【奥门银河赌城】《时间简史》解读

原标题:时间真的只是人的幻觉吗?量子力学解释了时间的本质

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我们处在一个什么样的世界中?

在 20
上半年个世纪,物理学的一个全新的理论——量子力学发展了起来,目前已经取代了我们所知道的经典物理学和相对论,这两者曾是现代物理学的核心架构。量子理论或量子力学现在被认为是宇宙中,特别是在亚原子尺度上最正确和准确的模型,尽管对于宏观物体,经典的牛顿力学和相对论物理学还能发挥作用。

这篇书评解读的,是世界科学著作的里程碑,霍金教授的《时间简史》(A brief
history of time, Stephen Hawking)。

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理解相对论的概念和预测通常被认为是困难和反直觉的,相比之下量子力学的许多基本原理和含义可能看起来更加诡异,但量子力学的很多假设和理论已被反复证明是真实的,它现在是有史以来最严格测试的物理模型之一。

《时间简史》是全世界最知名,销量最大的科普书,没有之一。1988年出版后,曾经在畅销书榜上连续出现了237周,也就是四年半的时间,创下了前所未有的畅销记录,这本书被翻译成了40多种文字,印了1000多万册,也就是说在全世界范围内,平均每700个人,就拥有一本《时间简史》,所以霍金教授的一位学生开玩笑的说:“霍金教授的科普书,比麦当娜谈性的书还好卖。”

这个问题古今中外的哲人和科学家苦苦探寻,至今还没有确定答案。今天的现代人如果还不了解相对论和量子力学,那他至少可以说与现代世界脱钩了,因为我们现在所享有的互联网、高速通信、人工智能、基因技术以及其它诸如航天航空、深海探索,甚至包括大规模杀伤性武器核弹,所有这一切,无不是在相对论和量子力学的基础研究上发展起来的。

理解量子力学中的时间概念,先要从什么是量子开始说起。

这些年,出现了很多叫《什么什么简史》的书,比如说《万物简史》,《人类简史》,《未来简史》之类的,而霍金教授的《时间简史》,就是开创了这个命名方法的先河。

因此我们每个现代人很有必要科普一下,从而更深刻理解我们的生存世界。

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《时间简史》这本书并不是很厚,只有200多页,十几万字,但是书中涵盖的内容,是非常广泛的,从相对论到量子力学,从宇宙膨胀到基本粒子,从黑洞到虫洞,霍金教授都进行了介绍。所以看完这本书,你对我们的世界和宇宙,会有更多更深层次的了解。

相对论与量子力学一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。

量子

不过实话实说,《时间简史》这本书,对于普通人来说,并不是很友好——它太难了。因为对很多物理学上的概念,霍金教授只做了非常简单的介绍,有些更是一笔带过,没有一定物理学知识基础的人,很有可能根本就看不懂霍金教授在说些什么。有机构做过调查,很多读过《时间简史》的人,除了开头第一章讲的那些段子和历史以外,其它的内容全都忘了,看了等于没看,而在Kindle上,《时间简史》的平均阅读进度只有6%,意味着很多人买来了《时间简史》,但是看了第一章就放弃了。

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量子力学认为宇宙中的所有物质和能量是量子化的,即它们由离散的不可分割的包或量子组成。例如,围绕原子轨道运行的电子在特定的固定轨道中被发现,并且当它们的能级发生变化时不会从原子核更近或更远地滑动,而是从一个离散的量子态跳到另一个。即使是光,我们知道它是一种电磁波,也是由光子的量子或粒子组成,因此光同时具有波和粒子的性质,有时它表现得像波浪,有时候它表现得像一个粒子(波粒二象性)。

所以我振奋起精神,抖擞起余勇,试试给大家,把《时间简史》的精华,和霍金教授对于宇宙研究做出的贡献解读一下。因为当霍金教授委托他的两个中国学生,把《时间简史》翻译成中文的时候,曾经说:“我希望让世界五分之一的人口,了解我的研究。

