時(shí)間簡(jiǎn)史入門
作者:huhao_18 提交日期:2006-12-28 16:53:00
![]() 前些天問過錢老師,曾老師還有王師兄,問他們是否看過霍金的時(shí)間簡(jiǎn)史。他們都說沒看過,但手頭都有一本。于是,我打算做這么一個(gè)工作,簡(jiǎn)單介紹一下時(shí)間簡(jiǎn)史的內(nèi)容,讓沒看過時(shí)間簡(jiǎn)史的人對(duì)它有個(gè)直觀的印象。
時(shí)間簡(jiǎn)史這本書涉及的內(nèi)容是很多的,包含了物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)的各個(gè)方面,在內(nèi)容上涉及到時(shí)空的相對(duì)性、宏觀天體、微觀粒子,像質(zhì)子、夸克等,還有黑洞、蟲洞等一些很有吸引力的概念。但是,盡管它涉及的內(nèi)容非常豐富,但還是有根主線在里頭,即這本書主要試圖解決的是世界起源問題。這是全書的目的所在,其他的只是這一目的的基礎(chǔ)和準(zhǔn)備工作而已。討論世界起源,這似乎到了哲學(xué)領(lǐng)域。世界起源是哲學(xué)討論的最多的問題。西方對(duì)于這一問題的討論可追溯到古希臘。然而,霍金并不從純思辯的角度進(jìn)行闡述,他對(duì)哲學(xué)的最根本問題也沒有進(jìn)行刨根問底式的深究,只是利用已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的推理和猜測(cè)。他的學(xué)說主要是建立在客觀事實(shí)的基礎(chǔ)上的,可以說是對(duì)客觀事實(shí)的描述。當(dāng)然,他對(duì)哲學(xué)的基本問題也不是沒有考慮過,例如他問到假如世界有一開端,那么在開端之前又是什么呢?只是他沒有進(jìn)行過多的推論,猜測(cè)。他在這方面是存而不論的。 我準(zhǔn)備從以下三個(gè)方面簡(jiǎn)單介紹時(shí)間簡(jiǎn)史: 一、 時(shí)空的相對(duì)性與速度 (一) 空間的相對(duì)性 從亞里士多德開始,世人就一直認(rèn)為時(shí)空是絕對(duì)的。何謂絕對(duì)的空間?絕對(duì)的空間是指空間的存在和測(cè)量是無條件的,世界上存在一個(gè)統(tǒng)一的空間標(biāo)準(zhǔn),只要某物的速度一定,在一段時(shí)間內(nèi),不管在何種情況下,它所走的距離都相同。亞里士多德還提出,物體的初態(tài)是靜止的,只有在受到力的作用下才運(yùn)動(dòng),也就是說,力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的作用。 然而,后來牛頓卻提出,空間是相對(duì)的,即某物體速度一定,在一段時(shí)間內(nèi),相對(duì)于不同速度的另一物體,它們間的距離并不相同。例如一輛火車以100米/秒的速度行駛,一個(gè)人在火車垂直上跳,從開始跳到落下總共花了一秒鐘。那么,對(duì)于他本人來說,他沒動(dòng),還在原地;但對(duì)于一個(gè)在路邊的人來說,情況就不同了,那個(gè)人已經(jīng)走了一百米了。所以距離對(duì)于不同速度的人來說是不一樣的。這說明世界上并沒有一個(gè)統(tǒng)一的空間標(biāo)準(zhǔn),空間是相對(duì)的,而不是絕對(duì)的。它第一次打破了時(shí)空的絕對(duì)性。 牛頓進(jìn)而提出,物體初態(tài)并不是靜止,而應(yīng)該是勻速直線運(yùn)動(dòng),這當(dāng)然是他通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推測(cè)的結(jié)果,并不是主觀想象得來。世界存在靜止,靜止只是多種力平衡的結(jié)果。力只改變物體的速度,不僅僅改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。牛頓的這一觀點(diǎn)在哲學(xué)上可謂是意義深遠(yuǎn),他改變了亞里士多德對(duì)力的定義,也突破了亞里士多德關(guān)于世界初態(tài)是靜止的觀念,用科學(xué)的方法論述了現(xiàn)象界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性。 (二) 時(shí)間的相對(duì)性 牛頓的空間相對(duì)性被大家認(rèn)可后,不管是牛頓還是其他科學(xué)家,都認(rèn)為空間是相對(duì)的,但時(shí)間是絕對(duì)的。