时间简史全集讲解,时间简史30分钟解析合集

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-06-23 11:52:55

相信很多人都有过这样的感觉,夜幕降临,仰望星空,面对宇宙,总有这样的疑问,我在哪?我是谁,我为什么会在这里,其实这是我们人类的一种本能。

我们从哪里来,又要到哪里去,这些问题的答案,都在这本时间简史里面。

时间简史全集讲解,时间简史30分钟解析合集(1)

《时间简史》作者:史蒂芬·霍金

从人类文明开始,人们就不甘心,这么糊里糊涂地活着,都想要理解世界的根本答案,现在我们都知道,我们所处的是地球,太阳系,银河系,但是在古代,人们的观测水平有限,人类对宇宙的认识,全部都来自生活的经验,和对一些自然现象的观察与研究,所以,并没有什么宇宙,恒星,行星这些概念,都是一直在研究地球,当时就出现了天圆地方,什么龟背陀着大陆等等说法,而且,在很长一段时间里,人们都愿意相信绝对静止理论,就是说,不管地球是圆的还是方的,它都是不动的,如果动也别的东西在动,直到公元前340年,希腊哲学家亚里士多德才说出地球是圆的 ,而不是平的,但他依然相信地球是不动的,认为其它所有的天体,像月亮,太阳等等,都在围绕地球旋转,甚至认为地球是整个宇宙的中心,直到16世纪初,哥白尼才提出了日心说,就是说地球和其它行星都在绕着太阳旋转,后来伽利略通过观测,也验证了哥白尼的理论,而且也证实了星体运动的轨道也不是圆形,而是椭圆。

伽利略的研究也成了物理学的基础,最终发展成了一门独立学科,也就是经典力学,到了17世纪末,牛顿在原有的研究基础上,提出了万有引力定律,让经典力学 成了真正系统的理论,根据牛顿的理论,宇宙中的物体都会被另外的物体吸引,物体质量越大,吸引力越大,那时候的宇宙观念,是宇宙是个静态的无限空间,那按牛顿的理论,就是即便宇宙无限,只要它是静态的,那恒星就会相互吸引,然后导致所有的星体都被吸引到了一起,最终都会落到一个中心位置,也就是说,牛顿的力学理论,虽然能够解释太阳系的动行,但是无法解释宇宙,那什么理论才可以呢,在接下来的物理学发展的过程中,人们普遍认为,两个事件之间的时间,谁去测量都一样,时间和空间是没有什么关系的,它们完全是独立的,但是这种观点,在观察比较慢的物体的时候,像河流,飞行的鸟,甚至行星的转动速度等等,这些都非常有效,但是对于处理光速,或者说接近光速运动物体的时候,根本就没用,其实早在17世纪,光是以有限速度运动,这个事实就已经被发现了,可是没有人接受。到了19世纪,英国物理学家麦克斯韦将电力和磁力统一起来之后,才有了光传播的真正理论,光的速度我们都知道,大约是30万公里每秒,而且光源和观察者之间的相对速度,并不影响光速的数值,也就说的光速不变原理,绝对光速,让爱因斯坦的狭义相对论逐渐成型,物体的速度不可超过光速,能不能真的做到越光速呢,这也并不绝对,时间和空间是一个整体,也就是时空,物质遵守能量守恒定律,虽然狭义相对论能够解释时空,但是解释不了引力,爱因斯坦也知道这一点,为了解决这个问题,他花了七八年的时间,最终提出了广义相对论。这个理论就能解释引力和时空,它里面说,时空会因为质量和能量,分布的不同,变得弯曲,也就是说当星球运动,或者力产生作用的时候,就会影响时空的曲度。引力越大呢,弯曲的就越大。,我们拿地球举个例子,就是本来我们地球,在宇宙中应该沿着直线运动,就是因为太阳的质量很大,让它周围的时空发生了弯曲,所以我们观测出来,就是地球绕着太阳旋转。而且,光在大质量物体周围发生偏折,也说明了时空的弯曲,这种现象已经被验证,时间也是一样,时间在地面和高山上,它流逝速度是不一样,在地面上要稍微慢一些,这个结论也是被证实过的。

