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这学期有幸拜读了霍金的《时间简史》一书,书中对时间的本质、宇宙的由来作出了权威性的总结,虽然有很多内容仅仅是假说,但这又是有一定的科学依据才能大胆提出来的假说。霍金的理论和构想已经成为科学领域的里程碑。
虽然这本书页数不多,但我读来依然吃力,阅读过程中脑海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个无限小的点?宇宙是无限的还是有尽头的?人类是否真的能发明出时光机回到过去或是到未来?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?
也许有人现在就可以给出一个十分满意的答案,可谁又能知道,你给出的答案可能仅仅在当时的情境下被人们所认可,随着科技的发展和人类的进步,将会有更多的人站出来,告诉你不是这样的。也许我们现在看宇宙的视角,正是井底之蛙的“蛙”的视角,若干年后发现原来宇宙并不像想象中的那样,此时你可能会有所思:到底什么オ是真理?没有人能给你一个满意的答案,一切都要交给时间。
这本书想要完全看懂它需要的知识储备绝不止一座山。而我只是在读罢后有些许感悟而已。人类在浩瀚的宇宙银河和庞大的历史长河中是那么的渺小与无力。古人有:“寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟”的诗句,面对宇宙的无穷和生命个体的有穷,古人尚且如此,我们又何必因为一些小事而大伤脑筋。
今天我们探索宇宙,归根结底无非是在奇迹与寻常中实现着我们作为茫茫宇宙中的个体所特有的意义。就让我们在思考中朝向真理而不懈奋进,也许那会是无止境般的漫长,但我们仍铭记时空无尽、生命不息。
这个寒假我看了一本名为《时间简史》的著作,它的作者就是人们熟知的全世界最聪明的人――残疾科学家史蒂芬・霍金。
这整本书讲的全是关于宇宙的知识,而且还涉及了时间。它最大的特点在书后,还介绍了几位著名科学家:爱因斯坦、伽利略和牛顿这些在宇宙学方面有很大贡献的伟人。整本书告诉我们宇宙的图像、宇宙和时间的关系。其中最吸引人的是黑洞的奥秘。黑洞就是由质量大、密度高而且拥有能让光线都逃不出去的强大引力场。
看完了整本书,我觉得科学是十分重要的。人们的生活离不开科学,因为科学能是人类生活更加幸福、美好。没有科学就没有快捷方便的交通,没有科学就没有四季恒温的房间,没有科学就没有有趣好玩的游戏……现在的牌子上写的都是“中国梦,我的梦”,这些“梦”的基础就是科学。
记得书上的总序里有一句话“没有科学的‘教育’,只是培养信仰,而不是教育。没有受过科学教育的人,只能称为受过训练,而非是教育。”我认为一点儿不错。如果受教育是使人得到知识的公交车的话,受科学教育就是使人得到知识的私家车了。
霍金自强不息,勇于探索,敢于大胆推理,他的这种科学精神很值得我们学习。我推荐大家看《时间简史》,相信大家会和我有一样的感受。
该本书致力于普及宇宙学知识,不过其实它更像是一本奇妙的科幻小说。实际上,这本书合理地将科幻小说家的想象与科学家对完美理论模型的构想结合起来,所不同的是科学的理论需要建立在现代观测与精确的史学推导的基础上。
1,一般人基本的宇宙观是,地球是一个微不足道的中等大小的行星,位于太阳系中,太阳系大约位于银河系一个螺旋臂的内边缘,而宇宙何其大银河系只是众多星系之一。在大约这样一个图像形成后,我们每个人一定都会有一大堆问题,常见比如:有没有外星人,有没有和地球相似的行星?
这里有几个基本问题,是被我们人类称为物理学家去考虑的:
宇宙有多大?宇宙之外还有没有宇宙,有没有边界?宇宙从何开始,怎样开始?(这是上帝的事务)时间又从哪里开始?会不会有结束?我们从哪里来,到哪里去?
2,夸克,这应该是目前发现的最小的粒子了,夸克分6种,上下奇魅底顶。原子核由质子和中子组成,一个质子包含两个上夸克和一个下夸克,一个中子包含两个下夸克和一个上夸克。
粒子的自旋:0,1/2,1,2。
所有粒子分成两类:组成宇宙中物质的自旋为1/2的粒子。(需要旋转两整圈,它们才一样)
在物质粒子之间引起力的自旋为0,1,2的粒子。(例如,引力子,光子。也就是它们属于没有质量的粒子!!就是它们组成所谓的引力场,电磁场!!也解决了从高中以来我和zyp的疑问,电磁场究竟是怎样一种物质呢?)
在物质粒子间交换携带力的粒子成为虚粒子。它们无法直接探测到,但它们确实存在,因为具有可测量的效应。例如,两个电子之间的电排斥力是由于交换虚光子所致。
任何粒子都有会和它相湮灭的反粒子,对于携带力的粒子,反粒子即为其自身。也可能存在由反粒子构成的整个反世界和反人。
20世纪20年代美国的埃德温。哈勃同学在观察其他星系的恒星光谱时,发现特征线族都向光谱的红端移动了同样相对的量,根据多普类效应,这说明远处的星系正远离我们而去,而且距离越远的星系,远离速度越快,即宇宙处于膨胀状态!
