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2009130太阳vs马刺视频直播:《時間簡史》 作者/編者:史蒂芬·霍金

第十一章 結論更新時間:2018-09-26

2007nba圣诞大战太阳vs湖人 www.urrjq.club  我們現在知道,拉普拉斯的宿命論的希望,至少在按照他頭腦中的方式,是不能實現的。量子力學不確定性原理表明,某些諸如粒子的位置和速度的對偶的量,不能同時以完全的精確度去預言。

奇點定理:這定理是說,在一定情形下奇點必須存在——特別是宇宙必須開始于一個奇點。

夸克:感受強作用力的帶電的基本粒子。每一個質子和中子都是由三個夸克組成。

波/粒二象性:量子力學中的概念,是說在波動和粒子之間沒有區別;粒子有時可以像波動一樣行為,而波動有時可以像粒子一樣行為。

事件視界:黑洞的邊界。

光秒(光年):光在1秒(1年)時間里走過的距離。

相位:一個波在特定的時刻的在它循環中的位置——一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點的標度。

中微子:只受弱力和引力作用的極輕的(可能是無質量的)基本物質粒子。

但是,這些不僅僅是一位科學家被拖入政界的孤立行動。事實上,愛因斯坦的一生用他自己的話來說是“躊躇于政治和方程之間。”

貫穿愛因斯坦一生,他致力于和平的努力可能成效甚微——肯定只說服了很少的朋友。然而,他對猶太復國主義事業的口頭支持在1952年被及時承認,其時他被推薦為以色列的總統。但他謝絕了。他說他認為自己在政治上太天真??墑?,也許其真正的原因卻并非如此,再次引用他自己的話:“方程對我而言更重要些,因為政治是為當前,而一個方程卻是一種永恒的東西。”

核:原子的中心部份,只包括由強作用力將其束縛在一起的質子和中子。

重量:引力場作用到物體上的力。它和質量成比例,但又不同于質量。

在這兩次爭吵期間,牛頓已經離開劍橋和學術。在劍橋他曾積極從事反天主教運動,后來在議會中也很活躍,最終作為酬報,他得到皇家造幣廠廠長的肥缺。在這里,他以社會上更能接受的方式,施展他那狡獪和刻薄的能耐,成功地導演了一場反對偽幣的重大戰役,甚至將幾個人送上了絞刑架。

拉普拉斯的宿命論在兩個方面是不完整的。它沒講定律應該如何選擇,也沒指定宇宙的初始結構。這些都留給了上帝。上帝會選擇讓宇宙如何開始并要服從什么定律,但是一旦開始之后它將不再干涉。事實上,上帝是被限制于19世紀科學不能理解的領域里。

愛因斯坦第二個偉大的事業是猶太復國主義。雖然他在血統上是猶太人,但他拒絕《圣經》上關于上帝的說法。然而,第一次世界大戰之前和期間,他越發看清反猶主義,這導致他逐漸和猶太團體相認同,而后成為一個直言不諱的猶太復國主義的擁護者。再度不受歡迎也未能阻止他發表自己的主張。他的理論一發表就受到攻擊,甚至成立了一個反愛因斯坦的組織。有一個人被定罪為教唆他人去謀殺愛因斯坦(只罰了6美金)。但愛因斯坦是冷靜的:當一本書以題為《100個反愛因斯坦的作家》出版時,他反駁道:“如果真是我錯了的話,那么一個人反對我就足夠了!”

裸奇點:不被黑洞圍繞的空間—時間奇點。

自旋:相關于但不等同于日常的自轉概念的基本粒子的內部性質。

事實上,我們已經重新將科學的任務定義為發現能使我們在由不確定性原理設定的極限內預言事件的定律。然而,還存在如下問題:宇宙的定律和初始條件是如何及為何選取的?

1623年,伽利略的一位長期朋友成為教皇。伽利略立即試圖為1616年的判決翻案。

這本題為《關于兩個主要世界體系的對話》的書,于1632年在檢查官的全面支持下完成并出版了,并且立刻被全歐洲歡呼為文學和哲學的杰作。不久教皇就意識到,人們把這本書看作是確認哥白尼主義的論證,后悔允許該書出版。教皇指出,雖有檢查官正式批準出版該書,但伽利略依然違背了1616年的禁令。他把伽利略帶到宗教法庭面前,宣布他終身軟禁,并命令他公開放棄哥白尼主義。伽利略又第二次被迫從命。

即使只存在一個可能的統一理論,那只不過是一組規則或方程。是什么賦予這些方程以生命去制造一個為它們所描述的宇宙?通常建立一個數學模型的科學方法不能回答,為何必須存在一個為此模型所描述的宇宙這樣的問題。為何宇宙陷入其存在性的錯綜復雜之中?是否統一理論是如此之咄咄逼人,以至于其自身之實現成為不可避免?或者它需要一個造物主?若是這樣,它還有其他的宇宙效應嗎?又是誰創造了造物主?