爱因斯坦的相对论,将我们的从牛顿的经典物理世界中解放出来,他描绘了一个空间、时间都可变的世界,物质和能量可以互相转化,即著名的质能方程:E=mc,原子弹由此被制造出来,从此改变了世界战争与和平的格局。爱因斯坦通过严格的证明揭示了:引力事由空间扭曲产生的,而空间之所以会扭曲,是因为有大质量的物体的存在,比如恒星、黑洞。

那么,一个显而易见的问题是:时间可以被划分为离散量子吗?根据量子力学,答案似乎是「不能」,时间似乎是平滑和连续的。已经使用复杂的计时设备和脉动激光束进行了测试,以观察在非常小的一秒钟内(低至飞秒,或10-15秒)发生的化学变化,并且在该水平时间确实看起来是光滑和连续的
。但是,如果时间实际上是量化的,那么它可能处于普朗克时间的水平(大约10-43
秒),根据理论物理学的最小可能时间长度,可能永远超出我们的实际测量能力。

霍金教授认为,他自己在学术上最重要的贡献,是对于奇点和黑洞的研究,所以这篇解读里,我按照时间的顺序,把霍金教授的重要理论,分成了三个部分——

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值得注意的是,我们目前对物理学的了解仍然不完整,并且根据一些将量子力学和引力结合成单一的「万物理论」的理论,时间实际上可以量化的可能性。已经提出了用于所提出的离散量子时间的假设时间单位
,尽管尚不清楚时间应该是多长。

首先是霍金教授和彭罗斯教授一起,证明了著名的奇点定理,这个理论跟广义相对论和宇宙膨胀有关;

量子力学由普朗克研究黑体辐射时提出,后经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等人不断完善,今天量子力学彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是球,而是不断跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,这些粒子的行为更像是一种“波”。

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接下来是霍金教授提出了无边界的宇宙模型,认为宇宙没有边界,也没有起始和终结,这是对上帝的一次挑战;

量子力学与经典力学的一个主要区别

波函数

最后是霍金教授证明了黑洞也可以发出辐射,这种辐射就被称为霍金辐射。

在经典力学中,一个物理系统的位置和动量,可以无限精确地被确定和被预言。至少在理论上,测量对这个系统本身,并没有任何影响,并可以无限精确地进行。在量子力学中,测量过程本身对系统造成影响。

哥本哈根解释

奇点定理

我们先来说说,霍金教授和彭罗斯教授证明的奇点定理是什么。

在二十世纪以前,人们一直默认宇宙是静止的,即使牛顿的万有引力定律已经说明,不同的物体之间会相互吸引,但是人们还是发明出了各种各样的方法,来维护宇宙静止的设想,甚至连大神爱因斯坦,都在这个问题上栽了跟头。

爱因斯坦在1915年发表了广义相对论,提出时空是可以弯曲的,根据爱因斯坦的方程,宇宙并不是静止的,但爱因斯坦认为,这肯定是因为有什么地方弄错了。所以爱因斯坦在他的方程里,强行添加了一个“宇宙常数”,这样一来,根据修改后的方程来看,宇宙就变成静止的了。

但是在二十世纪二十年代,科学家在观察其它恒星的时候发现,很多恒星,都发生了一种叫做“红移”的现象,意思就是说这些恒星都正在远离地球,本来人们认为,这些恒星的运动是随机的,也就是说有些恒星离我们越来越远,但也有些恒星离我们越来越近。

可到了1929年,美国天文学家哈勃(就是名字用来命名哈勃望远镜的那个哈勃)发现,绝大多数恒星,都是在远离地球的,而且这些恒星离地球越远,他们远离地球的速度也就越快。

这说明什么呢?我给大家举个例子:

假如你拿一个气球,在气球表面的不同地方用水彩笔画上几个点,接着给这个气球吹气,随着气球越吹越大,你画的那几个点之间的距离,就会越来越远,而且两个点离的越远,它们之间相互远离的速度就会越快。

