网站导航|设为首页|加入收藏
您当前的位置:首页 > 外国小说 > 长篇小说

上帝与新物理学

时间:2014-02-24 22:44:08  来源:  作者:保罗·戴维斯  [ 下载本书 ]
简介:上帝是什么、存在吗?宇宙何以存在?世界的本质是什么?,,,,诸如此类的问题在本书中将进行深入细致的讨论。《上帝与新物理学》不是谈宗教的书。《上帝与新物理学》谈的是新物理学——从牛顿经典力学到相对论再到量子力学再到大统一理论——对以前的属于宗教的问题产生的影响。《上帝与新物理学》也不是一纯科学的书。《上帝与新物理学》从哲学的角度发问,是关于科学及其广泛含义的书。...
  当我们把望远镜指向可见宇宙的外围区域时,我们所探测的显然就是彼此间从未有过因果联系的宇宙区域。这是因为,那些从地球上看去是天各一方的区域相距是如此遥远,以致彼此都在对方的视界之外了。这种情况很类似于日常生活中的地平线的情况。海上的一只船上的瞭望员可能正好刚能够看到一前一后的两只船在靠近地平线的地方,但这两只船却彼此看不见,因为它们相距过远。同样,天各一方相距遥远的星系也这样彼此处于对方的视界之外。因为一切物理影响或通讯都是受光速限制的,所以,这些星系是不可能协调它们的行为的。
  我们刚才说到的未解之谜是,为什么宇宙这些没有因果联系的区域在结构和行为上这么相似?为什么它们的星系平均大小以及形状都相同?而且为什么它们以同样的速度彼此相离而去?这种协调行为在星系最初形式的时候就有了,当我们意识到这一点时,上述的未解之谜就更意味深长了。但是在过去,自宇宙创生以后,光的行程不是那么远,因而各视界也不那么大。宇宙创生100万年以后,各视界就是100万光年,宇宙创生100年以后,各视界就是100光年,依此类推。假如我们再回到普朗克时间,各视界的大小就只有10-43cm了。即使把宇宙的膨胀考虑进去,按照标准理论来看,这些如此之小的区域到现在也膨胀不到可以看到的尺度。现在看来,当时整个可观察到的宇宙似乎是分成至少1080个彼此没有因果联系的区域。怎样才能解释这种没有联系的协调呢?
  与此相关的另一个难题是,宇宙具有极高的各向同性的性质,即方向上的均匀性。从地球上向外看,宇宙在大尺度上是一样的,不管我们朝什么方向看都是一样。仔细测量残留的宇宙背景热辐射之后,人们发现从各个方向来的辐射通量具有精确的均衡,相差仅1千分之1多一点。假如大爆炸是一个随机事件,这种异乎寻常的均匀性几乎是绝对不可能的。
  考虑过这些情况之后,人们得出的结论是,宇宙的引力排列之规则、均匀是令人迷惑不解的。似乎不存在任何明显的理由能够说明,为什么宇宙没有乱了套,没有以无秩序无协调的方式膨胀开去产生众多的黑洞。把大爆炸的巨大威力导入这样一种有规则有组织的运动模式,这似乎象是个奇迹。难道真是奇迹吗?我们现在来仔细探讨一下对这未解之谜的各种反应。
  一、隐藏的原理
  当某个量被发现具有一个非常接近零的值时,物理学家们就倾向于猜想,因为某种深刻的原因,其值就是零。他们就会去寻找某种基本原理,好据以确认该量肯定恰好为零。例如,不同的电子所携带的电荷没有可辨别得出来的差别。于是,物理学家们就得出结论说,那些电荷是恰好相同的,即它们之间的差别为零。这就是由电子的不可分辨性的基本原理导出的推论。另一个例子是,一切一同下落的物体都一同触地(在没有阻力的情况下)。它们到达地面的时间差别被看作正好为零,这就是所谓相等原理的推论。这个引力的基本原理规定,一个物体对引力作出的反应与该物体自身的性质无关。
  我们可以设想有一原理(或一套原理)规定,大爆炸的冲击力正好处处与其引力相称,于是退行的各个星系正好摆脱了它们自己的引力。这就意味着,宇宙的膨胀方式恰好处于那个分界线上,一方面是宇宙物质的彻底离散,另一方面是宇宙停止膨胀,接着崩溃。这样的一个原理也可以保证,宇宙从大爆炸中降生时就具有分布均匀的物质,而不是爆炸出些黑洞。同样,这样的一个原理能够保证,宇宙的膨胀在所有的方向上都是恰好均匀的。尽管我们一点也不知道这些原理会是什么样子,然而,当我们知道宇宙在其各个不同区域及方向上的膨胀速度的差异非常接近于零里,我们就难免这样认为:有一个大自然的原理使得这些差异必定恰好为零。
  不幸的是,事情不可能这么简单。假如宇宙果真是完全均匀的,那也就不会形成任何星系了。照人们现在的理解来看,星系从原初的星云中形成似乎只能形成在自宇宙创生到现在的这段时间里,假如星系的雏形一开始就有的话。星系从其周围的宇宙环境中积累物质积累得很慢,而宇宙膨胀的速度却相对很快。星系只有早一点起始,才能克服宇宙膨胀带来的离散倾向。假如真有一个基本原理,那么,似乎该原理必定允许恰好充足的偏离均匀状态的情况发生,使星系得以生长起来,同时却不产生出黑洞。这确定是个微妙而复杂的平衡行为!