量子力學:從普郎克量子原理和海森堡不確定性原理發展而來的理論。

比例:“X比例于Y”表示當Y被乘以任何數時,X也如此;“X反比例于Y”,表示,當Y被乘以任何數時,X被同一個數除。

中子:一種不帶電的、和質子非常類似的粒子,在大多數原子核中大約一半的粒子是中子。

字的,他自封為皇家天文臺的大總管,然后迫使立即出版這些數據。最后,他指使夫萊姆斯梯德的冤家對頭愛德蒙?哈雷奪得夫萊姆斯梯德的工作成果,并且準備出版??墑欠蚶襯匪固蕕賂嫻椒ㄍト?,在最緊要關頭,贏得了法庭的判決:不得散發這剽竊的著作。

質子:構成大多數原子中的核中大約一半數量的、帶正電的粒子。

虛時間:用虛數測量的時間。

人擇原理:我們之所以看到宇宙是這個樣子,只是因為如果它不是這樣,我們就不會在這里去觀察它。

宇宙學:對整個宇宙的研究。

能量守恒:關于能量(或它的等效質量)既不能產生也不能消滅的科學定律。

不確定性原理:人們永遠不能同時準確知道粒子的位置和速度;對其中一個知道得越精確,則對另一個就知道得越不準確。

伊薩克?牛頓伊薩克?牛頓不是一個討人喜歡的人物。他和其他院士的關系聲名狼藉。他晚年的大部分時間都是在激然的爭吵糾紛中渡過。隨著那部肯定是物理學有史以來最有影響的書——《數學原理》的出版,牛頓很快就成為名重一時的人物。他被任命為皇家學會主席,并成為第一個被授予爵士的科學家。

伽利雷?伽利略伽利略可能比任何其他的人更有資格稱為近代科學的奠基人。其與天主教會名聞遐邇的沖突是他哲學的中心事件。這是因為伽利略是作如下論斷最早的人之一:人類有望理解世界是怎樣運行的,而且我們還能通過觀察現實世界來做到這一點。

反粒子:每個類型的物質粒子都有與其相對應的反粒子。當一個粒子和它的反粒子碰撞時,它們就湮滅,只留下能量。

他失敗了,但他設法獲得了準許,在兩個前提下寫一本敘述亞里士多德派和哥白尼派理論的書:他不能有傾向,同時要得出結論,人類在任何情況下都無法決定世界是如何運行的,因為上帝會以人類不能想像的方法來達到同樣的效果,而人類不能限制上帝的萬能。

強德拉塞卡極限:一個穩定的冷星的最大的可能的質量的臨界值,若比這質量更大的恒星,則會坍縮成一個黑洞。

粒子加速器:一種利用電磁鐵能將運動的帶電粒子加速,并給它們更多能量的機器。

量子:波可被發射或吸收的不可分的單位。

伽利略為此而擔心,他趕到羅馬去向天主教權威當面申訴。他爭辯道,《圣經》并未試圖告訴我們任何關于科學理論的東西,通常都是假定,當《圣經》和常識發生矛盾時,就成為比喻。但是教會害怕這丑聞可能傷害它對新教徒的斗爭,所以采取了鎮壓的手段。1616年,它宣布哥白尼主義是“虛偽的、錯誤的”,并命令伽利略不準再“保衛或堅持”這一學說。伽利略勉強接受了。

1933年,希特勒上臺了,愛因斯坦正在美國,他宣布不再回德國。后來納粹義勇軍抄查了他的房子,并沒收了他的銀行賬號。一家柏林報紙的頭條寫道:“來自愛因斯坦的好消息——他不回來了。”面對著納粹的威脅,愛因斯坦放棄了和平主義,終于憂慮到德國科學家會制造核彈,因而建議美國應該發展自己的核彈。但是,即使在第一枚原子彈爆炸之前,他就曾經公開警告過核戰爭的危險,并提議對核武器進行國際控制。