广义相对论的提出,影响了人类的宇宙观,但是根据广义相对论推断出,宇宙必然应该有一个开端,也可能有一个终结。当万有引力提出后,就有人发现其中的问题,万有引力说凡是有质量的物体都能产生引力,既然都会产生引力,那么所有的星球,最终都会塌陷在一起,那么,宇宙就不可能在本质上是静止不变的,1929年,天文学家哈勃,做了个非常具有里程碑意义的观测,他观测到,在地球上,不管往哪个方向看,星系都在快速地远离我们,也就是说,宇宙正在膨胀。哈勃所观测到的现象,也被红移现象验证了,什么红移现象,其实是多普勒频移的一种,对应还有蓝移,红移现象就是说,当你在观测恒星时,如果观测的光源在远离你,那么你观察到的光会偏向波段更大的红光,这就是红移现象,另外,星系红移的大小也是有规律,红移越大,星系离的就越远。

1965年,宇宙微波背景被无意间发现,它的发现就意味着,宇宙在早期一定是非常密集的,而且一直在膨胀,随着宇宙的膨胀,这些因为宇宙膨胀而发生变化的光,被非常严重地红移了,因此,在今天我们仅仅能观测到微波辐射,从这里也可以看出,宇宙没有中心,而且一直在膨胀,那么问题来了?宇宙会一直膨胀下去吗,它到底有多大呢,到底有没有边呢,为了回答这些问题,科学家们也是建立了很多宇宙模型,第一种模型是:宇宙的膨胀速度足够慢,星系的引力会让膨胀变慢,最终停下来,然后因为引力吸引,星系之间开始靠近,最终宇宙开始收缩,这类模型说明宇宙并不是无限的,只是暂时没有边,到一定程度之后就收回去了,第二种是,宇宙的膨胀速度足够快,有多快呢,快到引力永远无法让膨胀停止,在这个模型中,宇宙就是无限的,第三种模型是说,虽然宇宙膨胀的速度越来越小,但永远不会变成零速度。这种模型表明宇宙的空间是平坦的,但也属于无限空间。通过万有引力我们知道,质量越大,引力就越大,所以,想知道宇宙会不会一直膨胀,我们就看看宇宙物质的引力,能不能大过宇宙的膨胀力,如果物质的质量足够大,引力就会越大,宇宙的膨胀最终总会停下来,甚至开始坍缩,可以把这个质量,叫做阻止膨胀的临界质量。通过计算,我们现在能看到的所有的星系,加到起来,还不到临界质量的1%,即使把我们没有看到的,甚至把暗物质都算进去,也仅仅达到临界质量的10%。所以我们通过模型推测出,宇宙会无限地膨胀下去。

根据人类观测到的宇宙微波背景,以及宇宙正在不断膨胀的事实,我们也可以推测出,宇宙在过去,应该存在一个时刻,就在一个点上,通过估算,这个时刻应该在在100亿到200亿年前,也就是说,宇宙有一个开始的时刻,这个推测,在1970年被霍金和他的合作伙伴彭罗斯一起证明过了,如果假定爱因斯坦的广义相对论正确,那么,宇宙在过去必然是一个没有体积,质量无限大,被称为奇点,这里的密度和时空曲率都无限大,奇点的现象,也恰恰证明了广义相对论是个不完整的理论,因为在奇点位置,相对论就失效,比如,相对论认为引力只是时空弯曲的后果,根据这个结论,奇点的引力应该是无限大的,所有物质就应该吸引在一起,那就不会有膨胀,那么宇宙也就不会形成,所以说,相对论它没有办法解释宇宙的开始,它只能解释宇宙的膨胀和现在星系运行的模式。

