拜读霍金先生的时间简史一书,感觉真的是异常神奇的一本书。不仅是要有对于物理方面和微观以及一些结论证明表象的清晰认识,还有对于书中某些理论性的文字的晦涩难懂,需要通过较好的语文理解基础来理解。每次看这本伟大的书籍的时候,都需要在看到后面某种表现结论的时候往书的某前部分翻阅,来更好的将一个知识的点和另一个知识的点连接在一起,构建对于整本书完整的知识体系。另外还有很多专业的术语,需要通过其他书籍的对照或者书后和书中给予的解释来一并理解。书中的文字,况凡是我个人不是很能一遍就清楚的,都反复地读上好几遍或者作出批注来解读。不过由于个人的知识领域对比各个伟大的科学家、物理学家、理论家、数学家、天文学家以及在对于此书相关的所有概念做出探究贡献的前辈们来说实在是微不足道、十分狭隘,所以目前无法彻底地领悟此书中的所有文字(量子、维度空间……等等,实在深奥!)。
这本书上的文字句句都能体现霍金先生对于宇宙和时空如此格局庞大的事物的个人理解。属实敬佩霍金先生强大的表达能力和逻辑结合力。记忆犹新的,是霍金先生在论理星系直接相对离开的弗里德曼模型时提出的关于气球的比喻案例,将如此文字转换成生活中的实际案例,确实好懂不少。
目前读到此书(时间2022年10月23日早)的四分之一左右,看到了关于量子的不确定性理论,这段真的超出了我的认知范围,需要外力帮助。昨天收获最多的一段,是读到了对于事件的涟漪效应。书中提到,当人身处现在即P点时,相对P点出发,会形成两个不断延伸的圆锥形,下为过去,上为未来。称作是过去光锥和将来光锥。而以太阳光停止放射到地球表面这一案例来做分析,不难发现,当人身处P点时,倘若现在太阳停止放出光,则我们会在八分钟之后观察到该现象。这个现象可以称作为P的他处(确实难懂),则由于对于“太阳停止放射光”这一事件来说,“地球人发现太阳不再放出光”这一事件处于其未来光锥上,所以“太阳停止放射光”这一事件并不会立即对于地球产生影响。需要一定的时间过渡才能使其受到影响。这就能体现,对于一个P点来说,来自过去的事被现在看到,证明时间和空间联合性以及延展性(个人语言概括,或许有不准确的地方)。也可以推导出,我们现在看到的宇宙,其实是过去的宇宙。对于“我们看宇宙”这件事,“宇宙进行态”处于过去光锥,而对于“宇宙进行态”这件事,“我们看宇宙”处于未来光锥。
这真的很难用普通文字去表达。以我理解来看,也就是从这一现象我们可以看出,时间无法脱离空间单独进行。时间是一个不为实质,而是被人定论的意向,而空间是实质。因此作为一个不为实质的意向需要通过实质来进行。而正是因为空间,才会有时间的进行和差异。不然就不会推论出所谓过去光锥和未来光锥,时间与空间的并列存在和融合,称为时空。因此解释时空的由来。这些理论性知识又能推导出四维空间,又能再推导出光受到强大引力从而改变路线行径……这些理论都是联合的,所以很容易在解释的过程之中出现绕远或偏题。
这里再次阐述一下,为什么时间需要空间的辅助才可以存在。时间的差异由什么体现?时间的差异由光以光速的运动而体现,那么光运动的基本条件就是空间。所以空间为光运动提供条件,而光运动为时差提供了条件。
写一些新的见解,又咀嚼了二十几页(时间2022年10月23日傍晚),这一章主要讲的是量子力学的阐述,以及具体阐述了量子不确定性等。领悟了量子这一学问的深刻内涵和神奇奥秘。量子是真的非常神奇的一种……(白话说来就是)东西。读到一句话我十分认同,如果没有记错是对量子力学作出过巨大贡献的波尔先生所说:“当一个人初步接触量子力学却没有感受到震撼,那他必然没有领悟量子力学。”
