《时间简史》是由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霍金撰写的一本有关宇宙学的经典著作,是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本。
在这部书中,霍金带领我们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。
《时间简史》主要向人们介绍了什么是宇宙论,以及宇宙论最新的发展状况。为了便于普通读者的理解,通篇只放了一个数学公式,就是著名的爱因斯坦质能方程。
20世纪的科学进展是无与伦比的,《时间简史》就是以最通俗的语言,对一些最古老的问题做了阐述,例如:
1、宇宙是什么样的?
事实上,书中并没有给出这个问题的答案,因为科学并不能保证所有问题都有一个答案。虽然我们不能找到一套解释整个宇宙的理论,但我们可以把这个问题分成很多小块,并发明许多部分的理论,每一部分理论解释有限的范围,同时忽略其他影响。这种方法获得了极大的成功,例如,牛顿的万有引力定律,只要知道星球的质量就能精确的计算出他们的轨道,而对于星球的结构,上面有没有智慧生物等等完全可以忽略。
正由于这种方法的成功,我们对自己生活的宇宙的了解比起古人已经进了一大步了。现在我们已经知道地球只是围绕着太阳这颗恒星转的行星,月亮是我们的卫星,我们都处在太阳系之中,而太阳系只是银河系无数个太阳系中的一个。银河系之外还有数之不尽的河外星系。
由此我们忽然发现了最重要的一点:宇宙并不是任意的,它是由确定的规律所制约的。因此,科学的终极目标就是:把所有的部分理论合并为能描述宇宙中任何东西的完整统一理论。
随之而来的问题是,这个完整统一的理论必定包含我们人类自身,也就是说制约了我们的行为,作为这个理论中一小部分的人类,是否有能力去了解整个理论呢。
2、空间和时间以及相对论
在爱因斯坦以前,几乎所有人都认为时间和空间是绝对的。爱因斯坦所创立的相对论则告诉人们,没有绝对的事物,一切都是相对的。让我们来考虑一个特殊的情况:假设有一个宇宙,其中什么东西都没有,有的只是虚空。对于这样的宇宙,时间和空间就毫无意义,因为实在没有方法来度量它们。可见时间和空间都是依附于物来存在的。
相对论最大的贡献是告诉了人们,光是有速度的,而且没有任何东西的速度能超过光速。正由于此,对于同一件事的发生,不同的观察者所测得的时间是不同的。最简单的例子是通过望远镜观察极远处的星球。假设某个星球不幸遇到了彗星碰撞,大爆炸后毁灭了,同时发出的光通过10亿光年到达了地球,并被某个天文学家看到。对于这个天文学家来说星球毁灭这一事件正在发生,而其实这个星球早在10亿年前就已经不存在了。
本书的结构框架
第一,简要回顾过去关于宇宙的构想,并说明我们是如何得到目前图像的。这可以称之为宇宙史。
第二,解释牛顿和爱因斯坦两种引力理论为什么会都得出这样的结论宇宙不可能是静态的,它不得不或是膨胀,或是收缩。而这又意味着,在前200亿年到前100亿年之间,必定有某一时刻,那时宇宙的密度为无穷大,这就产生了所谓的大爆炸。它可能就是宇宙的开端。
第三,探讨黑洞。黑洞是当某个巨大的星球,或者更大的天体,受其自身引力吸引而自行塌缩时形成的。根据爱因斯坦的广义相对论,任何蠢得掉进黑洞的傻瓜都会永远消失,他们将无法再逃出黑洞。而有关他们的历史,则将到达一个奇点,一个痛苦的终点。
第四,讲述量子力学如何允许能量从黑洞泄漏出来。黑洞并不像人们所描绘的那样黑。
第五,将把量子力学思想应用于大爆炸和宇宙的起源。得出设想:时空可能在范围上有限,但没有边缘。这或许类似于地球表面,但它多了两维。
第六,说明新的边界条件如何能解释这个问题。尽管物理学定律是时间对称的,但过去与未来为什么如此大不相同呢?