阿爾貝特?愛因斯坦愛因斯坦和核彈政治的瓜葛是眾所周知的:他簽署了那封著名的致富蘭克林?羅斯福總統的信,說服美國認真考慮他的想法,并且他在戰后從事阻止核戰爭的各項努力。

大統一理論(GUT):一種統一電磁、強和弱力的理論。

電荷:粒子的一個性質,由于這性質粒子排斥(或吸引)其他與之帶相同(或相反)符號電荷的粒子。

弱電統一能量:大約為100吉電子伏的能量,在比這能量更大時,電磁力和弱力之間的差別消失。

光錐:空間—時間中的面,在上面標出光通過一給定事件的可能方向。

虛粒子:在量子力學中,一種永遠不能直接檢測到的,但其存在確實具有可測量效應的粒子。

雷達:利用脈沖無線電波的單獨脈沖到達目標并折回的時間間隔來測量對象位置的系統。

愛因斯坦最早從事政治活動是在第一次世界大戰,當時他在柏林當教授。由于目睹草菅人命而不勝厭惡,他卷入了反戰示威。他擁護國內反抗以及公開鼓勵人民拒絕征兵,因而不討他的同事們喜歡。后來,在戰時他又致力于調解和改善國際關系。這也不得人心,而且他的政治態度很快使他難以訪問美國,甚至連講學都有困難。

牛頓被激怒了,作為報復,他就在后來的《原理》版本中系統地刪除所有來自夫萊姆斯梯德的引證。

?。耗持殖瀆占浜褪奔淶畝?,與它相反的是在一個時刻,只存在于空間—時間中的一點的粒子。

宇宙常數:愛因斯坦所用的一個數學方法,該方法使空間—時間有一固有的膨脹傾向。

電子:帶有負電荷并繞著一個原子核轉動的粒子。

光子:光的一個量子。

事件:由它的時間和空間所指定的空間—時間中的一點。

磁?。閡鶇帕Φ某?,和電場合并成電磁場。

譜:諸如電磁波對它的分量頻率的分解。

奇點:空間—時間中空間—時間曲率變成無窮大的點。

廣義相對論:愛因斯坦的基于科學定律對所有的觀察者(而不管他們如何運動的)必須是相同的觀念的理論。它將引力按照四維空間—時間的曲率來解釋。

大統一能量:人們相信,在比這能量更大時,電磁力、弱力和強力之間的差別消失。

最早先在理論上描述和解釋宇宙的企圖牽涉到這樣的思想,事件或自然現象是由具備人類感情的靈魂所控制,它們的行為和人類非常相像,并且是不可預言的。這些靈魂棲息在自然對象之中,諸如河流和山岳,包括諸如太陽和月亮這樣的天體之中。它們必須被祈禱并供奉,以保證土壤的肥沃和四季的變化。然而,一些規律性逐漸地被注意到:太陽總是東升西落,而不管是否用犧牲去對之進貢。更進一步,太陽、月亮和行星沿著以被預言得相當精確的軌道穿越天穹。太陽、月亮仍然還可以是神祗,只不過是服從嚴格定律的神。如果你不將耶和華停止太陽運行之類的神話當真,則這一切顯然是毫不例外的。

穩態:不隨時間變化的態:一個以固定速率自轉的球是穩定的,因為即便它不是靜止的,在任何時刻它看起來都是等同的。

據報道,萊布尼茲死后,牛頓揚言他為傷透了萊布尼茲的心而洋洋得意。

我們發現自已是處于使人為難的世界中。我們要為自己在四周所看的一切賦予意義并問道:什么是宇宙的性質?我們在它之中的位置如何,以及宇宙和我們從何而來?為何它是這個樣子的?我們采用某種“世界圖”’來試圖回答這些問題,如同無限的烏龜塔——一個支持平坦的地球是這樣的一種圖象一樣,超弦理論也是一種圖象。雖然后者比前者更數學化、更精確,但兩者都是宇宙的理論。兩個理論都缺乏觀察的證據:沒人看到一個背負地球的大龜,但也沒有人看到超弦。然而,龜理論作為一個好的科學理論是不夠格的,因為它預言了人會從世界的邊緣掉下去。除非發現它能為據說在百慕達三角消失的人提供解釋。這個預言和經驗不一致!

