从大爆炸到黑洞--史蒂芬·霍金的宇宙观

设本页为首页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　加入收藏
中文域名: 古今中外.com　　　　　　英文域名：www.1-123.com　　　　　丰富实用的古今中外人物库

您现在的位置：中国哲士网 >> 按拼音检索 >> H >> huo >> 霍金 >> 正文

从大爆炸到黑洞--史蒂芬·霍金的宇宙观

>发现，弱相互作用力不服从P（宇称）对称，他们的同事吴健雄女士用实验证明了这一点。她将放射性元素的核在磁场中排列，使它们的自旋方向一致，然后看到电子在一个方向上比在另一个方向上发射出更多。杨振宁和李政道获得了次年的诺贝尔奖，非常有争议的是，获奖者却不包括吴健雄。杨李二人提出将奖金与吴健雄平分，但被吴谦逊地推却了。他们是我们华人的骄傲！
　　杨、李的发现意味著弱力使宇宙镜象的发展不同于我们宇宙！人们还发现。弱力也不服从C（电荷）对称，也就是说，由反粒子构成的宇宙和我们的宇宙不同！当时杨和李认为弱力服从CP联合对称--将所有的粒子以反粒子代替，由此构成的宇宙的镜象，其行为和我们的宇宙相同。然而1964年美国人J.W.克罗尔和瓦尔·费兹发现，在K介子的衰变中，甚至连CP联合对称也
不服从！他们也因此获得诺贝尔奖。他们进一步得出推论：由于数学定理证明了科学定律必须服从CPT联合对称，我们将不难理解：如果定律服从T对称，同时不服从CP联合对称，那么定律将无法服从CPT联合对称--而这种对称是被数学定理证明了的。我们不得不接受这个事实--定律在时间方向颠倒的情况下必须改变，也即科学定律不服从T（时间）对称！
　　虽然看似牢不可破的对称守恒已经终结，但我们对宇宙的疑问也得到了合理的解释。由于量子力学和相对论的不服从上述对称，在大爆炸及宇宙早期的膨胀过程中，虽然粒子成对产生，但粒子向其它种类转变时是不对称的--反电子变成夸克要比电子变成反夸克容易，于是早期宇宙产生的粒子中夸克和电子的数目就多于反夸克和反电子。当反夸克和反电子找到"同伴"并与之湮灭后，宇宙中过剩的夸克和电子就留了下来，组成了我们今天看到的宇宙以及我们自己。
　　在这里简单介绍一下夸克。夸克是构成质子、中子等"基本粒子"的更小粒子，它们有六种"味"--上、下、奇、魅、底、顶，每种味又具有三种"色"--红、绿、蓝。每个质子或中子由三个夸克组成，每个夸克一种颜色。一个质子包含两个上夸克和一个下夸克;而一个中子包含一个上夸克和两个下夸克。奇夸克、魅夸克、底夸克、顶夸克也可以构成粒子，但这些粒子质量都较大，会很快衰变为质子或中子。
　　夸克之间由强相互作用力束缚在一起，这种力由一种叫做胶子的粒子携带。强力有一种叫做"色禁闭"的古怪性质，它总是将粒子结合为无色的状态。例如一个红夸克只能和一个绿夸克以及一个蓝夸克结合在一起（红+绿+蓝=白）。因此我们不能得到单独的夸克。另一种可能性是夸克和反夸克相结合在一起（红+反红=白，余类推），这种粒子被称为介子。介子是不稳定的，因为正反夸克会湮灭而产生电子和其它粒子。胶子也有颜色，因此我们只能看到由几个胶子组成的被称为胶子团的不稳定粒子。
　　色禁闭既然使我们不能看到单独的夸克或胶子，那么把夸克和胶子作为单独的粒子来研究就有点想象的成分了。事实上，如果在高能的状态下，强力相对来讲变得弱得多，夸克和胶子的行为就会象自由粒子那样了。科学家们也的确拍到了高能粒子碰撞后释放出来的自由夸克。
　　1981年在梵蒂冈举行的一次宇宙学会议上，教皇作了演讲。他宣称："大爆炸之后的宇宙演化是可以研究的，但我们不应该去过问大爆炸本身，因为那是创生的时刻，因而是上帝的事务。"
　　然而奇点定理的真正意义在于指出了引力场必然会强到某种程度，使我们不能再忽视量子力学的效应。当采用量子力学的观点来研究奇点理论时，以霍金为首的科学家们加入?quot;虚时间"（用数学中的虚数计量的时间）的概念。虚时间是基于费因曼的"对历史求和"原理。所谓"对历史求和"是指粒子可以沿著任何时空中的任何路径前进。该原理是从"测不准原理"推导出来的。