牛顿理论是有局限的,是部分理论。爱因斯坦的理论也是。量子力学也是,修正后也会是。
如果你不相信宇宙不是任意的,而是由确定的定律所制约的,你最终必须将这些部分理论合并成一套能完整描述宇宙中任何东西的完整统一理论。
然而,这里却又一个基本的自相矛盾。
让我印象深刻的一个例子是关于物质世界的运动性,马克思主义哲学在论述这一个原理的时候大量引用观察事例,有时候我怀疑如果仅凭观察我们是否能够得到可靠的结论?而霍金在时间简史里给了我不一样的思维途径,借助牛顿的经典物理理论,因为引力存在的普遍性,导致物质世界的物质之间永恒存在相互作用的引力,因此世界处于无限运动之中。两相对比,至少我更加信服霍金的论证。
最后引用一下霍金的话:迄今,大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论,以至于没工夫去过问为什么的问题。另一方面,以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步。在18世纪,哲学家将包括科学在内的整个人类知识当作他们的领域,并讨论诸如宇宙有无开初的问题。然而,在19和20世纪,科学变得对哲学家,或除了少数专家以外的任何人而言,过于技术性和数学化了。哲学家如此地缩小他们的质疑的范围,以至于连维特根斯坦――这位本世纪最著名的哲学家都说道:“哲学仅余下的任务是语言分析。”这是从亚里士多德到康德以来哲学的伟大传统的何等的堕落!
斯蒂芬・霍金教授写的《时间简史》出版于1988年,回答了宇宙是怎样诞生的?它从何而来?又向哪里去?的问题。书中认为我们现在生活的宇宙有自己的历史起点,它大约诞生于150亿年前,那时,宇宙只是一个点,不占有空间,也没有时间的概念。在这一点发生了大爆炸,时间和空间从此开始,物质开始形成。
最初,宇宙的温度极高,随着时间的推移,空间越来越大,温度越来越低,宇宙中的能量与物质不断发生复杂的反应,逐渐形成星系,空间继续扩大,膨胀,直到今天,宇宙仍然在膨胀之中。大约在距今50亿年前,太阳形成。大约在距今46亿年前,地球形成。宇宙继续膨胀,将来也会膨胀,也许在膨胀到一定程度后,宇宙开始收缩,可能会收缩成一个点,一个不占有空间的点。到那时,时间结束。到底会不会这样,现在还说不定。大爆炸之前是怎么回事,不知道。永远也无法知道。这就是大爆炸宇宙的理论基础。
我认为;斯蒂芬・霍金教授所说的前半部分是对的,后半部分是不对的。就是我们的小宇宙发生了大爆炸到空间随时间的增长而不断的膨胀直到今天,是对的。但是我们的小宇宙不会膨胀到一定程度后开始收缩,直到又收缩到一个点成为黑洞,进而再产生一次我们的小宇宙的大爆炸。我们的小宇宙会不断的膨胀下去!我认为;大宇宙中有很多黑洞的存在,他们是产生大爆炸的种子,这些黑洞不断的吸收大宇宙中的物质,不断的膨胀下去,直到达到了大爆炸的临界点就会产生大宇宙中的大爆炸。产生出和我们一样的小宇宙。这些黑洞不断的吸收大宇宙中的物质,有的就是来自于其它的黑洞大爆炸产生的物质,如星系等等。
就是说一个个黑洞不断的产生大爆炸,同时由于物质的聚合不断的产生黑洞。在这个过程中物质是交流的,霍金的理论说的是在这个过程中物质是不交流的,这就是霍金的错误所在。注;大宇宙――指广义的宇宙。小宇宙――指狭义的宇宙。斯蒂芬・霍金教授所说的宇宙就是指我们所在的小宇宙,它是指一个黑洞大爆炸后产生的空间范围。
《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。
初读此书,不得不赞叹史蒂芬教授那如丝般缜密的逻辑性,你会发现字里行间无不显示出他过人的才智,他能够把相对论当作孩子手中的乒乓球来形象地描述相对论中时间与空间是无法分离的这一物理规则。我在阅读中学到了好多以前不明白的,比如宇宙诞生的过程,以及地球的一些知识。
此刻生活的宇宙有自我的历史起点,它大约诞生于150亿年前,那时,宇宙只是一个点,不占有空间,也没有时间的概念。在这一点发生了大爆炸,时间和空间从此开始,物质开始构成。最初,宇宙的温度极高,随着时间的推移,空间越来越大,温度越来越低,宇宙中的能量与物质不断发生复杂的反应,逐渐构成星系,空间继续扩大,大约在距今50亿年前,太阳构成。大约在距今46亿年前,地球构成。因为地球,才有人类,才有我们生活的世界。
记得整本书里面,我印象最深的是:再重复一下,由于时间和空间是相关的,一个和逆时旅行紧密相关的问题是你能否进行得比光还快,这一点也许不会使你惊讶。很容易看出,时间旅行意味着超光速旅行,在你旅程的最终阶段做逆时旅行,就能够使你的整个旅行,在你期望的时间内完成,而这样你就能以不受限制的速度行进!可是,正如我们将要看到的,倒过来也是成立的,如果你能以不受限制的速度前进,你也就能够逆时旅行。其中一者成立而另一种不成立是不可能的。
无可挑剔的逻辑在字里行间展露锋芒,无死角的思维在史蒂芬的笔下尽情跃动,让人无法相信这本书竟然是由仅有三根手指能活动的残疾人霍金教授写出的呢?
没错,作者虽然几乎全身残疾,但在思想和学的领域上,着实是一名伟人!
经过阅读《时间简史》,普及天体物理的知识,让我对宇宙的神秘产生了浓厚发兴趣,更惊讶于那是多少次的必然与偶然,才有了太阳系,才有了地球,才有了孕育人类生命的场所。这样的夜色下,总是令我的思考走向深远,可是,就如同无法洞穿那无穷的宇宙一样,我无法想象,霍金教授,是运用了怎能样的力量才能完成这“时间”的书写!他的书中的资料令我神往,他的精神更令我敬佩!
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