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    January 02

    介绍一本书——霍金的《时间简史》

        这是一本讲述人们对时间的认知过程的书。

        这是一本大科学家写的科普读物——即深刻又通俗。

        作者说:“有人告诉我,我放在书中的每一个方程都会使书的销量减少一半,为此我决定一个方程也不用。然而,在最后我确实用了一个方程,即爱因斯坦的著名方程E=MC²,我希望这个方程不会吓跑我的潜在读者。”

        我要说的是:这本书不仅通俗,读起来还饶有兴致!

     

        辞典说:“时间和空间是物质的存在形式。”

        我自己过去是这样理解的,即任何事物总是得存在于一定的空间和一定的时间里。反过来,时间和空间则可以不依赖于这些事物而独立存在。

        这本书恰好要告诉我们,没有独立的时间和空间,它们都依赖于物质的运动。

     

        颠覆时间是独立的观念,从人们对宇宙的认识说起。

           公元前340希腊哲学家亚里士多德在《论天》中提出,地球是一个圆球。根据是:一、每当月食,地球在月亮上的影子总是圆的;二、越往南走,看北极星就越低;三、从地平线以外驶来的船只,总是先露出船帆,然后才是船身。论据都很直观吧。

        亚里士多德认为地球是宇宙的中心,太阳、月亮、星星都围绕着它转动。虽然这不符合事实,可是它却符合人们的直观。感觉上太阳、月亮和星星东升西落,似乎就是在绕着地球转。尽管后的科学家经过较细致地天文观测发现,有些星星的轨迹,看起来好像很不“规则”(人家本来就是在绕着太阳转,你楞说绕地球转,轨迹能不乱吗?),人们也没有太在意,这世间“违规”的事太多,难道只准人间放火,不许星星点灯?再说了,天上也不都是天使啊。

        1514年,哥白尼教士匿名提出了太阳中心学说。开普勒补充说,行星是沿椭圆轨道绕太阳运动,才使得理论与天文观察相一致。

        1687年牛顿提出了万有引力定律,不但解释了行星绕太阳运行的原因,而且算出了行星的轨道、并推测出尚未发现的行星的存在。

       按照万有引力理论,恒星也不可能不动,如果恒星的数量是有限的,那么引力作用就会使它们相互接近,要想不让它们最终会聚于一点,除非恒星有无限多,它们相互制衡。这样一来,宇宙就必须是无限大的。

       可是如果恒星无限多,这个宇宙就会越来越亮、越来越热。唯一能避免得出这个结论的方法是,假定恒星是在有限久的过去才出现的。这种假设引申出宇宙的开端问题。

        1929年,哈勃观测到,不管在那个方向,星系都急速地离我们更加遥远。换言之,宇宙正在膨胀。这意味着,越早之前星体之间靠得越近。而在大约100亿至200亿年前的某一时刻,它们刚好在同一点上。这个发现最终将宇宙开端的问题带进了科学。哈勃的发现暗示存在一个叫做宇宙大爆炸的时刻,由于更早的时间根本没有定义,所以在这个意义上人们可以说,时间在大爆炸时有一开端。这里,宇宙的开端被赋予了物理的必要性(这一点很重要)。

             亚里士多德认为,物体的自然状态是静止的,是力的作用使物体产生了运动。牛顿则认为,物体不受力时,做惯性运动,力使它加速、减速或改变方向。力的作用不是产生运动,而是改变运动。

        牛顿定律引出,并不存在一个静止的绝对标准。比如,你扔出一个纸飞机,这个纸飞机是从什么地方起飞的?你举起手的那个位置?但是,地球在自转,你已经不在你刚才所在的地方了,地球还在绕太阳公转,太阳绕银河系在旋转,银河系也在运动。前面我们还知道,我们所在的宇宙正在膨胀,这就意味着,当某个物体离开某一点的那一瞬间,那一点的“绝对”位置就再也找不到了,它是不可恢复的,它不存在了。因此,没有绝对的空间。

        牛顿终结了绝对空间观念。

        牛顿对绝对位置或被称为绝对空间的不存在感到非常忧虑,因为这和他的绝对上帝的观念不一致。但是,亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。

        1676年,丹麦的天文学家欧尔·克里斯琴森·罗麦相当粗略地测量了光速。

        1865年,马克斯韦预言,光以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止的观念,所以如果假定光是以固定的速度传播,那就必须说清楚,这个固定的速度是相对于哪个物体来测量的。换句话说,如果光的绝对速度不变,那么对于在朝着不同方向以不同速度运动的物体上的人看来,光速就应该是不同的。例如火车以每小时100公里的速度运行,一个人在火车上向前走,他相对于火车的速度是每小时5公里,而他相对地面的速度就是每小时105公里。

        1887年,阿尔贝特·麦克尔逊(美国第一个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华·莫雷,进行了非常仔细的实验。他们将地球运动方向,以及垂直于此方向的光速进行比较,惊奇地发现,这两个光速完全一样!

        爱因斯坦相对论的基本假设是,不管观察者运动得多快,他们测量到的光速都是一样的。这个观点有一些非凡的结论,它变革了我们对空间和时间的观念。举例说,假定有一个以每秒10万公里速度运行的火箭,在擦过地球A点时,向前发出一个光脉冲,火箭与地球同时计算时间。火箭时间一秒钟后,光脉冲到达B点,根据麦克尔逊——莫雷的实验结果,无论在什么运动物体上观察,光速都是一样的。那么,B点应在火箭之前30万公里处(假定光速就是每秒30万公里),火箭自身前进了10万公里,因而B点应距地球A点40万公里。地球时间,等于40万公里除以光速,是1.33秒。这样,同一过程(光脉冲从A处到B处),在不同观察者看来,时间就是不一致的。

        相对论终结了绝对时间观念!

        晕了吧?谁要是有兴趣进一步弄晕自己的大脑,可以找一本(网上就有)来看看。这本书里让人晕的东西还多着呢!