为了能够研究宇宙在奇点状态是如何运行的,就需要另一个伟大的理论量子力学,我们都万有引力和相对论,这些都是研究星系这样的大尺度物体,量子力学就是研究小尺度的理论。我们解释一下量子,一般来说,一个物理量的最小单元,无法再分割下去,那么这个物理量就是量子化的,任何物质都可以进行量子化,量子力学就是描述物质量子特性的理论。物质的量子特征,最佳的研究对象就是微观粒子,通过研究发现,所有的微观粒子都具有波粒二象性,它的意思就是说,粒子既是物质的,也是非物质。想要研究物质的量子特性,就要准确测量粒子的速度和位置,可是通过实验发现,粒子的运动 出现了不确定性原理,就是说,我们根本没有办法,同时知道粒子的位置和速度,也就是说,你把粒子的位置测准确了,那速度就测不准,反过来也是一样,

量子力学,让我们理解了宇宙在奇点状态时的一些性质,

自从我们能借助工具观测到肉眼不可见的物质之后,科学家们就一直在探讨,构成物质的基本粒子到底是什么,原来人们认为是原子,后来人们发现了电子和质子,质子被发现以后,人们以为质子就是基本粒子,可是到了1932年,原子核中又发现了中子,它和质子质量差不多,只是不带电荷,质子是基本粒子的认知又一次被刷新,人们又认为,质子和中子就是基本粒子,后来又随着科技发展,粒子碰撞实验开始进行,人们又发现不管是质子还是中子,只要能量足够,就能被电子击碎,分裂成更小的粒子,通过不断的研究,科学家们还是发现了一些粒子共有的特征,比如粒子都会自旋,就像一个陀螺一样,

还有就是,我们研究的一般粒子叫做正粒子,和正粒子电磁相反的粒子称为反粒子,通俗理解就是,按照能量守恒,有正就有反,它们彼此能够抵消,虽然反粒子还没有被观测到,但是试验数据显示,反粒子确实是存在。

在相对论出现之前,人们一直认为时间是绝对的,但是对物理学,宇宙学的研究越来越深,时间逐渐变成了一个更主观的概念,它是相对的,如果时间相对,那我们为什么会记住过去而不是未来呢?其实这和我们的认知有关,换句话说就是我们给时间定个方向,让时间有个箭头,时间箭头有三种,第一种是热力学的时间,它的意思是,在时间的方向上,物体变得无序,熵就会增加,第二种是心理学的时间,就是说,从人自已感觉到时间的流逝,所以我们只记得过去,而不记得未来,第三种是宇宙学的时间,在这个方向上宇宙在膨胀,而不是收缩,这三种时间线的方向是一样的,就拿无序来说,不管任何事物,它的无序都会不断增加,比如摔碎了一个杯子,它就从一个有序变成了无序,一栋崭新的房子,如果没有人居住无人打理,也会慢慢地变旧,这也是变得无序的过程,同样,宇宙也是一样,最开始,它在尺度上有限,但没有边,在这种情况下,宇宙开始膨胀,随着暴胀开始,也就是说,宇宙无序开始增加,然后在一些密度比较大的区域,质量形成了引力,膨胀就会减弱,最后因为引力坍缩,变成了星系,也就是说,星系怎么形成的呢,就是宇宙的无序状态,不断增加形成的产物,