这个气球,其实就相当于我们的宇宙,气球上的点,就相当于地球和其它恒星,绝大多数恒星都是离地球越来越远,这就说明啊,我们的宇宙正在不断膨胀。

爱因斯坦在得知这个观测结果之后才发现,自己强行给方程加进去的那个宇宙常数,完全就是多余的,宇宙不是静止的,而的确就是在膨胀的,所以爱因斯坦后来说:“宇宙常数,是我一生中犯下的最大的错误”。

在发现了宇宙膨胀之后,科学家们,就以爱因斯坦的广义相对论为基础,找出了一个新的模型,来描述这个膨胀的宇宙,这就是弗里德曼宇宙模型。

科学家们发现,在弗里德曼宇宙模型中,如果把时间往前推,宇宙就会收缩,如果一直倒推到150亿年前,所有的星系之间的距离,就会变成0,就好像是整个宇宙,被紧紧的挤压成了一个点。

这个点,就被称为奇点。它就是,宇宙时空的开端。

奇点的性质非常特别,我们很难直观地去想象这是个什么东西,但是通过数学计算我们可以知道,奇点的体积无限小,弯曲程度无限大,密度无限大,引力也是无限大的。

这里有很多的无限小无限大,但是数学,其实是没有办法真的处理无限小和无限大的计算的,这就意味着,虽然弗里德曼宇宙模型是根据广义相对论提出的,但是包括广义相对论在内的所有物理理论,在奇点这个地方,都失效了。

所以霍金教授说,奇点的出现,证明了广义相对论,也只是一个不完全的理论。因为在宇宙最开始的那一刻,它就失效了。

明白了奇点是什么,我们来看看霍金教授在这个研究过程中,做出了怎样的贡献?他,又是怎样看待奇点的呢?

在奇点这个理论刚被提出来的时候,并不是所有的物理学家都认同这个说法,据霍金教授说,爱因斯坦自己,都不太相信这个说法,爱因斯坦认为,如果我们把时间一直往前推,不同的星系也不会碰撞到一起,而是会恰好错开。

但是霍金教授在读到了彭罗斯教授的一些相关研究的时候意识到,奇点理论应该是成立的。

经过几年的努力,霍金教授和彭罗斯教授一起,用严谨的数学方法证明,如果广义相对论是正确的,而宇宙中确实有我们观测到的那么多恒星,星系等物质,那么宇宙在很久以前,一定是诞生于一个奇点之中。这个奇点,就是宇宙的开端。

这个理论,现在被称为彭罗斯—霍金奇点定理。

有很多人一开始不愿意接受霍金教授的这个研究结论,因为他们不喜欢宇宙有一个开端的说法,还有的人认为,这个结论违反了科学决定论,糟蹋了完美的广义相对论,但是没办法,因为霍金教授并不是信口开河,他是脚踏实地,用数学计算,证明出这个结果的,数学不会骗人,而人也不能跟数学定律辩论。

所以现在,不管是喜欢还是不喜欢,几乎所有的物理学家都承认,我们的宇宙,的确是诞生在一个奇点之中的。

我们复习一下,前面讲的是霍金教授和彭罗斯教授证明的奇点定理是什么。

在二十世纪之前,人们都认为宇宙是静止的,直到科学家发现,绝大多数恒星都在远离地球而去,人们才意识到宇宙是在持续膨胀的。科学家们在研究膨胀的宇宙模型的时候发现,在150亿年前,所有的星系之间的距离都是0,宇宙在当时是一个体积无限小,弯曲度,密度,引力无限大的奇点,霍金教授和彭罗斯教授的贡献就在于,他们用严谨的数学方法,证明了,如果广义相对论是正确的,那么宇宙就必然诞生于这样一个奇点。这就是,宇宙的开端。

