星期三, 4月 18, 2018

新時間簡史-史蒂芬霍金

本書原文《A briefer history of Time》比1988年出版的《A brief history of Time》祗多了兩個英文字母。內容新增了完全統一理論、弦論及「二元性(Duality)」的最新發展。在觀測方面也談到宇宙背景探索者衛星及哈伯太空望遠鏡等所獲得的重要發現。

當我們結合廣義相對論與量子力學時,似乎會出現一個前所未有的新可能性:時間和空間一起形成有限的四維空間,沒有奇異點或邊界,與二維的地球表面相似,只是有更多的維度。另外,上述「二元性」表示外觀不同的理論,具有相同的物理效應的一種特性。

142頁指出作用力粒子可分為四類,這些分類是人為的,方便部份理論的建構。其一重力,具有普遍性。它是惟一不是量子理論的理論,在四種作用力中最微弱,具有兩項特質:會在長距離作用、且永遠是吸引力。其二電磁力,只與帶粒子(如電子與夸克)交互作用,不會與未帶電粒子(如重力子)作用。其三弱核力,它與放射能(即原子半衰期)有關。直到1967年才有清楚的認識。其四強核力,它可讓質子和中子內的夸克結合;再讓質子和中子在原子核內部結合。

本書特別著重支配重力的法則,因為它塑造宇宙的大尺度結構,即使它是四種作用力中最弱的一種。重力法則與宇宙不會隨時間改變的觀點不相容,而這種徧見到最近才被揚棄。因為重力永遠是引力,所以宇宙不是在擴張、便是在收縮。依據廣廣義相對論,過去必定有一個密度無限大的狀態,即時間開始的「大霹靂」;同樣地,如果宇宙再度崩塌,未來必定也有一個密度無限大的狀態,即時間結束的「大崩塌」。

有沒有統一理論呢?每張地圖祗在有限的區域有效,但不同的地圖有重疊區城,集合所有地圖便能為表面作一完整的描述。同樣地,在物理中或許有必要在不同情況適用不同的表述,但是兩個不同的表述在都可適用的情況下將會吻合。推論有三種可能:

1)真的有完整的統一理論,或重疊表述的一個整合:夠聰明的話終有一天會發現。
2)沒有一個終極的宇宙理論,只有一系列無窮理論:能夠對宇宙越來越精的描述。
3)宇宙的完整理論不存在,經過一定的準確度之後,無法再預測事件。事件會以隨機發生。

最後摘選重要指標依序如下;
# BC 340- 亞里斯多德完成《論天》On the Heavens主張地球為球體而非平面。
#西元二世紀希臘人托勒密提出完整的宇宙模型,包括地球共有八個旋轉的球體,地球位居中心。
#1514-
波蘭教士哥白尼(Nicolaus Copernicus)改以太陽為中心提出宇宙模型。
#1614-
德國的克卜勒(Johnannes Kepler)與義大利伽利略(Galiles Galilei)支持哥白尼理論
#1609-
義大利伽利略(Galiles Galilei)以望眼鏡觀測夜空,發現木星有小衛星環繞。
#1676-
丹麥天文學家羅默(Ole Christensen Roemer)首先發現光會以有限的速度行進。測得光速為140000/秒。現代的光速值為186000/秒。
#1687-
牛頓出版《自然哲理之數學原理》Philosophiae Naturalis principia Mathematica)
#1865-
英國物理學家馬克士威(jame Clerk Maxwell)
#1879-馬克士威統一了電力與磁力。
#1900-
德國科學家普郎克(Max Plank)認為可見光、X光與其他電磁波祗能以個別的「封包」釋出,他稱之為「量子」。現在我們稱光的量子為光子。
#1913-
丹麥科學家波耳(Neils Bohr)電子祗能在與原子相隔特定距離的軌道上旋轉,不是任意軌道都可以。
#1926-
德國科學家海森堡(Werner Heisenberg)提出了測不準原理。
#1935-愛因斯坦及羅森(Nathan Rosen)發表論文指出廣義相對論容許「橋樑」存在,就是今日所謂的「蟲洞」。
#1949-哥爾德(Kurt Godel)發現廣義相對論可以容許一種新時空。首次揭露物理法則可能容許時光之旅的第一道光。
#1967-薩拉姆和温柏格提出理論,將弱核力與電磁力統一。
#1974-法國謝爾克(Jel Scherk)&美國加州許瓦茲(John Schwarz)指出當張力高達千兆兆兆(1039噸時,弦理論便能描述重力。
#1976-物理學家提出超重力(supergravity)
#1984-超弦理論再度引領風氣。
#1994-開始發現二元論。即不同弦論與額外維度不同的捲曲方式,可能會導致和四個維度𥚃相同的結果。

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