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2021-05-20
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  • 时间是什么?———《时间简史》斯蒂芬·威廉·霍金

    摘要:《三体》中曾经说过:“唯一不可阻挡的是时间,它像一把利刃,无声地切开了坚硬和柔软的一切,恒定地向前推进着,没有任何东西能

  • 摘要:编者按:人为什么读书,读书有什么用?很多人读书为自己修身、修为,如苏轼所云,“粗缯大布裹生涯,腹有诗书气自华。”饱读诗书

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时间是什么?———《时间简史》斯蒂芬·威廉·霍金

   期次:第1455期   作者:导读者:吴筱珂



《三体》中曾经说过:“唯一不可阻挡的是时间,它像一把利刃,无声地切开了坚硬和柔软的一切,恒定地向前推进着,没有任何东西能够使它的行径产生丝毫颠簸,它却改变着一切。”时间,从古至今都以其神秘莫测牢牢吸引着人们好奇与求知的脚步。我们从何而来?我们能否回到过去?我们最终将归往何方?宇宙是什么?它如何开始?又是否有结束?接下来,带着这些问题跟着我走进《时间简史》的世界,一起领略它的魅力。

时间简史———关于它不得不知道的二三事

说起《时间简史》,首先想到的就是它的作者霍金。作为当代最伟大的理论物理学家之一,霍金的研究为探索黑洞和宇宙本源提供了新的思路。他的一生都在追寻宇宙诞生的奥秘,即使身患重疾,仅凭一个薄薄的书写板,他依然为物理界创造了新的传奇。霍金不仅用他的成就征服了全世界,更是用自己顽强拼搏的精神征服了全世界。正如他自己所说:“我们一世为人被教导很多常识,但常识往往只是偏见的代名词。”毫无疑问,霍金是一位伟大的科学家,他有着自由的心灵与灵魂,孜孜不倦地追寻着科学的光辉。

《时间简史》一书可看成是按三条线穿插交替展开叙述。首先,本书讲述了人类对宇宙认识的历史,从最初的地平论、地心论到后来的日心说,再到现在的无限宇宙论等。第二,该书介绍了物理学发展的历史。从对牛顿的经典力学到爱因斯坦之后的广义相对论与量子力学的物理知识均有涉猎,且均有通俗易懂的讲解。最后,该书着重描述了霍金当时对黑洞性质与特点的分析结果,并简要介绍了时间箭头、弦论等新兴理论与概念。霍金通过自己精心的设计,将原本枯燥无趣的科学知识与生活场景相结合,从而将这样一种题材的书籍写得拥有了自己的魅力,这是值得所有科普工作者学习的。

时间简史———理性的哲学

借这次读书会的机会,我又一次重温了《时间简史》这本书。可能是因为物理知识储备量有所扩大,这次重读为我带来了许多新的感悟与体验。

我们从何而来?我们将会去往何方?我们为什么要研究时空?宇宙为何是现在这样?这些问题似乎是科学、哲学、宗教等领域都致力回答的问题。而量子力学的出现更是无限拉进了科学与哲学的距离。以往由精密计算的定理公式构建的科学界,突然出现了一些随机性与非预见性的因素。电子云运行轨道、波粒二象性、薛定谔方程……在传统的科学观念里绝不可能出现的概念相继被提出并逐步完善。而《时间简史》所涉及的领域,正是无法被直接证明的充满着种种假说的领域,这就将其与哲学互相联系。

《时间简史》在揭示宇宙真相的同时,会引发读者不自禁地产生对人生的一些思考。在我看来,它在这方面最大的贡献,莫过于对读者宇宙观和世界观的重新构建,让我们认识到人类的渺小与宇宙的磅礴。《三体》中曾经说过“你的无畏来源于无知”,而适度畏惧宇宙、畏惧世界可以帮助我们的文明走得更远。

《时间简史》中不仅有物理知识所带来的对哲学的思考,更有霍金对科学本身局限性的疑问。书中有一段非常有趣的话:“假定我们是理性的生物,既可以随心所欲地观测宇宙,又可以从观察中得出逻辑推论。在这样的方案里可以合理地假设,我们可以越来越接近制约我们宇宙的定律。然而,如果真有一个完整的统一理论,则它大概也将决定我们的行动。这样,理论本身就决定了我们对之探索的结果!那么为什么它保证我们从证据得到正确的结论?难道它不也可以同样地保证我们引出错误的结论吗?或者根本没有结论?”这种问题的答案,本身就已超出科学的范畴。

刘慈欣曾经说过,“人类向宇宙深处的探索和扩张肯定是悲壮的,但只要保持进取心,前途一定是光明的。”在《时间简史》一书中,霍金在第一章就明确表示了“科学的终极目的是提供描述整个宇宙的单一的理论”,而在结尾霍金又特意用一章的篇幅描绘了物理学统一与宇宙终极理论建立的蓝图。从某种角度上讲,物理学的发展史,其实可以看作不断寻求所谓“终极理论”的过程史。找到这一套“终极理论”的时刻,也将是我们科学与哲学的终极胜利之时!

