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时间简史(插图版)
史蒂夫·霍金/著许明贤 吴忠超/译
亚里士多德-托勒密地心说——哥白尼-伽利略日心说相隔2000多年
20世纪20年代哈勃红移定律说,从星系光谱的红移可以推断,越远的星系以越快的速度飞离开我们,这表明整个宇宙处于膨胀的状态。红移是光谱向红端移动 多普勒效应现代宇宙学的诞生
霍金和彭罗斯 20世纪70年代 奇点定理 时空一定存在奇点,黑洞里的奇点和宇宙大爆炸处的奇点,奇点可以看做时空的边缘或边界。
宇宙中的所有结构都起源于量子力学的不确定性原理允许的最小起伏。
霍金广义相对论家,宇宙学家肌萎缩性(脊椎)测索硬化症 只有左手指能动剑桥卢卡斯教授牛顿和狄拉克担任过
黑洞的面积定理,即随着时间增加黑洞的表面积不减。
1973年发现黑洞辐射
1974年以后他的研究转向量子引力论,利用费恩曼的对历史求和方法,处理时空的非平凡的拓扑效应,开创了引力热力学。
无边界设想说,宇宙在虚时间方向没有边界或边缘。
公元前340年,亚里士多德《论天》——地球是一个圆球,不是一块平板。第一,月食是地球在太阳与月亮之间引起的。而月食呈现在我们看月亮上的像都是圆的。第二,从旅行知道,在南方观测北极星,比在较北地区,北极星在天空中显得较低。第三,我们从地平线驶来的船总是显露出船帆,然后才露出船身。
1687年,艾萨克〃牛顿 《自然哲学的数学原理》
宇宙有没有起源呢,这宇宙刚开始是一个无极密度的物体,那时发生的事对于大爆炸以后是不会有任何影响的,所以大爆炸以前是没有任何意义的,对于我们,所以时间是从大爆炸时起才算是有意义的。
宇宙中是不是永远都会静止在某个状态呢,根据牛顿定律,两个物体相互吸引,最后的结果应该是合并在一起,但为什么宇宙是在膨胀呢?
伽利略再从比萨斜塔做的两个球同时落地的实验不能被证实有真正的发生。
时间相对于空间是完全分离并且独立的。这是错误的。这能很好的处理运动慢的物体,但对于光速或接近光速却根本无效。
1英里=1.609千米
为什么任何正常的物体永远以低于光速的速度运动,只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动。E=mc2,因为有质量,要达到光速,速度的增加就会使得质量的增加,由于质量和能量是等价的,物体由于它的运动具有的能量应该加到它的质量上去。
时间对于每个人都是公平的,这句话是错的,在相对论中并没有唯一的绝对时间,相反,每个人都有他自己的时间测度,这依赖于他在何处并如何运动。
安放在塔基的更靠近地球的钟比安放在塔顶的钟走得慢一些。一对双生子,其中一个住在山顶,一个住在海平面,住在山顶的那个将比住在海平面的那个老的更快一些。
如果有一个孩子在以近于光速运动的航天飞船中作长途旅行,当他回来时,他会比留在地球上另一个年轻得多。所以说生命在于运动呀,你运动了,你的速度就比没运动的快,你就能比他们更不容易老呢,哈哈
牛顿为什么绝对空间的不存在和绝对的上帝有冲突呢?
1676年,丹麦天文学家欧尔〃克里斯琴森〃罗默第一次发现光是有速度但非常快。
1865年,英国物理学家詹姆士〃克拉克〃麦克斯韦当时认为有一种无所不在的物质“以太”光在以太中传播他提出光波应以某一固定的速度行进。
1887年,阿尔伯特〃迈克尔孙(美国第一位诺贝尔物理学奖获得者)和爱德华〃莫雷发现光速一样。
1905年,爱因斯坦狭义相对论1915年,才发表广义相对论时空是扭曲的 狭义相对论和广义相对论的一个差别就是狭义忽略了引力效应。
法国数学家亨利〃庞加莱
四维空间三维加上时间坐标
光锥
比邻星离我们最近的恒星,4光年
1965年,美国新泽西州贝尔电话实验室的两位物理学家阿诺〃彭齐亚斯和罗伯特〃威尔逊发现了宇宙微波背景。并获得了1978年的诺贝尔奖。
俄国物理学家和数学家亚历山大〃弗里德曼1922年
弗里德曼模型有三个,一个是宇宙先膨胀然后就缩收,一个就是宇宙一直膨胀下去,一个是宇宙膨胀到一定程度就停止了。
现在不确定宇宙是要怎么膨胀和坍缩,但可以确定宇宙已经膨胀了100亿年了,即使要坍缩也要这么久才有可能,到时太阳已经耗尽了。
1948年,弗雷德〃霍伊尔、托马斯〃高尔德、赫曼〃邦迪提出稳态理论,不过后来证明这是错误的广义相对论不能告诉我们宇宙是如何开始的,因为它预言,所有包括它自己在内的物理理论都在宇宙的开端失效。
量子力学的小尺度效应
19世纪初,法国科学家拉普拉斯侯爵论断,宇宙是完全决定论的。最后1926年被德国科学家威纳〃海森伯的不确定性原理。
你对粒子的位置测量的越准确,你对速度的测量就越不准确,反之亦然。
