这本科普读物我前前后后看了6年。2003年初,我浏览了书中所有的彩图、注释及部分章节,这一切对于当时的我来说充满新奇却也过于深奥。2007年夏,我又拿起了这本平时只当是插画书信手翻看的精装硬皮书,认认真真地读了前五章,到第五章涉及量子物理时候彻底晕了。于是再次放下了这本书,这次读懂了一些关于宇宙演化和相对论的简单知识。这年高中毕业,选择了偏向工程方向的专业,一直坐在我前面的女生居然报考了纯物理学专业,陡然心生敬畏。2008年夏,我决心把这本书读完。尽管量子理论方面仍然不得要领,但也好歹有了个概念。买书5年后终于读完了全书,最初很热衷于宇宙星系演化和黑洞虫洞时间旅行的相关内容,但这一次第九章探讨的“时间箭头”令我印象深刻,我也唯心地想,或许时间也不过是一种错觉吧。2009年,在校修完了《大学物理》,具体内容大致包括相对论、电磁场理论、量子物理学基础,讲课的老师是一研究光学激光器的副教授,搞科研的人就是不一样,也算是对量子理论部分有了进一步了解,于是又随手翻看这本老旧的图画书来,也顺便在这里作个小结。
现在大概是我这辈子物理学知识储备的巅峰状态了吧,因为并非科班学物理,今后也似乎不太有机会深入学习了,时间一长难免逐渐忘记。面对浩瀚无边的知识海洋,知道的越多便越发地感觉到自己的渺小,我不敢奢望认识每一朵浪花,但偶尔抬头眺望一下蔚蓝的大海,吹吹新鲜的海风,就总能使人心情舒畅。
一、物质(Substance)
物质即一种存在。物质由一些基本粒子(自旋为1/2)构成。物质的绝对静止是不存在的,物质的绝对状态是不停运动变化的。质量和能量是描述物质状态的两个重要属性,两者皆满足广泛意义上的守恒定律,且可以互相转化。力(自旋为0,1,2的虚粒子)和波(自旋为0,1,2的实粒子)描述了物质间的相互作用及效果,自然界归纳出四种基本的力:引力、电磁力、强核力、弱核力。
关于物质的哲学原理是:生命是一种形态,这种存在并不永恒,但万物却共享相同的物质基础,而在物质互相转化的过程中质能恒久不灭。
所以在共同的物质基础的轮转中,今天的我也许就是明天的你,来日化作山川草木风雷云雨也未可知。佛家云“惠爱万物众生”,儒家曰“老吾老以及人之老,幼吾幼以及人之幼”又及仁人志士“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”“天下兴亡,匹夫有责”,这些思想是有着深刻道理的,某种程度上,一个人就是他身边所有人的总和,他的成长生活言行处事都深刻地受到身边的人和所处环境的影响,所以一个人应当关爱身边的人,为生养他的这片土地作出自己的贡献,我即世界——爱惜自己需要理由吗?只有胸怀天下的人,才能真正的惠爱苍生万物,是谓“大爱”,所谓“仁者无敌”并不是仁者多么强大,没有可以与之匹敌的对手,而是说仁者待人亲善,推己及人,没有敌人,有的只是朋友。倘若人人如此,中华民族千百年来的终极政治理想也就实现了——“天下大同”,用现在流行的说法就是“和谐社会”,共产党说那是“共产主义”,从古至今无论名称说法如何变化,但民族的理想未曾变,人民纯朴地憧憬着太平安康稳定发展的好日子,但这决不只是一个人两个人的富裕生活,而是所有手足同胞们的团结兴旺,也是这片古老土地的复兴梦想。(回头再看这段总觉得正能量爆棚,怕是救不回来了,人生着眼的视野不同认知的尺度也会跟着不一样,上帝视角中个体的死亡确是永生之门,但我们终究是群体中求生活的个体,有时自私也是德行他人或成地狱,如何在自我与他我之间求平衡,是一个可以反复讨论的永恒话题。)
二、时空(Time&Space)
当我们跳出低维度的视角去思考这个世界,时间和空间是一个混合的概念,时空的本质是物质的散漫态,而时间只是物质状态变迁的一种度量。时间箭头是基于热力学方向(闭合系统中的熵总是随时间增加)、心理学方向(取决于热力学方向)、宇宙学方向(方向不定,但根据人择原理,现在它与前两个方向一致)的。关于广义相对论和时空曲率的一些论证及推论让我们看到通过旋转黑洞、虫洞进行时空旅行的可能性。
关于时空的哲学原理是:时间很容易令人产生类似“逝者如斯夫,不舍昼夜”的错觉,其实时间仍在,是我们在飞逝。
时间用以在大尺度范围内统一度量和标记物质状态的变迁,但对于每一个生命个体来说有时并不受制于此,一个人的生活越充实相对来说他的时间就越多,有人说生命就像一部小说,好不好不在于长短而在于内容是否精彩。如果说人们共享物质基础,但可凭借思想言论行为、认识和改造世界的能力来区别不同的生命个体。试想假如一个人死了,他的思想言论行为仍为人们所记忆并指导着实践生活,那么这个人真的死了吗?其实,人总是可以永远活着的,只不过形式不同罢了,千百年后仍然在这土地上生活着的人们,不也正是我们自己吗?