量子力学中,基础学问最重要的根基分别是海森堡提出的不确定性理论、薛定谔的猫理论、以及由托马斯杨最先提出并由路易先生进行进一步演化的双缝实验。海森堡提出不确定性理论,指的是无法同时测定一个粒子的位置和速度。该理论推翻决定论(爱因斯坦就十分类似于,或者可以称作就是决定论的绝对崇拜者,当然,他研究物理之后,去研究哲学了!)。接着薛定谔先生的著名“薛定谔的猫”实验,可以与始终延伸并且可称之为极为伟大的双缝实验共同解读。我们从双缝实验可以得出(当然,霍金先生在时间简史一书中对于双缝实验的描述稍微有点过于难解,所以我查阅了相关资料进行理解)(个人认为)两个伟大理论,一个是著名的波粒二象性,一个是用白话文来说,不能止于说“奇妙”,可以让人觉得毛骨悚然的现象在这个实验里诞生:倘若一个粒子在没有任何监测的情况下,通过遮挡物的双缝,我们可以看到的是投影出来的一个光点(当然人们也可以直接想出来);但是只要有了对于这个光粒子投放过程的监视(没错,无论是人的肉眼监视,还是机械监视),该粒子一定会在墙上投影出水波纹杠。水波纹杠,就证明了光既是波,也是粒子。
也就是说,如果我们再动动脑子,就不难知道一个非常不可思议的、令人不寒而栗的结论:粒子是知道我们的监测的。就如人类一般具有感知能力(当然,这只是白话文的普通理解)。
这个现象是让人们觉得“诡异”的。但也十分感谢为此实验做出巨大推动贡献的所有先辈,能让光波理论和光粒理论被完全推翻从而融合成了波粒二象性。以及能够深化对于量子力学的研究。倘若没有此实验,将有很多我们目前所知的理论无法被推论,也给我们提供了对于宇宙探索的更多可能性。
接下来就讲到薛定谔的猫。薛定谔的猫理论就是在用简单的语言告诉人们双缝实验的实质:当我们打开答案的盒子,我们只能看到一种固定现象;但是如果我们没有打开答案的盒子呢?猫是死是活?
那么,现象就会出现双重性,不确定性产生双重性。
接触量子力学,那么不确定性理论,薛定谔的猫理论和双缝实验推论的波粒二象性理论就是根基。
霍金先生在时间简史中对这三个理论都有一定的阐述。这对于接下来更深的阐述有着辅助作用。
补充一点,在对于量子力学这一方面的一些见解。根据了解来说,广义相对论只是一个部分理论,也就是不完全理论。如何阐述,简而言之就是广义相对论目前无法解释对于量子力学的部分问题。最广泛认知的一个,就是量子纠缠。
量子纠缠告诉我们,假设A粒子和B粒子分别在宇宙尽头的两端(当然,假设宇宙此刻静止),根据双缝实验,如果人们观测它们,A粒子正旋时,B粒子必将反旋。那么反过来也一样。
对于旋的补充:任何粒子都是有自旋这一特点的。
宇宙两端距离多少?那是巨大无比的数值,即便光以光速穿越,也需要时间。但是A粒子和B粒子倘若能够同时进行纠缠,说明其纠缠速度绝对超过光速。那么广义相对论中的基本理论告诉我们:宇宙第一速度是光速。如何解释量子纠缠现象?则广义相对论是部分理论。
说完量子力学基础理论,既然提及量子,那必然要提及的就是微观。微观和宏观在一本书中同时出现时,我的个人见解是,用以物质基本构成的(普遍观念)原子,其微观就如同宇宙的宏观,它有原子核,有质子,有中子,还有围着原子本身进行无规则转的电子,并且电子以光速转动。具备与宏观宇宙类似并且大体相同的性质。这也是微观宇宙出现原因。这里还可以补充的是,微观宇宙也有着引力使得电子围着原子核转动,宇宙也是一样的(引力的经典表象之一就是地球能围绕太阳转!)。
书中说道,亚里士多德认为,物质是无法切到最小的,就如水流无法切断,小中必有更小。现在人们已经能够知道,原子下有质子、中子、原子核。而其中人们又发现了夸克(这是很重要的探索结果),夸克又有六种:上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克(先驱们为了方便观测还使用了不同颜色来区分)这是目前人类自身研究出来的最小拆分粒子(这个表达也许不是很准确)。
那么,夸克又是由什么构成的呢?是不是究竟像亚里士多德所说,物质是无法探索完的?