不确定性原理

量子理论的主要原则之一是粒子的位置由波函数描述,它提供了在任意数量的不同位置或叠加中找到粒子的概率。只有当观察到粒子并且波函数崩溃时,粒子才能最终位于一个特定的位置或另一个位置。因此,在量子理论中,与经典物理学不同,我们看到的和实际存在的东西之间存在差异。实际上,观察行为会影响到被观察到的粒子。

无边界宇宙模型

我们说证明奇点定理,是霍金教授最大的科学贡献之一,但是后来,霍金教授又改变了自己的想法,提出了无边界宇宙模型,认为宇宙并不需要诞生在奇点之中。

所以接下来,我们来看看,霍金教授提出的无边界宇宙模型,有什么特别之处呢?

在前面我们说到,霍金教授和彭罗斯教授证明了奇点定理,之后几乎所有的物理学家都承认,我们的宇宙,是诞生在一个奇点之中的,宇宙诞生的那一刻,被称为大爆炸!

宇宙大爆炸理论,是目前最主流的,描述宇宙起源的模型。我们现在来看一下,宇宙大爆炸模型,对宇宙起源时刻的描述——

大爆炸的那一刻,宇宙的体积是0,温度无限高,之后宇宙开始迅速膨胀,温度开始降低;

在大爆炸一秒钟之后,宇宙的温度降低到了100亿度,这大概是氢弹爆炸时能达到的最高温度;

在大爆炸一百秒之后,宇宙温度继续降低到10亿度,质子和中子开始结合在一起,组成原子核;

之后,宇宙的温度继续降低,持续膨胀,在一百万年后,宇宙温度降低到了几千度,原子开始形成;

随着宇宙温度继续降低,恒星,星系这些物质开始形成;

到了150亿年后的现在,宇宙已经膨胀了很多很多倍,温度也已经很低了。

现在的宇宙温度,只比绝对零度高一点点了,但是宇宙的各个地方,还是残留着当时大爆炸的能量,而且我们还可以观测到,科学家们叫它微波背景辐射,就好像是充满了宇宙的背景噪音。

宇宙大爆炸理论,虽然听起来很玄乎,似乎有点不可思议,但是是和我们今天的观测证据相符合的,所以呢,已经被物理学家们广泛接受了。

但是这个理论,还是让不少物理学家们有点儿尴尬,你看,从我前面的描述中,你能够感觉到,大爆炸是宇宙的奇点,那么,宇宙中一切的物质,甚至是空间和时间,都是大爆炸以后才出现的,大爆炸之前的任何事件,对我们来说都没有任何意义,或者说根本就不存在,也就是说宇宙时空并不是无限的,而是有一个很特别的边界和开端,这个开端,就是大爆炸奇点。

但问题是,就像我们在前面讲到的那样,大爆炸奇点是一个非常特别的存在,在这里,所有的物理定律都失效了,人们根本不知道从这个奇点里,会冒出些什么东西,那么,宇宙现在所遵循的那些规律,到底是怎么出现的呢?是谁规定了这些规律呢?

难道,真的是上帝吗?

由于这个问题,目前科学家们还没有很好地解释,所以也就给宗教界保留了一丝希望。

霍金教授回忆,1981年的时候,教皇邀请了很多科学家,召开了一场宇宙学会议,在科学家们演讲结束后,教皇说,大爆炸以后的各种历史,各种规律,你们都是可以研究的,但是大爆炸的那一刻,你们科学家就不要研究了,因为那是万物诞生的时刻,那是上帝的事。

霍金教授也在这次会议上发表了演讲,演讲的主题,就是无边界宇宙模型,霍金教授在听到了教皇的话以后,就在心里嘀咕,“看来教皇没听懂我讲的内容啊!”

因为此时,霍金教授提出的无边界宇宙模型也就意味着,宇宙没有开端,也没有诞生的时刻,所以,也就根本没有上帝的位置。

霍金教授为什么这么说呢?