三、科学(Science)
从最初亚里士多德的权威说法到牛顿的经典理论再到爱因斯坦的相对论和近代物理学的量子论,科学理论的提出、完善、应用乃至推翻,每每令人惊叹随即错愕。让我来回想一下部分基本理论及关键字:
1、电磁场理论:四个方程,精彩到勿用多言,做大一统工作的人总能博得满堂彩,向麦克斯韦致敬。也正是这个理论方程关于伽利略变换的不谐洽导致了洛伦兹变换和相对论的提出。
2、相对论:狭义相对论凭借两条简洁的假设,开拓了一个崭新的时空观,重新探讨了惯性系中物体的运动规律,由此衍生出来的一系列推论和预言近乎完美的解释并验证了诸多难题,继而广义相对论又对非惯性系中的物体运动规律做了进一步研究,赋予了引力场和惯性等物理概念以新的科学内涵,有力地推动了天文宇宙物理学的快速发展。
3、量子理论:光电效应、波谱研究、康普顿效应、德布罗意波->量子化(从普朗克到波尔)!海森堡不确定性原理(俗称测不准原理)放弃了量子状态的精确测量、泡利不相容原理->概率波、薛定谔方程,还有一大堆基本粒子及其量子状态描述(复杂从略),量子物理学作为研究物质微观机理的近代理论还在不断的完善中……
4、近代宇宙学:宇宙的起源及演化(热大爆炸学说,弗里德曼闭合宇宙,宇宙无边界设想)、黑洞理论(坍塌,高密度,大引力)、虫洞(时空负曲率)、人择原理(最莫名其妙的原理:“不要问为什么,因为这就是答案”)、暗物质(反粒子)、弦/膜理论、……关于宇宙的理论与设想自古以来就没少过。
5、理论的统一:广义相对论用以描述宇宙的大尺度结构(几公里到1亿亿亿英里),量子力学用以处理极小尺度现象(百万亿分之一米),然而,可惜的是这两个理论不是互相协调的——它们不可能都对!现在科学家们正在思索并探寻一种被称为“量子引力论”的统一理论。自然界中的四种基本力中除引力外的其他三种力的统一已经在GUT(大统一理论)中初见端倪,然而离最终得到包含包括引力在内的所有力和普适物理规律的统一理论还有相当长的一段路要走。
关于科学理论的哲学原理是:不要迷信,特别是不要迷信科学!所谓科学就是可以被证伪的。而我们要承认科学理论也是一种假说,是既定条件下适用的既定真理,要反对科学疯子,揭露科学骗子,不当科学傻子。辩证法认为真理是一个过程,不是一成不变的,人类对于任何事物的看法,对一切事物的认识,都是一个不断深化的过程,没有终点,每个阶段的真理连接起来,形成真理的过程,每一个时期的真理都只是相对的。实践是检验真理的标准。(是不是看着眼熟?好吧,最后这句两句是马哲原理……)
四、世界(World)
最后,世界。世界是什么?世界=物质?世界=宇宙?在我看来,世界是一切事物的总和,世界即自己。
形而上地讲,世界对于一个人来说是从他开始认识世界到他彻底遗忘世界为止的。永远有多远,长不过生死之间,对于一个人来说,他所谓的永恒都包含在他的生命里他的世界中,当他的世界覆灭,他的永恒也就随即终止,或者说也就真的“永恒”了,纵使他生前的作为会对活着的世界产生恒久的影响,但一切对他来说已然没有分毫意义了,那些一心立功绩想名垂青史或是做坏事怕死后背骂名的人也只不过是活着时的安心与畏惧罢了,死了的人还会在乎金钱名利、众人的眼光或是历史的评价吗?
