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計沙健康密碼：二、 時間和空間的起源及其歸屬 二、 時間和空間的起源及其歸屬 二十世紀(jì)初，愛因斯坦完成廣義相對論學(xué)說時，指出了宇宙有發(fā)生膨脹的可能性。1932年，比利時數(shù)學(xué)家勒梅特，首次提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理論。他指出，整個宇宙最初聚集在原始的原子中，后來發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了我們的宇宙。 1948年，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫，第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中，創(chuàng)立了大爆炸宇宙學(xué)模型。根據(jù)這個理論計算，宇宙誕生于150億年前。剛剛誕生的宇宙是一個極其微小的世界，但它卻具有高得異乎尋常的溫度和密度。后來溫度和密度驟然下降，這個硬幣大小的宇宙之卵以爆炸的速度猛烈爆炸。并在大爆炸中誕生了各種元素和支配它們運動的力，由此形成了星球和銀河，進(jìn)而形成了現(xiàn)在的宇宙。 二十世紀(jì)科學(xué)的智慧和毅力，在霍金的身上得到了集中體現(xiàn)。他用量子理論討論宇宙創(chuàng)生問題時，提出了宇宙自足理論。宇宙創(chuàng)生于沒有時空概念的虛無境界，他對宇宙起源后10—43秒之間的演化作了清晰的闡釋。 時間和空間的起源 宇宙大爆炸理論認(rèn)為，時間和空間是有起始點的，它是由一個從“絕對無境界”中誕生出來的宇宙卵瞬間爆炸產(chǎn)生的。這一爆炸，就炸開了一個三度空間，爆炸的過程就形成了時間，而且這一爆炸過程到目前仍未能結(jié)束。所謂“絕對無境界”，就是沒有任何物質(zhì)、沒有時間、也沒有空間這樣的一個原始世界。 愛因斯坦的廣義相對論，推算出整個宇宙的大小來源于一個點，也就是時空的起始原點，也叫奇點。廣義相對論預(yù)言，宇宙和時間本身在大爆炸處起始,它還預(yù)言時間在黑洞里終結(jié)。 由于廣義相對論是建立在整個宇宙能量守恒和光速恒定的基礎(chǔ)上的，宇宙中所有的物質(zhì)都是由宇宙卵這個原始火球的能量轉(zhuǎn)化而來，并且時間和空間也是能量的一種存在形式。并指出時空是相對的,時空由于物質(zhì)引力場的存在,形成了彎曲。我們在地球上按一條直線行走時，由于地球引力場的作用，實際上行走的時空是一個彎曲的軌道，這些都可以得到理解和證實。 由于能量守恒及光速恒定的問題，廣義相對論不能預(yù)言宇宙卵的能量是如何起源的,不能解釋宇宙中存在的奇點和黑洞的本質(zhì)，它只能預(yù)言一旦起始后的宇宙及時空如何演化。 由于極早期的宇宙沒有物質(zhì)的存在，只有能量場的存在，只有時間沒有空間，因此，廣義相對論不適用于對早期宇宙的研究。為了更好地理解早期宇宙的起源，霍金等人把研究大尺度時空的廣義相對論和研究亞原子微觀尺度的量子理論結(jié)合了起來。 霍金他們指出，在極端的情形下，時間可以像空間中的另一端那樣也存在一個起始原點。就像許多泡泡在沸騰的水中形成一樣，早期微小的宇宙，它們的膨脹仍然處于微觀尺度，并且很容易再次坍縮。由于不能維持足夠長的時間，來不及發(fā)展出星系和恒星。然而，這些小泡泡中的一些會膨脹到一定的尺度，到那時就可以 安全地逃避坍縮。它們會繼續(xù)以不斷增加的速率膨脹，形成我們的宇宙。 霍金的這一理論，讓我們能把宇宙中所觀察到的奇點和黑洞，理解為正在發(fā)育或又在坍縮的另一個宇宙。 霍金創(chuàng)立的理論認(rèn)為，早期宇宙很可能是稍微不均勻的，這意味著有些區(qū)域的密度，比其它地方的稍高。由于這些額外密度的引力吸引作用，使這個區(qū)域的膨脹減緩，而且最終能夠使這些區(qū)域坍縮，形成星系和恒星。 