　　让我们看看虚时间所揭示的情形吧。如果时空从一个奇点（例如"大爆炸"）开始向前发展，那么它将沿著任何可能的路径延伸，结果时空将形成一个封闭的曲面（例如球面）。时空将如同我们的地球一样--当宇宙膨胀的最大尺度就是"时空赤道"，而大爆炸和大挤压是"时空北极"和"时空南极"，这就形成了一个有限但无界的曲面。它们如同地球的南北极一样，虽然纬度为零，但比起地球上的其它点来说并没有任何奇异之处。通常的科学定律在这里同样有效，我们不用针对奇点提出新的理论，因为量子力学中没有任何奇点。
　　我们看到，在虚时间中，奇点消失了！
　　随著黑洞向外辐射粒子，导致黑洞最终蒸发殆尽。它会形成一个微小的并且是自足的"婴儿宇宙"。霍金研究发现，这种"婴儿宇宙"可以从时空分岔中重新回到我们所在的区域，这种情形在我们看来则是物质落入黑洞中，并且从另一个黑洞中被辐射出来。虽然这些物质回到了我们的区域，但其形态已经完全不同，甚至其粒子的种类也大相径庭，唯一相同的是它们的质量和能量。大爆炸和黑洞的周而复始就是宇宙的循环往覆。
　　空间--时间形成一个在尺度上有限而没有任何边界的曲面，这个论断对于上帝在宇宙事务中所扮演的角色非常不利。时空没有边界，也就没有使科学定律失效的奇点，所以也我们不需要上帝来给定宇宙的定律和边界条件--因为宇宙的边界条件就是"没有边界"！正如霍金教授精辟的指出：
　　"宇宙是完全自足的，而不被任何外在于它的东西所影响。它既不被创生，也不被消灭。它就是存在！"
（十四）结篇：物理学的未来--大统一理论
　　科学家们一直试图寻找一个单一的理论来完整的描述我们的宇宙，这是爱因斯坦的梦想他晚年的致力于这方面的工作，但是由于当时的科学条件，他的梦想没有实现，。爱因斯坦拒相信量子力学的真实性，虽然他在量子力学的建立和发展中起了极其重要的作用。他难以接"测不准原理"，并认为"上帝不会掷色子"。然而霍金声称：爱因斯坦错了--量子力学是宇宙理论的一部分，上帝的确是在掷色子！
　　有人说：如果爱因斯坦的最后十五年在太平洋的一个小岛上钓鱼，那么对当代物理学没有丝毫的影响。不错，爱因斯坦最后阶段的研究离开了主流的研究方向，他在自己的研究中实现自己的理念。他在晚年无不遗憾地对好友说："看来这项工作我完不成了……"但世人仍然为他的精神所感动！而现在看来，大统一理论已经初见端倪。科学家们已经在实验中证明，在大于100吉电子伏的能量下（这个能量被称为"弱电统一能量"），弱力和电磁力之间的差别完全消失！同时科学家们预测，当能量更大时（大约在一千万亿吉电子伏）--我们称为大统一能量--强力、弱力、电磁力的差别将消失，这三种力的统一就是"大统一理论"。
　　但这还不够，因为引力场和这三种力尚不协调，或者说广义相对论和量子力学尚不完全协调。对黑洞和大爆炸的研究，已经使我们掌握了很多这方面的知识，霍金教授对于找到终极理论表示了谨慎的乐观。也许我们有机会看到用一组单一的方程来描述整个宇宙。
　　在此我要表达我对与疾病作顽强斗争的霍金教授的由衷敬意，正是他和伽利略、爱因斯坦这些

上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 下一页

来源：中国哲士网

世界人物库,古今中外人物资料 霍金简介，介绍,生平事迹 图片照片

有关作品从大爆炸到黑洞--史蒂芬·霍金的宇宙观详细资料

上一篇文章：史蒂芬·霍金:《黑洞、婴儿宇宙及其他》出版者前言

下一篇文章：史蒂芬霍金--因病致残的卓越科学家

人物资料查询方法：你可以按拼音字母检索的方法查询,也可以按分类列表查看的方法查询

人物字典　 A　B　C　D　E　F　G　H　J

K　L　M　N　O　P　Q　R　S　T　W　X　Y　Z