆。第二个论据则是希腊人在全世界旅行途中得知,他们在越靠近南方的地方观察北极星,北极星就会越靠近地平线,若在赤道上观察,北极星则刚好在地平线上。看到这个地方让我想起中学时老师举过一个例子:站在大海边,远方行驶过来一艘轮船,我们一定是先看到船帆,然后再看到船身的,我想这也是一个证明地球是球形的很好的论证。
我不是一名理科生,在读这本书的时候很多专业性很强的名词都要查阅资料才会理解,没有阅读小说时的一目十行,而是逐字逐句仔细翻阅,但这并不妨碍我对《时间简史》的浓厚兴趣,黑洞、虫洞、时间箭头……每个词语既陌生又熟悉。《时间简史》最厉害的地方在于霍金用非常浅显易懂的字句把如此深奥的知识展现给我们,不像其他科普类书籍阅读起来非常吃力,让我对我们所生活的这个宇宙有了新的认识,对时间这个概念有了全新的认知,而不仅限于数字化的表面认识,而是通过宇宙的起源和命运对古老的“时间”问题进行科学而系统的分析和论证。我想我还会再读第二遍、第三遍,我也相信每一遍我都会又有全新的认识。
黑洞、大爆炸、相对论、时空。这些词语不禁让我们对现代物理学产生了距离。我们没法直接了解他们的存在,人类自身的局限给宇宙这一古考又年轻的学科蒙上了神秘的面纱。
本书的作者霍金是一位富有传奇性的科学家,而他的贡献是在他20年之久被肌萎缩性侧索硬化症禁锢在轮椅上的情况下做出的。
他证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大;但在量子物理的框架里,他又指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平,而且整个宇宙正是起源于此。
读次书的目的不是单纯的研究现代物理学,而是寻找世界存在的真理。同艺术一样自然科学不是简单的描述和解释自然,他乃是自然和我们人类之间互相作用的一个组成部份。
《时间简史》讲述是探索时间和空间核心秘密的故事,是关于宇宙本性的最前沿知识,包括我们的宇宙图像、空间和时间、膨胀的宇宙不确定性原理、基本粒子和自然的力、黑洞、黑洞不是这么黑、时间箭头等内容。
霍金在《时间简史》中介绍了20世纪物理学的基础知识,涵盖范围很广,从相对论到量子力学,从宇宙膨胀到基本粒子,从黑洞到虫洞,霍金都有所涉及。更重要的是,霍金还介绍了“奇点定理”和“霍金辐射”这两个自己最重要的学术贡献,以及试图解决宇宙起源问题的“无边界宇宙模型”。
一、奇点定理
霍金和彭罗斯利用严谨的数学方法证明了,如果广义相对论是正确的,而且宇宙中的确有我们观测到的那么多物质,那宇宙一定诞生于一个奇点之中。
1、宇宙不是静态的,而是在不断地膨胀
埃德温・哈勃等科学家发现,宇宙中的绝大部分星系都在远离地球而去,而且离地球越远的恒星,离开地球的速度也越快。这意味着,宇宙就像是气球一样,在不断地膨胀。
2、“奇点定理”意味着在广义相对论框架内,宇宙必然有一开端。“奇点”是体积无限小、弯曲程度无限大、密度无限大、引力无限大的点。宇宙就诞生于“奇点”之中。
二、无边界宇宙模型
在描述宇宙历史的模型中,“宇宙大爆炸”模型是当前的主流理论,但这一理论目前无法解决宇宙起源问题。霍金因此把量子力学和相对论结合起来,提出了“无边界宇宙模型”,试图解决这一问题。