  二、耗散
  宇宙的均匀膨胀也可能这样解释:宇宙起始时具有高度非均匀的运动,但不知何故,宇宙把这种非均匀的运动耗散掉了。理论研究确实表明,假如一个宇宙在一个方向上的膨胀比在其他方向上快得多,那么,它就会因多种机制而被刹车。例如,从膨胀的能量中创造物质(见第三章)就会耗尽膨胀速度快的那一方向上的运动力量,使之逐渐与其他方向一致起来。人们还知道有其他的刹车过程。
  对这一观点,有人提出了两个反驳。第一个是,不管对原初非均匀运动的耗散是多么有效,总是可以发现宇宙的起始状态的,因为其起始状态是那么不均匀,即便是有衰减,也还会留下残迹的。人们充其量只能证明,宇宙肯定起源于一群不同寻常的起始状态。
  第二个反驳是,一切消耗都产生熵。宇宙原初剧烈的非均匀运动会转化为极大量的热,大大多于我们所观察到的原初热辐射的量。然而,这一反驳有一个漏洞。因为它所说的宇宙中的热量是一个无意义的概念。要想使之有意义,就必须用某种尺度或标准来测量它。而唯一能够找得到的比较标准是物质。于是,宇宙学家们就采用了每原子热量,或更精确地说是每质子热量这一概念。这就是说,他们计算出在某块大体积的空间内的热量,然后,再估计在这块空间体积之中的物质质量,计算出相应的质子数,从而得出单位质子的热量是多少。结果发现,单位质子的热量很小。要想使之与平衡的热量输出相符,就得将它扩大几乎1015倍。我们在这里所讲的对耗散说的第二个反驳认为,单位质子的热量之所以小了这么多,是因原初宇宙的沉寂性质所致。假如原初宇宙当初确实骚动不安,具有高度的非均匀运动,那么,现在的空间就会充满了把人烤出油来的热辐射。但是,漏洞就出在用质子来测量热值上。质子是可以破坏的,这样的粒子不能够充当固定的比较标准。根据所谓的基本力的大统一理论,质子是可以衰变的。而且,质子也可以(通过与衰变逆向的过程)被创造出来。我们在第三章里说过,质子如何被从原初能量中创造出来,也说过大统一理论用其参数预测(实际上这预测是正确的)出单位质子的热量。因为大统一理论会自动地调节质子丰度,使之与实存的热量相合,所以,不管宇宙原初的非均匀运动消耗了多少原初热量,大统一理论最后得出的单位质子的热量也是相同的。因而,宇宙究竟起始于沉寂的、高度均匀的状态,还是起始于极端非规则、非均匀的状态,这一问题的答案要由将来是否能够证实大统一理论(可能是通过证实质子衰变的方式)来定。
  • 上一部:《了不起的盖茨比》
  • 下一部:《无人生还》
  • 来顶一下
    返回首页
    返回首页
    按长短分类
    专题阅读
    国外小说网站
      Error:Change to use e:indexloop
    栏目更新
    栏目热门
    【本站所发布的资源来源于互联网,内容观点不代表本站立场;为保障原创者的合法权益,部分资源请勿转载或商业利用,谢谢配合!】
    网站xml地图
    站长信箱:smf101@163.com
    Powered by www.tclxh.com
    苏ICP备15052759号