量子力学不能确定事件发生的结果,但能算出事件可能发生的几种结果和这几种结果的发生几率。
爱因斯坦虽然因为他对量子理论的贡献,但他本人并不接受宇宙受机缘控制的观点。他说,上帝不掷骰子。
亚里士多德认为物质由四种基本元素即土、气、水、火组成。引力,水和土往下沉。浮力,气和火往上浮。认为物质可以无限的分割下去。
德谟克利特,物质是固有的颗粒性。
1905年,爱因斯坦指出布朗运动是由于水是由分子组成的。
物质由原子,然后原子核和电子,原子核由质子和中子。夸克构成质子。夸克有红、绿、蓝三种颜色。由牟雷〃盖尔曼发现,由此获得1969年的诺贝尔奖。
反物质
1925年,奥地利物理学家沃尔夫冈〃泡利发现泡利不相容原理,两个类似的粒子不能存在于相同的态中,也就是说,在不确定性原理给出的限制下,它们不能同时具有相同的位置和速度。他在1945年获得诺贝尔奖。
宇宙早期是夸克和反夸克都存在的,数量多很多,后来就有一方消失了。
黑洞,1969年,美国科学家约翰〃惠勒杜撰的名词
黑洞是由于光都不能逃逸,根据广义相对论,没有能比光速更快的了,光都不能逃掉,别的物体更逃不了。黑洞边缘也叫事件视界,黑洞质量大,体积小,黑洞不是黑的,其实我们只能看到事件视界的那些物体被加热到成炽热的白色。黑洞会有辐射,这可能是因为粒子的不确定性原理。黑洞没有毛,这是因为形成黑洞之前的状态对于黑洞没有影响。黑洞面积的非减性,黑洞只会越来越大,就像热力学的熵,熵是测量一个系统的无序程度,如果不进行外部干涉,事物总是倾向于增加它的无序度。这就是热力学第二定律。就像你只要停止保养房子,房子就会越来越乱。有温度就会辐射。黑洞会由于辐射而终结,不过还不知道会以什么方式终结,可能最后是大爆炸。黑洞是由于恒星坍缩形成的。
1928年,印度研究生,萨拉马尼安〃昌德拉赛卡再乘船去英国剑桥跟英国天文学家兼广义相对论家阿瑟〃爱丁顿爵士学习时,算出了昌德拉赛卡极限,就是一个质量比大约太阳质量一倍半还大的冷的恒星不能维持本身以抵抗自己的引力。当比引力小时就会缩收,可能变成黑洞。
如果一个人接近黑洞,由于他脚上和头上的引力不同,这引力差会把这个人拉成意大利面。太初黑洞,宇宙刚开始的黑洞。
热大爆炸模型大爆炸后随着温度的降低,慢慢的形成了复杂的元素。
氢弹爆炸达到的温度是100亿度,是太阳中心温度的1000倍。
暗物质,不能直接被观测到,但是可以由它的引力效应被检测到,宇宙中的质量多达90%可能处于暗物质的形式。
宇宙的初始状态是怎么样的人存原理,我们看到的宇宙之所以如此,乃是因为如果不是这样,我们就不会在这里观察它。强人存原理,存在许多具有不同初始膨胀率和其他基本物理性质的不同的宇宙。只有一些适合于生命。如果有不同的区域,那他们的科学定律就必须是一样的,不然就要有分界线,物质就不能从一个区域连续运动到另一个区域。如果这样,那么我们就不能收到另一个区域的信息,那根据经济原理,它们就没有用,就可以把它们割除掉。还有就是根据强人存原理,就没有必要把宇宙造的这么大,其他的星系就没有存在的必要。
强人存原理是强调因为我们存在,所以世界才是这样的,弱人存原理是强调世界变成这样,我们才能存在。
弱人存原理很少人反对。
麻省理工学院的科学家阿伦〃固斯提出,宇宙早期可能有一段时间是暴涨。
可以把水的温度降低到冰点以下而不让水结冰。
宇宙可能是无边界的,像地球一样,是个圆。
虚时间
时间箭头,热力学箭头,心理学箭头,宇宙学箭头
1949年,库尔特〃哥德尔,证明了不完备性定理。即不可能证明所有真的陈述。就像不可能用一面来展现地球,必须有两个面。他还发现了广义相对论允许新的时空,也就是允许人们在时间里旅行。
时空是扭曲的。
宇宙弦
如果我们要去银河系中心探险,根据光的速度,我们10万年才能返回。
虫洞爱因斯坦-罗森桥
协调历史方法,是回到过去后,时间旅行者没有自由意志,即他们不能改变历史。
选择历史假说,当时间旅行者回到过去后,他就进入和记载的历史不同的另外的历史中去了。理查德〃费恩曼把量子理论表达成历史求和的方法。
1928年物理学家诺贝尔奖获得者马克斯〃玻恩说,据我们所知,物理学将在六个月之内结束。他是根据狄拉克新近发现的能够制约电子的方程。
大统一理论GUT谁都有局限性,爱因斯坦还不相信量子理论的不确定性原理呢。弦理论
为什么世界不是二维的呢?
宇宙为什么是这个样子呢?宇宙的本质是什么呢?我们在宇宙的位置如何,我们从何而来?
拉普拉斯的决定论,由于不确定性原理,这个理论是错误的。
爱因斯坦,1879-1955,如果真是我错了的话,有一个人反对我就足够了。1952年有人提议爱因斯坦担任以色列总统。