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霍金的宇宙时空观


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最近重温了霍金生涯总结的一本[沉思录],书中提到了有关我们‘‘从何处来,往何处去‘‘的十个问题,这一遍解决了我很多困惑。霍金认为爱因斯坦是人类史上最伟大的科学家,他此生最遗憾的一件事就是没有见过偶像本人,因为爱因斯坦去世那年他只有十三岁。后来他极大的发展了爱因斯坦的理论,并且通过一本初衷是补贴家用的[时间简史]成为享誉全球最有影响力的科学家。这本书字里行间表达着一种大师的深沉智慧。对于科学家而言,他所发现推导的方程可能会比他本人更‘‘聪明‘‘。爱因斯坦曾在他年提出狭义相对论的那个瑞士专利局的小房间里的墙上写下了一句感言‘‘一切科学发现都不是逻辑思维的结果。‘‘那时他刚对当时的妻子米列娃提出离婚请求,他知道这很对不起妻子,她也是自己发现过程不可或缺的助手。他声称自己一定会得到诺贝尔奖,到时会把奖金全部给她,不过他得到诺奖已经是十七年后的事情了。年,爱因斯坦提出了广义相对论,并且狂傲的声称这个理论当时世界上能理解的人不超过三个,当然也不可能被诺奖评委理解。直到后来一战时期一位英国科学家爱丁顿利用十年一遇的日全食观测到的光线弯曲程度证明爱因斯坦预言正确,同时验证了自己国家的牛顿万有引力理论输给了广义相对论。这以后爱因斯坦被科学界封神同时也得到了命运最大的惩罚,就是把他变成了自己当初最鄙视的权威。正因如此,他在四十岁之后没有过任何理论突破。倒是其他科学家根据他的相对论方程解得出了很多预言,比如黑洞和虫洞还有平行宇宙这些出乎爱因斯坦预料的东西,给物理学蒙上一层阴影。然后正值伽利略逝世周年之日,霍金诞生了,他在爱因斯坦理论的基础上不断完善,终于为我们展现了一个清晰的宇宙模型图景。他生前没得到诺奖,但他知道只要人类观测到黑洞,他一定会得奖。可惜他没能等到,这个奖颁最后给了当年和他打赌黑洞旋转辐射猜想的同事基普索恩。也正因为霍金输了这一美元,他提出了著名的霍金辐射公式,这个公被式刻在他的墓碑上。他的身旁安葬着艾萨克牛顿。相信很多人都想过宇宙的外面是什么,宇宙是怎么被‘‘创造‘‘的。比如牛顿发现三大运动定律后预言银河系中央存在着一个超大质量的天体,不然无法维持大小星系在稳定的轨道运行。后来我们知道这个天体是一个超大黑洞。此后他又产生了新的困惑,既然一切物体不受力的情况下会保持静止或者匀速直线运动,那么是谁给这一切施加最初的那个力呢,他认为只可能源于上帝之手,因此晚年牛顿沉迷于神学炼金术的研究无法自拔。这也说明科学家与信仰并不矛盾。霍金和爱因斯坦也信仰‘‘上帝‘‘,不过他们信仰的并不是人格化的上帝,而是科学定律。换言之,是科学定律创造了宇宙。牛顿所说的最初的力来自宇宙大爆炸,哈勃上世纪观测到宇宙在不断膨胀,说明诞生之初宇宙是一个密度无限小的奇点,在这里广义相对论等物理定律不再适用。霍金认为这个奇点就是一个黑洞。奇点大爆炸产生了空间和时间,能量转化成了物质,进而展开成了四个平坦的维度,也就是我们称之为时空的东西。根据最新的‘‘M理论‘‘,宇宙时空拥有十一个维度,剩下的7个维度蜷缩在微观世界。霍金用一个例子生动向读者说明维度蜷缩的概念,比如一根吸管,远看是一条一维的线段,近看是一个二维的小长条方形,拿起来看发现还有弯曲的三维空间结构,因此一根吸管就可以很直观的蜷缩三个维度。我们作为三维的生物会很好奇,会不会有其他维度的生物,比如三维生物其实是四维生物创造的投影什么的。霍金表示二维不可能存在生物,因为没有食道空间消化食物;至于四维空间,星球的轨道公式就要从平方变成三次方,无法维持稳定的轨道让四维生物生存。因此,我们的现实不是高纬度生物造就的游戏场景。那么追根究底宇宙大爆炸又是什么‘‘因‘‘导致的呢?这仿佛又回到了鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。