時(shí)間是獨(dú)立的,跟空間沒有任何關(guān)系。何謂絕對(duì)的時(shí)間?絕對(duì)的時(shí)間是指時(shí)間的間隔和測(cè)量都是無條件的,世間有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn):測(cè)量?jī)蓚€(gè)事件之間的間隔,只要用好的鐘,不管誰去測(cè)量,這個(gè)時(shí)間都一樣。 然而用經(jīng)典的牛頓力學(xué)去解釋光速的時(shí)候,它與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生矛盾。由于空間是相對(duì)的,因此當(dāng)我們測(cè)量某物體的速度時(shí),必須先指定一個(gè)參照物,也就是說,我們測(cè)得的速度都是相對(duì)于某物的速度。參照物的速度不同,則最終測(cè)得的速度也不一樣。我們拿觀測(cè)者當(dāng)參照物:假如觀測(cè)者是靜止的,一物體以5米/秒的速度朝他運(yùn)動(dòng),那么對(duì)觀測(cè)者而言,物體運(yùn)動(dòng)速度為5米/秒;假如觀測(cè)者也以1米/秒的速度朝物體運(yùn)動(dòng),則他觀測(cè)到的物體的速度就只有4米/秒了。這就是相對(duì)速度。觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)速度將影響測(cè)量的結(jié)果。然而實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是,無論觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)多快,他們測(cè)量的光速都一樣。也就是說,光速相對(duì)任何的參照物速度都一樣,或者說光速?zèng)]有參照物,它的速度是絕對(duì)的、恒定的,無論光源的速度多大,也不管觀測(cè)者與光源的相對(duì)速度多大。這怎么解釋,這樣的矛盾怎么克服?這只能求助于時(shí)間的相對(duì)性了。這個(gè)地方不好理解。概括地說,速度等于空間距離除以時(shí)間間隔。而空間的距離和時(shí)間的間隔必須相對(duì)同一個(gè)參考系。經(jīng)典牛頓力學(xué)之所以解釋不通,是因?yàn)樗麄儼严鄬?duì)性的空間距離除以相同的時(shí)間,所以得出不同的速度。實(shí)際上應(yīng)該用相對(duì)性的空間距離除以相對(duì)性的時(shí)間,這樣得出的速度就一樣了。 相對(duì)于空間的相對(duì)性,時(shí)間的相對(duì)性難以理解多了。下面試舉幾例對(duì)相對(duì)時(shí)間加以理解:1、同時(shí)的相對(duì)性 同時(shí)并不是絕對(duì)的,而是相對(duì)的。絕對(duì)的同時(shí),是指如果一個(gè)慣性系觀察到同時(shí)發(fā)生在不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件,則在任何其他的參考系也應(yīng)觀察到這兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生。相對(duì)的同時(shí),是指不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件在某一個(gè)慣性系觀察是同時(shí)發(fā)生的,但在另外的參考系中觀察卻不一定同時(shí)發(fā)生。因此,要說明兩個(gè)事件是否同時(shí)發(fā)生,必須先指出相對(duì)于哪個(gè)參考系,否則就沒有意義了。 同時(shí)的相對(duì)性可用下例來理解: 甲乙丙三架飛機(jī)依次在地圖上自東向西飛行,甲機(jī)在左邊,乙機(jī)在中間,丙機(jī)在右邊。甲乙兩機(jī)的距離和乙丙兩機(jī)的距離相等,都等于50萬公里。已知三架飛機(jī)的速度均為20萬公里/秒。設(shè)定一參考系固連于地面,二參考系固連于飛機(jī)。若乙機(jī)左右同時(shí)發(fā)射激光炮(激光炮的速度是30萬公里/秒),則有: 1) 在二參考系中,甲機(jī)和丙機(jī)同時(shí)被激光炮摧毀。 2) 在一參考系中,情況就不一樣了。由于乙機(jī)發(fā)射激光炮時(shí),三架飛機(jī)仍在飛行,所以對(duì)甲機(jī)來說,激光炮與甲機(jī)同向運(yùn)動(dòng),以10萬公里/秒的相對(duì)速度向甲機(jī)飛去,經(jīng)過5秒鐘甲機(jī)被摧毀;而對(duì)丙機(jī)來說,激光炮與丙機(jī)相向運(yùn)動(dòng),以50萬公里/秒的相對(duì)速度向丙機(jī)飛去,經(jīng)過1秒鐘丙機(jī)就被摧毀。