1、宇宙大爆炸模型无法解决宇宙起源问题
在宇宙大爆炸模型中,宇宙诞生于“奇点”。物质、空间和时间,都是大爆炸之后才出现的。大爆炸之前的任何事件,对于我们来说都没有任何意义,或者说根本就不存在。也就是说,宇宙时空并不是无限的,而是有一个边界和开端。包括广义相对论在内的所有物理定律,都会在奇点处失效,因此人类无法直接研究奇点。
这就为上帝的存在留下了空间。
2、在“无边界宇宙模型”中,宇宙没有起源和开端
在“无边界宇宙模型”中,宇宙是“有限无界”的,没有边界和奇点。霍金认为,这个宇宙是完全自给自足的,不受任何外来事物影响,没有创生和消灭的时刻,它就是存在本身,不需要上帝来创造它。“无边界宇宙模型”里的宇宙,是一个空间和时间交织在一起所组成的四维宇宙。在这个宇宙中,时空就像是地球的表面,在范围上是有限的,但却没有形成边界,也没有形成奇点。科学规律在任何一个时空点上都适用,不会发生崩溃。
三、霍金辐射
“霍金辐射”也就是“黑洞辐射”。霍金利用量子力学中的“不确定性原理”提出,黑洞也会发出辐射,并不是完全黑的。
1、黑洞形成
当恒星的内部燃料耗尽之后,在自身的引力作用下,就可能坍塌成黑洞。黑洞质量大,体积小,引力极高,任何物质,包括光在内,只要进入某个临界区域,就永远不可能逃出黑洞。
黑洞吸引一切的性质,跟热力学第二定律产生了冲突。所有有温度的物体,都应该发出辐射和粒子,但如果连光都逃不出黑洞的引力,黑洞怎么能发出辐射呢?
2、霍金利用“不确定性”原理提出了“黑洞辐射”
霍金提出,黑洞的边缘在一刻不停地产生成对的粒子,其中带有负能量的粒子会被吸到黑洞里去,但还有一些带正能量的粒子,可以从黑洞的边缘逃脱。在外界看来,就好像是黑洞在不断地向外发射粒子,这就是黑洞辐射,也叫“霍金辐射”。
在“不确定性原理”的限制下,即使是看似毫无一物的虚空,在微观上也是波澜起伏的。会不断地产生成对的粒子和反粒子,再碰撞到一起发生湮灭。黑洞的确会发射出粒子,但这些粒子,并不是从黑洞里面跑出来的,而是从黑洞边缘的空虚的空间里,无中生有变出来的。
相信大多人看到这里会觉得很荒谬,但我们凭什么就自认为了解得更多呢?终其一生,爱因斯坦致力于和平的努力可能成效甚微――肯定不受欢迎。然而,1952年他得到担任以色列总统的提议,他对犹太复国主义事业的畅言无忌的支持得到了充分的承认。但他谢绝了。他说他认为自己在政治上过于天真。可是,也许他真正的理由却并非如此,再次引用他自己的话:“方程对我而言更重要些,因为政治是为当前,而方程却是永恒的东西。”
智者之所以称为智者,是能够认清自己,知己其所能,其所不能。在太阳熄灭这一事件。我们只能在8分钟之后才知道这一事件,这是光从太阳到达我们所花费的时间。只有到那时候,地球上的事件才在太阳熄灭这一事件的将来光锥之内。类似地,我们也不知道这一时刻发生在宇宙中更远处的事:我们看到的从很远星系来的光是在几百万年之前发出的,至于我们看到的最远物体,光是在大约80亿年前发出的。这样,当我们看宇宙时,我们是在看它的过去。
看不见的,不等于不存在;看见的,或许早就不存在了。
