《時間簡史》導讀

最新 03-29

My Way

Nothing But The Best

Frank Sinatra

00:00/04:36

這首歌被有些人成為「葬禮歌曲」，因為歌詞伴著緩緩的音樂，在回顧一生的時光……原名是《Comme d』habitude》由法國歌手Claude Fran?ois等在1967年共同創作的。後被美國著名音樂人Paul Anka用英文填詞並改名為《My Way》，由Francis Sinatra演唱推出，紅遍全球，多人翻唱，成為經典。

今天，物理學家霍金離世；這一天，也是愛因斯坦的生日……於是人們冥冥中把謝謝聯繫在一起。人類如何面對自己的無知，並心存敬畏，也許是當我們仰望深深的夜空時，曾經出現在腦海中的問題。

《時間簡史》這本書，在大學的時候沒有讀懂；後來聽Jacob現場導讀彷彿明白了一些。

無論是電影中經常出現的平行空間還是N維空間，聯繫到我們生命中冥冥的感知，或許這一切都是「我所不能了解的事」，聽一聽羅大佑的這首歌。

我所不能了解的事

青春舞曲

羅大佑

00:00/04:56

在2016年3月19日，在北京朝陽9劇場，我策划了這個音樂讀書會的活動，得到很多朋友的支持。我的弟弟Jacob也來到現場，來導讀這本《時間簡史》。他講得淺顯易懂，基於他對這些物理知識的熟知，高中時曾獲得國際奧林匹克物理競賽金牌第一名。

做這個音樂讀書會的時候，我還在做原來的培訓業務，只是覺得這種活動很好玩，就辦一場試一下。這也許是冥冥中的一種註定，後來轉戰杭州專門來做讀書相關的事情了。這樣的事情，在歲月中總會遇到很多，也許是命中注定，也許是命中注定的「時刻準備著」……

下面來看看Jacob來怎麼梳理的這本《時間簡史》

美國的團隊在2月11號（2016年）向世人公布終於探測到了引力波，這是在愛因斯坦的相對論預言100年之後，人們經過多年的探索和觀察所探測到的。這是產生的巨大的時空振蕩，傳到了我們的地球。人們不禁會對宇宙產生疑問，感覺引力波的發現是我們人類認識宇宙的步伐有邁進了。但是究竟我們現在的人類是如何看待這個宇宙的呢？而在歷史上我們又如何一層一層的揭去宇宙神秘的面紗，來達到今天的認識呢？今天就一起來回顧一下人類認識宇宙的歷程。

地心說和日心說

其實這個過程就跟小朋友成長的時候認識周圍世界的過程非常類似，剛開始的時候總是會憑著知覺的感官，觀察周圍的事物，總結出規律經驗，並發展出一些概念來。我們就先從運動和靜止聊起。當我們站在外面看周圍的大地、建築物，平時都是不動的，但一旦有風吹來，樹會動，一旦風停了，樹又靜止不動了。這個就是2300年前的古代古希臘哲學家亞里士多德的想法，他就認為萬物如果沒有外界的影響，終歸靜止。

亞里士多德是人類歷史上第一位對地球是球形給出一個有力論證的人。他觀察月亮和太陽，有的時候是滿月，有的時候不見了。滿月的時候他發現地球剛好在太陽和月亮之間的連線上。他還看到另外一個現象，滿月的時候可能發生的一種天文現象月食。所以他就覺得既然太陽是發光體，那麼地球在太陽跟月球的中間，那麼月食的時候月亮上會出現一個黑色的影子，這是圓形的。他就大膽的推斷這個圓形的黑影就是地球。既然影子是圓的，所以我們所生活的大地就是圓的，是球形。這就是亞里士多德的地心說。所以在他的觀念裡面地球是一個球體，靜止不動在宇宙的中心，日月星辰都繞著這個球體旋轉，這是他簡單的地心說。