所以,在一參考系中觀察,丙機(jī)先于甲機(jī)被摧毀。 因此,在二參考系同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件在一參考系卻先后發(fā)生。同時(shí)是相對(duì)的。 2、 先后、早晚的相對(duì)性 先后、早晚的概念也是相對(duì)的,必須指明相對(duì)于哪個(gè)參考系。再以上述飛機(jī)為例: 若乙機(jī)向左發(fā)比向右發(fā)射激光炮早一秒,則有: 1) 在二參考系中,甲機(jī)先于丙機(jī)被摧毀。 2) 在一參考系中,對(duì)甲機(jī)而言,如果仍然經(jīng)過5秒被摧毀,那么對(duì)丙機(jī)而言,則經(jīng)過2秒被摧毀,丙機(jī)先于甲機(jī)被摧毀。 因此,在不同的參考系中先后、早晚也是不一致的。先后、早晚也是相對(duì)的。 既然同時(shí)、先后都具有相對(duì)性,不難理解,時(shí)間是具有相對(duì)性的。 (三) 速度接近光速,時(shí)間真的可以延緩嗎? 可以!狹義相對(duì)論有一結(jié)論說,動(dòng)鐘變慢。由孿生子佯謬可以進(jìn)一步推導(dǎo):運(yùn)動(dòng)速度越快,時(shí)鐘走得越慢。一對(duì)孿生子,一個(gè)生活在地球上,一個(gè)生活在高速運(yùn)行的宇宙飛船上。當(dāng)?shù)厍蛏线^了三十年后,孿生子見面時(shí),兩個(gè)人都會(huì)發(fā)現(xiàn):生活在地球上的弟兄明顯老于生活在宇宙飛船的那個(gè)。這里隱含一個(gè)條件,即在宇宙飛船上時(shí)鐘變慢,并不僅僅只是時(shí)鐘的問題,而是時(shí)間確確實(shí)實(shí)的變慢了,人的生物鐘也變慢了,所以當(dāng)孿生子見面時(shí),生活在宇宙飛船的那位才顯得年輕。由于時(shí)間確實(shí)變慢了,宇宙飛船中的一切都變慢了,包括人的動(dòng)作也是如此。這樣就可能出現(xiàn)一種奇怪而有趣的現(xiàn)象:假如某個(gè)同伴拿起手槍朝你開一槍,你能夠清楚看到子彈緩緩朝你過來,但你卻怎么躲不開,只能眼睜睜看到子彈打到自己身上。因?yàn)樽訌椣鄬?duì)人的動(dòng)作還是很快的。講到這里,很自然想到下一個(gè)問題。 (四) 如果速度超過光速,真的可以回到過去嗎? 可以。當(dāng)然這只是我們根據(jù)一定基礎(chǔ)得到的結(jié)論。實(shí)際上,愛因斯坦的相對(duì)論已經(jīng)限制了,具有質(zhì)量的物體不可能達(dá)到光速,更別說超過光速。因?yàn)橘|(zhì)量和能量有種等量關(guān)系,如果具有質(zhì)量的物體要達(dá)到光速,則需要給他提供無限大的能量。所以,實(shí)際上愛因斯坦已經(jīng)指出宇宙的極限速度就是光速,任何物質(zhì)都不能超越了。然而,盡管如此,我們還是可以去想象速度超過光速的情形,不要過度迷信權(quán)威。權(quán)威的話未必全部是對(duì)的。 有一首描述超光速的外文詩,很有意思:有個(gè)女孩名叫懷特/她跑步的速度比光還快/她以相對(duì)性的方式/今天剛剛出發(fā)/昨晚卻已經(jīng)到達(dá)。關(guān)鍵的地方是,今天出發(fā)卻在昨晚到達(dá)。很有趣,但不好理解。大而化之的牽強(qiáng)附會(huì)當(dāng)然不難,不就是因?yàn)槌馑俾?。但這不是適合我們思維的理解方式。我想了很久,終于想到了自己能夠理解的方法。在這里跟大家分享一下。但這并不一定適合每個(gè)人。理解的關(guān)鍵在于懷特的速度足夠快,她能夠回到過去。其實(shí),這首詩還可改為:今晚出發(fā)卻在今早到達(dá)。道理都是一樣的,因?yàn)樗氐搅诉^去。 問題是她到底怎樣回到過去的?實(shí)際上,事件發(fā)生的過程就是時(shí)空中的一點(diǎn)以光信號(hào)的形式向外傳播的過程。由于現(xiàn)實(shí)情況下,我們不能趕上光速,所以光信號(hào)離我們?cè)絹碓竭h(yuǎn),在我們看來,時(shí)間是一維的,單向的,永遠(yuǎn)不會(huì)倒回。然而,對(duì)于懷特,情況就不一樣了。她能趕上并超過光信號(hào),所以她能夠復(fù)原光信號(hào)所反映的過去的現(xiàn)實(shí)情況。 