时间与真理

《时间简史》是史蒂芬·霍金在1988年出版的科学著作，其中讲述了许多科学知识，以及宇宙本性前沿知识，例如大爆炸，黑洞，时空穿梭等知识。

下面是笔者的一些阅读见解与思考和大家分享。在四十五亿七千万年之前地球诞生，大约在三四百年以前人类才出现，人类不断地进化发展，智慧也越来越高，慢慢地人们就会开始思考：“我从何而来？”“我是谁？”“我将要去哪儿？”开始不断地套索物理知识，开始思考我们赖以生存的地球是怎么样的？从传说的“天圆地方”“龟背上的平板”，到亚里士多德的“地心说”，到哥白尼的“日心说”，这发展很漫长，道路也很艰辛。

但是我们的探索从未停止，我们逐渐开始探索地球之外的东西，我们开始观测思考宇宙：宇宙从何而来？宇宙有开端吗？宇宙开端之前发生了什么？宇宙将来将会怎样，会毁灭吗？……随着近代科学理论和技术快速发展，我们也得到了一些答案。

牛顿引力论1687年，艾萨克·牛顿出版了《自然哲学的数学原理》，在其中提出了在空间和时间物体运动的规律——宇宙中任何物体都被其他物体吸引。其中得出由于引力总是吸引的，所以我们宇宙的演化方向总是要么正在膨胀，要么正在收缩，很难是出于静止状态的，但是这不符合当时人们的传统理念——宇宙是静止的，他们为了这点还试图去修改牛顿理论。与此同时还在宇宙有无开端上争论不休。直到1929年，埃德温·哈勃通过观察总结，得知宇宙现在正在膨胀，由此推测再过去很远时刻我们可能处在一个密度无限大的地方，存在一个叫做大爆炸的时刻，在那一处所有的科学定理都不管用，所以由此得出在大爆炸开端以前时间对我们造不成任何影响，是没有意义的，所以即使存在也可以忽略，可以说大爆炸就是时间的开端。

广义相对论在20世纪上半叶我们取得了量子力学和广义相对论（1915年爱因斯坦）的巨大成就。爱因斯坦提出能量与质量等价关系，以及光速不变原理，并且迫使我们接受时间与空间必须结合在一起，时间不能独立于空间存在，只有在光锥之内的事件我们才可能观测了解，同时还提出了空间中的质量和能量会使它弯曲。由此他得出了光线在空间中不在以直线运动，时间在大质量物体附近会流逝得更慢，从而摆脱了传统绝对时间的束缚。有了这些理论人们再次思考宇宙膨胀的问题:人们利用多普勒效应大概测出宇宙在每十亿年膨胀5%~10%，同时估算我们实际可观测天体的总质量，这些质量总和并不能达到这个膨胀效果，所以设想出了 “暗物质”的存在，即看不见摸不着但是存在的物质；同时根据广义相对论计算，我们得出过去一个时刻，临近星系之间的距离必须为零，存在 “大爆炸”时刻，被称为“奇点”，在这一点广义相对论也会崩溃，这一点和牛顿引力相同。

量子力学在1926年德国科学家海森伯提出著名的不确定原理，原理指出我们不能同时确定粒子的位置和速度。在此基础上，20世纪20年代海森伯，薛定谔和狄拉克提出了量子力学的理论，理论规定“粒子不在拥有明确定义的，而且不能被准确测量的位置和速度，取而代之，粒子具有位置和速度的结合物，即量子态”。爱因斯坦的广义相对论制约

着宇宙大尺度结构，它没有考虑到量子力学的不确定原理，同时在黑洞和大爆炸等的强引力场中，量子力学效应也十分重要。此时当我们将量子力学和广义相对论结合时，我们产生了前所未有的可能：时间和空间一起形成一个有限的四维的没有奇点或边界的空间，它自给自足，由一个同一理论来完全描述。

基本粒子和自然力对于基本粒子和自然力，在1932年人们发现了正电子，我们预测到任何物质都存在反物质，甚至有反世界和反人，正的和反的物质相结合就会湮灭，放出比氢弹爆炸还多得多的能量。之后继续对粒子深入研究，人们总结出了携带力的粒子按照其强度和相互作用粒子，可以分为四种：引力、电磁力、弱核力和强核力，即我们所说的四大相互作用力。在科学界人们一直渴望能够大一统这四大力，想要由此来描述万物，解释宇宙，预言未来。