另外一个值得关注的问题是,宇宙是否真的有奇点?根据书中的解释,我用自己的语言总结。这个问题是很纠结的。因为霍金先生自己也说过,他一开始是认为奇点存在的,而后他却改变了自己的想法。
奇点的存在基于彭罗斯先生的理论的反推导。彭罗斯先生的理论是,如果一个恒星坍塌,必定在坍塌那一刻成为一个零体积但尚存在的奇点。那么这个时候其密度和(四维空间中的)曲率都会变得无限大,这样的奇点(应该是这样理解的)累积形成黑洞这样的引力巨大体。
有一点值得论述的是,所有一切目前的对于宇宙的解释论理(应该是这样的)在宇宙的开端都是不适用的。毕竟,倘若宇宙真的有一个开端,在目前的科学普遍认知里,该开端必须是一个奇点,奇点是拥有无限大密度和无限小体积的一个“点”(没错,就是一个点!我们很难想象!),那么目前来说,我们这帮聪明但是愚蠢的人类所能得出的所有理论都在此处崩溃,换而言之,我们目前找不到任何科学理论来说明这个点的实效性。
这里又要引入对于时间的说法。倘若世界上真的存在大爆炸,那么在此之前的事件必然不会对我们目前的所有事产生影响(这我并没有完全理解透彻),而时间作为人本身定下的意向(说到这,如同人类简史中的一段(人类简史我只读了一部分,还没读完))从大爆炸开始被人认为是开端。
补充:关于奇点论,科学界没有普遍看法,对于是否存在奇点的看法兵分两路。但是依据部分探测,我们可以证明一些恒星的属性数值,足以让其坍缩(在后面的黑洞部分,我会讲到昌德拉塞卡极限,这与坍缩有一定联系。)。
当然是否真的存在大爆炸,还需各个学术界不同的前辈进行推理论证。
但是在此处我想补充一个第三章内我并没有提到的事实:人们已经可以验证宇宙确实是在膨胀的了。弗里德曼先生曾经做出过一个预言:我们无论往哪个方向看,也不论在任何地方进行观察,宇宙都是一样的。那么这样,我们就应该预料到宇宙并非静态宇宙!
也就是这个预言,幸运地在1965年一次无意的发现中得到了验证。实时1965年,两位物理学家正在检测一个灵敏的微波探测器。此时他们的探测器收到了比预想要大的噪声。而他们排除了外界因素,发现探测器无论朝什么方向,噪声都一样大(我们也可以清楚地知道该噪声来自于大气层外,也就是美妙的宇宙。)。就这样,两位幸运的物理学家无意中验证了弗里德曼先生预言中的第一部分!
关于宇宙的膨胀,人们还借此引申出了宇宙的奇点,膨胀和坍缩。假设宇宙自一个奇点开始膨胀,如同一个上面画满了小点的还没吹开的气球一般,从最小的时候开始被吹膨胀,上面的点也随之增大(点代表宇宙物质),而由此倒推,我们可以得到宇宙坍缩论。另外相关性不大但是我认为很有意思的宇宙弗里德曼模型,在此就不提了。可以自行去看看。
第五章对于量子以及更小粒子物理性质的论述,已经有些超出于我目前的知识储备量(比如遵循C、P、T的对立性,十分生涩),只能先尽力而为之去咀嚼理解了。不过对于中子、质子由夸克的组成我较为理解,可惜对于夸克和中子与质子之间的关系我尚未弄清。
以及最难以理解的是,正反粒子的互相泯灭。太生涩难懂了,让我感知到自身置于宇宙和物理学术之渺茫。
另外值得一提的是,书中提到过,也是我一直想说的一点。人类包括世间万物有可能就是被注定好的。在这样的一种理论之下,好比我们是被设定好的程序。而何以去推导这个理论?我认为有两个方式:一是正如书中以及各学者们的目标,我们可以推论出能够解释宇宙中一切的“大一统”理论(最近有一个论为弦论,目前是一个被学术界较为推崇的新证明趋势);二是不断算π(圆周率)直到计算机停止——不是说计算机坏了,而是发现π是有限小数。那就可以证明,世间万物是被设置好的(倘若真的出现,那么学术界又会陷入混乱!这时神教派人群也许会开始大力宣传神学论,认为主是绝对伟大的!无数带有神论主义色彩文章弥漫……不敢想象!)。
下一章讲到黑洞。