發(fā)生在越早時(shí)期的光信號(hào),由于光速不變,走得也離我們?cè)竭h(yuǎn),發(fā)生在越靠近我們時(shí)代的光信號(hào),離我們的距離反而越近。這樣,假如我們能超過光速,趕上光信號(hào),我們先看到的就是最近發(fā)生的事情,之后才是更前面發(fā)生的事情。也就是說,我們可能看到一個(gè)杯子在地上從零散的狀態(tài)聚合到一起,然后自動(dòng)跳回到桌上,我們還可能看到一個(gè)罪犯被槍決,之后他才拿著刀子搶銀行。總之,我們是先看到結(jié)果,后看到原因。 這樣,超光速必定突破因果律,并且超光速者,懷特,還可以自由的穿梭于現(xiàn)在和過去的時(shí)光之中。但不可穿梭于未來。因?yàn)闀r(shí)間具有單向性,未來事件還未發(fā)生,不存在光信號(hào)向外傳播。但有個(gè)問題,懷特回到的過去是種真實(shí)的歷史還是種虛幻的影象,她能不能夠改變過去的歷史?答案應(yīng)該是否定的。她回到的過去只是種虛幻的影象,并不真實(shí),在那里她什么事情都改變不了,只能親眼目睹歷史的真相罷了。過去的種種對(duì)她來說只是種影象,任何的東西她都觸摸不到;同樣的,她在過去對(duì)那時(shí)的人或物來說也只是種影象,世人不會(huì)感知到她的存在。 (五) 強(qiáng)大的引力場(chǎng)真的能將光線扭曲嗎? 可以。不過確切地說,應(yīng)該是強(qiáng)大的引力場(chǎng)將時(shí)空變得彎曲,而光線在彎曲的時(shí)空中呈最接近直線的路徑傳播,也就是沿測(cè)地線傳播。對(duì)于三維人來說,光線在空間中就呈曲線傳播了。這也是個(gè)有趣的現(xiàn)象。躲在樹后面的人能被我們清清楚楚看見,如果樹的引力足夠大的話。 二、 黑洞 (一) 什么是黑洞,黑洞是如何形成的? 黑洞是時(shí)空的一個(gè)區(qū)域,因?yàn)槟抢锏牧κ侨绱酥畯?qiáng),以至于任何東西,甚至光都不能從該處逃逸出去。然而,黑洞有一事件視界,它由剛好不能從黑洞逃逸而永遠(yuǎn)只在邊緣上徘徊的光線在時(shí)空里的路徑所形成,和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡重合。用通俗的話講就是一切進(jìn)入黑洞的物體都將永遠(yuǎn)呆在里邊,無法出來,或者說一旦進(jìn)入黑洞就預(yù)示著時(shí)間的終結(jié)。黑洞的引力強(qiáng)大的是教人可怕的。為什么黑洞的引力會(huì)如此之大呢?這是因?yàn)樗馁|(zhì)量太大了,或者說密度太大了。中子星的半徑只有10英哩左右,密度是每立方英寸幾億噸,密度相當(dāng)大了。然而黑洞的密度比中子星還大得多。 那為什么會(huì)形成密度如此之大的黑洞呢?這得從恒星周期說起。起初,大量的氣體受自身的引力的吸引,開始向自身坍縮而形成恒星。當(dāng)它收縮時(shí),氣體原子越來越頻繁以越來越大的速度相互碰撞,這樣氣體的溫度上升。最后,氣體變得如此之熱,以至當(dāng)氫原子碰撞時(shí),他們不再彈開而是聚合形成氦。如同一個(gè)氫彈爆炸,反應(yīng)中釋放出來的熱使得恒星發(fā)光發(fā)熱。這種熱使得氣體的壓力升高,直到它足以平衡引力的吸引,這時(shí)達(dá)到平衡,不收縮也不膨脹。然而,過了一段時(shí)間,恒星內(nèi)部的燃料會(huì)耗盡。當(dāng)燃料耗盡時(shí),恒星會(huì)變冷而繼續(xù)收縮。這時(shí),恒星還可以旋轉(zhuǎn),以平衡自身引力。但是,旋轉(zhuǎn)速度總有個(gè)極限,即不能超過光速,故最終由于旋轉(zhuǎn)引起的排斥力會(huì)比引力作用小,而恒星再次開始坍縮。這第三階段的坍縮很可能形成黑洞。也就是說,恒星的半徑一再的縮小縮小,其表面的引力場(chǎng)變得很強(qiáng),使得光線從恒星逃逸出來變得很困難,直到它收縮到某一臨界點(diǎn)時(shí),表面的引力場(chǎng)如此之大,使得光線向內(nèi)偏折得這么多,以至于光線再也逃逸不出來。這時(shí),黑洞就形成了。 (二)一般來說,黑洞是觀測(cè)不到的。憑什么確定它是存在的,或者說,黑洞存在的證據(jù)是什么? 第一,1963年,天文學(xué)家馬丁施密特測(cè)量了一個(gè)類似恒星物體的紅移。這個(gè)紅移如此之大,很可能是離我們很遠(yuǎn)的黑洞所致。 第二,1967年,劍橋的研究生貝爾發(fā)現(xiàn)了天空發(fā)射過來的無線電波的規(guī)則脈沖的物體。這股脈沖是由旋轉(zhuǎn)的中子星所發(fā)出的。這是第一個(gè)中子星存在的證據(jù)。而中子星的半徑僅是恒星變成黑洞的臨界半徑的幾倍。