直到文藝復興時代哥白尼的出現，做出另外一個假設，假設太陽是宇宙的中心是什麼樣子？地球就會和其他的行星都圍著太陽運動，並且離太陽的距離有近和遠，轉動有快和慢。所以在地球上觀察它們有的時候發現快一點，有的時候慢一點，和觀測的結果吻合的非常好。哥白尼提出日心說的時候並沒有得到更廣泛的接受。然而再過一段時間，伽利略是第一次把望遠鏡對著天空看的人，他發現木星周圍有一些亮點，就是衛星，它們圍繞著木星運動，就和月球繞著地球是一樣的。他預言地球不是宇宙的中心。這個時候地心說漸漸被大家拋棄了。

電和磁

再講講另外兩個現象，電和磁。19世紀英國的物理學家麥克斯韋，在前人的基礎上總結出一套比較完整的數學模型，就是電磁理論。很好能解釋各種各樣的現象，同時也預言了電磁波的存在。電磁波的傳播速度剛好跟光速一樣，所以就覺得光也應該是一種電磁波。但它們之間有矛盾，電磁學理論預言光的傳播速度，就是電磁波的傳播速度是一個恆定的值，是不變的，不管怎麼運動，光速永遠不變的，這件事情跟人們傳統的時空觀就有一定的衝突。

人打出來手電筒光相當於地面是什麼速度？如果按照傳統的時空觀念，應該是1+0.5，是1.5倍的光速。可是麥克斯韋的理論就是這還是光速，不能超過光速，人們不願意相信，不願意放棄牛頓的時空觀念，就是速度疊加的原則。大家想盡辦法要修整麥克斯韋的電磁學的理論，做了很多的複雜的數學模型，結果都不是很成功。直到有一個人出現，就是偉大的物理學家愛因斯坦，他的思路其實和哥白尼的想法比較相似。當時修整地心說的問題做了複雜的模型，哥白尼想只要把地心的假設去掉，這些複雜的模型就都不需要了。

相對論

愛因斯坦假設光速就是不變的，根本也不需要複雜的數學模型，他基於這個假設就發展出來一套理論叫做狹義相對論。假設有一特別長的火車，有30萬公里，這麼長的火車地球上放不下，光一秒鐘在地球的赤道轉七圈半。而運行的速度是一半的光速，現在火車頭站著一個人，拿著一個手電筒照向火車尾，這個人會認為光花多長時間到了車尾？車的長度是30萬公里，光速就是30萬公里每秒，所以就是距離除以速度，1秒鐘。

可是問題來了，現在的下面有一個人，他看同樣的事情花多少時間？這個光是從車頭以光速往車尾走，所以就變成了相遇的問題。一計算就應該是三分之二秒。同樣的事情時間不一樣。所以經過一些這樣的邏輯推演，發現這個時間不再是絕對的時間了。以前對於每個人來說時間是一樣的，比如說你和你的朋友今天見面了，明天再相間都覺得過了一天，不會你覺得過了一天，他過了一年，真正過的時間肯定都是一天。但是根據狹義相對論的理論時間是可以被壓縮的。而且空間、尺寸也可以變長變短。物體的質量也是可變的，這些本來是物體內在屬性的東西，跟觀察者的狀態有關了。這實際上跟我們的日常觀念很不一致了。

狹義相對論裡面預言宇宙當中最快的速度就是光速，所有的信息、能量、運動，有一個速度的基線就是光速。可是牛頓的理論裡面有個萬有引力，這個引力傳播的時間是不需要時間的，瞬間到達。這兩個是矛盾的，愛因斯坦為了解決這個矛盾也花了不少的努力，愛因斯坦非常的謙虛，他請教了當時非常厲害的數學家幫忙，發展出另外一套理論，叫做廣義相對論。