生命是一次得之不易的体验,究竟要如何去度过,每个人有不同的选择,默默无闻是生,轰轰烈烈亦是生,可以很在意,也可以很随意,都是一生,不过是生活的方式不同。有人说生命的本质就是浪费时间,那我更愿意将时间“浪费”在有意义的事情上。而生命的意义就是热爱和创造美好,在岁月磨损的纷扰中仍旧如萌芽般充满欣喜与感动,微笑着用力去生活。
那些认定一切奋斗和努力都终将在身后灰飞烟灭归于枉然的人是悲哀的,其实即便是最艰辛的生命也是有大欢喜的,这欢喜来源于那些美好的生活体验,那些勇敢的尝试、那些执着的坚持、挥洒着汗水和泪水的付出、满载着歌声和笑声的收获——热爱生活的人更容易被生活所感动,而感恩于辛苦生活中美好的人们,也乐于奉献自己为别人创造美好。当我来的时候这个世界不尽完美,当我走的时候我希望世界因我而更加美好,哪怕是一点点,所谓“能力有大小,贡献需尽力”,若曾用心体会真诚生活,带来更多美好的东西,生命就是有意义没大缺憾的。
物质本身就是一种存在,存在即合理,不需要理由;但人不同,活着是需要理由的,给自己一个闪亮的梦想,让你的世界活下去。
大家有没有去看最近那个叫Interstellar的电影,基于一些物理假设编了一个感人的科幻故事,虽然还是有很多经不得仔细推敲之处,可总的来说我觉得很有趣也很动人。
其中最让我感慨的是不论相对的时间快慢怎样变化,我们都只能过自己的时间,我们可以节约时间但都无法重返过去。生命虽属于我们却永远指向前方,这令存在有限的生命个体多少有些遗憾啊~既然我们注定都回不去了对不对?所以从现在开始,此时此刻此时此地是我们所能掌握的最确定的美好,下一秒下一刻都是不确定的未来,未来还没来谁又知道是好是坏呢?唯一握在掌心的眼前与当下还用来忧愁和焦虑就太不应该了,所以大家快来一起cheer up一下吧,哈哈哈~
毕竟是理科专业的,看这本书看得比较深刻,把书上的知识升华到中国传统哲学的高度,实在难得。
像我自己的话,理科学得又不好,那些专业的数学、物理符号只能是当做图片来欣赏,那些玄妙的时空观念只能是靠想象了。
很多细节都不太懂,但能感觉到一种强大的力量。
我是专了牛角尖了。
正如你所言:生命是一次得之不易的体验,究竟要如何去度过,每个人有不同的选择,默默无闻是生,轰轰烈烈亦是生,可以很在意,也可以很随意,都是一生,不过是生活的方式不同。
有时,可能更多的是以前吧(现在进入工作以后,很少有这样的体验),看着天空,那些遥远的地方,再看看自己,有种苍凉的感觉——想着自己消失在这个世界的感觉。每个人都在做着自己正确的事情。
现在读着《世界简史》,想着人类,连同地球、太阳系、银河系、宇宙有一天终会消失。但人,真是一个神奇的生命物质集合,那是多么的独一无二,我们可以感知世界、理解世界,一切可以变得美好。我们享受着我们的生命周期。所以,看着《时间简史》——有时有点心满意足——居然还能看着这部作品,了解身边发生的事情,知道我们走向未来的路......
