《时间简史》读书感悟

文/曹娟

小时候，夜晚看着满天的星星总有一种向往，幻想着能有来自哪颗星星的神秘物种赐予我超能力；后来，当我知道大部分的星星都是太阳，更加坚定有存在地外生命的星球。我们看到的星星是几亿或几万年前的星星，也给宇宙涂上了神秘的色彩。正是由于童年对宇宙的好奇，所以我毫不犹豫地选择了一本久仰其大名的宇宙科普读物——《时间简史》。

《时间简史》是著名的英国理论物理学家、宇宙学家斯蒂芬·威廉·霍金所著。然而在2021年3月14日的早晨，史蒂芬·霍金教授却在剑桥的家中平静地离开了这个世界。不得不说霍金教授的离去是全人类的损失，几乎所有人都对这样一位伟大的物理学家的离去致以自己最高的敬意与哀思，他就像是群星的斗士，先我们一步去往辽阔无垠的宇宙世界，成为我们仰望的星空。霍金教授曾经说过，能够读懂这本书中每一句的人就够资格攻读引力物理博士了，这给了我一些安慰和继续读下去的勇气。

这本书在开头部分讲述了我们宇宙的图像。早在公元前340年，人们就知道了我们的地球是圆球而不是平板。人们对真实世界逐渐地了解，从地心说到日心说；从静止的宇宙到膨胀的宇宙。牛顿提出的万有引力定律解释了为什么各个行星绕着其他星球转动。根据万有引力定律，所有物体都被另外的物体吸引，物体质量越大，距离越近，相互吸引力也越大。但是如果空间有限，由于星体之间的相互作用，最终会使所有星球都被吸引而坍缩，而事实上宇宙并不如此，所以应该有无限多星体均匀地分布在无限空间中使这种情形不至于发生。如果从另一方面考虑，一定区域的星体会坍缩在一起，再在其外面均匀地加上无限多的星体对原先的星体是没有影响的，所以这些星体还是会坍缩在一起。牛顿引力理论必然会导致宇宙不可能静止。

关于宇宙的产生，现在比较为大家接受的说法是大爆炸，而在宇宙开端之前，时间是没有意义的。奥古斯丁曾经说过：时间是上帝所创造的宇宙的一个性质，在宇宙开端之前不存在。对于普通人来说，这种说法听起来很荒谬，也很难理解。事实上，时间并不是像我们想象的那么简单，我们必须改变对时间的理解。大部分人包括亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。他们相信两个事件之间的时间间隔是不可改变的，时间和空间之间是独立的。爱因斯坦提出的狭义相对论解释了：对于所有观察者而言，光速都是一样的，而且当物体以接近光速运动时质量会变得很大，要加速将变得更困难，所以它永远达不到光速，因为那时它的质量就会无限大。然而这种理论和牛顿引力理论不是很协调。

于是爱因斯坦又提出了革命性的广义相对论。他认为引力不像其他种类的力，它只不过是空间——时间不是平坦的这一事实的后果。大质量的物体会使空间——时间弯曲，地球围绕着太阳转的时候虽然沿着弯曲的轨道做圆周运动，但是它事实上是沿着空间中最接近于直线的轨迹运动。这就像一架飞机在多山的地面上飞行，它在三维空间是沿着直线走的，但是在地面上的影子却是弯曲的，因为地面不平坦。在太阳周围的空间——时间由于其质量而弯曲，所以光线在太阳周围就不能沿着直线走。在正常情况下很难观察到这个效应，但是在日食时就可能观察到，这正好验证了广义相对论的正确性。大质量的物体可以让时间变得慢一些。因为光的能量和频率相关：能量越大，频率越高。当光经过大质量的物体会失去能量而频率下降，光速恒定，必然导致时间变慢。在1962年，验证到水塔顶上和底部的精确的钟时间不同步，接近地球的钟走得更慢。这种现象可能让人大跌眼镜了，以我们以前所知道的，时间是绝对的。如果时间可以不同步的话，那么我们想像的时空隧道就可能由于某种原因而真实存在了。

事实上，历史上的确多次存在穿越时空事件。1954年，在一次热气球比赛中，哈里·洛根和德里克·诺顿乘做的热气球在魔鬼三角地带神秘地失踪，经多方查找，仍无下落。在1990年春天古巴的春季热气球比赛中的那只失踪了36年的热气球，在原来失踪的地方又突然出现。洛根和诺顿仍然和当年一样年轻，在他们看来只有几秒钟的时间，对地球来说却已经有36年。这让我想到了马航MH370。马航已经失踪半年了，至今仍然没有找到，不排除进入时空隧道的可能。也许过个几年，十几年，甚至几十年后，飞机或许真的会再次出现，让我们为马航MH370默默祈祷。