我們就講一些廣義相對論比較基本的結論，時空長短可以變化，而且時空是可以彎曲的，只要是有質量的物體，就可以讓周圍的時空產生彎曲。當然要彎曲時空也不是那麼容易，比如說地球很大了，但地球對這個時空的彎曲程度基本上很難被人探測到。但是我們地球有一個質量更大的太陽，太陽對時空產生的彎曲是可以被觀測到的。我們知道一般情況下，如果時空不彎曲，正常狀態下光是按直線傳播的，如果光線要在太陽旁邊被太陽給彎曲了，就說明這個空間被太陽給彎曲了一下。所以要看一下這個光線越過太陽表面，能否給太陽彎曲。這個愛因斯坦通過他的理論計算，給出了一個預算，去彎曲多少角度。以至於我們在地球上看到它的位置會發生變化。太陽表面附近的星光能看到，大家有沒有在白天看見太陽附近的星星？只有一種情況下能看見，日食，必須是日食的時候。當月亮把太陽光擋住了，我們才能夠看見旁邊的星光。所以後來愛因斯坦提出廣義相對來論之後有人挑日食的時候，看太陽旁邊的星光是否發生了彎曲，果然結果與理論相符，看來時空果然被彎曲了。

廣義相對論還有一個預言，預言我們這個宇宙不可能是靜止的宇宙，這個宇宙或者是膨脹，或者是收縮，總支部可能是永恆的。愛因斯坦人為的在廣義相對論方程裡面加入了一個常數，叫宇宙常數，這樣終於可以得到一個宇宙靜止的模型。但宇宙真的是靜止的嗎？或者真的是永恆的嗎？

宇宙大爆炸理論

我們接下來要講到另外一個美國科學家，哈勃。哈勃在20年代的時候對星星進行觀察的時候發現，幾乎所有的恆星都在飛離我們。他是怎麼觀察的呢？總之恆星發出來的光別看是白光，實際上是有各種各樣的顏色，有的時候會有一些光缺失了，叫做恆星的光譜。通過光譜分析就會發現這些恆星的光譜都有一種形象的變化，叫做紅移，這個光本來是這樣子的，實際上觀測到感覺都向紅的方向移動了一點。這個造成的原因在物理裡面叫做多普勒效應，就是說光波的發射源遠離我們的時候，廣波的波長被拉長了，就變紅一點。靠近我們的時候就壓縮，一壓縮就變藍一點。既然大部分的恆星觀測到的光譜的結果都是紅移，說明都是在遠離我們。就說明這個宇宙是在膨脹的，而且進一步的觀察發現離我們越遠的恆星以越快的速度遠離我們。通過它們離我們的速度和距離就可以倒推，這個宇宙是開始於100億年到200億年前，當時的宇宙應該是很小很小的點，就像一個大爆炸一樣，爆炸出來了，宇宙的星星都是以高速的嚮往膨脹，這就是哈勃提出的宇宙大爆炸的理論。

現在這個時間定得更精確一點，宇宙是從137億年前的一個點爆炸出來的，經過這麼長時間的膨脹和演化，才有我們今天的宇宙。後來英國，霍金他和他的夥伴們在理論上，在廣義相對論的基礎下證實了，宇宙必然存在時空基點和時空的起點。而宇宙大爆炸就是這樣的起點，在這點是時間的開始，這還是跟我們的常識相違背的。我們一般看待一件事情，總覺得這件事情過去是什麼，現在是什麼，將來是什麼，總有過去。昨天幹了什麼事，往前幹了什麼事，可以總是在時間上回溯過去。可是在宇宙大爆炸的時刻，宇宙沒有過去，時間沒有歷史，時間就從那一刻開始。是不是很奇怪，這我們現在大家所認識到的宇宙的情況。今天我也只能跟大家簡單的分享到這兒，算是一個開胃菜，如果大家對宇宙的奧秘感興趣的話，建議大家讀讀霍金先生的這本《時間簡史》，和他一同來探索宇宙的奧秘。