@wxjbse
你太客气了,适逢暑假,闲着不也闲着。感觉你的想象力很奇妙,思考的问题也很有趣。
你说到双生子佯谬,是与狭义相对论相关的另一个问题,用广义相对论就不存在分析问题了。广义相对论认为运动与静止,时间与空间等概念都是相对的,考量物质的状态要看相对于哪个参考系而言,因为地球有自转和公转,我们在地球上所观察到的各种力学现象,实际上是非惯性系中的力学问题,之所以以前基于惯性系的牛一牛二定律基本适用,是因为距离相对较近的宏观低速物体间的引力场势相当,对粗略观测结果与结论影响甚微,因此有时我们也将地球重力场看做近似的惯性系。前面我们知道引力场会影响包括时间度量等物质能量的变迁,这个引力场可能是大质量物体本身所具备的,也可能是物体以某加速度运动时产生的等效引力场,这是广义相对论的核心原理之一等效原理,也许在某种程度上可以回答关于天界引力场的问题?再深入具体我也说不好了,你可以根据关键字查查资料。以上有概念之后,可以看看百度百科“双生子佯谬”词条大概好理解些吧。(http://baike.baidu.c
关于调节生命周期,我感觉生物基因工程更靠谱些,打自然物理规律的主意估计突破不大。
关于钟表与精确,对于度量,大家协商一致随便定一个方便好用的就行了(事实不也正如此么),何必太计较精确,任何精确不也都也有实际精度么,你所说的绝对意义何在呢,爱因斯坦说没有绝对的静止,也没有绝对的运动——何必要相信爱因斯坦呢?实证科学之所以是科学,是因为其可以被证伪的特性,虽然现在还没有人举出能推翻理论的事实论证,但难保今后不会发现什么违背理论的事实出来,因为相对论本身并不能阻止反例出现,所以它不是绝对的。对比来看,宗教信仰之所以不归为科学,是因为其不可证明也不能证伪,只要人们相信他就永远存在,不相信上帝也没辙,这在信徒的信中是绝对的。由此看来,绝对容易迷信,质疑产生科学。
最后,如果你真想学习相对论并能用相对论分析思考问题(这里大多数都是物理问题),那么我建议你找一本科班的物理教材,从经典物理公式开始推导学习,做一些数量上的推导演算与证明,这才是扎实治学的态度,只有这样才能学好相对论及其相关的问题(莫要说书看不懂,只有不想看,没有看不懂的书,书写了就是为了让人看懂的,特别是教材,当然这样的书是要花费下气力花时间的)。话说回来,如果你只是想作为科普了解,这样讨论一下也不无益处,没必要太纠缠些理论细节,要不是最近有机会跟你聊聊,再这么过些日子,复杂的理论我估计都会忘光光的,所以我感觉重要的还是这本书给我们带来的哲学思考——人类文明每个时代科学前沿的背后总会给人们带来关于自身生命的深刻反省,这一点是最令我着迷的,也是我写这篇书评的初衷。
想不到帖主这么热心。我原来只是随便提一下自己的困惑,因为看了一点 时间简史 的内容,所以发发感慨。谢谢帖主。
霍金以一个非常有趣的双生子佯廖描述了这种情况:考虑一对双生子,假定其中一个孩子去山顶上生活,而另一个留在海平面,第一个将比第二个老得快。这样,如果他们再次相会,一个会比另一个更老。
这就如你所说:实验上来说就是近地放置的原子钟测出的一秒要比远地放置的原子钟测出的一秒,慢一些。
其实,我搞混了时间度量的概念。或者说,双生子的实验结果的原因是,双生子所在的地球会影响物质(双生子)能量变迁,山顶上的受地球引力小,自身(上顶上的那个双生子)物质、能量代谢变快,老得快了?而接近海平面的那个双生子则相反,由于受地球引力大,自身内部的反应受到更大(相对于山顶上的)引力的牵制,使得内部生物代谢变慢,也就可以相对活的年轻?
所以,我猜想,中国古代的像西游记这些故事,说是在天界一天,人间一年,是不是天界应该是比地球引力更大的星球?在这样的星球上,只有神仙才有能力适应更大的引力影响,或者说,可以控制、调节这种引力影响。对于我们一般适应地球的生物来说,只要有一天能够通过某种机制控制或者调节不同的引力,我们是不是向调节自己的生命周期前进了一步?或者是否可以这么说,按照目前的引力理论,我们要想活的更长一些,可以考虑到引力更大的星球去。:)
这里我也有一个疑惑,既然所谓的十分精确的钟表(它的精确是由于处在一定条件下才成立的),那么在实验中,远地和近地这样2种条件,对于测量时间的钟表来说,其实是不会精确了。我在考虑这样一个问题,就是制造一个绝对时间,在近地和远地形成对于钟表一致的测量环境,那么这2个时间应该是一样的。而我们所说的钟表在这2个地方,其实至少有一个不是精确的钟表,因为它受到了不同引力的影响。
随便想想而已,有时被这个相对论,搞得头脑发胀,哎。。。。。
@wxjbse
我仅作为物理门外汉科普爱好者,说说自己的看法,讨论是好事情,欢迎提出不同见解:
嗯,从头说起吧:时间是人们感知与认识世界的一种固有模式,从概念上来说是先验的。
正如我文中所写"时间用以在大尺度范围内统一度量和标记物质状态的变迁"(时间在微观态上有它的不确定性,下面会谈到),时间的概念之所以存在,正是因为世界是变化的,物质的量子微观是概率的;倘若物质是永恒静止的,时间这一概念就不会存在。所以时间并非物质性的存在,而是如度量衡般概念性的存在,它是物质存在与变迁的度量。
而且物质的变迁存在于时间概念之前,随着人类的进化与智力的发展,人们先在头脑中意识到物质变化不是瞬间完成的而是需要一个过程,由于生命规律本身如此,人们建立了过程的感官认识;而后人类的文明逐渐开化,生活中有了结绳记事的实践,人们从中抽象出了时间的概念,人们还发现如果能记录并度量这个过程,将会大大方便生活生产,这在某种意义上催生了文字的出现;随着人类文明的进一步演进,人们不再满足于大约的估计而希望获得更准确的量度,于是有了天文历法——人们夜观天象发现星辰变换有某种周期性的轮回,人们可以借助当时已有的易于规定并相对准确的度量衡(如,长度,角度)来对星象进行长年观察测算,以求更准确的规定时间上的量度(现知的方法大概是这样:太阳沿黄道转一周为一年,这一年又根据月亮的变化分成多少个月,然后多少天,为方便计时与作息,人们希望对每天的这段时间进行尽可能均等地划分,提高测量精度可以想其他办法,比如铜壶滴漏啥的),这样的天文历法用了将近两千年,直到近来人们改用原子钟来定义基础时间单位(在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义是:铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的,而且在地面上的环境是零磁场,并要考虑到重力对基本秒单位定义的影响,秒被定义成在转动的大地水平面上的原时。)
至此为止是为口述版的“通俗时间简史”。这里需要注意几个问题:时间作为概念是怎么来的,是用来做啥的,又是如何定义的?