也正是因为三个时间方向,我们可以区分过去现在和未来,从相对论来看,想要回到过去,速度就要超过光速,但是,以现在的科技程度,根本无法做到这一点,但是,速度实现不了,我们还有别的办法,我们都知道,相对论告诉我们,时空不是完全都是平的,它会因为引力产生弯曲,针对这个特性,爱因斯坦提出了时空桥理论,也就是虫洞,也就是说,虫洞的意思,就是将时空卷曲,然后重叠,就像一个通道,达到时空旅行的效果,比如说,虫洞就像在一张纸一样,纸的两头很远,但是你把纸卷起来,它的两头就会重叠,这就是虫洞的原理。想要找个虫洞,两个办法,第一个办法,就是自己找,在宇宙中找到虫洞,第二个方法,就是自己制造一个虫洞,但是,想让时空发生卷曲,就需要巨大的能量,想要穿越到过去,就必须要让时空产生负曲率,想要产生负曲率,就需要负能量物质,也可以理解为反物质能量。如果能够找到或开发出这种能量,就能让时空弯曲,然后通过虫洞进行时空旅行,但是,如果穿越回到过去,那会不会出现一种情况,穿梭者回到过去,*死年幼的穿梭者,或者*死他的父辈,这样,穿梭者还会存在吗,这就是有名的时空悖论。从目前物理学家理解的情况,它有几个解决办法,第一种是,除非历史表明穿越者曾回到过去,并且没有任何行为和穿越者现状发生冲突,穿越者才能回到过去,也就是说,想回到过去,只能做个旁观者,第二种是,物理学定律会防止宏观物体将信息传递回过去,什么意思呢,就是说,如果你打算回到过去,那在这个事件发生的时候,你的记忆就会被抹去,根本不会知道事情会如何发展,这有点像以前聊过的四维空间或者前世记忆,就是说你来这个世上之前,你是知道要发生什么事的,只是记忆被抹掉了。第三种可能,就是平等宇宙,就是说,宇宙不止我们看到的一个,而是很多个平行宇宙重叠在一起,它们的时间线并不重合,如果你穿越到过去,进入的是另一个宇宙,

当然,这几种方法仅仅推测,如果真能做到时空旅行,情况到底会怎么,谁也说不清楚,但是,虫洞至少为我们提供了时空旅行的可能,相信随着科技,和我们认识宇宙的能力不断进步,时空旅行最终会成为现实,就像黑洞一样,以前觉得只存在于理论上,最后也是被找到了,证明了真实存在。

书的最后霍金还不忘讨论哲学,就是现在的科学家们,往往会忽略一个问题,那是大部分人都在忙着研究宇宙是什么,但没有人问为什么,那些喜欢问为什么,喜欢盘根问底的哲学家们,却跟不上科学的脚步,其实宇宙是什么,最开始是个哲学问题,在18世纪以前,哲学家会将包括科学在内,所有人类的知识,拿来做他们的哲学,但到了19和20世纪,科学慢慢变得技术性和数字性,哲学家根本无法深入,导致哲学家们,开始缩小他们质疑的范围,20世纪最著名的哲学家都说,哲学余下的任务仅是语言分析,其实,宇宙的问题和我们任何人都息息相关,因为这是不停探寻的道路,也是不断进步的源泉。

到这里,时间简史这本书,讲的基本上也差不多了,有人说它是最有价值的科普读物,也有人说它是最难理解的一本书,其实在崔哥看来,能不能读懂这本书,都不重要,重要的是看了之后,它有影响读者世界观的力量。它让我们知道,人类在宇宙中是多么的渺小,在茫茫的夜空中,随便一个亮点都可能比地球大上百倍或者千万倍。宇宙已经存在了大约150亿年,而我们人类的文明史才5000年。从概率上说,我们甚至可以断言,地球绝对不是宇宙中,唯一存在智慧生物的行星,宇宙中一定存在其它的高级文明,所在人类在宇宙的尺度上,我们一样都是卑微的存在。

当然生命来之不易,从目前我们的探索,还没有发现有外星人的存在,所以宇宙很大,但是能孕育生命,也是一件概率很小的事。所以我们要好好珍惜自己,珍惜身边的人,更要珍惜我们生活的地球。虽然我们是宇宙中是那么的微不足道,但是我们每一个人,都是幸运和传奇的见证。

好了,今天就聊到这里,我是崔哥,我们下期再见

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