我们来看看无边界宇宙模型是怎么回事儿。

我们之前在提到奇点定理,和宇宙大爆炸模型的时候一直有一个前提,那就是——广义相对论是正确的。

但这个前提,其实未必站得住脚,这并不是说广义相对论错了,而是说,它是一个,不完全的理论,没有和量子力学结合起来。

在二十世纪,物理学最重要的两大发现,也是当今物理学中最基础的两大理论,就是相对论和量子论。

一般来说,相对论管的是宏观领域,比如星系运动什么的,而量子力学管的是微观领域,比如说粒子运动的问题,在研究一般理论的时候,这两套体系是井水不犯河水。

但霍金教授认为,在研究大爆炸奇点的时候,就必须要把相对论和量子力学结合起来了,他认为,奇点定理已经说明了,在大爆炸奇点这种极端情况下,广义相对论已经不能很好地描述宇宙了,在这时候,就必须要考虑到量子效应。

在广义相对论的基础上,宇宙只有两种可能,要么就有无限长的时间,要么就有一个大爆炸奇点这样的开端,但是,如果把量子力学引进来之后,就会出现一种新的可能,也就是一个有限无界的宇宙。

有限无界的意思是,宇宙时空是有限大的,但是却没有边界。听着是不是有点儿晕?还有点儿自相矛盾?我给你举个例子你就很容易明白了:

我们用地球来做一个类比,我们的地球,就是一个有限大的星球,我们知道它的直径和大小,但是,地球是没有边界和开端的,如果你在地球上一直走一直走,是永远不可能走到一个地球的边界的,更不可能掉到地球外面去。所以地球,就是个有限无界的星球。

霍金教授的无边界宇宙模型,就是一个空间和时间交织在一起的四维宇宙,在这个宇宙中,时空就像是地球的表面,在范围上是有限的,但是却没有形成边界,也没有形成奇点,时空上的每一个点,就像地球上的某个点一样,没什么特别,科学规律在任何一个时空点上都适用,不会发生失效和崩溃。

在无边界宇宙模型中,宇宙没有一个特别的奇点,也就不需要上帝来指定一个特殊的规律,按霍金教授的说法就是,这个宇宙是完全自给自足的,不会受任何外在事物的影响,没有什么创生和消失的时刻,这样一来,这个宇宙,也就不需要上帝来创造它了。

需要注意的是,霍金教授自己也反复强调,无边界宇宙模型,目前还只是一个设想,相当于是他的一家之言,目前主流的宇宙模型,仍然是大爆炸模型。

当然了,无边界宇宙模型也不是信口开河,它是希望把相对论和量子力学结合起来的一种尝试,而且也是可以被检验的科学理论。

我们复习一下,前面我们介绍了霍金教授的无边界宇宙模型,讲述了它的特殊之处。
在主流的宇宙大爆炸模型中,宇宙有一个开端,这个开端,就是大爆炸奇点。但是,对于大爆炸那一刻所发生的一切,科学还没有很好的解释,这也给上帝留下了一个位置,而霍金教授在无边界宇宙模型中,把相对论和量子力学结合了起来,认为我们的宇宙时空是范围有限,但是没有边界的,因此,也就没有奇点和开端,不需要上帝来创生。无边界宇宙模型目前不是主流,但是它是一个可以被检验的科学理论。

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量子理论的另一个方面是不确定性原理,它表示某些变量对的值(例如粒子的位置及其速度或动量)不能完全准确地知道,因此一个变量越精确,另一个就越模糊。正是其他人才能知道。这反映在量子力学的概率方法中,这对于经典物理学的确定性和特定性质来说是非常陌生的。

霍金辐射

前面这两个理论,都是跟宇宙大爆炸和奇点有关的问题,除了这个领域之外,霍金教授在学术上另一个最重要的贡献,就是对于黑洞的研究,所以我们接下来看一看,霍金教授,对于黑洞的研究,做出了什么贡献,他为什么会说黑洞并不是那么黑的?

