《时间简史》笔记摘录

Posted 2020-09-26 时间的朋友

《时间简史》自1988年首版以来，已成为全球科学著作的里程碑。它被翻译成40种文字，销售了超2500万册，成为国际出版史上的奇观。

该书内容是关于宇宙本性的最前沿知识，从那以后无论在微观还是宏观宇宙世界的观测技术方面都有了非凡的进展。这些观测证实了霍金在该书第一版中的许多理论预言，其中包括宇宙背景探险者(COBE)的最新发现，它在时间回溯上探测到离宇宙创生的30万年之内的某些情况，显露了霍金超人的时空感知能力。

   宇宙从何而来，他又向何处去，宇宙有一个开端吗，如果有的话，在此之前发生了什么，时间的本质是什么，他会达到一个终点吗，我们能在时间中返回过去吗？在第一章的结尾，霍金提出了这些问题，一如艾伯特向苏菲提出的问题，“我是谁，世界从何而来？”这两个哲学中最本源的问题促使苏菲开始思考，并在艾伯特的引导下开始了一次奇妙的哲学旅程。时间简史的开篇，霍金也向我们抛出了宇宙学的基础问题，而后带领我们进行一次《星际迷航》。

　　本书开篇作者明确告诉你，摒弃你思维中所有关于经典力学的规则，忘记引力是力，三维空间，绝对时间，因为“我们凭什么自以为了解的更好呢，暂时忘记你所知道的--或者你认为你所知道的关于空间的知识。”不存有任何先入为主的观念，腾空你的大脑，他现在是一张白纸，而后根据作者的阐述，在白纸上涂鸦。

　　在前五章，作者系统阐述了牛顿力学和狭义相对论，因为经典力学不仅是现代物理学也是现代天文学的开端，至此“我们不仅放弃了地球是宇宙中心的思想而且以科学理论相对证明了放弃这一思想的准确性，且不仅于此，我们甚至以为我们的太阳，也许我们的太阳系在宇宙中都不占有独特的地位，世界观的这一改变象征着人类思想的深刻转变，这也是我们现代科学对宇宙立即的开端；而相对论迫使我们从根本上改变时间和空间的观念，我们必须接受，时间不可能和空间分离而独立存在，而是和他结合，形成一个叫时空的客体；而在广义相对论中，爱因斯坦更是将引力解释为四维空间的曲率，这一天才的设想，彻底颠覆了我们以往的宇宙观。

　　第六章的标题为”弯曲空间“这是一个全新的概念，爱因斯坦在广义相对论中有一个革命的设想：引力不同于其他力，他不是力，只不过是时空并不平坦这一事实的结果。在四维中，时空本应是一个平面，但应时空中的质量和重量分布不同，造成了时空的塌陷，就像一块被拉平了得有弹力的布，太阳是一块放在布上的小石头，石头让周围的布塌陷，形成一个近乎漏斗状，本是沿直线运动的光在经过这个弯曲的空间时因距离的拉长便显得慢些，同时，以光速为基准的物体运动速度便相对提高（当然提高的量极其微小）所以，相对论的另一个预言是，在诸如地球这样的大质量物体附近，时间流逝的应该较慢些。在相对论中不存在绝对的时间，相反，每一个物体都有其自身的个人时间测度，这个测度以他在何处以及如何运动而定。

　　至于我们为什么要研究时间和空间，在本章末，霍金说：现在时间和空间是动力量，当一个物体运动时，或者一个力作用时，他影响空间和时间的曲率，而时空结构反过来也影响物体运动和力作用的方式，时间和空间不仅影响宇宙中发生的一切，而且受其影响。

　　第七章开始讲诉我们的宇宙，物理学家们因观测到星系红移而得出宇宙正在膨胀的结论，而且膨胀正在加速，宇宙学家将这比喻成一个不断被吹张的气球，那么在宇宙没被吹涨之前是什么呢，霍金解释说，事实上，在宇宙中我们观测到的物质总量的情形下，因爱因斯坦方程得出的所有解中，都有一个非常重要的特征：在过去的某一时刻（大约137亿年以前）相邻星系间的距离必须为零，换言之，整个宇宙被解压在零尺度的单个的一个点，就像一个半径为零的球，那时，宇宙的密度和时刻曲率都无限大，它是我们称之为大爆炸的时刻，大爆炸后的宇宙经过最初的暴涨后因额外的引力膨胀慢了下来，但实际今日，膨胀仍在继续。而知道了宇宙的起源和现状，人们便想推测宇宙的未来，天文学家给出了两种可能，一，大解体，当膨胀到星系间的距离达到引力无能为力时，宇宙便炸散开来。二，大坍缩，即引力够大，宇宙最终坍塌回归到一个点即奇点，一如黑洞。