普郎克量子原理:光(或任何其他經典的波)只能被發射或吸收其能量與它們頻率成比例的分立的量子的思想。

白矮星:一種由電子之間不相容原理排斥力所支持的穩定的冷的恒星。

空間的維:空間—時間的類空的、也就是除了時間的維之外的三維的任一維。

伽瑪射線:波長非常短的電磁波,是由放射性衰變或由基本粒子碰撞產生的。

加速度:物體速度改變的速率。

他和德國哲學家高特夫瑞德?萊布尼茲之間發生了更嚴重的爭吵。萊布尼茲和牛頓各自獨立地發展了叫做微積分的數學分支,它是大部分近代物理的基礎。雖然現在我們知道,牛頓發現微積分要比萊布尼茲早若干年,可是他很晚才出版他的著作。隨著關于誰是第一個發現者的嚴重爭吵的發生,科學家們激烈地為雙方作辯護。然而值得注意的是,大多數為牛頓辯護的文章均出自牛頓本人之手,只不過僅僅用朋友的名義出版而已!

迄今,大部分科學家太忙于發展描述宇宙為何物的理論,以至于沒工夫去過問為什么的問題。另一方面,以尋根究底為己任的哲學家不能跟得上科學理論的進步。在18世紀,哲學家將包括科學在內的整個人類知識當作他們的領域,并討論諸如宇宙有無開初的問題。然而,在19和20世紀,科學變得對哲學家,或除了少數專家以外的任何人而言,過于技術性和數學化了。哲學家如此地縮小他們的質疑的范圍,以至于連維特根斯坦——這位本世紀最著名的哲學家都說道:“哲學僅余下的任務是語言分析。”這是從亞里士多德到康德以來哲學的偉大傳統的何等的墮落!

狹義相對論:愛因斯坦的基于科學定律對所有進行自由運動的觀察者(不論他們的運動速度)必須相同的觀念。

不相容原理:兩個相同的自旋為1/2的粒子(在測不準原理設定的極限之內)不能同時具有相同的位置和速度。

大爆炸:宇宙開端的奇點。

核聚變:兩個核碰撞并合并成一個更重的核的過程。

放射性:一種類型的原子核自動分裂成其他的核。

正電子:電子的反粒子(帶正電荷)。

然而,如果我們確實發現了一套完整的理論,它應該在一般的原理上及時讓所有人(而不僅僅是少數科學家)所理解。那時,我們所有人,包括哲學家、科學家以及普普通通的人,都能參加為何我們和宇宙存在的問題的討論。如果我們對此找到了答案,則將是人類理智的最終極的勝利——因為那時我們知道了上帝的精神。

中子星:一種由中子之間的不相容原理排斥力所支持的冷的恒星。

原子:通常物質的基本單元,是由很小的核于(包括質子和中子)以及圍著它轉動的電子所構成。

質量:物體中物質的量;它的慣性,或對加速的抵抗。

紅移:由于多普勒效應,從離開我們而去的恒星發出的光線的紅化。

微波背景輻射:起源于早期宇宙的灼熱的輻射,現在它受到如此大的紅移,以至于不以光而以微波(波長為幾厘米的無線電波)的形式呈現出來。

當我們將量子力學和廣義相對論相結合,似乎產生了以前從未有過的新的可能性:空間和時間一起可以形成一個有限的、四維的沒有奇點或邊界的空間,這正如地球的表面,但有更多的維數??蠢湊庵炙枷肽芄喚饈凸鄄斕降撓鈧嫻男磯嗵卣?,諸如它的大尺度一致性,還有像星系、恒星甚至人類等等小尺度的對此均勻性的偏離。它甚至可以說明我們觀察到的時間的箭頭。但是如果宇宙是完全自足的、沒有奇點或邊界、并且由統一理論所完全描述,那么就對上帝作為造物主的作用有深遠的含義。

空間—時間:四維的空間,上面的點即為事件。

測地線:兩點之間最短(或最長)的道路。

量子力學通過一族量子理論來處理這種情形,粒子沒有很好定義的位置和速度,而是由一個波來代表。它們給出了這波隨時間演化的定律,在這種意義上,這些量子理論從屬于宿命論。這樣,如果某一時刻這個波是已知的,便可以將任一時刻的波算出。只是當我們試圖按照粒子的位置和速度對波作解釋之時,不可預見性的紊亂的要素才出現。