我们先来看看黑洞是什么。

这要从恒星的原理来说起,我们都知道,物质之间会产生引力,而且质量越大的物体,所具有的引力也就越大,像太阳这样的恒星,就具有非常大的引力。恒星受到自身引力的影响,就会有一个向内部坍缩的倾向,那么既然如此,这么多年过去了,为什么太阳还是那么大呢?为什么没有因为内部引力,而坍缩变小呢?

这是因为,在太阳内部,还存在着一种支撑力,可以和引力相平衡,太阳内部温度很高,原子序数是1的氢原子之间剧烈碰撞,就会结合在一起,形成原子序数是2的氦原子,这个过程中,会释放出巨大的能量(核聚变),就相当于太阳内部有无数的氢弹,在不断的爆炸,这就会给太阳,提供一个支撑的斥力,这么一来,当太阳的引力和支撑力相互平衡之后,恒星就可以保持稳定了,所以太阳至今,也没有坍缩。

那么问题就来了,恒星内部的支撑力,是靠这些“核原料”来支撑的,但这些原料,早晚会有烧完的一天,一旦烧完,恒星就会在引力的作用下,不断的坍缩,这时候会发生什么呢?

恒星的最终归宿有好几种可能,如果恒星的质量比较小,那么坍缩到一定程度,它的引力,就最终会和内部粒子之间的斥力相平衡,最终变成中子星或者白矮星,但是如果这个恒星质量巨大,比一个半太阳还要大的话,那么它内部粒子之间的任何斥力,都不足以抵消引力,那么这个恒星就会一直坍缩下去,变成体积极小,质量极大的黑洞。

明白了以上黑洞的形成原理,黑洞的性质就很好理解了,黑洞最大的特点,就是具有极强的引力,任何物质,包括光,只要进入了某个临界区域,就永远不可能逃出黑洞了,如果有人靠近黑洞的话,巨大的引力,就会迅速的把他拉长,撕裂。

从外面来看,如果连光都无法逃出,那么黑洞,当然就是全黑的了,这也正是黑洞得名的原因。但问题是,黑洞这种吸引一切的性质,却和热力学第二定律产生了冲突。根据热力学第二定律,黑洞这种东西,应该有温度,只要有温度,就应该向外发出辐射和粒子,黑洞也不应该例外,但前面说了,连光都逃不出黑洞的引力,怎么可能有粒子能从黑洞中跑出来呢?

其实,包括霍金教授在内的几乎所有物理学家,都对这个问题很困惑,但是利用量子论,霍金教授后来成功的回答了这个问题。

霍金教授发现,黑洞的确会向外发射粒子,但这些粒子,并不是从黑洞里面跑出来的,而是从黑洞边缘空虚的空间中,无中生有的变出来的。

要理解霍金教授的这个说法,最关键的是要理解,量子论中的海森堡不确定性原理。

海森堡不确定性原理说的是,当我们对粒子,引力场,电磁场等进行测量的时候,就会发现,如果我们对其中的一个物理量测量的越准确,那么对另一个物理量的测量,就越不准确,比如说你对一个粒子的速度测量的越精确,那么对于这个粒子位置的了解,就越模糊。人类不可能同时掌握一个粒子的精确位置和精确速度。

根据海森堡不确定性原理,即使是看起来什么都没有的空虚的空间,在微观上其实也是波澜起伏的。你想啊,如果有一片空间完全是空虚的,那就代表着其中引力场或者电磁场的强度是零,变化率也是零,这两个物理量,就同时被精确的掌握了,这显然就违反了,海森堡不确定性原理,是不可能的。

那么空虚的空间里,到底是什么情况呢?非常神奇,在空虚的空间里,其实时时刻刻,都在产生成对儿的粒子,为了保持能量守恒,这些粒子,有的带有正能量,有的带有负能量,他们碰撞在一起,又会同时湮灭。