　　第九章阐述了量子引力，这是一个全新的理论，因为由于当今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，而且不幸的是，人们知道这两个理论不能相互协调，他们不可能都正确，因而当今物理学的一个主要抱负，便是一个能将两者结合在一起的新理论--量子引力论。又因为相对论对奇点无能为力，但迄今为止因周边引力场的微弱，所有的实验都支持他，他大体是正确的但有瑕疵，而在宇宙的早期，当宇宙中所有的物质和能量都被压缩成非常小得体积时，引力场变得非常强大，在如此强大的引力场时，量子理论有重要效应，故而，为找到一个统一的理论将二者结合成量子引力论是必要的，但有意思的是，量子引力论有一种和宇宙大爆炸截然不同的宇宙起源的可能，即时空是没有边界的，那么宇宙会是完全自给自足的，没有开端和结束，不被创造和消灭，它只是存在。

　　此外，霍金在本书中还解说了时间旅行的问题，关于时间旅行最具科学原理的方式有两种：一，超光速旅行，但根据现有条件，我们可以把粒子加速到光速的99.99%，但无论注入多大的功率，也不可能把他们加速到超过光速壁垒，所以，目前为止，此路不通。二，虫洞旅行，即把时空曲卷起来，把几乎平坦的相隔遥远的区域连接起来，而如果一个先进的文明可能使虫洞维持开放，那么他们需要负能量密度的物质，而根据量子理论，允许某一些地方的能量密度为负，因此，我们有理由相信，不但时空可以被曲翘，而且能被曲翘成允许时间旅行的样子。

　　所以，但就理论，时间旅行完全有可能，但，只是理论。

　　书中还首次提出了许多新的理论，比如暗物质，暗能量，超弦等等。

　　在书的最后，霍金说：如果我们确实发现了一个完备的理论，在广泛的原理上，他应该及时让所以人理解，而不仅仅让几个科学家理解，那时我们所有的人，包括哲学家，科学家以及普普通通的人，都能参与和讨论我们和宇宙为什么存在的问题。如果我们对此找到了答案，那将是人类理性的终极胜利--因为那时我们知道了上帝的精神。

　　这当然是一个令人激动的愿望，但于我，倒真心希望那一天晚些再晚些到来--但要赶在太阳变成红巨星吞噬地球前就好，人类天性有求知欲和好胜心，正如书中有一句话：人们总是不满足于把事物视作互不相关和神秘莫测的，我们渴求理解世界的根本秩序。不断超越自我是人类社会得以发展的原动力，正是应对周边事物的未知，不解，推动了人类不断探索进步，惑而习，习而思，思而知，知而行，行而进步发展，物质决定意识，意识反作用于物质，这是社会的基础。

　　《世界简史》是一本于生存无用的书，一如哲学，但人活一世，从根本上面对两个问题：一，生存，得活下来；二，要回答生命价值的问题，让心有个安处，而这本书的价值即在于启迪人的思维，震颤人的灵魂。子曰：四十而不惑，这要求苛刻，甚至不可能达到，但人可以让自己少惑，多知，知愈多，便愈是独立的人，从兽到人，需要建立自我意识，从人到神，需要消融自我意识。而知便是建立自我意识的根本，不论人只满足于七情六欲的感应法门，亦想达到无我相，我人相，无众生相，无寿者相的究竟法门，建立独立的自我意识，都是必经阶段。

  斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen Hawking） 于1942年1月8日生于牛津，那一天刚好是伽利略逝世三百年。可能因为他出生在第二次世界大战的时代，所以小时候对模型特别着迷。

霍金十三、四岁时已下定决心要从事物理学和天文学的研究。十七岁那年，他考到了自然科学的奖学金，顺利入读牛津大学。学士毕业后他转到剑桥大学攻读博士，研究宇宙学。不久他发现自己患上了会导致肌肉萎缩的卢伽雷病。由于医生对此病束手无策，起初他打算放弃从事研究的理想，但后来病情恶化的速度减慢了，他便重拾心情，排除万难，从挫折中站起来，勇敢地面对这次的不幸，继续醉心研究。七十年代，他和彭罗斯证明了著名的奇性定理，并在1988年共同获得沃尔夫物理奖。他还证明了黑洞的面积不会随时间减少。1973年，他发现黑洞辐射的温度和其质量成反比，即黑洞会因为辐射而变小，但温度却会升高，最终会发生爆炸而消失。

八十年代，他开始研究量子宇宙论。这时他的行动已经出现问题，后来由于得了肺炎而接受穿气管手术，使他从此再不能说话。他全身瘫痪，要靠电动轮椅代替双脚，不但说话和写字要靠计算机和语言合成器帮忙，连阅读也要别人替他把每页纸摊平在桌上，让他驱动着轮椅逐页去看。

这些黑洞理论和“大爆炸”理论的惊天发现，使他成为了自爱因斯坦之后世界最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。可以说，全人类都有赖这位喜欢仰望星空的轮椅巨人，获得了一次最好的宇宙学启蒙教育。

霍金的著作包括《时间简史》及《黑洞与婴儿宇宙以及相关文章》。虽然大家都觉得他非常不幸，但他在科学上的成就却是在他在病发后获得的。他凭着坚毅不屈的意志，战胜了疾病，创造了一个奇迹，也证明了残疾并非成功的障碍。他对生命的热爱和对科学研究的热诚，是值得年轻一代学习的。