时间简史读后感
初一 读后感 5511字 947人浏览 自强不息8513

浅谈宇宙论

作者:宁艺飞

——《时间简史读书报告》

摘要: 英国伟大的物理学家、黑洞理论和“大爆炸”理论的创立人史蒂芬·威廉·霍金的时间简史是一部阐述宇宙学的经典著作,是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本。 在这部书中,霍金带领读者遨游外层空间奇异领域,对遥远星系、黑洞、夸克、“带味”粒子和“自旋”粒子、反物质、“时间箭头”等进行了深入浅出的介绍,并对宇宙是什么样的、空间和时间以及相对论等古老问题做了阐述,使读者初步了解狭义相对论以及时间、宇宙的起源等宇宙学的奥妙①。

关键字:宇宙论;时空观;黑洞;时间旅行;终极理论

最近读了《时间简史》,对人类的宇宙观颇有感触,下面我将从以下几个方面谈谈我的感想。

一 宇宙论概述

宇宙观,又称世界观。人们对世界的总的根本的看法。由于人们的社会地位不同,观察问题的角度不同,形成的世界观也不尽相同。——摘自《现代汉语词典》

二 本书概论

时间简史从古人类的宇宙论开始讲起,其中一二两章先简述了人类历史中2000年的时间中人类宇宙论的变化:从亚里士多德-托勒密②的地心说到哥白尼-伽利略的日心说,以及从亚里士多德的静止观到牛顿经典力学的绝对时空观到爱因斯坦的相对时空观。

从第三章开始,霍金开始介绍一些后爱因斯坦时代人类宇宙观、世界观的进步,从微观世界到宏观世界,从能量传递到物质变化,理论物理学家们不断探索,他们通过大胆的猜想和周密的计算,创造了许多人类无法想象也无法验证的一系列理论。

到了第六章,霍金开始在前人研究的基础上阐述自己的黑洞理论和全新的宇宙观:在经典广义相对论的框架里,霍金和彭罗斯证明了,在很一般的条件下,①[中]雷宇田. 百度百科-时间简史[M]2010(2) .1。

②托勒密和亚里士多德是古希腊古典物理学的奠基人,亚里士多德以其哲学化的物理学而著称。

- 1 - 空间-时间一定存在奇点,最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。在奇点处,所有定律以及可预见性都失效。并会出现许多很有意思的推论,比如时间旅行。

第九章和第十章作者在黑洞扭曲时空的架构上,开始论证时空旅行的可行性,这一论证在哲学上存在诸多悖论,但在科学上却可以解释,在这个新奇的领域中,人类还在不断的探索中。

第十二章是本书的最终章节,在此章中,作者总结的本书所涉及的宇宙观和时空观并提出了对“终极宇宙观”的渴盼。

二 人类宇宙论的形成

(一) 原始社会人类宇宙观的建立

在原始社会,人们就开始认知宇宙了,从最初最根本、最自然的自然崇拜,渐渐发展成为一座座宗教的殿堂,神的歌声从尼罗河畔的太阳神殿,传唱到米索不达亚平原上创世的泥板上;从恒河流域大梵天的梦境,传唱到涿鹿平原残酷的厮杀中。这些历史的神话,虽然也繁荣并成就了四大文明古国,但却或因国家大一统而沦为阶级统治的工具、或因为连年战争而无从发展,最终,这些虽然荒谬、但却最早形成体系的人类宇宙观仅仅只是孕育了所谓的经验科学,这些科学虽然在某一领域或某一时段辉煌一时,但却因其缺乏理性、充满感性而没有诞生系统的科学体系①(虽然中国有中医体系,但却缺乏最基本的科学推理,也如大多数同类科学一样,不能算作人类对生物体自身的认识,个人认为其依然属于经验科学,不能算作一个完整的科学系统) ,从而在人类封建社会走向资本主义的时代渐渐为主流科学所淘汰。

