《时间简史》简史

有史以来最没读过的书之一到底是关于什么的?
2018年3月20日

采访

马特·米德尔顿,南安普顿大学

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宇宙在137.7亿年里的演化。

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1988年,斯蒂芬·霍金出版了一本影响深远的科学著作,《时间简史》。这本书以多种语言出版,销量达数百万册。但许多人承认,这本书只看了前几页就没看完,因此被誉为史上最受欢迎的未读书籍。如果你也做过同样的事情,现在在南安普顿大学工作的前剑桥天体物理学家马特·米德尔顿博士有一本《时间简史》的简史,让你了解最新的情况……

我不可能公正地评价这本名著的内容和影响。《时间简史》是霍金教授的一种方式,让每个有好奇心的人都能接触到宇宙的奇观。它帮助塑造和激励了一代充满渴望的科学家,我认为自己是其中的一员。但是,无论如何,我将尝试通过告诉你我最喜欢的物理学探索的部分来打破他的名著。下面是《时间简史》的简史。

斯蒂芬·霍金对黑洞进行了广泛的研究——从奇点令人难以置信的本质到黑洞热力学的建立,在我们有任何证据证明黑洞存在之前,现在黑洞是观测天文学的主要支柱——从被超大质量黑洞拉开的热气体云到从伴星上剥离物质的小黑洞。最近,LIGO通过探测到两个旋转黑洞碰撞并合并的引力波,证实了它们的存在。我相信霍金教授也对我们可能很快就会第一次看到黑洞的前景感到兴奋。

世界各地的望远镜聚集在一起,创造了有史以来最大的望远镜——事件视界望远镜。黑洞附近的光的路径被引力弯曲,产生了一个阴影,我们可以用这个极高分辨率的仪器观察到

这种引力光弯曲——光的路径会受到引力影响的想法——在《时间简史》中被提出。这是广义相对论的直接结果,广义相对论预言光和物质的路径都受到大质量物体的影响。它现在被广泛应用于“透镜”领域,即大质量物体或物体集合(如星系团)可以弯曲周围的光。当它们相交时,它们会放大光线,因此我们可以探测和研究非常遥远的物体。这项对遥远天体的研究与BHoT的其他主题有很好的联系,尤其是宇宙的膨胀。

通过观察来自遥远星系的光与你在实验室里看到的光是如何移动的,埃德温·哈勃证实了星系(几乎全部)正在远离我们——一个值得注意的例外是仙女座星系,它将在40亿年后与银河系相撞。宇宙正在膨胀的认识仍然是人类历史上最重要的认识之一。

向后推不可避免地会得出一个时间点,在这个时间点上,宇宙的所有质量都被包含在一个极小的空间里——宇宙由此产生的空间和时间的爆炸被称为“大爆炸”。斯蒂芬·霍金在这个概念上做了大量的研究,自然它在《时间简史》中占据了重要地位

当我们观察大爆炸的残余光和辐射——也就是宇宙微波背景辐射——在我们观察的任何方向上,波动都非常小,我们知道宇宙曾经非常紧凑,并且膨胀得非常非常快。当我说快的时候,我们可以算出它在1亿分之一的万亿分之一秒内膨胀了10倍50这个数字太大了,我甚至没有时间说出来。

事实上,这种“膨胀”比光速还要快——但不要惊慌,宇宙的膨胀并不一定要服从光速。我们认为这种膨胀归结于一种神秘的东西,叫做真空能量(也称为暗能量或精华)。

我非常喜欢《时间简史》的一点是,它不仅仅是关于科学的;这也是一个关于发展和我们在这个美丽宇宙中的位置的故事。史蒂芬·霍金自始至终展现了人类的视角,引导我们从托勒密的宇宙观(地球是中心),到哥白尼的日心说,直到我们在宇宙中根本不存在一个特殊的地方。

虽然这听起来有点悲观,但我们应该感到欣慰的是,宇宙可能正好适合生命的发展——这被称为人择原理。如果宇宙不能支持生命,那么我们可能就不会有恒星和星系,人类可能永远不会从原始的沼泽中拖出来,最令人沮丧的是,宇宙可能会被史蒂芬·霍金这样的人所否定,我们可能根本就不会有《时间简史》……

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