黑洞在1783年，米歇尔指出一个质量足够大并且足够致密的恒星会拥有如此强大的引力场，以至于连光线都无法逃脱——黑洞。1928年印度科学家钱德拉塞卡，研究发现由不相容原理提供的排斥力有一个极限，即物质粒子不能靠得太近，太近之后就会存在一个斥力，但是这个力有个极限： “一个质量大约为太阳质量一倍半多的冷恒星本身无法抵抗自己的引力”——钱德拉赛卡极限。由此预言出了大质量恒星的归宿，如果一颗恒星质量比此极限小，它最后会停止收缩而变成“白矮星”；大约为地球的一倍或者二倍，但是体积比白矮星还小得多，内部是质子和中子组成而不是电子，最终形成“中子星”；还有就是超过这个极限而坍缩成黑洞。黑洞区域边界为事件视界，它是黑洞刚好坍缩时刻，之后光再也不能逃脱，里面任何信息都将传递不出来，就好像一个屏障一样。

由此假如一个宇航员在黑洞刚好要坍缩之前到达恒星表面，以相同的时间间隔向我们传递信号，随着时间逼近坍缩时刻，信号间隔会越来越大，因为引力越来越大，光线传播变慢，直至坍缩时刻后我们再有收不到信号，该宇航员也会被身体上下巨大引力差而拉成意大利面条，英勇牺牲。后来研究人们提出黑洞也是一个奇点，并且研究出，引力坍缩之后，黑洞最终形成一种可以旋转的态，同时它的大小和形状，只取决于它的质量和旋转速度，与原天体无关。后来研究和我们说明一个事——“黑洞不是那么黑”，由于熵增原理，人们研究出，黑洞也会不断发出辐射。

人存在原理随着科技的发展我们对于宇宙认识也越来越多，但是人们还是有很多疑问：为什么早起宇宙如此之热？为什么宇宙在大尺度上如此均匀？为什么宇宙以临界膨胀的速度膨胀？为什么宇宙局部又是不均匀的？广义相对论不能解释这些原因。由此出现了“人存在原理”——“我们看到的宇宙之所以如此，乃是因为我们的存在”。解释一下就是因为宇宙只有长成这样，我们才存在，我们存在了才观察到这样的宇宙。很多疑问都可以用这个理论来解释，但是我们知道它是不严谨的，或者不是我们想要追求的真相。

时空穿梭和虫洞在1949年哥德尔发现了广义相对论允许新时空，首次表明物理定律也的确允许人们在时间里旅行。研究表明我们只要能够超光速行驶，我们便可以超过时间流逝（超过光），回到过去实现时空穿梭。但是我们知道我们不可能超过光速，那么是如何实现的呢？由于广义相对论提出了时间弯曲，那么我们就可以使两个时空弯曲得隔得很近，从中间产生一个“虫洞”让我们直接抄近道过去。这就好似：你现在拿出一张草稿纸，原本它是平坦的，两个对角之间相隔很远，此时你把纸张弯曲起来，就可以使两个对角一上一下相隔很近，此时你再在这两个点之间安装一个管道，让两个表面相通，原来必须沿着纸表面穿梭的，此时我们直接通过管道穿梭过去，是不是就可以在一定意义上超过光速旅行了？所以便可以穿梭时空，回到过去。科学家预测这样的管道可能存在于黑洞，因为它质量足够大让时空能够很好弯曲。这样的话，我们是不是就可以通过建造“时空穿梭机”，然我们穿越到过去，然后去做做自己遗憾的那些事，去改变一下自己的人生呢？但是你不要高兴的太早，因为此时出现了一个很严重的问题：假如现在你有时空穿梭机，你记下了过去某天的彩票中奖数字，然后你穿梭到过去买下了这样一张彩票，从此你成了富人，衣食无忧。但是此时我想让你想一下，你居然都穿越到过去，让过去的你干了一件你之前没有干过的事——中彩票大奖，那么之后你的人生都发生改变，那么现在的你是什么呢？即“过去的你”中了彩票之后，变成了一个“富你”，而变不成现在的“穷你”了，所以你是不是不该存在？所以如何回答这个悖论，或者解决这个问题？否则你回到过去不能改变有关你的任何东西，那样的话会同时时空出现不一样的你，时空错乱。我们总是感觉时间往前流逝，可是真是这样的吗？我们总是想要去追求更多的真相，我们想要实现大一统，我们想要能够很好预测我们所在是时空和宇宙，可是前方的道路还是一片迷雾。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，“朝闻道，夕死可矣”，这条路需要我们像牛顿，爱因斯坦等伟大的科学家学习，积极思索，奋力前进，让迷雾消散敞开大道。

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