1、時間簡史讀書筆記小時候， 夜晚看著滿天的星星總有一種向往， 幻想著能有來自哪顆星星的神秘物種賜予我超能力。 后來，當我知道大部分的星星都是太陽，更加堅定有存在地外生命的星球。 我們看到的星星是幾億或幾萬年前的星星， 也給宇宙涂上了神秘的色彩。 正是由于童年對宇宙的好奇，所以在暑假中我毫不猶豫地選擇了一本久仰其大名的宇宙科普讀物時間簡史讀。時間簡史是著名的英國理論物理學家、宇宙學家斯蒂芬威廉霍金為通俗化高深物理理論所著。盡管如此， 書中還是有很多地方難以理解。 據說霍金曾經說過，能夠讀懂這本書中每一句的人就夠資格攻讀引力物理博士了，這給我一點點安慰和繼續(xù)讀下去的勇氣。這本書在開頭部分講述了我們宇

2、宙的圖像。 早在公元前 340 年， 人們就知道了我們的地球是圓球而不是平板。 人們對真實世界逐漸地了解， 從地心說到日心說； 從靜止的宇宙到膨脹的宇宙。 牛頓提出的萬有引力定律解釋了為什么各個行星繞著其他星球轉動。 根據萬有引力定律，所有物體都被另外的物體吸引，物體質量越大，距離越近，相互吸引力也越大。但是如果空間有限， 由于星體之間的相互作用， 最終會使所有星球都被吸引而坍縮， 而事實上宇宙并不如此， 所以應該有無限多星體均勻地分布在無限空間中使這種情形不至于發(fā)生。 如果從另一方面考慮， 一定區(qū)域的星體會坍縮在一起， 再在其外面均勻地加上無限多的星體對原先的星體是沒有影響的， 所以這些星體

3、還是會坍縮在一起。 牛頓引力理論必然會導致宇宙不可能靜止。關于宇宙的產生， 現(xiàn)在比較為大家接受的說法是大爆炸， 而在宇宙開端之前， 時間是沒有意義的。 奧古斯丁曾經說過： 時間是上帝所創(chuàng)造的宇宙的一個性質， 在宇宙開端之前不存在。對于普通人來說，這種說法聽起來很荒謬，也很難理解。事實上，時間并不是像我們想象的那么簡單， 我們必須改變對時間的理解。 大部分人包括亞里士多德和牛頓都相信絕對時間。 他們相信兩個事件之間的時間間隔是不可改變的， 時間和空間之間是獨立的。 愛因斯坦提出的狹義相對論解釋了： 對于所有觀察者而言， 光速都是一樣的， 而且當物體以接近光速運動時質量會變得很大， 要加速將變得更

4、困難， 所以它永遠達不到光速， 因為那時它的質量就會無限大。 然而這種理論和牛頓引力理論不是很協(xié)調。 于是愛因斯坦又提出了革命性的廣義相對論。 他認為引力不像其他種類的力， 它只不過是空間 時間不是平坦的這一事實的后果。 大質量的物體會使空間時間彎曲， 地球圍繞著太陽轉的時候雖然沿著彎曲的軌道做圓周運動， 但是它事實上是沿著空間中最接近于直線的軌跡運動。 這就像一架飛機在多山它在三維空間是沿著直線走的， 但是在地面上的影子卻是彎曲的， 因為地面不平坦。 在太陽周圍的空間時間由于其質量而彎曲， 所以光線在太陽周圍就不能沿著直線走。 在正常情況下很難觀察到這個效應， 但是在日食時就可能觀察到， 這

5、正好驗證了廣義相對論的正確性。 大質量的物體可以讓時間變得慢一些。 因為光的能量和頻率相關： 能量越大，頻率越高。 當光經過大質量的物體會失去能量而頻率下降，光速恒定， 必然導致時間變慢。在 1962 年，驗證到水塔頂上和底部的精確的鐘時間不同步，接近地球的鐘走得更慢。這種現(xiàn)象可能讓人大跌眼鏡了， 以我們以前所知道的， 時間是絕對的。 如果時間可以不同步的話， 那么我們想像的時空隧道就可能由于某種原因而真實存在了。 事實上， 歷史上的確多次存在穿越時空事件。1954年，在一次熱氣球比賽中，哈里洛根和德里克諾頓乘做的熱氣球在魔鬼三角地帶神秘地失蹤，經多方查找，仍無下落。在1990 年春天古巴的春