这个寒假,我读了科学家史蒂夫霍金的《时间简史》。
读完了全书之后,我脑中一直萦绕着许多问题。宇宙到底有没有过大爆炸?宇宙到底是否曾经是一个无限小的点?宇宙到底是不是在无限的膨胀还是最后会坍缩?宇宙是无限的还是有尽头?到底广义相对论正不正确?人类能否发明出时光机回到过去或是来到未来?人类最远能到达宇宙的什么地方?黑洞到底是什么样的?物质的最小部分又是什么?……
可能这一切一切的问题,你或许现在就能给出一个“满意”的答案,可是谁又能知道,你给出的答案或许就像是从比萨斜塔上落下的那两个不等重的铁球不同时落地的“真理”呢可能仅仅在当时的情境下被人们所认可,但是随着科技的发展和人类的进步,将会有更多的伽利略站出来,告诉你不是这样的;也会有更多的哈勃望远镜向你展示,原来宇宙真的并不像你想象中的那样,此时你可能会有所迷惑,到底什么才是真理,没有人能给你一个满意的答案,一切都要交给时间。
最后,从这本著作中,我深深的了解到科学上的很多重大的进展都是许多伟大的科学家们不盲目的追随,而是有自己的思想和见解,有时甚至冒着生命的危险才,提出的理论。首先我们应该庆幸自己赶上了这样一个好的时代,有这样好的环境来学习,拓展自己的知识,开阔自己的眼界,培养自己的能力。其次我们应该充分利用这样的条件来努力学习,在学习方面我们也不应该盲目听从课本上的条条框框,而是应该带着自己的思想,自己的见解。我们也应该多多向老师请教,毕竟老师的知识和阅历还更加丰富的。同时在校学习的期间我们也应该逐步的走进社会,感受社会,了解社会,这也能更真切地给我们有竞争的意识,培养自己多方面思考问题的能力,亦即创新思维的培养。
身体的不幸让霍金体会到了地狱般的煎熬,然而他却以孜孜不倦的科学精神在自己的地域中缔造了人类的天堂,这是不幸中的大幸,正如霍金本人自述:“幸亏我选择了理论物理学,因为研究它用头脑足矣。”这正证明了约翰・弥乐顿的名言:“头脑是他自己的住所,他在其中可制造地狱的天空,也可制造天堂的地狱。”
让我们记住霍金和他的《时间简史》,更让我们铭记自己内心深处的感悟。
浩瀚的宇宙,神秘的地球,在《时间简史》之后,一个个揭开了神秘的面纱。
斯蒂芬·霍金,《时间简史》的作者。他面对困难,没有恐惧,战胜疾病,创造奇迹。他让我们知道缺陷不是成功的障碍,他用他的一生来实现他的诺言,他为热爱着的科奋斗一生。我们可以说,霍金是20世纪最伟大的物理学家。
拿着这个沉重的,装满了知识的书,我仔细地看着它。首先映入眼帘的,是一个大钟表,椭圆形的表盘,中间凹得很深,无尽的时间应该是它的代表。我原以为这本世界闻名的科普书会枯燥乏味,也许还会有点费力,但现在我不得不改变自己的想法了。
霍金先生把复杂难懂的句子变成幽默的语言,帮助你快速理解宇宙的知识和奥秘。
我深深地记得霍金先生的名言,那就是“人如果没有梦想,无异于死掉”。是的,霍金先生被限制在轮椅上多年,但他的思想仍然活跃。它飞出地球,飞出太阳系,飞出银河系,甚至飞进上百亿光年之外的宇宙深处。
霍金先生以各种各样的原因来避免外界的干扰,经常在自己的房间里独自思考宇宙的命运。他可以为他的梦想和事业做出任何牺牲和放弃,他现在所享有的辉煌成就,不是用汗水和心血换来的吗?