现在是北京时间2022年12月9日晚,很久没有更新这篇读后感。其主要原因是最近事情确实很多,以及重申:霍金先生的知识储备和聪慧是我所不及的。于是乎花了极长的事件去领悟自黑洞开始到末尾的所有章节。是的没错,我已经读完了这本书——或许在某种意义上不可以说是读完了,虽然我理解我已经尽力完成了对这本伟大作品的阅读和欣赏,但是我的知识储备和我的聪慧程度尚还不允许我如同霍金先生一样对于本书和本书中的概念做出系统的透彻理解(霍金先生说,若读完这本书并记住里面的每一件事,你身体的有序度增加了大约200万单位……但是与此同时在看书时消耗的能量会使宇宙无序度增加20亿亿亿,所谓功亏一篑!所以霍金先生建议我们停止阅读他所著的这本伟大的作品!)。
另外,也许我的读后感写作风格与我平时的写作风格颇为不同,还望能理解。毕竟这些高深的知识渲染了我,我现在不得不用作者的语气来阐述我对于看完这本书的见解与想法!
那么先讲讲对于后面几章的看法吧。首先是黑洞。脱离那整整一章让我呕心沥血的量子力学后,黑洞的强实际意义性让它显得正常,但这之后关于黑洞的两章我得对我自身进行深深的谴责。即便我知道我真的尽力咀嚼了它,但是好像结果往往事与愿违。我只能从基础角度来说:黑洞的引力作用十分强大。是,到此为止,我除此之外,并没有得出任何其他能供我理解的东西了。也许我应该在某一天再抽出一些时间读一遍这两章,待到时候再添些读后感吧。
第八章讲到了宇宙的起源与命运。正如我在书中批注的那样,我认为这一章跳出了黑洞学问、量子学问和力学问之后,不在讲实际意义上的物理,而是开始在一定程度上包含除物理学之外的其它学问,十分精彩。理论学说的出现使整本书的探讨范围变多了。我只讲这一章我主要关注的点——人存原理(天啊,这输入法竟然无法直接打出人存原理,看来这世界还并不是很适合宇宙物理大众化生存!)。
何为人存原理?用一句十分易懂的话来说,可以解释为:我们的宇宙之所以是这样的,是因为如果它不是这样,我们就没法观察它!
这句话听起来真的很像一个很冷的笑话。但事实确实如此,不然可否您来给我一个比这还有道理且还清晰的理论,来解释为什么我们的宇宙是这样的?
我们的宇宙,就是如此的神奇。它有着一个可以孕育我们这些有思想的生物的星球,也有着太阳系,而这一切存在,很简单的原因之一就是我们存在!
人存原理,本分为强人存原理和弱人存原理。但因为一些原因强人存原理被归为弱人存原理。我对强人存原理的认知是,它很大程度上极度基于人的心理和想象部分的认识。弱人存原理告诉我们,在一个大的或具有无限时间和/或空间的区域里,才存在智慧生命发展的必要条件。
那何以用更加科学的语言来解释这个原理阐述的现象呢?此处我们就可以无缝衔接,引出下一个讨论点:暴涨。
暴涨,是由阿伦·固斯提出的早起宇宙现象。暴涨能使得早期宇宙不同的非均匀初始状态都成为光滑均匀状态。而我们生活的这片宇宙,就是光滑均匀的状态。而后来,安德雷·林德(这位先生与霍金先生的一些小插曲的故事,可以在书中浏览到)提出一种暴涨模型:部分宇宙暴涨(或者说,一个场的量子暴涨,虽然我也不理解这是什么意思!),而其余部分,如我们所生存的宇宙部分就不再暴涨。
其它部分,我也暂时对于看懂它们爱莫能助啊。这书要在我这年纪和智商理解简直痴心妄想,除非你也是一个同霍金先生等前辈般超人一样的天才。
下一章同样。它讲到时间的箭头,从而引出这本书最最精彩的部分:时间的路径、改变和旅行。我在读后感前篇已经提到,我们的时间和空间是在某种方面上共存的。
先讲到时间的路径。霍金先生提出,对于时间的路径,有三个箭头:一是热力学箭头,在这个箭头上,无序度或熵增加;二是心理学箭头,人们感受得到时间流逝的方向,在此方向上,我们记忆过去,而非未来;三是宇宙学时间箭头,宇宙在此方向上膨胀而非收缩。
写到这里,我又想要先暂时将这可爱的读后感搁置一旁了。我发现除了黑洞的那两章,我甚至对于虫洞旅行的那章也没进行彻底理解,属实惭愧。待我先阅读一段时间,晚安。
大家好。现在是北京时间2022年12月10日晚,我已经基本再次阅读完第六章和第七章。不过还是很遗憾,这些内容的庞大量比第五章多实在太多(也有种可能是我对于第五章的兴趣太过于浓厚,我花费了三个多小时解读了第五章!)