对此霍金给出了一种解答--宇宙诞生于虚无,宇宙外面也是一片虚无。比如把一个时钟扔进黑洞,我们会发现时钟停止了,这并不是因为钟坏了,而是因为时间都不存在了,一切都没了存在意义,这就是‘‘无‘‘。因此,宇宙诞生之初根本没有时间让上帝这样的一个‘‘因‘‘存在。另外,宇宙诞生之初是自给自足的,产生多少可见的物质就会产生等量不可见的暗物质,这些暗物质就存在于宇宙空间中。像挖出一个大土堆,后面就会留下一个坑洞。此外,物理定律也决定了不可能有一个可以例外的造物主存在,不然物理定律就失去了存在意义。因此,霍金认为讨论上帝的问题没有意义,也不相信有来世或者天堂,毕竟没有科学证实。但他也没把话说绝对,如果他死后真的见到上帝,他会问上帝对于11个维度这样复杂的问题怎么想。其次就是有关时间旅行的问题,书中提到人类要想时间旅行就要弯曲时空。霍金的第一个假设是如果广义相对论正确,以及能量密度只存在正的,那么时间旅行不可能。第二个假设就是被誉为有希望能够统一广义相对论和量子力学的[M理论]还处于起步阶段,在未来相当长的时间内,人类可能会根据弦理论找到一个方法比如制造虫洞或者让四个平坦维度与微观的七个维度混合来弯曲时空。如果第一个假设是错的,霍金会很高兴。然而,这又会带来一大堆的问题,不如为什么我们的历史没有被改动过,也没有发现任何的‘‘未来观光客‘‘。按理说未来如果能够穿梭时空,那么肯定有一大票的未来人对古人的生活感兴趣。一种流行解释就是经典的‘‘平行宇宙论‘‘,费曼的历史路径理论预言了平行宇宙的存在。并且我们可以观测到宇宙中大部分星球都是往左旋转的,根据旋转动量守恒,至少也会存在一个相反旋转方向的宇宙。问题是,如果我们能穿越到其他的平行宇宙改变其他的世界线,那么我们的这个世界线的历史也可能会被其他穿越来的人改变,这就回到了问题起点。霍金认为,人类不能穿越到其他平行宇宙,因为一个完整的历史包含了所有的物质。他提供了一种目前最能解决那些时空悖论的一种解释--时间旅行者无法穿越回被固化的历史,被人类观察过的历史就会被固化因而无法改变,也就是说不用纠结‘‘祖父悖论‘‘。这也就意味着没有被我们观察过的未来的历史是可以被改变的,这是给时空旅行留下的空间。霍金为了证实这点举办过一次构思巧妙的实验。他在年为时间旅行者准备了一次派对,为了让真正的时间旅行者出现,他直到聚会结束后才发出邀请,结果那天他一直在等待,没有一个人来过,他感到失望但也不惊讶。这个实验的关键点在于霍金是与爱因斯坦牛顿比肩的伟大科学家,他的这一实验一定会被未来人知道,肯定如果能做到应该也会前来瞻仰这位科学巨人交谈几句,打消一些教授对未来的疑虑,告诉他未来统一场论会被发现以及其中的精髓。相信这些霍金都有想象过,然而愿望落空了。这个实验也让我产生疑问,如果未来人可以穿越到未被观察过的历史,那么霍金教授在学院等待的那段时间其实并没有被观察过是满足假设要求,然而却一地鸡毛。这是否证明时间旅行永远不会发生呢?我今早跑步到单位的路上突然想到了以前看过的一部特德姜的科幻作品[呼吸]中充满天方夜谭风格的一篇穿越小说,其主题是过去无法被改变,只能不断加深对它的理解。这启发了我其实未来还存在着一段一定会被未来人观察固化的历史,那就是时间机器发明之前这段历史,也就是说如果霍金给出的猜想是对的,未来人能穿越的时间起点只能追溯到时间机器发明那一刻往后。到此,我的烧脑之旅终于告一段落。最后引用一句霍金办公桌上摆放的名言‘‘IAMTHECENTEROFTHEUNIVERSE。我是宇宙的中心‘‘这是他的大胆宣言,虽然他身受常人无法想象的身体限制,但他的思想是自由的,他利用各种物理定律穿越宇宙,到达银河系最远处,进入过黑洞,返回过时间起始,他是真正的时间旅行者。他在这本沉思录里写道‘‘我们每个人都是宇宙的中心,因为宇宙对于我恩每个人来说都是一份真正免费的午餐。‘‘预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇


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