坐標:指定點在空間—時間中的位置的一組數。

電磁力:帶電荷的粒子之間的相互作用力,它是四種基本力中第二強的力。

有一次愛因斯坦問道:“在制造宇宙時上帝有多少選擇性?”如果無邊界假設是正確的,在選擇初始條件上它就根本沒有自由。當然,它仍有選擇宇宙所服從的定律的自由。然而,實在并沒有那么多的選擇性;很可能只有一個或數目很少的完整的統一理論,它是自治的,并且允許復雜到像能研究宇宙定律和詢問上帝本性的人類那樣的結構的存在。

但這也許是我們的錯誤:也許不存在粒子的位置和速度,只有波。只不過是我們企圖將波硬套到我們預想的位置和速度的觀念之中而己。由此導致的不一致乃是表面上不可預見性的原因。

黑洞:空間—時間的一個區域,因為那兒的引力是如此之強,以至于任何東西,甚至光都不能從該處逃逸出來。

波長:對于一個波,在兩相鄰波谷或波峰之間的距離。

太初黑洞:在極早期宇宙中產生的黑洞。

基本粒子:被認為不可能再分的粒子。

首先,只有在天文學和一些其他情形下,這些規則和定律是顯而易見的。然而隨著文明的發展,特別是近300年期間,越來越多的規則和定律被發現。這些定律的成功,使得拉普拉斯在19世紀初主張科學的宿命論。他提議只要給定宇宙在某一時刻的結構,由給定的一組定律即能精確地決定它的演化。

強力:四種基本力中最強的、作用距離最短的一種力。它在質子和中子中將夸克束縛在一起,并將質子和中子束縛在一起形成原子。

在本書中,我特別將制約引力的定律突出出來,因為正是引力使宇宙的大尺度結構成形,即使它是四類力中最弱的一種。引力定律和直到相當近代還被堅持的宇宙隨時間不變的觀念不相協調:引力總是吸引的這一事實意味著,宇宙必須或者在膨脹或者在收縮。按照廣義相對論,宇宙在過去某一時刻必須有一無限密度的狀態,亦即大爆炸,這是時間的有效起始。類似地,如果整個宇宙坍縮,在將來必有另一個無限密度的狀態,即大擠壓,這是時間的終點。即使整個宇宙不坍縮,在任何坍縮形成黑洞的局部區域里都會有奇點。這些奇點正是任何落進黑洞的人的時間終點。在大爆炸或其他奇點,所有定律都失效,所以上帝仍然有完全的自由去選擇發生了什么以及宇宙是如何開始的。

無邊界條件:宇宙是有限的但無界的(在虛時間里)思想。

當爭論日趨激烈時,萊布尼茲犯了向皇家學會起訴來解決這一爭端的錯誤。牛頓作為其主席,指定了一個清一色的由牛頓的朋友組成的“公正的”委員會來審查此案。更有甚者后來牛頓自己寫了一個委員會報告,并讓皇家學會將其出版,正式地譴責萊布尼茲剽竊。牛頓還不滿意,他又在皇家學會自己的雜志上寫了一篇匿名的、關于該報告的回顧。

伽利略始終是一個忠實的天主教徒,但是他對科學獨立的信仰從來未被動搖過。1642年,即他逝世前4年,當他仍然被軟禁時,他第二本主要著作的手稿被私下交給一個荷蘭的出版商。正是這本被稱為《兩種新科學》的書,甚至比支持哥白尼更進一步,成為現代物理學的起源。

頻率:對一個波而言,在1秒鐘內完整循環的次數。

弱力:四種基本力中第二弱的、作用距離非常短的一種力。它作用于所有物質粒子,而不作用于攜帶力的粒子。

小辭典絕對零度:所能達到的最低的溫度,在這溫度下物體不包含熱能。

牛頓不久就與皇家天文學家約翰?夫萊姆斯梯德發生沖突。他早先曾提供牛頓許多《原理》一書所需的數據,后來他扣壓了牛頓需要的資料。牛頓是不許別人回答“不”

伽利略很早就相信哥白尼理論(即行星繞太陽公轉),但只有當他發現了證據來支持這一學說時,才公開表示支持。他用意大利文寫有關哥白尼理論的文章(沒有用普通的學院式拉丁文),并且他的觀點很快就廣泛地得到大學界之外的支持。這惹怒了亞里士多德派的教授們,他們聯合起來反對他,并極力說服天主教會禁止哥白尼主義。

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