又是一个美妙的冬日的早晨(时间2022年12月11日早),早上好我的朋友。在这样的一个冬天的早晨讨论美妙的宇宙问题简直是再合适不过了。现在我认为我浑身上下充满着宇宙的味道(虽然我也不能细致的描述宇宙究竟是什么味道,不过据我所阅读杂志时了解到的,NASA曾经根据他们亲爱的宇航员的描述制造过宇宙味的香水,价格不是很贵,29欧元!)。
那我们就加紧时间步入正题吧。第六章和第七章,重点在于黑洞的自身形成、性质以及引出的熵(熵这个概念比较重要,正如我在前面提到的,熵表明一个空间的无序程度,与热力学有一定关系。)。
昌德拉塞卡极限。昌德拉塞卡计算出,一个质量比太阳质量一倍半还要大的冷的恒星最终是要坍缩的。然而正是因为坍缩后拥有无限密度这一预测结果,昌德拉塞卡敬爱的导师爱丁顿先生极力反对他的研究,以至于昌德拉塞卡最后放弃了这部分工作。
关于裸奇点和黑洞无毛理论,我想我还并没有能力理解,还请见谅。
黑洞并不是那么黑的。如何解释这一点?我前面也说了,黑洞的引力是强大的。黑洞会吞纳新的物质(但在此我要补充,在霍金先生离世之前的一段时间,他还曾提出了他对黑洞的新的见解,他说道,黑洞并非只吞纳新的物质,也许它有时会吐出些什么,正如人类吃多了会吐出来。),这样就产生了黑洞的非减性质——黑洞视界面积不减。霍金先生在书中提出,黑洞面积的非减性让人们很容易联想到一个叫熵的物理量行为。熵,指在一个空间中事件无序度只增不减。我们可以举一个简单的例子,当年我在杂志书中就已经看到过:假设你在自己的房间里,随着时间的向后推移,房间不由你或者你的父母收拾或进行干扰,它就会越来越乱!
感谢周五(时间2022年12月16日下午),很高兴能在这里继续完善我对于《时间简史》的感悟。是的没错,在探索完关于宇宙的奥秘之后,我准备返回地球进行对于历史人文的了解和探究了,阅读《人类简史》,当然这本书我之前是看了个大概的,因此应该不会很费力,并且能更加深入浅出地了解其中的文字是什么意思。那我们现在还是再在宇宙之中呆上一会儿吧。待我先将这可爱的书籍讲述完毕。
上次讲到了哪?天哪是熵。好吧让我们继续讲。这里让我想再次对各位说声抱歉,因为在这张中后段对于“黑洞与粒子虚实性”的内容我实在是没有办法理解了。包括对于“泯灭”的终极奥义,我真的很难得出什么自己的结论,包括对于后面唯剩不多的部分内容,其实在某种意义上来说因为过于难以理解我已经放弃了对于那部分的阅读,当然很幸运的是部分内容依旧可以理解,不过还是很抱歉各位,或许在之后的未来,我能对于这些东西更了解一些。现在,我能做的就是以一个常人的眼光去看这个宇宙。
我已讲述过了对于时间箭头的相关内容,还请见上回顾。另补充一些,倘若要我们参与入时间的旅行之中,按照理论来说,我们并没有参与旅行的自由性。很经典的例子:外婆理论,倘若我们穿越回了过去,杀死了自己的外婆,那么我们是否还能完好无损地回到现在呢?因此,我们可以得到这个结论。另外我想提到一个问题,还烦请各位也帮助我思考一下,我们可以回到过去,那我们如何回到更远的未来呢?
