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[转载]宇宙观的演变--2

(2018-06-11 21:26:58)
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分类: 学习笔记
原文地址:宇宙观的演变--2作者:时易刘建君
 好象过去发生的一切都是在为霍金作必要的准备。现在,宇宙正在膨胀的事实已被发现,而相对论和量子力学也在各自的领域取得了成功并正在指导着应用科学的进步。霍金带齐了必要的行装,登上了开往“自然终极定律”的列车,老子正在那里等候他的到来。
        为了找寻宇宙初始的奥秘,必须从1929年哈勃所发现的宇宙正在膨胀入手。由于哈勃发现,所有星体都在离我们远去,离我们越远的星系远离我们的速度就越快,而且星系远离我们的速度同离开我们的距离成正比。这个现象是无论你向天空中哪一个方向看都是一样的,这可能会使人们以为自己便是宇宙的中心。但是我们并不能否认有这种可能,就是在宇宙中别的地方也会得到相同的结果,或者更近一步,即在宇宙的任何一点向外看,都会看到哈勃所看到的情景。正如《时间简史》第三章所说:“所有的星系都直接相互离开。这种情形很像一个画上好多斑点的气球被逐渐吹胀。当气球膨胀时,任何两个斑点之间的距离加大,但是没有一个斑点可认为是膨胀的中心。”
        以这种模型描述的宇宙有这样一个特点:“即在过去的某一时刻(约100到200亿年之前)邻近星系之间的距离为零。在这被我们称之为大****的那一时刻,宇宙的密度和空间——时间曲率都是无穷大。”因为以往我们所理解的空间和时间都是平坦、连续的,而在上述宇宙模型中存在这样一个点,空间和时间都不在具有连续性。也就是说,不可能将空间和时间的状态反推回去而通过这个点。“这表明,即使在大****前存在事件,人们也不可能用之去确定之后所要发生的事件,因为可预见性在大****处失效了。……正是这样,与之相应的,如果我们只知道在大****后发生的事件,我们也不能确定在这之前发生的事件。就我们而言,发生于大****之前的事件不能有后果,所以并不构成我们宇宙的科学模型的一部分。因此,我们应将它们从我们模型中割除掉,并宣称时间是从大****开始的。”(《时间简史》第三章)。“爱因斯坦广义相对论本身预言了:时空在大****奇点处开始,”《时间简史》第八章。
        这同我们通常所理解的大****是不同的,我们总是想象在一个已经存在的空旷的空间里,在时间的某一刻,一个巨大、密集的物质团****了,从而产生了今天的星系。这主要是因为我们在绝对时间的宇宙观里长大,那无边无际的空间和没头没尾的时间观念对我们的影响实在是太大了。要理解霍金所描述的宇宙的开始状态,必须去除无限空间和时间的概念。这是一个非凡的解释,也就是说,在宇宙开始的那一刻,空间和时间都不存在,宇宙的开端是一个“无”的状态!这也正是《老子》中所说的:“无、名天地之始”(第一章)“天下万物生于有,有生于无” (第四十章)。原来《老子》所说的“无”就是这种真正的无,不仅一无所有,而且时间和空间都是“无”。老子在《道德经》的开篇就斩钉截铁地宣称“无,就是天地的开始”。这同霍金的模型所推导出的宇宙的初始是完全一致的。
        但上述的模型还存在一个问题,就是用广义相对论虽然可以解释大****以后不断膨胀的宇宙,但不能解释宇宙的开端,既大****时宇宙的状态。正如霍金所说:“广义相对论只是一个不完全的理论,它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。”宇宙的开始点在广义相对论中是个奇点。奇点就象是大街上丢失了盖子的井,有些不协调,有些不和逻辑。如果说,在大****以后,宇宙便依照一定的规律而自然演变,而这一非常有规律的演变竟是起源于一个毫无规律可言的起点,这似乎有些说不过去。由于在极早期宇宙中有过这样一个时刻,那时宇宙是如此之小,密度又是如此之大,此时的宇宙以基本粒子为主。于是,霍金想到了二十世纪的另一个伟大理论,量子力学。因为量子力学就是研究小尺度范围内基本粒子之间相互作用的成功理论。将量子力学引入到由相对论负责研究的大尺度引力问题,进而创建了量子引力论,霍金成功的描述了包括宇宙开端的宇宙演化过程。《时间简史》第五章中对量子引力论有详尽描写。我们在这里可以不用去理解太多的物理学术语,我们只需要知道以相对论和量子力学为基础,霍金成功地解释了1929年哈勃所发现的正在膨胀的宇宙,并依照其膨胀速度将宇宙推演到它的起始点。这样一来,我们可以说宇宙就是基于相对论和量子力学的宇宙。相对论和量子力学基本原理就是宇宙的基本原理。于是绝对时间宇宙观失效了。首先,宇宙空间不是无限的,在100多亿年前的那个起点上,宇宙空间的尺寸为零;在大****之后,宇宙一直处于膨胀之中,宇宙空间的尺寸一直在变大,今天的宇宙尺寸已经是相当大了,但它只是浩瀚的,并不是无限的!其次,我们所熟知的时间不是无始无终的,它从100多亿年前的那个起点处开始,并有可能终结。
        在绝对时间宇宙观失效之后,进一步所发现的宇宙符合量子力学和相对论。而量子力学和相对论中分别有一个基本原理,那就是不确定原理和光速恒定原理,他们就成为了霍金所描绘的宇宙的特征。而《老子》之中有关不确定原理和光速恒定原理的描述将使人大开眼界。量子力学中的不确定原理是,一个基本粒子的位置不确定叫△S;速度不确定叫△V;质量叫m;这三个参数不能为零,只能混在一起来说,三者的乘积要大于等于普郎克常数。当基本粒子的内秉质量为零时,就成为了光,而光遵守光速恒定原理,即不管观察者运动多快,他们应测量到一样的光速。
[转载]宇宙观的演变--2 

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