读完这本书,让我开阔了视野,我现在发现我只有一些知识是多么的渺小。它让我爱上了神秘的宇宙,感受到了科学的魅力。科学就是力量,进入21世纪,我们将如何加强国力,发展经济,使中国在东方站稳脚跟?答案是科学。
那天,无意间从物理书上了解了《时间简史》。上面的简介深深吸引了我,我立马到书店买了一本。浩瀚的宇宙、神秘的地球,以及那些目前为止人类尚不足以弄明白的事物总是像磁铁般地吸引着有着强烈好奇心的人们。
《时间简史》这本书主要讲述了时间本质和宇宙,是一本当代有关宇宙科学思想最重要的经典著作,它改变了人类对宇宙的观念。作者想象丰富,构思奇妙,语言优美,字字珠玑,更让人咋惊,世界之外,未来之变,是这样的神奇和美妙。我从当中学到了以下几点:
1.宇宙是无限的,因为他是无限的,所以画任何一条线都可以认为是中线,任何一个地方都可以认为是中心。宇宙是无限的,它没有边缘,那么任何一个地方都可以认为是边缘。这不是简单的套用物极必反,这完全是我对无限的推论。
2.然而在广义相对论中,情况则相当不同。这时,空间和时间变成为动力量:当一个物体运动时,或一个力起作用时,它影响了空间和时间的曲率;反过来,时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。空间和时间不仅去影响、而且被发生在宇宙中的每一件事所影响。正如一个人不用空间和时间的概念不能谈宇宙的事件一样,同样,在广义相对中,在宇宙界限之外讲空间和时间是没有意义的。(引用时间简史。)
3.时间和光不是一种东西,这很容易想象。比如在黑夜里虽然没有光,但仍然有时间。光速和时间怎么联系起来我还不清楚。我不用去定义宇宙和时间的概念。宇宙形成之前是一个无穷小的奇点,而且无限紧密,我在这里说成没有,这不是唯心的没有,空间和时间在大爆炸时同时的从无生有。这就会产生两个问题,那个无穷小的产生一切的奇点是什么和它为什么要爆炸。那个奇点什么也不是,不是人类所认识的物质,可以起个随便的名字,比如上帝。它就是一个无穷小无限紧密的点,仅仅是一个点。它之所以要爆炸是因为它想那样,因为现在有了一切所以它爆炸了。这是无法证明的,人类的证明方法必然会引入第三方,为了证明第三方的正确又必须引入第四方,这样的证明会无休止的循环下去。(看到后来,才知道这应该算人择原理。)
4.空间和时间是一个整体,有空间的地方就有时间,有时间的地方就有空间。那么宇宙在膨胀,时间就在延续,宇宙一旦停止膨胀,时间也就停止。那就是世界末日。时间和空间只能是一个整体,它们之间的夹角只能是零。因为它们在大爆炸之前交于奇点,所以它们不可能平行。时间和空间是一个整体意味着它们不可能单独存在。这样,接着我必然得说,空间和时间是连续的,那么它们有速度吗?因为空间膨胀有速度,所以时间也必然有速度,即空间膨胀的速度等于时间的速度。
宇宙到底有没有过大爆炸?宇宙到底是否曾经是一个无限小的点?宇宙到底是不是在无限的膨胀还是最后会坍缩,还是最后趋于稳定?宇宙到底在时间上要不要有个开端?宇宙是无限的还是有尽头?到底广义相对论正不正确?人类到底还能在创造出什么样的理论去解决什么样的难题?人类能否发明出时光机回到过去或是来到未来?2222年人类的科技又将会达到什么样的地步?一切的一切都因绕在我的脑海中。这也与就是作为一本科学巨著的魅力吧。
从这本著作中,我深深的了解到科学上的很多重大的进展都是许多伟大的科学家们不盲目的追随权威,而是有自己的思想和见解,有时甚至冒着生命的危险,提出自己的理论,这样的事例不胜枚举。作为一名新世纪的少年,我们不也应该拥有发散性思维。很庆兴的是我们赶上了这样一个好的时代,有这样一个好的环境来进一步求学的同时,也要拓展自己的知识、开阔自己的眼界、活跃自己的思维、培养自己的能力。其次我们应该充分利用这样一个好的条件来努力学习,在学习方面我们也不应该盲目相信课本上的条条框框,而是带着自己的思想、自己的见解来求知问道。我们也应该多多向老师求教,毕竟老师的知识和阅历还是很丰富的,这对于正处在年轻气盛的我们而言是弥足珍贵的。要成为未来的建设者,书本上的知识是远远不够的,我们还应该多多读一些课外杂志,多学一些知识,对于自己的提高也是极其有好处的。同时在校学习的期间我们也应该逐步的走进社会、感受社会、了解社会,这对于将要走进社会的我们来说也是必不可少的,这也能更真切地给我们有竞争的意识,培养自己多方面思考问题的能力,亦即创新思维的培养。
科学带给我们很多,我应当尊重科学,理解科学,运用科学,在科学的山峰上勇闯峰巅。不仅是为我们,也不仅是为我们国家,更要为整个世界以及全人类做出自己的贡献。最后,让我们记住霍金和他的《时间简史》,更让我们铭记自己内心深处的感悟。
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