6、季熱氣球比賽中的那只失蹤了 36 年的熱氣球，在原來失蹤的地方又突然出現(xiàn)。洛根和諾頓仍然和當年一樣年輕，在他們看來只有幾秒鐘的時間，對地球來說卻已經有36 年。這讓我想到了馬航 MH370 。馬航已經失蹤半年了，至今仍然沒有找到，不排除進入時空隧道的可能。也許過個幾年，十幾年，甚至幾十年后，飛機或許真的會再次出現(xiàn)，讓我們?yōu)轳R航 MH370默默祈禱。1924年，我們現(xiàn)代的宇宙圖象才被奠定。美國天文學家埃得溫哈勃證明了，我們的星系不是唯一的星系， 并且他用絕對光度計算出了我們與其他星系的距離。 那么那些星球離我們那么遠， 我們怎么區(qū)分它們的種類呢？不同恒星的光譜不同， 而且某些顏色在光譜里找不到。

7、 因為每一種化學元素都會吸收獨特的光譜線組， 根據失去的譜線能確定恒星大氣中存在的元素。 20 年代天文學家觀察光譜時發(fā)現(xiàn)了一種奇異的現(xiàn)象，所有星系的線光譜和銀河系一樣具有吸收的特征線組， 但是這些線組都會出現(xiàn)紅移現(xiàn)象， 即向光譜的紅端移動。 人的眼睛看不同頻率的光顏色不同，人眼睛能看到的頻率最低的光是紅色，頻率最高的光是藍色。如果星系離我們遠去， 由多普勒效應我們可以知道眼睛看到的光的頻率會減小， 即出現(xiàn)紅移現(xiàn)象； 而如果星系靠近我們，眼睛看到的光的頻率會增大，則出現(xiàn)藍移現(xiàn)象。那么如果星系運動是紊亂的， 紅移光譜和藍移光譜會一樣多， 但是事實卻是大部分星系出現(xiàn)紅移現(xiàn)象， 這意味著星系都在離我

8、們遠去， 宇宙在膨脹！ 而我們在宇宙中的位置并不特殊， 只有所有星系都相互離開才能出現(xiàn)我們所看到的現(xiàn)象。 我們可以想象這樣一種情形： 一個氣球上畫了很多斑點， 當氣球膨脹時任何兩點的距離都在增大。 類似的， 這樣就可以任何兩個星系都在相互遠離。宇宙可能從大爆炸開始， 并且到目前為止一直在膨脹， 那么宇宙有沒有邊界呢？如果有，宇宙外又可能是什么呢？我曾經非常愚蠢地做了一個簡單的推論。我先假設宇宙是有界的，如果有界，那邊界外必定存在， 每個邊界都存在邊界外， 這樣無限個邊界便是無限。而無限 的宇宙意味著無限的物質， 這樣很難讓自己接受，于是我覺得可能是人對無限的理解有錯誤?？墒呛髞恚野l(fā)現(xiàn)我把問題

9、引到死胡同，以人太低能無法理解結束了問題，這顯然是不合理的。關于宇宙的邊界的一系列問題， 人們將廣義相對論和量子力學的測不準原理結合在一起， 就可能使空間和時間都是有限的，卻沒有任何邊界。這就類似于地球的表面， 雖然地球的面積是有限的，但它卻沒有任何邊緣，只不過地球表面是二維的。而空間是三維的，第四維時間也是有限的。將宇宙的內容分割成物質和力的這種做法一直沿襲至今。亞里士多德認為物質是連續(xù)的，人們可以將物質一直分割下去。我本來也一直這樣覺得， 可當我知道光速是所有物質運動的速度的極限時，我就不太相信物質可以一直分割了。在狹義相對論發(fā)表時，人們還認為原子不可分割，后來湯姆遜證明了電子的存在，人們

10、逐漸了解了原子的結構，質子和中子被認為是物質的組成單位。事實上它們是由更小的粒子夸克組成的。當然，現(xiàn)在還不能說是否有比夸克還小的粒子。任何粒子都有和它相湮滅的反粒子，也可能存在由整個反粒子構成的反世界和反人。如果你遇到了反你和你握手，你們將會在一個巨大的閃光中消失。黑洞是時空的一個區(qū)域， 它由恒星衰老坍縮而形成， 其引力非常強，以至于任何東西甚 至光都逃不出來。黑洞中存在時空曲率無窮大的奇點，在那里任何定律都失去作用，時間也將終止。根據廣義相對論，宇宙必須有個開端，并且有個終結，空間一一時間在大爆炸奇點 處開始，并會在大擠壓奇點或黑洞奇點處結束。當然，這只是基于一定科學理論的猜想，包 括大爆炸也是，宇宙的開始與結束是否真的如此，還是個未解的迷。時間簡史這本書讓我站在霍金的肩膀上，對宇宙稍微多了那么一點點的了解。相對于宇宙，人類的力量是那樣的微不足道。如果宇宙注定要有終點，