时间简史———热门问题盘点

本书涉及了很多人关注的热门话题与热门概念,接下来举几个比较经典有趣的问题,看看《时间简史》是如何解释它们的。

时间有方向吗?为了解释这个问题,霍金提出了时间箭头的概念,以论证时间的单向性。即我们只能从过去走向未来,无法从未来回到过去。时间箭头分为三部分,分别为热力学时间箭头、心理学时间箭头和宇宙学时间箭头。热力学时间箭头和心理学时间箭头实质上就是热力学第二定律,即熵增定律,宇宙学时间箭头如前文所述,与热力学和心理学时间箭头在方向上保持一致。这三种时间箭头的存在共同说明了时间的方向性。

时间旅行可以实现吗?时间旅行可以分为两种。一个是去往未来的时间旅行,理论上,高速飞船(近光速)即可实现所谓的“时间变慢”,从而成功地“去往未来”。而另一个则是回到过去的时间旅行,理论上有两种解决方法,一是超光速飞行,一是利用虫洞。然而,以目前的研究来看,人类很难打破光速壁垒,第一种方案无法实现。由于维持虫洞所需要极大的负能量,人类目前无法维持大于基本粒子尺度的虫洞,回到过去也难以实现。但是假如有了回到过去的方法,在霍金看来,那一定存在某种“时序防卫”以防止宏观物体将信息传到过去,这就解决了回到过去旅行中必然产生的谬论与矛盾。

时间存在起点与终点吗?在时间起点之前是不存在时间这个概念尺度的,只有当时间开始,这个维度才存在,而终点也是如此,时间到达终点之后,这个概念也就消失了。换一句话说,即在时间的两端之外是不存在时间这个东西的。

《时间简史》这本书,或许由于翻译的关系,并不是一本很好理解的科普读物,甚至有部分观点认为它根本不是一本成功的科普读物。它有着诸多的缺点,然而,笔者却认为这恰恰是这本书的与众不同之处。科普,究竟普的是什么?是知识与理论本身吗?固然是的,但科普更重要的是思维方式的科普。霍金在本书关于黑洞的章节中,不是简单地把关于黑洞的结论摆到明面上给大家看,而是详细阐述了自己研究黑洞的心路与学术历程。这个思维过程才是最令读者受益匪浅的,毕竟这个世界有很多优秀的科普作者,却只有唯一一个霍金。

精彩片段

我们看到的从很远星系来的光是在几百万年之前发出的,在我们看到的最远的物体的情况下,光是在80亿年前发出的。这样当我们看宇宙时,我们是在看它的过去。   引自第二章 空间和时间

现在我们知道,任何粒子都有会和它相湮灭的反粒子。(对于携带力的粒子,反粒子即为其自身)也可能存在由反粒子构成的整个反世界和反人。然而,如果你遇到了反你,注意不要握手!否则,你们两人都会在一个巨大的闪光中消失殆尽。   引自第五章 基本粒子和自然的力

为何我们从未看到碎杯子集合起来,离开地面并跳回到桌子上,通常的解释是这违背了热力学第二定律所表述的在任何闭合系统中无序度或熵总是随时间而增加。换言之,它是穆菲定律的一种形式:事情总是趋向于越变越糟:桌面上一个完整的杯子是一个高度有序的状态,而地板破碎的杯子是一个无序的状态。人们很容易从早先桌子上的杯子变成后来地面上的碎杯子,而不是相反。      引自第九章 时间箭头

有一次爱因斯坦问道:“在建造宇宙时上帝有多少选择性?”如果无边界假设是正确的,上帝就根本没有选择初始条件的自由。当然,上帝仍有选择宇宙所服从的定律的自由。然而,这也许实在并没有那么多选择性;很可能只有一个或数目很少的完备的统一理论,例如弦论,它们是自洽的,并且允许像人类那样复杂结构的存在,这些结构能够研究宇宙定律并询问上帝的本性。引自第十二章结论本文选自东南大学出版社拟出版图书《书架上的指南针》(校图书馆编辑)

导读者简介

吴筱珂,物理学院2019级本科生,2021年东南大学瑞华·问鼎阅读奖学金二等奖获得者。

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