1924年，我们现代的宇宙图象才被奠定。美国天文学家埃得温·哈勃证明了，我们的星系不是唯一的星系，并且他用绝对光度计算出了我们与其他星系的距离。那么那些星球离我们那么远，我们怎么区分它们的种类呢？不同恒星的光谱不同，而且某些颜色在光谱里找不到。因为每一种化学元素都会吸收独特的光谱线组，根据失去的谱线能确定恒星大气中存在的元素。20年代天文学家观察光谱时发现了一种奇异的现象，所有星系的线光谱和银河系一样具有吸收的特征线组，但是这些线组都会出现红移现象，即向光谱的红端移动。人的眼睛看不同频率的光颜色不同，人眼睛能看到的频率最低的光是红色，频率最高的光是蓝色。如果星系离我们远去，由多普勒效应我们可以知道眼睛看到的光的频率会减小，即出现红移现象；而如果星系靠近我们，眼睛看到的光的频率会增大，则出现蓝移现象。那么如果星系运动是紊乱的，红移光谱和蓝移光谱会一样多，但是事实却是大部分星系出现红移现象，这意味着星系都在离我们远去，宇宙在膨胀！而我们在宇宙中的位置并不特殊，只有所有星系都相互离开才能出现我们所看到的现象。我们可以想象这样一种情形：一个气球上画了很多斑点，当气球膨胀时任何两点的距离都在增大。类似的，这样就可以任何两个星系都在相互远离。

宇宙可能从大爆炸开始，并且到目前为止一直在膨胀，那么宇宙有没有边界呢？如果有，宇宙外又可能是什么呢？我曾经非常愚蠢地做了一个简单的推论。我先假设宇宙是有界的，如果有界，那边界外必定存在，每个边界都存在边界外，这样无限个边界便是无限。而无限的宇宙意味着无限的物质，这样很难让自己接受，于是我觉得可能是人对无限的理解有错误。可是后来，我发现我把问题引到死胡同，以人太低能无法理解结束了问题，这显然是不合理的。关于宇宙的边界的一系列问题，人们将广义相对论和量子力学的测不准原理结合在一起，就可能使空间和时间都是有限的，却没有任何边界。这就类似于地球的表面，虽然地球的面积是有限的，但它却没有任何边缘，只不过地球表面是二维的。而空间是三维的，第四维时间也是有限的。

将宇宙的内容分割成物质和力的这种做法一直沿袭至今。亚里士多德认为物质是连续的，人们可以将物质一直分割下去。我本来也一直这样觉得，可当我知道光速是所有物质运动的速度的极限时，我就不太相信物质可以一直分割了。在狭义相对论发表时，人们还认为原子不可分割，后来汤姆逊证明了电子的存在，人们逐渐了解了原子的结构，质子和中子被认为是物质的组成单位。事实上它们是由更小的粒子夸克组成的。当然，现在还不能说是否有比夸克还小的粒子。任何粒子都有和它相湮灭的反粒子，也可能存在由整个反粒子构成的反世界和反人。如果你遇到了反你和你握手，你们将会在一个巨大的闪光中消失。

黑洞是时空的一个区域，它由恒星衰老坍缩而形成，其引力非常强，以至于任何东西甚至光都逃不出来。黑洞中存在时空曲率无穷大的奇点，在那里任何定律都失去作用，时间也将终止。根据广义相对论，宇宙必须有个开端，并且有个终结，空间——时间在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压奇点或黑洞奇点处结束。当然，这只是基于一定科学理论的猜想，包括大爆炸也是，宇宙的开始与结束是否真的如此，还是个未解的迷。

《时间简史》这本书让我站在霍金的肩膀上，对宇宙稍微多了那么一点点的了解。相对于宇宙，人类的力量是那样的微不足道。如果宇宙注定要有终点，生命的存在就会那么没有意义。无论是小到地上的蚂蚁，还是大到人类的文明都将会消失在茫茫世界中。而我自己的所遭受的苦与乐，成功与失败都必然湮灭在时间里，想到这里，不免有一些伤感。

一切存在已经是无法改变的事实，每个生命都要继续走下去。前面的路依然看不到尽头，生命仍然因为本能，因为信念，因为心灵的满足而活着，而这也就是宇宙之所以存在的意义。

那种对未知世界的好奇，对知识的渴望会指引每一个人去探索和发现属于自己的星空，而人类就是这样在仰望星空的过程中不断前行。

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