如果一顆恒星能坍縮到這么小的尺度,預(yù)料其他恒星會(huì)坍縮到更小的尺度而成為黑洞,就是理所當(dāng)然的了。 第三,黑洞盡管觀測(cè)不到,但它的引力仍作用到它周圍的物體上。例如天鵝X-1,它本身是一個(gè)強(qiáng)的X射線源。而又繞著一顆不可見的伴星旋轉(zhuǎn)。根據(jù)推導(dǎo),不可見物體必須非常小,并且質(zhì)量非常大。最后,計(jì)算得出,不可見星的質(zhì)量大約是太陽的6倍,超過了強(qiáng)德拉塞卡極限,只能是一個(gè)黑洞。 第四,已經(jīng)得到幾個(gè)類似天鵝X-1的黑洞的證據(jù)。 綜上所述,盡管黑洞不易觀測(cè)到,但可以肯定它確實(shí)存在。 (三)事實(shí)上,黑洞并不是那么黑,它們象熱體一樣發(fā)光,為什么會(huì)這樣呢? 黑洞不是黑的嗎,怎么會(huì)象熱體一樣發(fā)光,這和我們的常識(shí)似乎相悖。但這是事實(shí)。為什么會(huì)這樣呢?是因?yàn)榱W訌木o靠黑洞的事件視界的外面的空的空間來的,并不是從黑洞的事件視界之內(nèi)逃逸出來,這樣說,就和常識(shí)不相矛盾了。黑洞越小則發(fā)熱發(fā)光就越厲害。 三、 世界的起源是什么,又是如何發(fā)展演變的? 霍金在時(shí)間簡(jiǎn)史里闡述世界起源時(shí)用的是“熱大爆炸模型”。他認(rèn)為大爆炸是世界的開端,并作了一個(gè)假定,即在大爆炸處,世界存在一個(gè)奇點(diǎn),在那沒有時(shí)間概念。因此,時(shí)間也開端于大爆炸。 就在大爆炸時(shí),宇宙體積被認(rèn)為是零,無限熱。但是,輻射的溫度隨著宇宙的膨脹而降低。大爆炸后1秒鐘,溫度降低到約為100億度,這大約是太陽中心溫度的1000倍。此時(shí)的宇宙主要包含光子、電子、中微子和它們的反粒子,還有一些質(zhì)子和中子。隨著宇宙的繼續(xù)膨脹,溫度繼續(xù)降低,電子/反電子對(duì)在碰撞中的產(chǎn)生率就落到它們湮滅率之下。這樣只剩下很少的電子,而大部分電子和反電子相互湮滅,產(chǎn)生出更多的光子。然而,中微子和反中微子并沒有互相湮滅掉,因?yàn)檫@些粒子和它們自己以及其他粒子的作用非常微弱,所以直到今天它們應(yīng)該仍然存在。 在大爆炸后的大約100秒,溫度降到了10億度,也即最熱的恒星內(nèi)部的溫度。在此溫度下,質(zhì)子和中子不再有足夠的能量逃脫強(qiáng)核力的吸引,所以開始結(jié)合產(chǎn)生氘的原子核。然后,氘核和更多的質(zhì)子、中子相結(jié)合形成氦核,還產(chǎn)生了少量的兩種更重的元素鋰和鈹。 大爆炸后的幾個(gè)鐘頭之內(nèi),氦和其他元素的產(chǎn)生就停止了。之后的100萬年左右,宇宙僅僅是繼續(xù)膨脹,沒有發(fā)生什么事。最后,一旦溫度降低到幾千度,電子和核子不再有足夠能量去抵抗它們之間的電磁吸引力,就開始結(jié)合形成原子。宇宙作為整體,繼續(xù)膨脹變冷,但在一個(gè)比平均稍微更密集的區(qū)域,膨脹就會(huì)由于額外的引力吸引而慢下來。在一些區(qū)域外的物體的引力拉力使它們開始很慢的旋轉(zhuǎn);當(dāng)坍縮的區(qū)域變得更小,它會(huì)自轉(zhuǎn)得更快,最終,當(dāng)這些區(qū)域變得足夠小,自轉(zhuǎn)的速度就足以平衡引力的吸引,碟狀的旋轉(zhuǎn)星系就以這種方式誕生了。另外一些區(qū)域剛好沒有的旋轉(zhuǎn),就形成了叫做橢圓星系的橢球狀物體。這些區(qū)域之所以停止坍縮是因?yàn)樾窍档膫€(gè)別部分穩(wěn)定的圍繞著它的中心旋轉(zhuǎn),但星系整體并沒有旋轉(zhuǎn)。 隨著時(shí)間流逝,星系中的氫和氦氣體被分割成更小的星云,它們?cè)谧陨淼囊ο绿s。當(dāng)它們收縮時(shí),其中的原子相碰撞,氣體溫度升高,直到最后,熱得足以開始熱驟變反應(yīng)。這些反應(yīng)將更多的氫轉(zhuǎn)變成氦,釋放出的熱增加了壓力,因此使星云不再繼續(xù)收縮。它們會(huì)穩(wěn)定地在這種狀態(tài)下停留一段很長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)氫被耗光,它們會(huì)稍微收縮一點(diǎn)。當(dāng)它們進(jìn)一步變熱,就開始將氦變成像碳和氧這樣更重的元素。但是,之后危機(jī)就產(chǎn)生了。恒星的中心區(qū)域可能會(huì)坍縮成一個(gè)非常緊致的狀態(tài),譬如中子星或黑洞。