这个世界上有两件事,我越去思考就会越来越觉得从内心而发的震感和敬畏。那便是我们头顶上浩瀚的星空和心中崇高的道德法则。——康德
2018年3月14日,一则消息震惊世界,史蒂芬·霍金与世长辞,看到大家写的纪念,他并不是死去,而是回归星辰。所以这个月花了些时间,读完了他的这本《时间简史》。当然仅仅凭借淡忘的高中物理学知识读起来还是相当生涩,但是通过一些了解和参考,稍稍略懂了一些。
《时间简史》在1988年首次出版,期间销量了1000多万册,成为国际出版史的奇观。看完本书,霍金最想探讨的就是我们浩瀚宇宙从何而来?他正怎样演变?时间的本质是什么?最终他又将走向哪里?我也从这几个部分写下读完本书自己的心得。
一.人类宇宙认识的历史,宇宙从何而来?
我们从何而来?我们为何而来?这也许是人类内心最深切的求知意愿。
人类对于宇宙的认识经历了这几个阶段:
1.地平说。最初我们都认为地球是平的。因为这符合我们最初的认识,我们古代也有天圆地方的说法。
2.地心说。慢慢地到公元前340年,通过论证和希腊人旅行中证实,地球并不是平面,而是圆的。亚里士多德和托密勒认为,地球是不动的。太阳,月亮,行星和恒星都是以圆周为轨道围绕着地球公转。
3.日心说。1514年哥白尼提出日心说,认为太阳静止地位于中心,地球和行星围绕太阳做圆周运动。一个世纪后他的理论被伽利略和开普勒公开支持。同时也修正了哥白尼理论,提出行星沿着不是圆周而是椭圆运动。
4.无限宇宙论。1678年牛顿出版了他的《自然哲学的数学原理》,这部作品也是物理学中有史以来最重要的著作。并且提出了万有引力,他推断说,宇宙中存在无限数目的恒星,分布于无限的空间中,相互的引力使其平衡。因为假使宇宙是一个有限的空间,那么整个宇宙都会向其中心坍塌(无限使其平衡,空间平直无穷尽)。
在1929年哈勃作了一个里程碑式的观测,也标志着现代宇宙学。即不管你往哪个方向观测,远处的星系都正急速地飞离我们而去。换言之宇宙正在膨胀。这也是我们现在所接受的。宇宙起源于大爆炸 ,根据于此,时间也在大爆炸时有一开端。在大爆炸那一时刻,宇宙的密度和时空曲率都是无限大,因为数学不能真正处理无限大的数,而爱因斯坦的广义相对论也预言,宇宙中存在一点,数学中成为奇点,该处一切理论崩溃。正因如此,我们只知道大爆炸后发生的事情,我们并不知道之前发生了什么。因此我们将大爆炸之前的一部分从我们认知中去除,认为时间开始于此。而宗教也用“第一推动”来解释宇宙的存在。
二.宇宙运行的规律,物理学的发展历史
科学家们也尝试着用科学的理论去解释宇宙的存在。因为如果上帝创造了大爆炸,那宇宙应该是以完全任意的方式演化,而科学家们渴望理解世界的秩序,对于生存其中的宇宙作出完整的描述。而其中最核心的原理则是广义相对论和量子力学。
爱因斯坦通过光速不变,作为狭义相对论的基础,用时间联系空间,将引力加入其中。认为时间并非平直而是被大质量物体弯曲的,宇宙时空本身就是曲面。我也因此再次观看了之前的电影《星际穿越》,电影中男主经过时空旅行后,他依旧年轻,而他的女儿则已经是暮年。电影中在其他星球的一小时在他处时间却经过了十几年,这也原自爱因斯坦的理论。广义相对论核心思想则为时空的弯曲产生了引力。
但广义相对论无法说明大爆炸之前的情况。在奇点处的理论失效,让人们思考,在极早宇宙中一定有过一个时刻,它是如此之小。所以20世界70年代,我们被迫从极广转为及其微小范围去理解宇宙,再次霍金也描述了量子力学这个理论。
量子力学认为光子,电子,原子核等微观粒子是构成宏观世界的基本物质。但是在研究中发现,这些粒子的运动(包括他们的位置和速度)都具有不确定性。这都无法用一统的理论去解释宇宙的运行,但是霍金结合广义相对论和量子力学和相互影响,就研究中心放在了黑洞上。
三.黑洞
黑洞的研究也是霍金先生的重要贡献。通过相对论预言并证实黑洞的存在,本就是很了不得的事,因为宇宙是黑的,黑洞也是。黑洞这个词很热,关于黑洞的形成解释为:当恒星的能量释放完毕后,没有燃料的支持的恒星物质会向中心收缩,形成了质密星体。如果我们的地球变成一个黑洞,那它的直径会缩减到2cm!黑洞的引力十分强,连光都无法逃脱,物质被黑洞引力作用后,加速度非常大,在这过程中变得非常热,发出强X射线,我们已知发现的天鹅X-1便是如此。在黑洞的中心也存在奇点,电影星际穿越中男主被吸入后穿越了时空。当然我们无法知道黑洞的中心存在什么,因为我们无法在过程中得知,更无法从奇点中逃脱。一切的假象都能让我们大开脑洞,说不定我们也正处于一个奇点之中。
四.宇宙的终点,时间的终结。开一开脑洞
如果宇宙总会有一个结局,他将会什么样子?
宇宙在膨胀的过程假使理解为火箭升天的过程。火箭飞速驶离地球的中心,就像各个横向飞速离开宇宙中心。最后不外乎两个情况:一种是飞离地球脱离地球引力,二是燃料不足重新落向地球。书中也是两理论做了描述,宇宙是否会重新回归于一个奇点,还是向一个更无序的状态走去(熵理论:即事物没有外力干扰,总会变得越来越无序)。这些仍然是很有意思的话题。这个基础上计算太过复杂,因为我们甚至连三体的运行方式都无法计算。因此我们无法对此进行预言。
或者我们是否可以找到空间的虫洞去穿梭到宇宙的另一边?我们是否可以进行时间旅行?是不是有更多的维?包括像《三体》这样的著作,也是让我们脑洞大开。这一切似乎都有其背后的理论性,又那么逆认知。
当我们对宇宙愈发地认识,就会愈来愈困惑。要理解这一切似乎变得越来越困难。但是霍金先生也说,如果有一天,我们在宇宙为什么存在的问题上找到了答案,则将是人类理性的终极胜利,因为那是我们知道了上帝的精神。
仅以此不成熟的理解,致敬霍金先生,愿他在星辰宇宙中的灵魂继续探索宇宙的奥秘。