来看看你的问题:
1、什么力量导致不一样?时间因引力的不同而不同?
看看是不是这样:时间用以度量物质状态的变迁,宇宙物质状态的变迁的本质就是能量的迁移与转化,而大质量物体的引力具备规模,会影响物质能量变迁,进而影响时间度量。以国际秒的定义来说,原子能级跃迁或者说衰变,往往以光子的形式辐射或获得能量,根据你之前的引文“当光从地球的引力场往上走,它失去能量,因而其频率下降,周期变大” ,所以所引力场使时间流逝的慢些,实验上来说就是近地放置的原子钟测出的一秒要比远地放置的原子钟测出的一秒,慢一些。
不知我表述清楚没有?需要特别注意的一点就是,如果总是将时间当做绝对存在来看,就会一直有疑问,时间为啥会忽快忽慢呢?什么影响它了?怎么就影响到了呢?关键一点在之前就说了,时间是非物质的概念性,这里所谓的时间快慢,指的是时间度量,也就是物质变化的快慢,时间度量过程中会诸多因素会产生的影响,当度量规定的时间变慢,一切与时间有关的过程也都会变慢,而且变慢的效应是相对于另一度量的。
(至此,我又说了这么多,或许你对时间也有自己新的看法与思考,以下问题大概也有了答案?那么我就简短回复了。)
2、我们对时间、空间、质量、引力的感知是通过什么?
不要骂我,我很认真的说,我觉得是通过“感知”。感知本身就是个复杂的概念,涉及生理器官感触,心理映射合成,复现与投射,关于理性真理与认识论等等,样样都是学问,我也还说不太好。
3、对空间感知更清楚一点?
如果你指的是三维空间的话,看来是这样的。
4、时间和空间都可以被扭曲?
超过三维的多维空间里,感觉时空以及其他维度一并可以看成是混合概念,正如,时间是度量,也在度量时被相对地影响,三维空间中的直线可以在某种影响下变化弯折成曲线,这样推理,时间应该也可以在某种条件下扭曲,可惜我们有生物体自身的局限性,对这一事实感知有限吧。
这本说,我读不懂,因为我连最简单的原理也搞不明白,但这不影响我热爱这本书。这本书代表了神秘的宇宙,超出了我的理解力。
“而生命的意义就是热爱和创造美好,在岁月磨损的纷扰中仍旧如萌芽般充满欣喜与感动微笑着用力热情地去生活。” 对生命的这种信念是积极向上的,让人感觉到振奋充满朝气----直到当我们在现实中看到另一种人和另一种人生。
“我还在高中,爱着并且相信这个世界”
“我不敢奢望认识每一朵浪花,但偶尔抬头眺望一下蔚蓝的大海,吹吹新鲜的海风,就总能使人心情舒畅。”
这两句话让我感动,“爱着并且相信这个世界。”反省一下,我似乎已经不爱并且不相信这个世界了,虽然遇到过很多值得爱戴的人们,但是他们爱的力量已经撑不起这个看似美好世界的另一面了。
我也希望我还能够偶尔抬头看一下蔚蓝的大海,认识一朵一两朵美丽的浪花。
毕竟是科普读物,大凡入门浅的对正式求学都没有太多指导意义
而且物理学本身,对整个世界的解释也是片面的
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