恒星的外部區(qū)域有時(shí)會(huì)在叫做超新星的巨大爆發(fā)中吹出來。一些恒星接近生命終點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的重元素就拋回到星系里的氣體中去,為下一代恒星提供一些原料。太陽包含了大約2%這樣的重元素,因?yàn)樗堑诙阈牵怯?0億年前從包含有更早的超新星的碎片的旋轉(zhuǎn)氣體云形成的。云里的大部分氣體形成了太陽或者噴到外面去,但是少量的重元素聚集在一起,形成像地球這樣的、現(xiàn)在繞太陽公轉(zhuǎn)的物體。 世界起源到底是怎么樣的,估計(jì)是沒人看懂了。老實(shí)說,我也不知道講了些什么,只是照著書寫了一遍。它太過于專業(yè),讀起來很是枯燥乏味。但是,沒辦法,對(duì)于這個(gè)問題,我概括不出來,只好用書上的語言了。 還是希望看了之后有所收獲。 評(píng)論人:huhao_18 評(píng)論日期:2006-12-30 16:23
說實(shí)在的,我確實(shí)很想寫點(diǎn)自己的想法。關(guān)于上篇的第一部分,也就是時(shí)空的相對(duì)性部分,我自覺還是有一些自己的想法。可是,比較遺憾,眾人還是沒有看出來。所以,我只有再多寫點(diǎn),一是結(jié)合理論,二是加入自己的一些推論,力圖讓枯燥的理論更顯得有趣一點(diǎn),讓大家對(duì)時(shí)間簡(jiǎn)史也增添一些興趣。
我們能否回到過去?首先應(yīng)該指明,回到過去有兩種方法,第一種方法,我上面有講,就是超光速,追到以前發(fā)生事件的光信號(hào),某一時(shí)刻的光信號(hào)總是對(duì)應(yīng)那一時(shí)刻的現(xiàn)實(shí)情況。但我們也要明白,光信號(hào)走的時(shí)間越長(zhǎng),它的強(qiáng)度就越弱。但不管怎么弱,它總不會(huì)消失掉,總還有那么一點(diǎn)點(diǎn)的余波,假如我們真的到了能到超過光速的程度,我們的技術(shù)肯定可以把那極其微弱的余波復(fù)原到原來的狀態(tài)。這樣,就回到了過去。 第二種方法,不需要超光速,只要通過時(shí)空的彎曲就能夠做到。這不難理解,很早以前就有這方面的理論。這就是著名的蟲洞。通過蟲洞我們可以在時(shí)間里旅行。原理很好理解:對(duì)于我們?nèi)S人,不管我們的速度多快,就算到了光速,我們運(yùn)行的軌跡還是彎曲的時(shí)空,就象在地球的表面運(yùn)行。這樣,無形中我們走的距離就拉大了許多。假如我們能夠從地心直接穿過,則距離會(huì)縮短不少。由于距離的縮短,我們要去一個(gè)確定的地方,花的時(shí)間就短了許多。而這個(gè)短距離的通道就是蟲洞。正由于通過蟲洞能縮短正常運(yùn)行的時(shí)間,所以我們就能回到過去,看到童年時(shí)的自己,童年時(shí)的父親,祖父等等。這里的原理跟超光速回到過去的是一樣的。 那現(xiàn)在的問題是蟲洞在哪里?現(xiàn)實(shí)的世界中存在嗎?以前的大物理家有計(jì)算證明,現(xiàn)實(shí)的世界是存在蟲洞的。我們的世界是十維的,更高的維對(duì)于我們?nèi)S人來說是無法理解的,但不能理解卻可以思考。根據(jù)一些復(fù)雜的計(jì)算,科學(xué)家們得出了一個(gè)十維的世界。然而除了時(shí)空的四維,另外的六維在哪里呢?它們存在于極小的空間中,小到只有原子那么大。因?yàn)樘?,所以我們無從看到它們。最終十維的世界在我們眼里就只剩四維了。下一個(gè)問題,那我們還能進(jìn)入蟲洞嗎,它們?nèi)绱酥??答案?yīng)該是否定的。也就是我們不能利用蟲洞進(jìn)行時(shí)間旅行。這也是霍金的觀點(diǎn)。我比較贊同這個(gè)。 我們拋開是否能夠回到過去的討論,權(quán)當(dāng)可以回去,那么我們回去的過去是怎樣的?這似乎也值得考慮。它真的是以前的過去嗎,我們?cè)谶^去做的事情真的有效嗎?如果可以的話,我們是可能改變歷史的。我認(rèn)為兩種方法回到的過去是不同的。前一種方法回到的過去,是虛幻的,就象一場(chǎng)電影,我們不能改變歷史。然而第二種方法回到的過去,則是真實(shí)的,在那里我們做的事情是確實(shí)有效的,但也不能改變歷史,因?yàn)橐?guī)律在起作用。 評(píng)論人:huhao_18 評(píng)論日期:2006-12-31 16:21
