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I used to live in a room full of mirrors; all I could see was me. I take my spirit and I crash my mirrors, now the whole world i
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时间简史Our Picture of the Universe-1

(2019-02-17 11:41:16) 下一个
The Brief History of Time ---Stephen Hawking
 
大约20多年前我还在中国休产假的时候,我的一位亲戚从国外带给我一本Stephen Hawking的书“A Brief History of Time"。那时我对Hawking一无所知,书也是读得断断续续。前段时间偶尔看到别人关于Hawking 的另一本的读书笔记,再次想起这本“A Brief History of Time"。重读一遍,再读一遍,竟然激起我强烈兴趣。
 
这本书一共有12章。前段时间在中国,跟一个中学生谈起这本书,吃惊他也读过,才知道有中译本。
 
1-Our picture of the universe
 
公元前340年,亚里士多德认为地球呈圆形并静止不动,它是宇宙的中心,太阳月亮等星球都围绕地球转。直到公元1514年,波兰神父Copernicus 匿名发表太阳是宇宙的中心,应该是太阳静止不动,而地球围绕太阳旋转。大约100年后,伽利略通过观察围绕木星的行星证实Copernicus 理论,认为并不是所有的星星都是围绕地球旋转。同时,开普勒进一步改进了Copernicus 理论,认为星球围绕太阳旋转,但并不是按照圆形而是按照椭圆形轨迹运动。
 
但是,开普勒并不能用磁场力的原理来解释椭圆形轨迹的原因,直到1687年,牛顿发表了Philosophy Natural Principal Mathematics, 首先推出万有引力的概念,才完美解释了这个现象。
 
根据牛顿的万有引力,有限的星球在有限的空间之间的相互吸引力,必然导致最终所有的星球都会被吸引到一起。这导致另一个问题,宇宙空间是有限的还是无限的。人们曾经一直认为这个世界是静止无限的,或者是在过去某一特定时间创造并一直维持在现在我们所看到的这个状态。人类习惯于相信永恒的真理,随着我们的衰老和死亡,这种宇宙的永恒带给我们心里上的安慰。
 
但是牛顿的万有引力预示宇宙并非静态不变。另一个反对无限宇宙静态理论的德国哲学家Heinrich Olbers 认为,无限静态宇宙理论最大的困难在于,按照无限静态理论,不管看宇宙的哪一面都会终极在某一星体上,那么无论是白天还是黑夜,天空都会像在太阳底下一样明亮。唯一能避免这种结论的解释只能是星体不是永远明亮发光,而是在过去的某一时间开始发光。那么又是什么导致他们开始发光呢?
 
这个问题导致了另一个问题:宇宙是否有一个开端,也就是说,时间是不是有一个开端?宇宙是有限的还是无限的?1929年,Edwin Hubble 通过对天体的观察,发现宇宙在不停地扩展延伸。这意味着早期的宇宙星体要比现在靠近很多。事实上大约100到200亿年前(10-20 thousand million years ago), 当所有的天体都在同一点的时候,宇宙的密度是无限的。哈勃的这个发现最终把宇宙的起源这个问题引入到科学的范畴之内。
 
哈勃的观察预示了宇宙有一个起始时间,叫做宇宙大爆炸时期(Big Bang),那时宇宙是无限的小和无限的集中(Dense),在这种状态下,所有科学原理都失去作用,宇宙的这种状态对我们毫无意义,所以我们说宇宙开始于大爆炸,时间开始于大爆炸。需要强调的是,这个大爆炸时间的开始跟以前我们认为的宇宙开始有着本质上的区别。静态宇宙观的时间是被独立于宇宙之外的神所创造的,他可以在任何时间创造宇宙,不需要物理理论的解释。哈勃的发现虽然没有排斥神的存在,但是把神创造宇宙的时间局限在大爆炸时刻。
 
为了要讨论宇宙的自然状态,譬如关于它有没有开始和终结的问题,我们必须清楚什么是科学的理论。一个好的科学理论必须满足两个基本要求,一,在仅有的几个可变元素下建立的模型,能够正确无误的描述大量的可观察现象,二,可以准确无误地预示未来。
 
任何的物理原理都有局限性,从某种意义上来说就是一种假定,你永远都不知道下一个会不会得出不一样的结论。实际上很多新理论都是在旧理论上的延伸,比如通过对水星轨迹的观察,运用牛顿的万有引力定律得出的结论与实际有一点小的偏差,而爱因斯坦的广义相对论理论则更为准确。但是在实际操作中我们仍然运用牛顿万有引力定律,因为一方面偏差非常的小,另一方面牛顿万有引力定律更为简单。
 
