《时间简史》高中读书笔记范文

时间:2018-12-13 读书笔记 我要投稿

  拜读《时间简史》是我多年前计划之一,我臆想自己看完之后会这样,酷酷的还有一点小性感。实际是看中、完、看又一遍、查资料时,心情如下,这篇文章写了快1个月,我真心觉得立FLAG写这种东西真找抽。

  碎碎念结束,读书笔记正式开始发射凸凸凸凸:霍金是当代最知名的活跃的物理学家。他在时间简史中介绍了20世纪物理学的基础知识,涵盖范围从相对轮到量子力学,从宇宙膨胀到基本粒子,从黑洞到虫洞等,并用“奇点理论”和“霍金辐射“试图解决宇宙起源的”无边界宇宙模型“问题。

  霍金在学术上有很多重要的贡献,但是最重要的是奇点和黑洞的研究,具体:

  一、证明奇点定理

  奇点是霍金与数学家彭罗斯研究证明了奇点定理。

  二、提出了无边界宇宙模型

  认为宇宙即没有边界,也没有起始和终点,是对上帝、宗教的一次彻底挑战。

  三、黑洞相关

  霍金证明了黑洞也能发出辐射,即霍金辐射。我们一条一条来看:

  1、证明奇点定理

  奇点是什么呢?想象把宇宙挤压成一个小点,这个点就是奇点,它是宇宙时空的开端。

  前提铺垫:20世纪之前人们认为宇宙是静止不动的。虽然万有引力证明物体之间是相互吸引的,但是科学家们还是发明出来各种“证据”来证明维护宇宙是静止不动的,比如爱因斯坦在1915年发布广义相对论提出“时间是可以弯曲的,宇宙不是静止的”,他在自己的方程中编了一个“宇宙常数”来看起来像静止的,咳咳。

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  到20世纪20年代,科学家用哈勃望远镜发现在观测恒星的时候,大部分恒星都在远离地球,特别是恒星离开的越远,离开的速度也就越快。这个怎么理解呢?

  拿一个气球,然后在气球上标上许多点,然后给气球吹气,气球越来越大。气球上相临的两个点距离会越来越远,这个气球就相当于宇宙。气球上的点就相当于恒星。

  当科学家们证明了宇宙不是静止的,确实是变化的,发现了宇宙膨胀之后,又基于爱因斯坦的广义相对论为基础,找出来一个新模型描述宇宙膨胀,即弗里德曼模型。在弗里德曼德模型中,时间可以往前推,宇宙就会收缩。比如推到150亿年前,那么所有的星系之前的距离就会变成0,就像是整个宇宙被挤压成一个点,这个点就是奇点。

  奇点的性质跟其他牛逼的物理学发现一样,我们没有办法直观的去想这是个什么东西。但是科学家们通过数学计算可以发现,奇点的体积无限小,弯曲程度、密度、引力无限大。

  霍金和彭罗斯的贡献在于,他们用严谨的数学方法证明了宇宙必然诞生于这样一个奇点。这就是宇宙的开端。

  2、无边界宇宙模型

  前提铺垫:20世纪,物理学两个最重要的发现相对论和量子力学,也是当代物理学最核心的两大基础理论。其中:相对论是主要负责宏观领域比如星际运动,量子力学主要负责微观领域,比如粒子运动的问题。在研究一般问题是两者互相独立,互不干扰。

  科学家们都认为宇宙是诞生于一个奇点之中,诞生着一刻被称为“大爆炸”。这个奇点就是宇宙大爆炸奇点。但是后来霍金改变了自己的想法,提出了无边界宇宙模型,认为宇宙不需要诞生于奇点之中(这点稍后再详谈)。

  宇宙大爆炸理论是目前最主流的描述宇宙起源的模型,时间、空间包括一切物质括都是大爆炸之后出现的。对于大爆炸之前的任何事情,对于我们来说都是没有任何意义的,或者是不存在的。

  奇点定理以及宇宙大爆炸模型一直有一个前提,就是广义相对论是正确的,需要和量子力学结合起来。大爆炸奇点是一个特别的存在,因为一切物理定理在它面前都失效了。

  有限无界的宇宙是什么意思呢?(再谈开始)

  霍金举个栗子,比如地球是个有限的球体,但是地球表面没有边界和开端,你可以在地球上一直走但是找不到边界也不可能跑到气球以外的地方去。

  霍金的无边界宇宙模型里的宇宙是一个四维宇宙,空间和时间交叉在一体的四维宇宙。空间就像是地球的表面,范围上有限的,但是却没有边界,也没有形成奇点。宇宙时空中的每一个点都和地球上的点是一样的,即宇宙的时空并不是无限的,而是一个很特别的边界和开端。追加:无边界宇宙仍然需要被验证,不是主流。

  3、黑洞相关

  黑洞是什么呢?黑洞最大的特点是具有极强的引力,任何物质只要进入某个临界领域就永远无法逃出黑洞包括光。

  但是黑洞吸引一切东西的特性与热力学第二定律产生了冲突,根据热力学第二定律的话黑洞就是有温度的,有温度的物体就会向外发射辐射和粒子。

  但是光都逃不出黑洞的引力,不可能还会有粒子从黑洞中跑出来。互相矛盾?!霍金发现黑洞的确会发射出粒子,但是这些粒子不是从黑洞中跑出来的,而是从黑洞边缘空虚的空间里“变”出来的。其中的负离子会被吸到黑洞,但是一些带正能量的粒子会从黑洞边缘逃脱,好像是向外发射粒子。这就是黑洞辐射,也叫做霍金辐射。

  霍金辐射是霍金把广义相对论、量子力学、热力学结合起来的一次城市。虽然一直没有被观测到,也是具有极高的理论价值。