謝謝各位的捧場(chǎng),你們的發(fā)言又激起了我對(duì)時(shí)光問題的興趣。最近又看了一些這方面的書籍。說句實(shí)話,理論真是很復(fù)雜??偟恼f來,就一個(gè)字:很難理解。但這并妨礙我們對(duì)某些具體問題的思考。日前,東門兄看到我寫的關(guān)于回到過去的內(nèi)容,建議我用平行宇宙理論進(jìn)行分析,并說這是現(xiàn)在大家比較公認(rèn)的。我說很有道理,第一,是應(yīng)該對(duì)回到過去的部分再詳細(xì)的講講,第二,也應(yīng)該運(yùn)用一些新的好的理論分析分析。而且,更重要的是,我準(zhǔn)備用我自己的語言來講,以求讓讀者容易理解點(diǎn),并增添一些對(duì)時(shí)光問題的興趣。
一、我們是否可以回到過去?從理論上講,可以! 回到過去有兩種方法:第一種方法,就是超光速。我上面有講,追到以前發(fā)生事件的光信號(hào),某一時(shí)刻的光信號(hào)總是對(duì)應(yīng)那一時(shí)刻的現(xiàn)實(shí)情況。但我們也要明白,光信號(hào)走的時(shí)間越長(zhǎng),它的強(qiáng)度就越弱。但不管怎么弱,它總不會(huì)消失掉,總還有那么一點(diǎn)點(diǎn)的余波,假如我們真的到了能到超過光速的程度,我們的技術(shù)肯定可以把那極其微弱的余波復(fù)原到原來的狀態(tài)。這樣,就回到了過去。 第二種方法,就是蟲洞。它不需要超光速,只要通過一條細(xì)長(zhǎng)的通道就能夠做到。這不難理解,很早以前就有這方面的理論。通過蟲洞我們可以縮短空間距離,節(jié)省時(shí)間。原理是這樣的:對(duì)于我們?nèi)S人來說,不管我們的速度多快,就算到了光速,我們還是在彎曲的時(shí)空中運(yùn)行,我們的運(yùn)行軌跡最終是彎曲的,就象在地球的表面運(yùn)行。這樣,無形中我們走的距離就拉大了許多。假如我們能夠從地心直接穿過,則距離會(huì)縮短不少。正是由于距離的縮短,我們到一個(gè)確定的地方所花的時(shí)間也短了許多。但節(jié)省時(shí)間并不代表就回到過去。因此,有必要繼續(xù)說明。 有兩種理解方法。第一,我們相對(duì)于光速能節(jié)省時(shí)間,即光速到達(dá)一個(gè)地方需要十分鐘,而我們只需要一分鐘,距離一定,而時(shí)間縮短,這就相當(dāng)于我們的速度比光還快,也就是超光速,超光速能回到過去,上面有講。所以,相對(duì)光速節(jié)省時(shí)間能回到過去。第二種理解有難度,一班人理解不了。希望讀者是二班的。我們假設(shè)蟲洞是個(gè)高維管道,而蟲洞的兩個(gè)出口存在于四維時(shí)空中,我們把其中一個(gè)洞口叫甲洞口,另一個(gè)叫乙洞口。設(shè)正常情況下光線在彎曲時(shí)空中從甲洞口到乙洞口需要20分鐘,而通過蟲洞才需要1分鐘。首先我們把甲乙洞口的時(shí)鐘調(diào)為同步,都調(diào)到12點(diǎn)整,那么,從甲洞口到乙洞口,再由乙洞口到甲洞口,最后又由甲洞口到乙洞口,也就是從甲洞口出發(fā),經(jīng)過一個(gè)來回,之后再到乙洞口,別暈哦。就這么個(gè)過程,時(shí)鐘應(yīng)該這么走:甲洞口的時(shí)鐘因?yàn)槭钦9饩€走的時(shí)間間隔,因此每一次都是20分鐘,共走了3次,花去1個(gè)小時(shí),所以它的時(shí)鐘顯示13點(diǎn)整。而乙洞口的時(shí)鐘因?yàn)槭峭ㄟ^蟲洞的時(shí)間間隔,每次才1分鐘,走了3次,共花去3分鐘,所以它的時(shí)鐘顯示12:03分。但是注意了,這只是在蟲洞外面觀察的結(jié)果。一個(gè)時(shí)鐘顯示13點(diǎn)整,一個(gè)時(shí)鐘顯示12:03分。但是,如果從蟲洞里面觀察,結(jié)果就不一樣了。由于從蟲洞觀察,甲乙兩洞口相距很近,因此兩個(gè)洞口的時(shí)間間隔應(yīng)該一樣,即從乙洞口看甲洞口的時(shí)鐘,甲洞口的時(shí)鐘顯示12:03分。這樣,對(duì)于甲洞口來說,就回到了過去。從蟲洞外面看,甲洞口處于13點(diǎn)整的狀態(tài),而從蟲洞里面看,甲洞口則處于12:03分的狀態(tài)。從外面看,12:40分的時(shí)候我們自己出現(xiàn)在甲洞口附近。但回到乙洞口,時(shí)鐘才顯示12:03分,所以我們只要從蟲洞里面看,再等37分鐘,也就是等到12:40分,那時(shí)我們會(huì)看見一個(gè)自己出現(xiàn)在甲洞口附近。能看到另一個(gè)時(shí)空的自己很有趣吧,更有趣的是,我們可以在12:39分時(shí)從乙洞口出發(fā)去甲洞口,經(jīng)過1分鐘,我們可以正好在甲洞口附近與自己相遇。既然能夠與過去的自己相遇,自然我們通過蟲洞能回到過去。