我个人认为,真正诞生人类科学体系的地方是美丽的爱琴海岸——希腊,这个埃及文明的继承人,或者按照柏拉图的说法,他们的文明来自上一个宇宙元——亚特兰蒂斯。他们的神话体系就是建立在人性的基础上,他们没有妄说地球是方的,也没说“世界是一个驮在一只大乌龟背上的一块平板”,反而,他们通过○1 [美] 斯塔夫里阿诺斯. 全球通史[M]. 上海社会科学出版.1999(5),857。

- 2 - 仪器去测量星象,从而建立了一个统治西方文化2000多年的托勒密体系,在这个体系中,虽然并没有完整解释月食的变化,却是真正建立在观察和测量的基础上的①。

(二) 宗教与科学在宇宙战场上的争斗

但是,不可避免的,这一学说却仍然沦为了教廷统治西方思想界的工具,“地球中心说”不可避免的为“上帝创造世界”提供了强有力的理论根据,宗教和科学的斗争便在人类史上拉开了帷幕。这一场旷日持久的拉锯战最早从第一所大学在意大利建立开始,并在14世纪前后哥白尼、布鲁尼、伽利略时期达到了顶峰,最后,众所周知,宗教在真理面前步步退让,上帝能管辖的范围也越来越小②。但斗争仍然存在,目前,西方大多数科学家仍然选择加入基督教科学会、也有为数众多的科学家在无法理解的领域吧上帝搬出来做救星、大多数美国大学仍然拒绝将达尔文的进化论作为学生的必修课,这也许是这种斗争的延续吧。

三 爱因斯坦时期的诸多宇宙理论

(一) 爱因斯坦的贡献和缺憾

爱因斯坦的相对论结束了物理史上的黑暗年代,将人类对宇宙的认识引入了近代化的范畴,在这个新兴的宇宙论中,一切的一切都不是绝度的。在这个相对的世界中,人们渐渐认识到,世界上并不存在绝对的事物,任何事情都应当以哲学上辩证的看法看待。爱因斯坦的相对论和量子力学,构成了现代物理学的两大支柱,现代物理理论学便在这个基础上蓬勃的发展起来。

虽然爱因斯坦不愿意为了解释“引力无用”的效果而抛弃上帝,但在“第一推动力”的领域上帝的权利还是不可避免的被科学家限制住了,因为通过观察所得出的大量的证据都指向了一个理论——宇宙大爆炸,有意思的是,霍金在引力中获得了灵感,分别找出了宇宙中存在的两个奇点:第一个是宇宙大爆炸前宇宙①中国古代的宣夜说甚至打破了宇宙空间的有穷性,但却匿身于几次文学毁灭下,不得不让人扼腕叹息。 ②让西方人完全抛弃上帝是一个不切实际的想法,是牛顿也不得不借用上帝的“第一推动力”来解释行星的初始速度,爱因斯坦更是因为坚信上帝的存在而引入了“宇宙常数”这一概念来平衡引力,成为其一生最大的失败。

- 3 - 的原型,霍金先生认为它没有体积仅有质量,当然,我个人认为,或许它的体积被折叠在高维空间中——就如同我们从侧面看纸张只能看到一条直线一样——奇点的体积并不存在于四维时空。

(二) 基于大爆炸理论的宇宙宿命

从宇宙大爆炸开始,时间和空间便有了原点,一切的时间都从这里开始,而由于一开始宇宙是完全没有体积的,这就造成了宇宙各处处处是宇宙的原点,这样,一些一直致力于寻找宇宙中心的诸君估计是要失望了①。但是,一个新的问题又浮现了出来——正如人类总有诞生、成长和衰亡——既然我们已经知道了宇宙从何处来,那宇宙又将要向何处去呢?诸多科学家的看法可以归结于以下三种

