這一陣子,俺一直與網友tangremax
討論一本書。這書是Stephen
Hawking
在20
多年前出版的 「A
Brief History of Time」
或《時間簡史》,
是由tangremax
網友介紹給我,我看了兩遍。第一遍帶著我自己的問題去看(
失敗)
,第二遍看時我放棄了我的問題,只是看(
明白了)
。書的大致內容是介紹了近代人類對時間和宇宙起源的認識和發展,霍金解釋了黑洞和宇宙大爆炸論的宇宙起源說,
以愛因斯坦的相對論和量子力學為奠基,霍金提出一個假設,這個假設是將重力與量子力學結合起來的學說,其結論是時間是相對的(因為廣義相對論), 所以如果一個人由一個時間點出發,就會最終回到原來的出發時間點。因此「時間旅行」在理論上是有可能的。「This
means that there can be no important difference between the forward and
backward of imaginary time」。可我們所認識的時間不是這個樣子的,因為我們只知道過去,不知道未來。但科學的結論是:過去和未來是不可分開的。又因為時間的熱力學特性(Things
tend to go bad only!), 所以我們感受的時間都是向前推移的。
宇宙的起源離不開時間和空間的探索,這是一個非常古老又有些可笑的滑稽問題:先有雞還是先有蛋?也就是說,宇宙之所以是我們觀察的樣子和科學規律,是因為只有這樣,我們才可以提出這樣的問題。 或者說,如果宇宙不是我們現在所觀察的樣子,或不遵循科學規律,那麼我們也就不存在了,當然也不會在這裡提出這樣的問題。這種解釋似乎是在原地畫圈,又好像是什麼也沒解釋,但科學的奧妙就在這裡。
根據《時間簡史》介紹,宇宙的起源於一個平滑有序的狀態, 「The
universe would have started in a smooth and ordered state, and would become
lumpy and disordered as time went on」。 霍金提出,如果宇宙起源於一個平滑有序的狀態,並且宇宙在不斷的向外擴張,所以我們會感到時間在前進,那麼我們所觀察的熱力和心理學所產生的時間感就會由於宇宙的收縮而「時間倒轉」。但霍金在書中承認,這是他犯的一個錯誤。事實上,即使是收縮狀態的宇宙,時間也不會逆轉。其原因是,只有在擴張的宇宙中才有高級生命(我們)和我們所問的這個問題存在;或者說,如果宇宙是收縮的,那麼我們也就不存在了 (好像又回到了雞和蛋的問題上了).
為什麼宇宙是向外擴張的?1978年諾貝爾獎獲得者Dicke
和Peebles發現了「微波紅偏」效果。這個是說我們在地球上所觀察到的宇宙星球光線多是在很久很久以前發出來的,因為那些星球距離我們非常遙遠,而根據愛因斯坦的廣義相對論,那些光線要經過數百年甚至上百萬年才到達地球,而我們在此時此刻所觀測到的光線也是那些星球在上百萬年前發射出來的,許多星球可能已經都不存在了。Dicke和Peebles發現的「紅偏」現象證實了那些星球是在遠離我們,然而這樣的「紅偏」現象是幾乎所有其他宇宙星球所呈現給我們的!這說明所有的星球一直在遠離我們(這不是說地球就是宇宙的中心)!非但如此,而且離我們越遠的星球遠離我們的速度越快!
這是個bad news,因為總有一天所有的星球都要離我們很遠,甚至消失,而只剩下人類,我們會很孤單,也觀測不到我們現在看到的滿天繁星閃閃,那時候我們會認為宇宙只有我們,我們知曉所有的一切,我們就是宇宙的中心,我們遍布全地(Lawrence
Krauss)。 然而根據霍金的大爆炸理論,總有一天宇宙會開始逐漸收縮,接連的結局是一個big
crush,即便沒有這個big crush,由於重力吸引,我們的地球和太陽系也會像其他古老星系一樣變成我們現在觀察的黑洞。
既然所有星球都在遠離我們,那麼這指向一個宇宙起源的一個單一點,也就是說,宇宙曾經是非常非常微小的一點,或nothing
(根據quantum mechanics的不確定原理), 在這一點之後,大爆炸產生了宇宙。也就是說,宇宙的起源與人類的出現純屬是偶然中的偶然(根據量子力學不確定原理),要比猴子打字打出莎士比亞十六行詩還偶然!
根據Lawrence Krauss,宇宙之所以是我們所觀察的樣子,因為能量守恆定律使宇宙處於一個穩定狀態,那麼這就是說把宇宙所有能量加起來,正能量與負能量的綜合即為零。但科學家們的實驗觀察表明,即便將所有星球,物質,黑洞,微粒子加起來,這些僅僅為宇宙總能量的30%,另外70%不知去向!所以,科學家提出一個假設,這個假設叫 「dark energy」黑色能量。且這種黑色能量可能就在我們周圍,也就是說,如果我們可以找出這種黑色能量,再利用重力和量子力學就可以造物,造人,造生命!
霍金提出的一個理論叫「string theory」。String theory中的string是一個只有長度沒有其他維度的一點,這一點是一個無限長的非常非常細的一條線,這條線上只有一個時間和一個空間,它代表著這一點的一個「世界」。那麼這個理論也說明了宇宙有10個或26個維度存在,而只不是我們認識的四維。但為什麼我們只知道這個四維空間時間,卻不知道其他維度呢?這個答案又回到了雞和蛋的答案。
我們認為光速是最快的速度是因為科學實驗表明,速度的提高需要能量,然而無論如何增加能量,物體的速度也不會超過光速。但那些有可能超過光速的,如果存在的話,可能會經過其他維度表現出比光速更快的速度,就像從美國到中國要穿越地球表明的大州大洋,但如果我們可以直接從地心過去,那樣就會快得多(當然,這前提是我們不被融化並有足夠的生存環境)。這樣的話,時間旅行是有可能的,如果我們可以運行比光速還快,那麼時間就會真的倒轉:
There was a young lady of Wight
Who travelled much faster than light.
She departed one day, In a relative way, And arrived on the
previous night.
總結,將來的宇宙學方向會集中在string theory和一個unified theory的研究上。String theory可以讓我們更了解時間與空間,甚至可以穿越時間,回到過去和探索未來。Unified theory是包羅萬象的將所有人類的科學集中一體,成為單一的可以解釋整個宇宙和所有現象的學說。終究科學想了解的是宇宙是什麼?人類的起源是什麼?物質是什麼?我們所觀察的現象是什麼?等問題。然而,這些問題依然不能回答為什麼有宇宙?為什麼有人類?為什麼有物質?為什麼有我們所觀察的現象?等問題,而這些問題是哲學問題。科學的態度是:不懂得「是什麼」也就難以回答「為什麼」。如果我們了解了所有宇宙的知識,我們也就可以嘗試回答「為什麼」,那麼我們找到了先有雞還是先有蛋的答案了,也就不會說:只有因為宇宙是這樣子的,我們才會問先有雞還是先有蛋的問題了。
我在讀《時間簡史》中學習到的東西:我認為,開卷有益是有前提的。這是說,如果一個人帶著許多自己的雜念和斷定去看別人的觀點時,往往很難去集中精力來理解別人的觀點。這也是為什麼我在第一遍讀這本書時沒有成功的原因,因為我帶著許多疑惑,問題,甚至偏見。第二次讀的時候,我將我所有的私心雜念去除,完全集中在書中講的內容,發現這本書不但非常易懂,且有深遠的道理。即便我能講清楚這本書的內容,這深遠的道理是我不能言語的,這是一本好書的精髓,也是為什麼它會20幾年一直暢銷的原因。