時間簡史-從大爆炸到黑洞

時間簡史-從大爆炸到黑洞

《時間簡史》是由英國偉大的物理學家、黑洞理論和“大爆炸”理論的創立人史蒂芬·威廉·霍金撰寫的一本有關宇宙學的經典著作,是一部將高深的理論物理通俗化的科普範本。在這部書中,霍金帶領讀者遨遊外層空間奇異領域,對遙遠星系、黑洞、夸克、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質、“時間箭頭”等進行了深入淺出的介紹,並對宇宙是什麼樣的、空間和時間以及相對論等古老問題做了闡述,使讀者初步了解狹義相對論以及時間、宇宙的起源等宇宙學的奧妙。

文章介紹

時間簡史——從大爆炸到黑洞

時間簡史-從大爆炸到黑洞時間簡史-從大爆炸到黑洞
一書就是霍金首次為非專家寫的一本里程碑式的佳著,一本對知識無限追求,對時空本質之謎不懈探討之作。該書探討了我們對天體物理學以及時空本質的認識的外在局限性,在精彩的序言中霍金介紹了當今有關宇宙的最重要的科學思想,讀後讓人領略到當代一個最富有想像力、影響深遠的思想家的智慧。霍金對黑洞的開創性研究為我們提供了解答宇宙源於何時這一難題的線索。霍金以其敏銳的風格向我們展現了人類的“世界圖景”:從亞里士多德時代開始研究到 1915年愛因斯坦的突破進展,直到今天這些年輕卓越物理學家令人激動的新觀點。時間有初始嗎?它又將在何地終結呢?宇宙是無限的還是有限的呢? 帶著這些最根本的問題霍金回顧了有關宇宙的重大理論——包括所有的疑問、反論以及尚未解決的矛盾。他認真地解釋了伽利略和牛頓的發現,又一步一步地將人們引向愛因斯坦的廣義相對論(研究巨觀問題),然後又將人們弓響本世紀其它重要理論——量子力學研究微觀問題)。最後他探討了世界性範圍努力把廣義相對論和量子力學結合成重力量子理論這種統一的理論,試圖解決尚未解決的全部難題——他告訴人們為什麼他深信偉大的發現已經並不遙遠。

霍金指出:問題是如何用“相對性”來概括新的宇宙范 式的本質:“宇宙從何而來?它為什麼,井怎么樣開始的?它會有末日嗎?如果有的話,會發生什麼?”③“……或者它需要一個造物主?若是這樣,它還有其它的宇宙效應嗎?又是誰創造了造物主?”④在《時間簡史》這部名著里,霍金以他的科學精神與哲理的反省,以深邃的慧識,對上述問題作了智性的闡述。霍金說“迄今,大部分科學家太忙於發展描述宇宙為何物的理論,以至於沒工夫去過問為什麼的問題。另一方面,以尋根究底為己任的哲學家不能跟得上科學理論的進步。”⑤霍金所從事的偉業的價值是大尺度的,因為它關於當今人類全體精神一體的溝通,賦予了宇宙學研究中最強的理性力度。正是如此,他超越了相對論、量子力學、大爆炸等 理論而邁入了創造宇宙的“幾何之舞”。霍金對人類觀念的貢獻,也是大尺度的。他邀游到外層空間奇異領域,對遙遠星系、黑洞、夸克、大統一理論、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質、“時間箭頭”等問題都作了深入探討。他著力揭示了當日益膨脹的宇宙崩潰時,時間倒溯引起人們不安的可能性,那時宇宙分裂成 11維空間,一種“沒有邊界”的宇宙理論可能取代大爆炸理論,霍金自認他一生的貢獻是,在經典物理的框架里,證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性,黑洞越變越大;但在量子物理的框架里,他指出,黑洞國輻射而越變越小,大爆炸的奇點不但被量子效應所抹平,而且整個宇宙正是起始於此。從當今理論物理學的發展來看,霍金的研究已將這門學科從理論觀念上推進到一個足夠完善的新階段。使其達到相當完備。

具體內容

時間簡史》正文共11章,可以分三個主題加以把握。

時間簡史-從大爆炸到黑洞時間簡史-從大爆炸到黑洞

第一個主題包括第1.2.3.章的內容,主要敘述人類對宇宙圖象,時空觀念、宇宙演化的基本認識的發展歷程。闡明霍金理論產生的基礎及立足點,其中第l~2章敘述了從古希臘開始的幾千年來人類宇宙觀、時空觀的發展變化,而第3章著重闡述近半個世紀以來的突破性發展和新成果。揭示現代宇宙學存在的困難和問題,而這正是霍金提出量子引力理論的出發點。