最后的两个我要讲的点,一是维度论,二是弦论。
众所周知,我们生活的这个世界,是三维世界。但是其实我们生活在更高的维度,比如四维。科学家们说,其实我们生活在十维空间,只是十维空间被压缩得太过于小,以至于我们连观察都观察不到。那就讲讲四维空间吧,这很简单。对比二维空间的“点与线”,我们的三维空间加入了空间所带来的“面”(天哪,作为一个以前上美术课上到疯魔的人,点线面这三个字勾起了我的一些学业上的回忆!)。那么四维空间对比三维空间加入的,就是一条时间轴。其实并不难理解,我们生活在一个拥有时间和时间固定走向的世界,难道不是吗?因此这就是四维世界,有了时间轴,四维空间比三维空间多了更多的可能性。
为什么我们没有生活在二维或者更低维度的世界?让我们来进行一个想象。在二维世界拥有消化道的所有动物都会被分割成两半!用霍金先生的话来说:二维世界似乎不足以允许像我们这样复杂生命的发展。另外生活在二维世界是不方便的。试想一下,你是一个超迷你小人,现在你正在一个立体的甜甜圈表面上。你需要走到A的对立点B(在数学中,可以想作A与B构成圆的直径),倘若我们现在在二维世界,我们必须沿着这个甜甜圈的内壁走一个半圆弧才能到达B点,但是我们在三维世界就可以直接穿过空气径直走向B点!聪明而愚蠢的人类还是适合生存在三维及以上的世界中。
维度论的讲述就这样匆匆忙忙地结束了。让我们最后来讲一下弦论吧。很巧的是,在刚开始看这本书的时候,我看到了一则关于弦论的公众号推文。据说,弦论是最有可能成为完成大一统理论的一个宇宙论。当然在我认为,弦论其实是微观意义上的学论。弦论很难懂,但我认为比虚实粒子的溟灭纠缠等好懂太多了!
弦论的解释我是并没有办法完美地阐述的,我只讲述基本概念。大概意思为,在弦论之中,基本对象并不再是“粒子”,而是一根无限细的弦。无限细构成对于弦论不受维度限制的论理条件。另外,这些弦分为两种,一种是有端点的开弦,另一种是无端点的闭弦。弦理论对比粒子理论的一个不同点,以书上内容来看,可以解释为:在粒子理论中,长程力被描绘成由交换一个携带力的粒子引起的,而弦理论中,它们就如同是由连接的管引起的。
关于此书的内容,我无法再次进行其它补充。近一段维持三四个月左右的时间,实在是有些匆忙才能把这本书的读后感断断续续地写完了。另外,这些读后感是我的一些个人想法,倘若哪里有些阐述上的问题或是有意趣相投的朋友,当然可以共同交流并且指出我的错误,我是一个十分普通的宇宙的崇拜者。十分感谢您的阅读。
这些读后感还望是引起大家对宇宙学等的关注。我们的宇宙是神奇的、伟大的、至高无上的。当我畅游于这本书,冷静下来,真的由自身感受到了它的伟大和磅礴。宇宙如此之大,以至于我们甚至无能感受自身的渺小。我总是认为科学家们应当都认为自身的工作和立意,就是以一个崇拜者去对这庞然的世界做出微薄的探索。倘若我们可以去通过这些书,来感受这宇宙的奇妙,那该是一件多么美妙的事啊!也希望在不久之后的将来,我们能彻底明白宇宙的相貌。“人类是第一个认真注视月球的生物”,人类之所以伟大,是因为我们有着好奇的精神。很感谢霍金先生的这本色彩鲜明的学术型书籍,能在我空暇的时间给予我更多的力量和精神上的鼓舞。最后再次慷慨地赞美我们的世界。上天它赐予我们的,惟剩下了神秘的和永无止境。
一切内容基本源于《时间简史》一书
非学业性研究,有错误望纠正
宇宙崇拜者
感谢您的阅读。