最后,讲述我们正如何试图找寻一种统一的理论,把量子力学、引力以及物理学中其他所有相互作用都包容在内。
阅读感想
看到戴老师推荐《时间简史》这本书已经好久了,之前也大体翻了翻,也知道一些大概内容,但一直没有细细阅读。我制定了这个月的读书计划,决定好好读一下《时间简史》。经过一个月的仔细品读,取得了很大的收获,当然,也有疑惑。忽然想起小的时候,独自在漫无边际的田野里,面对美丽而浩瀚的夜空,总是有无尽的疑问、好奇与幻想。现在《时间简史》读完了,似乎明白了许多。其中,也有许多感慨。
读书使人明智。《时间简史》一书就是把读者引向宇宙的起点和万物的本源,从而引发我们对个人、对同伴、对事件、对社会、对生命、对世界、对意识等等的思考,无意中便提高了思维的深度与广度。此书从宇宙图像说起,系统地介绍了时间、空间、量子、自然力、黑洞、虫洞等内容,并系统地阐述了近代科学的发展史以及当代物理领域的最新研究成果,如其中的波粒二相性,宇称不守恒,量子力学的不确定性原理,反物质理论,黑洞引力论等。在阅读时我们可与作者一同思索,共沐科学的神奇迷幻之美。
作者霍金,身患异症,身不由己,却意志刚毅,才思迅捷。文中多有将艰深的科学原理设喻为普通生活场景的实例,其构思绝妙,设喻恰当,使人叹绝。比如,霍金将自旋为
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的粒子比喻为扑克牌中的Q,仔细观察不难发现,Q正是旋转一圈后,两次回到自身。又如,霍金将时间无序度的箭头比作打桌球,打一杆后,原先有序的桌球,被分散为无序,而再打一杆使之重新回到有序的状态是极不可能的。诸如此例,不胜枚举。作者使一本原先注定对普通人繁杂、枯燥、乏味的理论科学知识专著,变得如此丰富、多彩而有趣,实在值得称颂与敬佩。
以平常人的眼光来看,时间似乎是很抽象的,深邃的。日月星辰,
伴随着时光的迁移,我们的确感受到了时间的存在性。在《时间简史》中,霍金就宇宙中存在的广受关注的现象和问题进行了科学性的思考。就膨胀的宇宙,不确定性原理,黑洞以及虫洞和时间旅行等等尖锐的理论进行了富有通俗性的阐释。霍金的研究基于一个重要的观点,宇宙是由可被我们发现并理解的合理的定律所制约。
本书里有这样一段话:空间和时间变成动力量。当一个物体运动或一个力作用时,它影响空间和时间的曲率;反过来,空间时间的结构影响了物体运动和力的作用方式。空间和时间不仅去影响,而且被发生在宇宙中的每一件事所影响。
这段话看起来,似乎和全息论是一个道理,但是前面的光锥理论明显和这个理论有矛盾。这使我很困惑。后来才知道,光锥是从狭义相对论推出的,那段话是从广义相对论推出的。也就是说,从局部理论推出的定理也只适合于局部讨论。这本书提供的不是终极定理,而是对宇宙的一种科学意义上的看法。
我在读本书的过程中,不时经历着霍金精神深深的打动。霍金的生平是富有传奇性的
, 虽然他全身瘫痪
,
但他对科学执著的追求是常人难以想象的。曾经有位哲人说过,伟人并不需要众人的同情,反而他会同情众人。的确,自古以来,凡是伟大的杰出者都曾经饱受煎熬,在这种锻炼中,他们得出了世界的真谛。众人看到的只是他们的外表是如何的艰难,却体味不到他们内心的深奥。恰恰相反,众人只是虚有其表,内心却是空洞的,贫乏的。霍金的伟大,正是由于他内心所表达出来的深邃,所以我们根本不需要同情他的外表,我们要羡慕和欣赏他内心的光芒。
霍金的理论富有魅力,他的表达通俗而精确。我时常陶醉于他的理论,陶醉于字里行间犹如泉涌般的信服力。所以说,我们在读大人物的著作时,并不需要我们每个人都要像大人物那样,我们只需要一颗平常的心态,温和而肯定的态度,就足够了。因为大人物也不是远离我们而去的,恰恰相反,他们时刻就在我们的生活中。仔细通读本书后,会使你感觉到霍金并不是在书写一个物理和数学的问题,而是在轻松地讲授宇宙的现在和未来。在这本书引领下,我进一步认识了宇宙,或许我的认识是肤浅的,甚至有的地方可能是错误的,但是,现在的我,有了一个正确的心态。