1、宇宙将会无限的膨胀,宇宙的熵会不断的增加,最后一切一切将会化为虚无

的粒子——或许最终连粒子也随之湮灭,宇宙除了空荡荡的时间、空间和能量以外,将一无所有。

2、宇宙的膨胀速度将会等于引力的相互吸引,最终达到一个平衡的状态,然后

宇宙将会一直存在下去。

3、宇宙的引力将最终大于膨胀力,膨胀速度不断减缓,并最终开始坍塌,宇宙

的熵开始缩小,最后整个宇宙从新成为了一个奇点。

当然,还有的学者和小说家将光速、时间流逝的速度和宇宙膨胀的速度结合在一起,认为当宇宙膨胀的速度减缓时,光速也不再是299792458m/s②时间流逝的速度也会相应减缓,当宇宙开始坍塌时,时间将会倒流。

不过不必恐惧,一切的一切都只是理论物理学家的预测,当然,他们也是测不准的,而且永远也不可能测准,也正因为测不准原理的诞生,随着物理学发展而被更多人相信的“宿命论”也成为了笑话。正如霍金所说:“上帝不但喜欢玩骰子,还喜欢把骰子到处乱丢”③ ①早期人类宇宙观的争论主要集中在宇宙中心的问题上

②光速光速定义值:c=299792458m/s=299792.458km/s;光速计算值:c=(299792.50±0.10)km/s;(一般取300000km/s)。

③德布罗意发现电子既是实体粒子,又是一种波,他把这种现象叫做波粒二相性。另一个物理学家海森伯进一步研究发现了“测不准原理”。他认为,微观世界和我们现存的世界是不一样的爱因斯坦对此非常恼火,他说“上帝不玩骰子”,于是开始研究可以解决这个问题的大一统理论。但非常可惜,他没有成功。

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四 霍金的黑洞和他的时空旅行

(一) 阻挡在时间旅行面前的哲学之墙

说起时空旅行,大多数人会砰然心动,因为即使是最为杰出的人杰,一生中也会有这样或者那样的遗憾,后悔自己曾今做出的选择,时间旅行的可行将给大家一个修补自己人生的一个绝好的机会,但是,从古至今,时间旅行一直只是存在于神话和小说家①的故事之中,而从未曾在事实中出现过。就连近现代物理学的奠基人,伟大的阿尔伯特·爱因斯坦先生也曾坚信时空旅行是没有任何可能性的②——因为他本身存在太多哲学悖论,其中最为著名的莫过于祖父悖论了:假设时间旅行被允许存在,若一个人回到了100年前,在他祖父还是孩子的时候杀死了他的祖父,那这样就无解了——如果他杀死了他的祖父,他又怎么会存在?如果他不存在,那他的祖父又是被谁杀死的呢?这样一个近乎无解的哲学悖论几乎将时间旅行的可能性降为了零——然而,霍金先生告速我们,时间旅行在科学上是完全解释的通的!虽然十分困难③。

(二) 科学上的时间旅行可能性分析

霍金先生认为,既然时空可以被质量正向扭曲,当然我们也可以负向扭曲整个时空,然后,可以利用黑洞所形成的空间通道进行时空旅行。当然,这一理论建立在狭义相对论完全不成立的基础上④,但是在1935年,爱因斯坦和罗森共同撰写的论文中指出,广义相对论允许存在一个连接两个遥远区域的桥存在,这个桥被称为“虫洞”,而时空旅行者要做的唯一一件事情就是找到一个解维持这个虫洞保持连接,而不是断裂成两个奇点⑤。

①英国作家黑·格·威尔士最著名的两篇著作之一《时间机器》便是以这方面内容取材的(另一篇是大家都再熟悉不过的《世界大战》)。

②爱因斯坦坚信超越光速的速度一定不存在,所以时间旅行得以进行的可能性为零。

③在《果壳中的宇宙》一书中详细介绍了时空旅行的难度,几乎任何试图穿过虫洞的人都会被强大辐射所击杀。

④在狭义相对论中,爱因斯坦认为光速是宇宙最快的速度,任何物体速度接近光速其物理性状都会被改变,任何物体(光子除外)的速度都只能无限接近于光速,而永远达不到或者超越光速。