最后要說明一下,兩種不同的理解,對(duì)下面的關(guān)于回到怎樣的過去效果是不一樣的。 那現(xiàn)在的問題是蟲洞在哪里?科學(xué)家認(rèn)為,它存在于高于四維的超空間中。以前的大物理學(xué)家通過計(jì)算,認(rèn)為我們的世界是十維的,更高的維對(duì)于我們?nèi)S人來說是無法理解的,我們無法用圖形描述,但不能理解并不表示不可以思考,我們?nèi)匀荒芙柚鷶?shù)學(xué)和語言來表達(dá)。蟲洞存在于現(xiàn)實(shí)的世界中嗎?存在。我們可以加以利用嗎?不可以。因?yàn)樗嬖诘目臻g太小。小到什么程度,小到只有原子核那么小。我們?nèi)祟愂菬o法進(jìn)入的。那我們可以人工創(chuàng)造蟲洞嗎?Maybe. 二、假如我們能夠回到過去,那過去是怎樣的?它是真實(shí)的歷史嗎,我們的活動(dòng)對(duì)歷史有效嗎,還是它只是虛幻的影象,就象在看一場(chǎng)電影,身臨其境,但卻什么也觸摸不到。如果過去的歷史真是真實(shí)的,并且我們的活動(dòng)有效,我們是可以改變歷史的;如果我們的過去只是種影象,那我們則什么都做不了,也別提改變歷史了。 我認(rèn)為,通過超光速回到過去與通過蟲洞回到過去,狀況是不一樣的。前者,由于是復(fù)原以前發(fā)生事件的光信號(hào),因此這種過去注定是虛幻的,注定是種影象。用錄影帶倒帶最形象描述這種狀況的過去了?;氐竭@種過去弄不好會(huì)導(dǎo)致精神分裂。因?yàn)榭偸菚?huì)先看到結(jié)果后看到原因。這與存在我們頭腦中固有的習(xí)慣了的因果律相矛盾,所以不易于接受。我們走路是倒著走的,講話也是從后往前講的,自殺的人也是先死了,然后才流血,最后才是割腕。怪怪的。而后者,這種過去則是真實(shí)的,并不是在用錄影帶倒帶。但我們的活動(dòng)有效嗎,真的可以改變歷史嗎? 有一種理論認(rèn)為,我們還是改變不了歷史,因?yàn)榭茖W(xué)定律在起作用。這種理論認(rèn)為我們回到過去不能在祖母沒有生出母親之前殺了她。因?yàn)闅⒘俗婺?,隨著歷史的發(fā)展,就不會(huì)有我們。而我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中真真切切的存在著,因此哪怕回到過去,我們也不能殺了祖母。就算我們有主觀的愿望,但科學(xué)定律一定會(huì)阻止我們。我們可以放一把大火將祖母燒死,但卻趕上一場(chǎng)大雨;我們可以拿出兇器向祖母捅去,卻發(fā)現(xiàn)手里捏的是饅頭;我們可以在祖母必經(jīng)的路上挖個(gè)陷阱,可偏偏掉下去的是她的朋友。反正科學(xué)定律不會(huì)讓祖母無故的死去。 而另外一種平行宇宙理論認(rèn)為,我們?cè)跉v史中的活動(dòng)是有效的,但卻也改變不了現(xiàn)在的狀況。這個(gè)理論也比較好理解,確實(shí)容易讓人接受。這個(gè)理論的理論點(diǎn)是,認(rèn)為我們的宇宙可以分為無限多個(gè)平行的小宇宙,每個(gè)小宇宙都是一種可能性的結(jié)果。而我們現(xiàn)在所居住的宇宙只是無限多個(gè)可能性宇宙中的一個(gè)。我們之所以是這樣,完全是偶然的。因?yàn)樵跉v史中,我們?nèi)绻髁肆硗庖环x擇,則我們就可能生活在另外一個(gè)宇宙中,而不是現(xiàn)在這個(gè)。因此,假如我們能回到過去,我們的活動(dòng)是自由的,沒有什么科學(xué)定律會(huì)阻止我們,但不管我們活動(dòng)是如何的自由,都永遠(yuǎn)不會(huì)影響到現(xiàn)在的狀況。我們回到過去,可以在祖母還沒生出母親之前將其殺死,于是我們就不存在了,到了一個(gè)我們不存在的宇宙中。這就是那個(gè)宇宙的歷史。我們現(xiàn)在很窮,回到過去后,我們告訴我們的祖先如何經(jīng)商,讓他們富裕起來,緊接著財(cái)富的增多,可以讓我們后代也享受到。但這也不是我們現(xiàn)在這個(gè)宇宙了,而是到了一個(gè)我們很富裕的宇宙。我們現(xiàn)在的宇宙只是這么一個(gè)可能性。一旦選擇了其他,我們就不會(huì)再回到我們現(xiàn)在的宇宙,而到了別的宇宙。這就是平行宇宙理論。它與上面?zhèn)鹘y(tǒng)的理論不同之處在于,它不承認(rèn)有什么科學(xué)定律的作用,我們的活動(dòng)是自由而有效的。然而不管怎么樣,各種理論的結(jié)果都是一樣的,都認(rèn)為回到過去是不會(huì)改變現(xiàn)在的狀況的。 |
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