时间简史_3

05/06/2011相对论和宇宙的关系:这个被称之为相对论的基本假设是,不管观察者以任何速度作自由运动,相对于他们而言,科学定律都应该是一样的。这对牛顿的运动定律当然是对的,但是现在这个观念被扩展到包括马克斯韦理论和光速:不管观察者运动多快,他们应测量到一样的光速。

牛顿或其他人应该会意识到,静态的宇宙在引力的影响下会很快开始收缩。然而现在假定宇宙正在膨胀,如果它膨胀得相当慢,引力会使之最终停止膨胀,然后开始收缩。但是,如果它膨胀得比某一临界速率更快,引力则永远不足够强而使其膨胀停止,宇宙就永远继续膨胀下去。这有点像一个人在地球表面引燃火箭上天时发生的情形,如果火箭的速度相当慢,引力将最终使之停止并折回地面;另一方面,如果火箭具有比某一临界值(大约每秒7英哩)更高的速度,引力的强度不足以将其拉回,所以它将继续永远飞离地球。19世纪、18世纪甚至17世纪晚期的任何时候,人们都可以从牛顿的引力论预言出宇宙的这个行为。然而,静态宇宙的信念是如此之强,以至于一直维持到了20世纪的早期。甚至爱因斯坦于1915年发表其广义相对论时,还是如此之肯定宇宙必须是静态的,以使得他在其方程中不得不引进一个所谓的宇宙常数来修正自己的理论,使静态的宇宙成为可能。爱因斯坦引入一个新的“反引力”,这力不像其他的力那样,不发源于任何特别的源,而是空间——时间结构所固有的。他宣称,空间——时间有一内在的膨胀的趋向,这可以用来刚好去平衡宇宙间所有物质的相互吸引,结果使宇宙成为静态的。

所有的弗利德曼解都具有一个特点,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爆炸的那一时刻,宇宙的密度和空间—
—时间曲率都是无穷大。因为数学不能处理无穷大的数,这表明广义相对论(弗利德曼
解以此为基础)预言,在宇宙中存在一点,在该处理论自身失效。这正是数学中称为奇
点的一个例子。事实上,我们所有的科学理论都是基于空间——时间是光滑的和几乎平
坦的基础上被表述的,所以它们在空间——时间曲率为无穷大的大爆炸奇点处失效。这
表明,即使在大爆炸前存在事件,人们也不可能用之去确定之后所要发生的事件,因为
可预见性在大爆炸处失效了。正是这样,与之相应的,如果我们只知道在大爆炸后发生
的事件,我们也不能确定在这之前发生的事件。就我们而言,发生于大爆炸之前的事件
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,并宣称时间是从大爆炸开始的。 霍金的成就在于用另一种数学方法证明了奇点的存在。借用三体就是“为上帝的存在留下了位置”。 海森堡测不准原理:为了预言一个粒子未来的位置和速度,人们必须能准确地测量它现在的位置和速度。显而易见的办法是将光照到这粒子上,一部分光波被此粒子散射开来,由此指明它的位置。然而,人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间距离更小的程度,所以必须用短波长的光来测量粒子的位置。现在,由普郎克的量子假设,人们不能用任意少的光的数量,至少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子,并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。而且,位置测量得越准确,所需的波长就越短,单独量子的能量就越大,这样粒子的速度就被扰动得越厉害。换言之,你对粒子的位置测量得越准确,你对速度的测量就越不准确,反之亦然。海森堡指出,粒子位置的不确定性乘上粒子质量再乘以速度的不确定性不能小于一个确定量——普郎克常数。并且,这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法,也不依赖于粒子的种类。
由测不准原理推无法准确测量宇宙现在的态,也就无法预测宇宙未来的态。08/06/2011 1905年,在他关于狭义相对论的著名论文发表前的几周,他在所发表的另一篇文章里指出,所谓的布朗运动——悬浮在液体中的尘埃小颗粒的无则规的、随机的运动——可以解释为液体原子和灰尘粒子碰撞的效应。
这是brownian motion 泡利不相容原理是说,两个类似的粒子不能存在于同一个态中,即是说,在不确定性原理给出的限制内,它们不能同时具有相同的位置和速度。不相容原理是非常关键的,因为它解释了为何物质粒子在自旋为0、1和2的粒子产生的力的影响下不会坍缩成密度非常之高的状态的原因:如果物质粒子几乎在相同位置,则它们必须有不同的速度,这意味着它们不会长时间存在于同一处。如果世界创生时不相容原理不起作用,夸克将不会形成不相连的、很好定义的质子和中子,进而这些也不可能和电子形成不相连的、很好定义的原子。 携带力的粒子按照其携带力的强度以及与其相互作用的粒子可以分成四种。必须强调指出,将力划分成四种是种人为的方法;它仅仅是为了便于建立部分理论,而并不别具深意。 1. 引力。 2. 电磁力(作用于带电荷的粒子)。3. 弱核力(制约着放射性现象,并只作用于自旋为1/2的物质粒子,而对诸如光子、引力子等自旋为0、1或2的粒子不起作用)。4. 强作用力(将质子和中子中的夸克束缚在一起,并将原子中的质子和中子束缚在一起)。

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2011-06-06 04:46

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