時空的相對性及其歸屬 傳說中國古代有一位漁民，正在河中捕魚，忽然岸邊來了一位白發(fā)老人邀他上岸與他對弈下棋，這位漁民就欣然同意了。 漁民就在河的岸邊聚精會神地與神秘老人對弈著，結(jié)果下成了平局。這時他想到該回家吃飯了，家里人一定都等急了。就這樣他猛然抬頭，卻發(fā)現(xiàn)這位白發(fā)老人不知何時不見了，消失得無影無蹤。他再環(huán)顧了四周，發(fā)現(xiàn)一切都不是過去的樣子，人們都不認(rèn)識他，他也不認(rèn)識周圍的人們，再看看河邊的那條船，已經(jīng)只剩下腐朽不堪的殘骸。 這位漁民來到村里打聽自己的親人，他的親人早已不在人世，原來時空已經(jīng)過去了一百多年。不久，這位漁民又再次神秘消失。 一般人的印象就是時間就是時間，空間就是空間，兩者之間風(fēng)馬牛不相及，毫無聯(lián)系。對于地球上的人們來說，感覺有無限的過去，或無限的將來。但是現(xiàn)在的時間卻是稍縱即逝，不可逆轉(zhuǎn)。地球人的生命畢竟是有限的，所以浪費光陰或珍惜時間，往往可以成為地球人生命價值的體現(xiàn)。 愛因斯坦早期也認(rèn)為，時空是平直的，光線也是平直的，但他后來發(fā)現(xiàn)時間和空間具有相對性和統(tǒng)一性，時間和空間可以互相轉(zhuǎn)化，愛因斯坦將時間和空間統(tǒng)一稱呼為時空，并且還發(fā)現(xiàn)了光速在宇宙中的傳播速度是恒定不變的。1905年愛因斯坦在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了早期的相對論。 公元1916年，愛因斯坦又沖上太空，站在了銀河系的角度來觀察事物景象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)“天上一天，地上千年”這樣的民間俗語,竟然是對宇宙中時空相對性的真實內(nèi)容的表達(dá)。太陽上的一天，相當(dāng)于地球上的一年；銀河系中銀核的一天，相當(dāng)于地球上的億萬天。也就是說地球上一年的故事，太陽的一天就能看到；銀核的一瞬間就能知曉地球上多少億年的歷史?？臻g層次越高，時間過得就越緩慢。 從物理學(xué)的角度講，這時的愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了時空不光是相對的，可以相互轉(zhuǎn)化的，而且還發(fā)現(xiàn)時空是可以彎曲的，時空只有處于彎曲狀態(tài)時，太陽上的一天才能知曉地球一年里的故事。如果有人在地球上的某一點出發(fā)，沿著一條直線繼續(xù)不停地行走，結(jié)果他又有可能回到他原來的起始點，這就體現(xiàn)出了地球時空的彎曲性。 為什么時空是彎曲的，而不是平直的呢？愛因斯坦找到了答案。他發(fā)現(xiàn)具有一定質(zhì)量的天體，它們都具有自己的引力和斥力場，也就是自己的勢力范圍，這樣就形成了自己的空間場，也就是我們通常所指的空間。 由于這些天體在做自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動時，會產(chǎn)生自己的能量波對外釋放，這樣就形成了自己的時間場，也就是我們通常所指的時間。由于每個天體所擁有的時間和空間與這個天體本身的質(zhì)量和外形密切相關(guān)，這就導(dǎo)致了每個天體時空軌道的彎曲。 由于天體的質(zhì)量越大，它的引力和斥力作用就越強(qiáng)，因而它擁有的空間勢力范圍就越大，空間層次就越高；由于天體的質(zhì)量越大，它的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動速度就越慢，產(chǎn)生的能量波對外釋放的速度也就越慢，這樣它所擁有的時間場的運行也就越慢，“天上一天，地上千年”就這樣產(chǎn)生。 所有的天體都擁有自己的時空軌道，時空的彎曲程度與這些星體的萬有引力、慣性力，以及這些星體的質(zhì)量和外形相關(guān)。