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《时间简史》都讲了些什么之一:我们的宇宙图像
发布时间:2019-07-09
 

宇宙从何而来,又向何处去?宇宙有开端吗?如果有的话,在开端之前发生了什么?时间的本质是什么?它可以倒流吗?它会有一个终结吗?

《时间简史》都讲了些什么之一:我们的宇宙图像

哈勃望远镜拍摄的HDF.“最深”的图中可以看到几百个星系

关于宇宙的起源,在人类历史上有着种种的说法从民间的“世界是乌龟背上的平板一只驮着一只”到亚里士多德的“地球是圆的”到贝特兰.罗素的”地球绕着太阳公转“直到天文科技发展到现在我们认识到了银河系以及更多的无限的星系,意识到我们的地球不过是广袤无垠的宇宙中的一粒尘埃。

我们依然不直到宇宙究竟是怎样的,正如霍金先生所说:”即使到了今天,我们又凭什么认为自己知道的更正确呢?“ 确实,没有人真正知道我们这个世界真正的样子。

我们对它的的探究从来都没有停止过.

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亚里士多德

在公元前340年,希腊哲学家亚里士多德在《论天》一书中论证了地球是一个圆而不是平板的概念.

第一,月食是由地球运行到太阳与月亮之间引起的。地球在月亮上的影子总是圆的,这只有地球本身就是球行的条件下才成立。

第二: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。(北极星位于北极的正上方,所以它出现在北极观察者的头顶上而对于赤道上的观察者而言则在水平线上.

而亚里士多德认为地球是不动的,太阳,月亮,行星以及其他恒星都围绕地球公转. 而地球是宇宙的中心. 当时已知的星体是:太阳,月亮,恒星和水星,金星,火星,木星,土星.

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尔尼古拉.哥白尼(1473-1543)

尔尼古拉.哥白尼(1473-1543)的观点则是太阳静止地位于中心,地球和行星们围绕着太阳做圆周运动,并作出了托勒密模型系统.精密地预言天体在天空中的位置. 哥白尼也因此被教会谴责为异端. 将近一个世纪以后,人们才接受他的观点.

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托勒密模型系统

1609年,亚里士多德和托勒密的理论宣告死亡。那一年,伽利略用刚发明的望远镜来观测夜空.当观测木星时,发现有几个小卫星或月亮围绕着它运动. 因此,并不是像他们所说,的星体都围绕着地球抑或是太阳旋转. 而同时约翰斯.开普勒提出行星不是沿着圆周而是沿着椭圆运动.

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伽利略

到了1987年,艾萨克.牛顿出版了它的《自然哲学的数学原理》不但提出物体如何在空间和时间中运动的理论,切发展了分析这些运动所需的复杂数学.包括我们熟知的万有引力定律:宇宙中的任一物体都被另外的问题吸引。物体质量越大相互距离越近,则相互之间的引力越大. 而宇宙中的所有星体以引力为前提做圆周运动.

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牛顿

然而不息地运动着的宇宙是在膨胀还是收缩呢?它在何时开始又会在何时结束?1789年哲学家曼努尔.康德发表了著作《纯粹理性批判》。他称这些问题为纯粹理性的二律被反(也就是矛盾).如果宇宙有没有开端,则任何事件之前必有无限的时间;如果宇宙有一开端,在祂之前必有无限的时间. 为何宇宙要在某一个特定的时刻开始呢.

不管宇宙是否存在了无限久,时间均可无限地倒溯回去,我们将会看到,在宇宙开端之前,时间是没有意义的.

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埃德温.哈勃

1924年,埃德温.哈勃做出了个里程碑式的观测,即不管你往哪个方向观测,远处的星系都正在急速地飞离我们而去。换言之,宇宙正在膨胀. 这意味着在古老时期,星体应该比现在更加相互靠近。似乎在约100-200亿年前的某一时刻,塔门刚好在同一地方. 所以那时的宇宙密度为无限大. 而在某一个瞬间,他开始因内部的原子的斥力而爆炸. 上帝是在大爆炸的瞬间创生宇宙.

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大爆炸模拟图

在不断演化的天文物理理论中我们知道,一个好的理论必须满足两个要求:首先这个理论必须能准确地描述大量观测--这些观测是根据只包含少数任选的元素的模型所做出的;其次这个理论能对未来观测的结果做出明确的预言.

然而,在同时。任何的物理理论总是临时性的:因为你永远不可能证明它(因为你不可能跳出 宇宙站在高处来向人们证实它的样子)另一方面:哪怕你找到任何一个和理论预言不一致的观测事实,即可证明该理论是错误的 .

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今天,科学家按照两个基本的部分理论---广义相对论和量子力学来描述宇宙。他们是20世纪上半页的伟大成就: 广义相对论描述引力和宇宙的大尺度结构 ,也就是从只有几英里直到大致几亿亿亿(1后面24个0)英里(1英里=1.609千米)及可观测到的宇宙的尺度的结构;另一方面,量子力学处理极小尺度,例如万亿分之一英寸(1英寸=2.54cm). 可惜的是,这两个理论不是相互协调的,他们不可能都对。

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广义相对论将引力描述成因为时空中的质量和能量而引起的时空弯曲.

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量子力学描述 原子水平以及更微观的水平现象

我们一直都在致力于观测制约着我们的宇宙理论,这些理论无论我们是否知晓都在制约和决定着我的行动. 这样,其实理论本身就决定了我们对之探索的结果!即我们以什么样的角度去观测宇宙就必定得出什么样的结果。那么,为什么它保证我们从证据中得出正确的结论?难道它不也可以同样保证我们得出错误的结论吗?或者根本没有结论?

然而,我们仍然想知道我们为何在此,我们从何而来?人类求知的最深切的意愿足以为我们从事的不断探索提供充足的理由 。

下集预告:《时间简史》都讲了些什么之二:时间与空间

小编寄语:《时间简史》是霍金先生伟大的科学巨著.它从各种物理学的研究中探索时间的由来以及对我们人类的影响及意义. 天文物学也许离我们的日常生活很远,但是,他可以打开我们用量一种方式看世界的大门,更高的,更深远的角度,让我们意识到那些日常的琐事其实是微不足道的.

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