果壳中的宇宙

作者:史蒂芬·霍金

分类:作品

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果壳中的宇宙内容简介

在《果壳中的宇宙》这部新作中,霍金把读者带到理论物理的最前沿,真理在那里甚至比幻想更令人眼花缭乱。他利用通俗的语言解释制约着宇宙的原理。

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热门摘录

如果宇宙的的确确是被创生的,那么为何要在创生之前等待无限久?另一方面,如果宇宙已经存在了无限久,为何将要发生的每件事不早已发生,使得历史早已完结?特别是,为何宇宙尚未到达热平衡,使得万物都具有相同温度? 康德把这个问题称作“纯粹理性的二律背反”,因为它似乎是一个逻辑矛盾,它没有办法解决。但是只有在牛顿数学模型的框架它才是矛盾。

彭罗斯和我能够在广义相对论的数学模型中证明,时间必须具有称为大爆炸的开端就不足为奇了。类似的论证显示,当恒星和星系在它们自身的引力下坍缩形成黑洞,时间会有一个终结。

两个平坦的方向对于任何像智慧生命这样复杂的东西是不够的。另一方面,如果存在4个或者更多个的几乎平坦的方向,那么两个物体之间的万有引力在它们互相靠近时就增加得更快。这就意味着行星们没有围绕其太阳公转的稳定轨道。它们要么会落到太阳中去,要么逃逸到黑暗和寒冷的太空去。 类似地,原子中的电子的轨道也不稳定,因此我们所知的物体便不存在。这样,尽管多重历史的思想允许任何数目的几乎平坦的方向,只有具有三个平坦方向的历史オ包含智慧生命。也只有在这种历史中才会提出这样的诘问:“为何空间具有三维?”

哥德尔定理对数学立下了基本的极限。它极大地震动了科学界,因为它抛弃了被广泛接受的信念,即数学是一个基于单一逻辑基础的协调而完备的系统。在自然中还存在决定性的但却变成混沌的演化,人们在实际上无法跟随这种演化。哥德尔定理、海森伯的不确定性原理以及混沌性,形成科学知识的局限性的核心,这类局限性只是在20世纪才被意识到。

当一个大质量的星消耗完它的核燃料时,它将失热量并且收缩。时空将被弯得这么历害以于产生黑。光不能从黑洞。时间将在黑洞之内终结。 ---时空只不过是一段记录,离子→宇宙←人,没有了主体,也不会有什么时空,只剩下离子

如果宇宙的的确确是被创生的,那么为何要在创生之前等待无限久?另一方面,如果宇宙已经存在了无限久,为何将要发生的每件事不早已发生,使得历史早已完结?特别是,为何宇宙尚未到达热平衡,使得万物都具有相同温度? 康德把这个问题称作“纯粹理性的二律背反”,因为它似乎是一个逻辑矛盾,它没有办法解决。但是只有在牛顿数学模型的框架它才是矛盾。

两个平坦的方向对于任何像智慧生命这样复杂的东西是不够的。另一方面,如果存在4个或者更多个的几乎平坦的方向,那么两个物体之间的万有引力在它们互相靠近时就增加得更快。这就意味着行星们没有围绕其太阳公转的稳定轨道。它们要么会落到太阳中去,要么逃逸到黑暗和寒冷的太空去。 类似地,原子中的电子的轨道也不稳定,因此我们所知的物体便不存在。这样,尽管多重历史的思想允许任何数目的几乎平坦的方向,只有具有三个平坦方向的历史オ包含智慧生命。也只有在这种历史中才会提出这样的诘问:“为何空间具有三维?”

相对论的一个非常重要的推论是质量和能量的关系。爱因斯坦关于光速对于任何人而言都应该显得相同的假设,意味着没有东西可以运动得比光速还快。当人们用能量加速任何物体,无论是粒子或者空间飞船,实际上发生的是,它的质量增加,使得对它进一步加速更加困难。要把一个粒子加速到光速要消耗无限大能量,因为是不可能的。正如爱因斯坦的著名公式所总结的,质量和能量石等效的。

计算机服从所谓的穆尔定律:它们的速度和复杂性每18个月增加一倍。它是那些显然不能无限继续的指数增长之一。然而,它也许会继续到电脑具有类似于人脑的复杂性为止。某些人说计算机永远不能显示真正的智慧,不管这智慧是指何而言。但是我似乎觉得,如果非常复杂的化学分子能在人体运行使他们具有智慧,那么同等复杂的电子线路也能使电脑以一种智慧的方式行为。而且如果它们是智慧的,它们也应该能设计出甚至具有更大的复杂性和智慧的电脑。

在物理学中存在一个最小基本长度,即普朗克长度,这是自然可以用M-理论描述的尺度。

19世纪作家查里斯・兰姆写道:“世间万物没有任何东西像时间和空间那么使我困惑。然而,因为我从来不去思考时间和空间,所以它们带给我的烦恼比任何其他东西都少。”

为了描述量子理论如何赋予时间和空间以形状,引进虚时间的观念是有助益的。

从黑洞视界出来的热辐射带走了正能量,因此使黑洞质量减小。随着它损失质量,黑洞的温度升高而且辐射率增大,这样它的质量损失得越来越快。我们不知道当质量变成极小时会发生什么,但是最可能的结果似乎是黑洞会完全消失。

但是如果观察者测量到它往右自旋,那么他或她就能确定地预言另一个粒子往左自旋,反之亦然。爱因斯坦认为这证明了量子理论是荒谬的:另一个粒子现在也许在星系的另一边,而人们会立即知道它自旋的方向。然而,其他大多数科学家都同意,不是量子理论,而是爱因斯坦弄混淆了。

这种信息丧失对于宿命论具有重要的含义。让我们从头开始, 我们注意到, 即便你知道黑洞消失后的波函数, 你也不能把薛定谔方程演化回去并且计算在黑洞形成之前的波函数。它是什么样子会部分地依赖于在黑洞中丢失的那一点波函数。我们习惯地以为,我们可以准确地知道过去。然而, 如果信息在黑洞中丧失,情况就并非如此。任何事情都可能已经发生过。

As the universe expands, it borrows energy from the gravitational field to create more matter. The positive matter energy is exactly balanced by the negative gravitational energy, so the total energy is zero.

果壳中的宇宙书评

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关于史蒂芬·霍金

史蒂芬·霍金

史蒂芬·霍金(Stephen Hawking, 1942- ),现任剑桥大学卢卡斯数学教授。他广被推崇为继爱因斯坦后最杰出的理论物理学家。霍金的主要著作有《时间简史》、《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》和《果壳中的宇宙》。

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