由此，愛因斯坦在原有的相對論基礎(chǔ)上又建立起了廣義相對論數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)愛因斯坦的相對論可以推斷出：宇宙起始之后的總體能量是守恒的，并且質(zhì)量是由能量轉(zhuǎn)化而來。宇宙中不存在有純真空的時空，時空本身就是一種能量場，只有物質(zhì)的存在，才有時空的存在。天體的質(zhì)量大小和一定的分布狀況，造成宇宙時空的分布不均。 宇宙中任何物質(zhì)的運動速度都不能超過光速，當(dāng)一個物體運動速度接近光速的時候，物體自己所能擁有的時間較靜止時變慢，物體的質(zhì)量會較靜止時增加。物體運動速度等于光速時，時間會凝固，超過光速時，歷史就有可能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)而重演。 霍金等宇宙學(xué)家們認(rèn)為，在絕對無境界里，不光只是誕生我們這樣一個宇宙，如果站在宇宙?zhèn)€體之上去看問題，就會發(fā)現(xiàn)絕對無境界里，每時都有新的宇宙誕生，每時又都有老的宇宙滅亡。并且誕生的宇宙還呈現(xiàn)多樣化，至少有反物質(zhì)的宇宙存在。所謂反物質(zhì)宇宙，就是由電子帶正電、質(zhì)子帶負(fù)電的物質(zhì)所構(gòu)成的宇宙。我們的宇宙是電子帶負(fù)電、質(zhì)子帶正電，稱之為正物質(zhì)的宇宙。 由于誕生宇宙的原始世界是一個絕對無的境界，因而宇宙?zhèn)€體可以理解為是一個完全封閉的系統(tǒng)，同時又可以理解為是一個完全開放的系統(tǒng)。所以霍金等宇宙學(xué)家們認(rèn)為，多個宇宙的誕生和消亡可以出現(xiàn)迭加狀態(tài)。目前太空中所觀察到的奇點、黑洞等天文現(xiàn)象，宇宙學(xué)家們認(rèn)為可能是正在孕育中的宇宙，或者是已經(jīng)坍塌了的宇宙。 宇宙學(xué)家們說，尤其是我們的宇宙在膨脹過程中，如果遭遇到了反物質(zhì)宇宙的迭加時，就有可能導(dǎo)致我們這個宇宙迅速塌縮。宇宙的所有物質(zhì)又被返回聚集在一起，空間場首先消失，而出現(xiàn)超高密度的宇宙塌縮尸體。這個超高密度的宇宙尸體，就是我們理解的黑洞，它具有超強(qiáng)的吸引力。這樣就印證了廣義相對論的預(yù)言，宇宙和時間本身都在大爆炸處起始，時間最后在黑洞里終結(jié)。 由于每個天體星系的總體能量是恒定的，每個天體星系所擁有的時間和空間都是該天體的能量存在形式和組成部分，時間又是該天體自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)所形成的能量波對外釋放的過程。因此時間運作越快的天體，能量釋放的也就越快，能量又是天體質(zhì)量轉(zhuǎn)化而來，因而天體的質(zhì)量也就越來越小。這樣一來，由天體質(zhì)量的引力和斥力所形成的空間勢力范圍也就越來越小。所以對于整個宇宙來說，最后同樣也是空間場首先消失，時間最后在黑洞里終結(jié)。 黑洞里正在演化著質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)榧兡芰康倪^程，霍金用量子理論也證實了現(xiàn)有的黑洞在進(jìn)一步縮小的現(xiàn)象。這個宇宙殘骸最后是要還原成宇宙的起始奇點，退回到絕對無的境界，這時另外一個宇宙又在爆炸中誕生。 宇宙卵來源于一個絕對無的境界，發(fā)生了卵裂和爆炸后首先形成了時間；后來演化出各類天體星系及它們自己的時間和空間。隨著宇宙的老齡化，最終整個宇宙各類天體星系的空間又都將出現(xiàn)塌縮形成黑洞，時間最后在黑洞里終結(jié)。了解時間和空間的起源及其歸屬對我們感悟人生的真諦又有什么用呢？生命的輪回和命運的軌跡與時間和空間的起源及其歸屬難道還有什么聯(lián)系嗎？ 2015.01.24.計沙 |
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