⑤即两个相互独立、没有任何连接的黑洞。

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五 人类统一的宇宙观

(一) 宇宙“原力”——隐藏在自然界中的至高神

自从人类认识到自然的四种基本力

之后,科学家们就开始致力于寻找这四种

宇宙本源力量的完全统一,在确立了弱电

统一能量①之后,科学家们又提出了GUT

理论②,这个理论将弱核力、强核力和电

磁力统一在一起,并希望通过实验证明这

一理论——然而,他们失望了,他们并没

有观察到他们希望中的结果,一种能够统

一宇宙的终极理论仍然躲在一片茫茫的

迷雾中——还有太多太多需要我们人类

去探索、去开阔了,如何建立一个完全沟通宏观世界和微观世界的桥梁?如果掌握了宇宙终极理论,我们真的会拥有上帝的意志吗?我们不得而知,霍金先生也笑而不语。

(二) 宇宙——哲学、科学、宗教的统一

或许,正如同所有的真理一样,宇宙的终极理论如同神一般高高在上,而我们却只能无穷的逼近一个事实的真相,却无法得到完完全全的真实情况,在这条有界却可以无限探索的道路上,我们人类的确的确非常渺小,但人类是高贵的,人类是一颗会思想的芦苇③。人的高贵之处不在于和宇宙比尺度与宽度,而是用自己的宇宙观在大脑的深处再次构建一个完全属于自己的圆周宇宙。宇宙的命运究竟何去何从?或许,这是一个否定是否定的哲学命题——宇宙经历漫长的寿①在大约100吉电子伏时弱核力和电磁力的差别会消失。

②即大统一理论(grand unified theories,GUTs )。试图用同一组方程式描述全部粒子和力(强相互作用、弱相互作用、万有引力、电磁相互作用四种人类目前所知的所有的力) 的物理性质的理论或模型的总称。这样一种尚未找到的理论有时也称为万物之理,或TOE 。霍金认为,当今世界上可能会有些人在有生之年,发现大统一理论。但这个大统一理论并不是爱因斯坦最初想的大统一理论,不可能通过一个简单的美妙的公式来描述和预测宇宙中的每一件事情。因为宇宙是确定性和不确定性相互统一的,量子理论中测不准原理体现了不确定性。

③[法]巴斯卡尔. 人是一根会思想的芦苇[M],北京燕山出版社。

- 6 - 命,最终看似回归本源,却是站在了一个新的起点之上,最终在数学上达到了九九归一的效果,也或许正因为如此,上帝才创造了一群可以思考宇宙和自身的奇怪生物——而科学和哲学、宗教以及人类所研究的所有的学科的意义也就体现于此吧!也正如霍金先生所说:

“然而,如果我们确实发现了一套完整的理论,它应该在一般的原理上及时让所有人(而不仅仅是少数科学家)所理解。那时,我们所有人,包括哲学家、科学家以及普普通通的人,都能参加为何我们和宇宙存在的问题的讨论。如果我们对此找到了答案,则将是人类理智的最终极的胜利--因为那时我们知道了上帝的精神。”

参考文献:

[1][美]霍金. 《果壳中的宇宙》.中华人民共和国:湖南科技出版社 [M]

[2]雷宇田. 《百度百科-时间简史》. 中华人民共和国;电子版

[3] 毛骏建,顾牡. 《大学物理》. 中华人民共和国;高等教育出版社,2006年[M]

[4]胡绳等. 《中国大百科全书》. 中华人民共和国;电子版[M]

[5][美]斯塔夫里阿诺斯. 全球通史. 上海社会科学出版[M]

[6][法]巴斯卡尔. 人是一根会思想的芦苇, 北京燕山出版社[M]