读《时间简史》第二章 空间和时间有感｜不怀疑人生就要怀疑和批判生活

发布网友 发布时间：2022-11-28 22:15

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热心网友 时间：2023-10-24 10:42

亚里士多德的观点是物体的自然状态是静止的 。只有受力或冲击的推动时，才运动。而且他认为重物比轻物下落的快，人们可以依靠纯粹思维，即可找到所有制约宇宙的定律， 不必要用观测去检验之。

但不甘心的伽利略，做了一个广为流传的实验，他从比萨斜塔上将重落下，虽然这个实验的真实性无从考证。但伽利略的确做过，让不同重量的小球沿光滑的斜面上滚下，结果无论重量多少，速度增加的速率一样。为此，航天员大为·斯格特在月球上，进行了羽毛和千锤实验，发现俩者同时落地。进一步验证了伽利略的理论。伽利略的实验得出结论：力总是改变物体的速度，若不受外力，则已同样的速度保持直线运动。

牛顿于1687年发表了著名的《数学原理》，也就是《自然哲学的数学原理》。他的几个著名的定律包括：

牛顿第一定律（惯性定律）：力是保持物体运动状态的原因。

牛顿第二定律：F=ma

它强调，力的作用效果。物体在被加速或改变其速度时，其改变率与所受的外力成正比，与质量成反比。

牛顿第三定律：F1=F2

两物体间作用力和反作用力，在同一直线，大小相等，方向相反。

万有引力定律：F=（Gm1m2）╱r2

亚里士多德相信一个优越的静止状态，可以给世界一个指定的绝对的空间位置，但科学家牛顿，是一位有怀疑精神的人，他从来都是用批判的眼光看待事物。他重新思考，认为运动和静止是相对的，不存在绝对的位置或绝对空间。

因为牛顿的非理性的宗教信仰，即便他的定律隐含着绝对空间的不存在，虽然，这是超前的科学的思想，但受信仰的影响，他自己拒绝接受，即使这样，同样受到许多人的严厉批评。

亚里士多德和牛顿都相信绝对时间，人们可以不含糊的测量两个事情之间的间隔时间，相对于空间是完全分离并且独立的，这个理论，可以处理慢动作，但对于光速可是行不通的。

1676年，丹麦天文学家，欧·克里斯琴森·罗默，光是以有限，但非常高的速度旅行，他观察到，我们离木星越远，木星的月食出现的越晚，这说明，木星的卫星不是以等时间相隔，从木星背后出来。在牛顿的著作面世11年后，他测量了光速为140000英里每秒，可谓卓越的成就！

1865年，英国物理学家，詹姆士·克拉克·麦克斯韦，研究出光传播的正确理论——电力和磁力统一起来。

麦克斯韦方程：在合并的电磁场中，可以存在波动的微扰，并以固定的速度进行。假设光以固定的速度旅行，人们就必须说清，这个固定的速度是相对于何物来测量的。人们提出，可能存在着一种无所不在的为“以太”的物质。

1887年，阿尔伯特·迈克耳孙和爱德华·莫雷做实验，将沿地球运动方向以及垂直于方向的光速，进行比较，光速完全一致。

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦，当时还是瑞士专利局的职员的他跨时代的提出，如果抛弃时间绝对时间，整个“以太”观念是多余的 。科学家庞加莱，也曾以数学问题的角度，加以论证，即便现在将最新理论归功于爱因斯坦，人们也不会忘记他。

爱因斯坦方程：E=m2c(E能量 m质量 c光速)

由于质量和能量的等价原理，当一个物体速度接近于光速时，质量也随之变得无限大，能量也无限大。所以，任何正常的物体永远以低于光速的速度运行。只有光或其他没有内禀质量的波，才能以光速运动。

对于光的定义，光在以铯原子钟测量的0.000000003335640952秒内进行的距离，(现保存在巴黎的特定铂棒上的两个刻度之间的距离)

我们常用三点描述空间位置，比如纬度、经度、海拔。如果一光脉冲从一个特定的空间点在一特定时刻发出，在时间的进程中，它会作为一个光球面发散开来，而光球面的形状、大小和源的速度无关。

假如太阳会熄灭，那时候，我们看到这一瞬间，已经是在八分钟之前就发生了的事了。我们现今看到的最远的物体，是在大约80亿年前的宇宙，其实我们在看他的过去。

狭义相对论中，爱因斯坦和庞加莱的实验，验证了没有任何东西进行得比光更快，并且描述了，物体接近光速时会发生的情况。

广义相对论认为，时空不是平坦的，在时空中的质量和能量的分布，使它“弯曲”或“翘曲”。

太阳的质量畸变了它附近的时空，从一个远处的恒星b来的，通过太阳附近的光被折*，这样在地球c看来，它似乎来自另外一个方向d。

实际观察这种情形非常难，因为太阳的强光不可能让人们看到它附近的恒星，但日食时，太阳光线完全被月亮遮住，便可实现。

爱因斯坦认为地球并非由于被称为引力的力使之沿弯曲轨道运动，相反，它沿着弯曲空间中接近于直线路径的东西——测地线。 地线是大圆上两点间最短程，飞行员飞行的航线便是测地线。飞机沿山脉飞行，在三维空间沿直线飞，在地面上的二维空间，影子为一条直线。

水星离太阳最近，受引力效应最强，轨道被拉得格外长。

广义相对论预言，其轨道椭圆的长轴围绕着太阳大约每一万年度的速率进动，尽管如此小的效应，在1915年前就被注意到，作为爱因斯坦理论的验证。由于第一次世界大战，爱因斯坦的光偏折理论，不能在1915年得到验证，直到1915年，一个英国探险队，从西非观测日食时，证明该了理论。

广义相对论的另一个预言，像地球这样大质量物体附近，时间显得流逝的慢一些。光在脱离地球引力场自下而上，失去能量，频率降低，光能量和它的频率关系:能量升高、频率升高。所以导致，在天上的某人看来，下面发生的每一件事都显得需要更长时间。 中国神话当中所说的“天上一日地下一年” 看来不无道理。

1962年有一个水塔实验，发现底部时钟走得慢。 目前，基于卫星信号非常精确的导航系统，也必须重视广义相对论，否则计算位置会错几英里。

牛顿运动定律使绝对位置观念寿终正寝。相对论摆脱了绝对时间。

著名的双生子佯谬：一对双胞胎，一个去山顶生活，另一个在海平面生活，多年后再次相会。山顶的会比海平面的人显得年轻。但这种差别极其不易察觉。但假如一个在太空 长途旅行，这种差异变会很大，1915年之前 空间和时间被认为是事件在其中发生的固定舞台，并不受影响的延伸着。而在广义相对论，被人们所接受后，空间和时间变成动力量，当物体运动受力作用时，影响了空间和时间的曲率。所以在宇宙界限之外，讲时空和时间是无意义的。

在第二章中，我们看到科学家伽利略、牛顿、爱因斯坦等人，他们持怀疑和批判的态度看待既成的科学理论，不畏浮云遮望眼，忠于实践，最后挖出真像。

古人云：“小疑则小进，大疑则大进，无疑则不进。”社会的发展，科学的进步无不需要这样的精神——批判和怀疑，只有对新事物作出大胆的预言，才能发现新规律，建立新思想，进而推动科学社会历史的发展。

所有的神奇出自平凡，所有的创新源自思考。我们如若不想怀疑人生，那就睁开批判和怀疑双眼，一路奔向前！