科学的最终目的是发现一个能够描述整个宇宙的单一定律,实际上大多数科学家把宇宙这个问题一分为二。一,宇宙如何随着时间的推移而改变,二,宇宙的起源状态。有些人认为我们只应该关注第一个问题, 他们把宇宙的起源归结为宗教或形而上学。他们会说全能的上帝创造了宇宙,也许是这样,但是即使在这种情况下,他没有把宇宙创造成一个没有规律的世界。相反他把宇宙创造成一个有法可依不断进化的世界,所以我们可以推断,宇宙的起源也一定有法可依。
 
但是实际上却非常难以用一个定律来描述整个宇宙,因而我们对问题进行细分,并发展出很多相对应的局部理论。由于宇宙各体在本质上是相互关联的,也许这种方式存在本质上的错误。
 
现在科学家们用两种局部理论来描述宇宙:广义相对论和量子力学(Quantum Mechanics)。广义相对论适合于描述星体之间的结构力学,而量子力学则描述分子原子等极微结构。这两种理论并不一致,不可能两个都对。我们需要寻找的叫引力的量子理论(A quantum theory of gravity)。现在我们还没有找到这个理论,但是随着人类的不断进化,我相信发现这样的理论是可行的。
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评论
georgegan 回复 悄悄话 谢谢你的这个系列。将慢慢地细读。
Backcountry 回复 悄悄话 谢谢各位的来访!面对各位大师,不知说什么好。您们对physics理解的深刻程度,望尘莫及,也拓开了我的思路和眼界。我个人觉得这种讨论非常好,可以从各个角度来理解和进一步学习。

By the way, I am really interested in the episode at Youtube "The Origins of the Universe: Why is There Something Rather than Nothing?" including David Albert, Neil Turok, John Holt.

Much appreciated!
J_man 回复 悄悄话 更为重要的是,“an experiment is just an experiment”-David Albert.
对于人类看不见的粒子做的一个实验(看不见,只能用仪器检测的粒子,我们对其的了解应该是非常有限的),这么一个事物,做出了一个解释(这个解释又跟我们日常生活,人类历史中万千事物法则是不一致的,甚至是矛盾的),然后就套用到整个宇宙,我认为是荒谬的。
J_man 回复 悄悄话 山人好!
油管上搜jim double slit, korean double slit,都没有找到你说的那个。先放在一边。
但是由双缝实验引出的the Copenhagen interpretation按照David Albert的评价是:摸棱两可,无比复杂,not-straightforward,如:不确定性原理;对于波函数是否是一个独立,可区别的实体的整体或一部分,哥本哈根诠释都不做任何表态。
我认为,哪怕哥本哈根诠释对实验的诠释是完全正确的,那么它也是一个糟糕的,半拉子诠释。应该有更好的解释。polit-wave theory ( Bohmian mechanics)就相对于直观,更接近我理解的宇宙时空网络,粒子在此汪洋中的属性,直接导致了双缝实验的结果。
另一段视频做参考:youtubecom/watch?v=JsBbKeOd3qw

越吃越蒙山人 回复 悄悄话 回复 'J_man' 的评论 : 可是,韩国人Kim1999年做的双缝实验中的逆因果关系是可以检验记录到的。可能以后还是要以量子力学来解释这个难以用现有逻辑想得通的现象。多重宇宙是另一个可能的解释,但目前都是形而上,无法检验。
J_man 回复 悄悄话 David Albert(理论物理学家和哲学家)认为100年来的理论物理学被quantum physics所主宰,已经走向狂妄自大的歧途(megalomania)。-- youtubecom/watch?v=9nbbEw6SctA
我对此深表认同。the holographic universe,the emergent universe,为代表的胡扯蛋们。基于想象力的缺乏和对特定实验(尤其是double slit)的失败解释,否定因果论,甚至否定时间和空间,用其惊世骇俗的儿童科幻来解释世界。
Backcountry 回复 悄悄话 Absolutely. Universe is too vast to our human eyes, God however build it in an orderly way. What inspire me most are the spirit of the endless pursue, and the wonder and adventure to seek for answers unknown.
bashfulx 回复 悄悄话 Our universe is multidimensional. Humans live in a hologram of sub dimensions. We will never understand the true nature of the real universe.
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