昨天还在想着要以一种怎样的方式缅怀这位科学巨匠,今天又一颗文学巨星陨落,感叹世事无常!
在听了三遍《时间简史》后,我以为我把霍金的三大理论都听懂了。但是在网上查阅相关资料时才发现,一本书读过和听过是不同的概念。我只是把书里面一些干巴巴的理论,放在了我的逻辑体系中,形成了自洽。而读书的朋友,却获得了一种以宇宙视角对人生的凝视,这更加激发了我读这本书的欲望。现在只对我已经了解到的知识进行梳理,等读完之后,再做补充(略硬)。
曾有一位科学家在对着人们慷慨的演讲,他所研究许久,观察多年的宇宙科学。对人们讲述着宇宙是什么,从何而来,关于他的生命,动态等等。有一位老妇人在他演讲完毕之后站起来,毫不客气的说:“你所说的,你所研究的,一切的一切都是浪费时间,说了一堆废话,”她接着说,“宇宙,就是一只上帝的乌龟驮着的一块巨大的平板啊!”科学家并不生气,他清楚传播新的理念有多么困难,他有礼貌的说:“那么,这位女士,您可以告诉我们,这个乌龟将在什么地方落足呢?”老妇人看了看他,不屑的道:“哼,你自以为很聪明,可是你不知道,支撑宇宙这块平板的,是一只,一只,一只,不断驮下去的乌龟群啊!”
看了这个小故事,我的第一反应是,将宇宙比作一个乌龟塔?!多么的荒谬!多么的无知!但是仔细一想,科学的进步不就是从一个此时此境自洽的解释,一步步迭代出来的吗?这个世界没有普世的、永恒的真理,所谓的真理只是在这个时间,这个空间范围对这件事的合理解释。
霍金三大理论的提出过程,也是不断地自我否定的过程。
1.从奇点定理到无边界宇宙模型
所谓的奇点,物理学上指一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”。翻译成不严谨的我们很多人能听懂的话就是,这地方有一个点,它的能量超出你想象,质量也是超出你想象的大。霍金先生干了啥事呢?他和著名数学家彭罗斯,用非常严谨的数学方法证明了,如果当初爱因斯坦提出的广义相对论是正确的话,并且宇宙中也确实有那么多我们观测到的物质,那么宇宙就诞生在一个奇点。据他们数学推理,如果把时间向前推进150亿年,那么所有星系之间的距离都是0,也就是一个点,这个点就是奇点,我们的宇宙就诞生于“奇点”。
也许你会有疑问了,闲来无事仰望星空就行了,非要弄出这个点啥用?我们都知道哲学中的三大难题,其中一个就是你从哪里来?霍金的努力就是想帮助上帝解决这个问题。
2.无边界宇宙模型
在霍金和彭罗斯提出奇点定理之后,主流的科学家都承认了宇宙是这个奇点发生爆炸产生的,也就是我们所熟知的“宇宙大爆炸”。宇宙大爆炸模型告诉我们,宇宙的妈妈就是那个奇点。又因为这个奇点有密度无穷大、体积无穷小,无限弯曲的特性,使得包括广义相对论在内一切宏观中的物理定律都失效了。既然没有定律可以适用,那么宇宙的妈妈——奇点从哪来的,就成了未解之谜。
人类总喜欢给一个存在赋予意义,既然科学搞不定了,宗教徒认为他们大显身手的机会到了。于是天主教皇说,宇宙出生后所有的事情都可以由你们科学家决定,至于宇宙的妈妈,你们就别管了,交给上帝吧!但是科学家们认为,科学的事,不应该让上帝参合。于是以霍金为代表的科学家提出了无边界宇宙模型。
所谓的无边界宇宙模型,就是说宇宙没有开端,也没有诞生的时刻,宇宙也就没有妈妈了,哪还有上帝的位置!这个模型是说,宇宙是有限无界的,没有边界没有奇点。就好比我们现在所在的地球,它有一个固定的总面积,但是你永远走不到地球的边界。
从霍金爷爷亲手用自己新提出的无边界宇宙模型灭掉了宇宙的奇点模型,可以看出,在科学家的眼中,没有所谓的一层不变,唯一不变的就是变化本身。
3.霍金辐射
所谓的霍金辐射,其实也就是黑洞辐射。首先我们先搞清楚黑洞是什么?拿我们太阳举例吧,太阳每时每刻都在向外辐射能量,当它内部的燃料耗尽后,就会在自身的引力作用下发生坍缩(别怕,实际上要很久很久以后才会发生)。会形成质量很大,体积很小,引力非常大的黑洞(有没有感觉和奇点很像,确实很相似!)。由于引力极大,包括光在内的一切物质在进入黑洞临界区域时都会被吸进去。你想啊,连光都跑不出来,当然也就是黑漆漆一片了,所以被称为黑洞。
但是又出事了,黑洞这种吸引一切的性质与热力学第二定律发生了冲突。根据这个定律,黑洞也是应该有温度的,既然有温度,就应该向外发出辐射和粒子。但是连光子这么强悍的东西都跑不出黑洞的魔掌,又怎么会有其他粒子向外辐射呢?
这时,霍金爷爷又过来开脑洞了。他指出,在粒子这样的微观世界里,我们应该用微观世界的规律来解释一些现象。20世纪,人类一共诞生了两大定律,一个是广义相对论,主宰者宏观世界;另外一个就是量子力学,主宰着微观世界。霍金就是利用量子力学解决了黑洞与热力学第二定律之间的矛盾。
为了进一步理解霍金爷爷的理论,现在我们来科普一下量子力学里的一个小常识,不确定性定理。这个定理是说,在微观世界里,你不可能同时知道一个粒子的速度和位置。举例来说,假设咱们都是生活在微观世界的小粒子,因为咱们这么熟悉了,我了解你走路的速度。根据这个理论,就意味着我永远不会知道你将要出现在哪里。要想和你约会,我只能通过概率办法统计你出现在某些位置的概率大小,然后我就去你所在概率比较大的地方等你(多好的男人,哈哈哈!)。
当然了,这个只是量子力学的冰山一角。霍金爷爷就是拿着这个武器搞事情的,他指出,在黑洞的边缘因为不确定性原理,会随机产生成对的粒子。由于能量守恒,有的粒子带有正能量,还有的带有负能量。其中,带有负能量的粒子被黑洞吸引进去了,带有正能量的粒子就辐射出来了(看来,黑洞也不是一无是处,至少在传递正能量)。在外界看来,黑体就在不断地向外发射粒子,这就是黑体辐射,也被称为“霍金辐射”。
人的思想真是一个很奇妙的存在,无数的人在凝视同一个星空的时候,会看到无数的宇宙面貌。霍金凝视的时候,看到了宇宙的过于与未来;李敖凝视时,看到了这个世界的暖与冷,人性的恶与善。不知道,两位先贤在天堂相遇时,会不会泡一壶清茶,聊一聊宇宙与人生。