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你好阅读家庭读书会Ⅱ9.2/21《果壳中的宇宙》读后笔记李欣雨妈

你好阅读家庭读书会Ⅱ9.2/21《果壳中的宇宙》读后笔记李欣雨妈

作者: 张灵_0ce8 | 来源:发表于2018-04-11 19:30 被阅读0次

    关于作者

    斯蒂芬·霍金,当代最知名、最活跃的物理学家,前剑桥大学卢卡斯数学教授。

    关于本书

    《果壳中的宇宙》是霍金的第二部科普作品。本书在内容上和《时间简史》有所关联,但写作结构并不相同,也更为简单易懂。此外,本书中所采用的“果壳”比喻已经深入人心,影响了许多作品的命名方式。

    核心内容

    霍金在本书中介绍了相对论、量子力学等20世纪物理学中最重要的知识,还介绍了时间旅行、虫洞等新奇的概念。而其中最核心的内容,是霍金通过引入虚时间的概念,将宇宙的历史归结成一个表面轻微起伏的四维球面,正如一个果壳。

    一、爱因斯坦给时空赋予形状

    在20世纪之前,人类的时空观是以牛顿为代表的绝对时空观,爱因斯坦的相对论则打破了这一观点,给时空赋予了形状。

    牛顿曾说,空间是和任何外界事物都无关的,它从不运动,并且永远不变,时间也同样一成不变,并且按固定的速度匀速流动。在绝对时空观中,时间和空间不受任何其他事物的影响,是万物的背景,而且彼此之间也没有联系,更谈不上有什么形状和结构。

    而爱因斯坦通过对光速不变现象的研究发现,并不存在着一个绝对的时间,如果两个观察者的运动状态不同,那他们眼中的时间也不相同。此外,时间和空间相互纠缠,共同结成了有形状和结构的时空。

    【举例】

    假如你站在地上,此时天上飞过了一艘宇宙飞船,宇宙飞船里的人站在船尾,用激光发射器向船头发射了一束光。在他看来,这束光走的距离,刚好是飞船的长度,而在你看来,由于飞船在向前运动,所以如果这束光要到达船头,那光的运动距离要比飞船的长度更长一些。根据光速不变原理,这意味着在你和飞船里的人眼中,这束光从船尾到船头所花费的时间是不一样的。

    二、霍金通过虚时间给宇宙的历史赋予了形状

    在对宇宙历史的解释中,目前最主流的理论是宇宙大爆炸模型,而霍金通过引入虚时间的概念,构建了自己的“无边界宇宙模型”。在这一模型中,宇宙的历史相当于一个四维球面。

    1. 虚时间

    虚时间跟实时间相对应,与数学上的虚数有关。按照霍金的说法,用虚数来度量的时间就是虚时间。虚时间在数学上等价于空间,就相当于是空间的第四个方向。这是一种数学上的处理技巧。虚时间和实时间之间有密切联系,就好像是对方的影子一样。

    2. 无边界宇宙模型

    在宇宙大爆炸理论中,宇宙必须有一个开端,这就给上帝的存在留下了空间,而在霍金利用虚时间所构建的无边界宇宙模型中,宇宙有限无界,没有边界和奇点,不需要开端。

    霍金说,我们可以把宇宙在虚时间中的历史想象成地球表面:在虚时间中,宇宙的起点就相当于地球上的南极点,但是南极点本身并没有什么特别之处,跟地球上的其他点一样都遵循同样的物理规律,所以在这个模型里,宇宙没有一个特别的奇点,所以也根本没有开端和起源。

    三、宇宙在虚时间中的历史是果壳状的

    霍金引用了量子力学中的“多重历史思想”,认为宇宙同样具有多重历史。但是根据“人存原理”,我们所生活的宇宙,它在虚时间中的历史只能是一个表面轻微起伏的“果壳”。

    1. 多重历史思想

    物理学家费恩曼提出,在量子世界中,一个粒子可以具有多重历史。霍金将这一思想运用到了宇宙整体中,认为宇宙也会拥有多重历史。

    【举例】

    在量子力学中,当一个粒子从 A 点运动到 B 点时,它不光走过了一条路径,而是同时走过了所有可能的路径。它可能既走了一条从 A 直接连到 B 的路径,也有可能在中途绕了一个圈,甚至可以在中途先跑到几公里外的一家餐馆转一圈,再转个弯回来到达 B 点。总之一切有可能的路线,这个粒子都同时跑了一趟,因此这一粒子就具有多重历史。

    2. 根据人存原理,宇宙在虚时间中的历史一定是果壳状的

    人存原理就是说,宇宙必须是现在这个样子的,否则人类根本就没机会出现,也就不会有人在这里问宇宙为什么是这个样子的了。如果我们的宇宙在虚时间中的历史不是果壳状的话,那宇宙在实时间中就会一直暴胀,不会形成智慧生物。

    霍金认为,人存原理在解释宇宙起源时扮演着很关键的角色。宇宙可能存在多重历史,但其中绝大部分的历史根本就不适合智慧生物出现。比如,为什么我们恰好生活在三维空间中呢?因为二维空间结构过于简单,不支持出现智慧生物,而四维空间又不够稳定,无法诞生生命。

    金句

    1. 《哈姆雷特》中有一句台词,“即使把我关在果壳之中,仍然自以为无限空间之王。”在霍金看来,这句话恰好符合了宇宙的现实。

    2. 爱因斯坦提出,没有什么绝对的时间,每个观察者都有一个自己的时间。

    3. 空间的弯曲一定也伴随着时间的弯曲,这就意味着,时间和空间一样,也是具有形状的。

    4. 虚时间在数学上等价于空间,按霍金的说法,就相当于是空间的第四个方向。

    5. 人存原理就是说,宇宙必须是现在这个样子的,否则人类根本就没机会出现,也就不会有人在这里问宇宙为什么是这个样子的了。

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