本部分從有關宇宙重大理論——包括所有的疑問、反論以及尚未解決的矛盾出發,將理論物理學的歷史沿革中近代以來最重要的突破性成果即愛因斯坦的廣義相對論的意義作出了進一步的闡釋。同時概述了霍金和彭羅斯在1965~1970年期間在大尺度上研究宇宙取得最重要的成果——關於奇性定理的證明。即如果廣義相對論是正確的,則在過去必然存在一個無限密度的狀態——大爆炸奇性。它意味著,科學不能預言宇宙是如何啟始的。

第二個主題,包括第4、5、6、7、8、9章的主要內容,其中第4、5兩章介紹量子力學的基本概念,粒子物理與宇宙的銜接交叉。第6~9章闡述霍金理論的基本內容,包括黑洞概念,黑洞輻射,量子引力效應,“虛”時間、時間箭頭等。系統闡明霍金的宇宙觀,時空觀。霍金在他證明奇性定理的成果基礎上,將研究視野轉移到量子物理理論,這個有關非常小尺度的理論,獲得了對奇性定理證明的極大反省,並因此改變了宇宙開端上一定有奇點的結論,他認為只要考慮了量子效應,奇性則會消失。就有可能預言宇宙是如何啟始的。在這裡,做出了他畢生最令人吃驚的發現:黑洞不是完全黑的!當人們顧及物質的小尺度行為時,粒子和輻射可以從黑洞漏出來。黑洞正如同一個熱體似地發射輻射。這無疑又是一個突破性的發現。因為廣義相對論預言過,當大質量恆星耗盡其核燃料時將會向內坍縮。霍金和彭羅斯也證明過,它們會繼續坍縮直至達到具有無限密度的奇點。至少對於該恆星以及在它上面的一切,這個奇點即是時間的終點。奇點的引力場之強,甚至光線都不能從圍繞它的區域逃逸,它被引力場拉回去,不可能從該處逃逸的區域就叫做黑洞。

霍金對“時間”的精要研究集中在第9章。霍金認為:科學定律並不能區分前進和後退的時間方向。然而至少有三個不同的時間箭頭將過去和將來區分開來。它們分別是:(1)熱力學箭頭,這就是無序度或熵增加的時間方向;(2)心理學箭頭,即是我們的感覺時間流逝的方向,在這個時間方向上,我們能記住過去而不是將來;(3)宇宙學箭頭,在這個時間方向上,宇宙在膨脹而不是收縮。

霍金通過“時間箭頭”的提出和研究,旨在說明宇宙的初始狀態和衍生的基本規律,他發現,熱力學箭頭和宇宙學箭頭的一致,才是智慧生命存在的條件,因為智慧生命只能在膨脹相中存在,而收縮相那兒由於沒有強的熱力學時間箭頭,是不適合於智慧生命存在的。由此可見,霍金對時間箭頭的研究,既是對宇宙從何開始,又在何地終結問題的回答,更為根本的是在解釋作為智慧生命的人類的存在如何可能的問題。因而一部時間簡史使我們看到了宇宙的演化規律和人類自身存在的基本理由。這可能是霍金教授將這一本里程碑式的作品定名為《時間簡史》的最重要的原因。

第二個主題的研究,為霍金建構一個完整的統一的宇宙學理論體系奠定了基礎。使量子力學和廣義相對論的有機結合準備了相當的理論前提。

第三個主題,包括第10、11章的基本內容。是霍金對全書的總結,其中第10章闡述物理學的總體目標和發展前景,介紹大統一理論,超強理論。提出了超統一理論的三種可能結局。第11章重申霍金本人的基本思想觀念和主要結論。

人物事跡

霍金試圖與當代科學家和更為廣大的人文工作者共同努力建立一個統一物理的基

時間簡史-從大爆炸到黑洞時間簡史-從大爆炸到黑洞
本框架,即是使廣義相對論和量子力學結合的重力量子理論的構建工程,這也是一個智慧的、富有挑戰性的任務。

1983年霍金和哈特爾(加利福尼亞大學聖他巴巴拉分校教授)合作提出了一個新理論構想:無論時間還是空間在範圍上都是有限的,但是它們沒有任何邊界。霍金認為像地球的表面,只不過多了兩維。地球表面具有有限面積,但是沒有任何邊界。因為在他的環球旅行中,從未落到世界的邊緣外面去。霍金和哈特爾認為:如果這個理論構想是正確的,就不存在奇性,科學定律就處處有效,包括宇宙的開端在內,宇宙啟始的方式就完全由科學定律所確定。這也就實現了宇宙如何啟始的抱負。至此,霍金說:如果我們確實發現了宇宙的終極理論,這種完整的統一理論將給人類為理解宇宙的智力鬥爭歷史,這一長期的光輝篇章打上一個休止符。然而霍金認為一個完全的、協調的統一理論只是第一步,目標是對發生在我們周圍的事情以及我們自身的存在得到完全的理解。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們