说到这一步,我们就可以看看霍金教授的解释是什么意思了。霍金教授提出,黑洞的边缘,虽然看似是虚空的,但其实是在一刻不停的产生成对的粒子,其中带有负能量的粒子,就会被吸到黑洞里面去,但还有一些带有正能量的粒子,可以从黑洞的边缘逃脱,跑到其它地方去。那么当我们站在黑洞外面看的话,看起来就像是,黑洞不断地在向外发射着这些粒子。这就是黑洞辐射,也叫做霍金辐射。

正是因为有这种辐射的存在,霍金教授才会说,黑洞并不是完全黑的。

霍金辐射在物理学上,是一个极富价值的理论,因为黑洞的诞生,是用广义相对论算出来的,黑洞的辐射,又是用量子力学解释的,也就是说,霍金辐射,是把广义相对论,量子力学和热力学结合起来的一次尝试,所以虽然霍金辐射没有被观测到,但是仍然具有很高的理论价值。

我们复习一下,前面讲的是,霍金教授对黑洞研究的贡献。
霍金教授提出,虽然黑洞引力极大,连光都逃不出去,但是黑洞也并不是完全黑的,根据量子理论中的海森堡不确定性原理,黑洞边缘的虚空中,会不断的产生成对儿的粒子,负能量的粒子会被黑洞吸收,但是有一些正能量的粒子会从黑洞边缘逃脱,在外界看来,这就像是黑洞不断向外发射粒子,这就是霍金辐射。

海森堡在1927年首次提出:一个微观粒子的某些物理量(如位置和动量,或方位角与动量矩,还有时间和能量等),不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量的不确定程度就越大。

量子力学的这种观点有时被称为哥本哈根对量子力学的解释。因为波函数的崩溃无法撤消,并且因为与波函数中包含的粒子的初始可能位置相关的所有信息在观察和折叠时基本上都会丢失,所以该过程被认为是时间不可逆转的,它对所谓的「时间之箭」有影响,这是我们在日常生活中观察到的单向时间方向。

复习课

到这里,《时间简史》的精髓,也就是霍金教授对于宇宙研究做出的贡献,我们就说完了。

我们再来整体复习一遍——

我们讲到的第一点,是彭罗斯—霍金奇点理论。奇点是一个体积无限小,弯曲度,密度和引力无限大的点,两人用严谨的数学方法证明了,如果广义相对论是正确的,而且宇宙中的确有我们观察到的那么多物质,那么宇宙就必然诞生在一个奇点当中;

我们讲到的第二点,是霍金教授提出的无边界宇宙模型,在现在主流的宇宙大爆炸模型中,宇宙有一个起点,就是大爆炸奇点,但是在大爆炸的那一刻,所有的物理定律都失效了,所以科学家们还说不清楚,为什么宇宙必须是现在这样的,还有人说,那是上帝创造世界的时刻,所以用科学无法解释。跟宇宙大爆炸模型不同,霍金教授在他的无边界宇宙模型中,引入了量子力学,认为宇宙是没有边界的,因此也没有奇点,没有开端和终结,这样一来,就不需要上帝来创生宇宙了;

我们讲到的第三点,是关于霍金教授对于黑洞的研究,也就是霍金辐射。霍金教授提出,黑洞并不是完全黑的,它也会发出辐射,根据不确定性原理,黑洞边缘的虚空,其实也不是完全空无一物的,而是不断的产生成对儿的粒子,其中有些粒子被黑洞吸收了,但是有些粒子,却从黑洞边缘逃出去了,这就相当于,黑洞在向外发射粒子。这种现象,就是霍金辐射。

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一些量子物理学家已经发展出一种理论,即时间实际上是一种由称为纠缠的奇怪量子概念产生的新兴现象,其中不同的量子粒子有效地共享存在,即使物理上是分开的,所以每个粒子的量子态只能相对于其他纠缠粒子来描述。该理论甚至声称最近有实验证据,实验证明观察者在与另一个粒子纠缠之前没有发现量子粒子的任何变化。

概率主导的世界

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