从霍金《时间简史》谈起pdf

从霍金《时间简史》谈起 内容简介

《时间简史》是当今世界一本难得的科普著作，既有很强的理论性又有迷人的趣味性。

《从霍金<时间简史>谈起》分三部分，第一部分主要针对《时间简史》原著17多万字进行改编；第二部分是对霍金书中出现的许多比较高深的物理、数学、天文学等方面的理论、概念、方法等问题进行归纳和整理，并深入浅出地做了阐释；第三部分是对学生进行人类科学发展史的学习和研究的总结和建议。

从霍金《时间简史》谈起 目录

第一部分 读《时间简史》，看人类文明进程

（一）人类对宇宙的认识

（二）关于宇宙起源的探索

（三）热大爆炸模型

（四）银河系是怎么一回事？

（五）惊心动魄的宇宙

（六）几何物理是一家

第二部分 《时间简史》问题选注

（一）爱因斯坦相对论简介

（二）量子力学简介

（三）原子核物理学与基本粒子物理学简介

（四）彭罗斯的《宇宙几何学》与弦理论和维数

（五）迈克尔逊一莫雷实验简介

（六）运动（宇宙间一切物体的运动）

（七）洛伦兹变换

（八）四维时空

（九）相对做等速运动的时空对称原理

（十）“熵”是什么？

（十一）什么叫作“红移”？

（十二）什么是哥德尔的“不可判定性”？

（十三）杨振宁、李政道获诺贝尔奖简介

（十四）神奇的中微子

（十五）谈谈“黑洞”

（十六）丁肇中、里希特发现新粒子

（十七）银河系·新星爆发

（十八）河外星系与总星系

（十九）宇宙究竟是什么？

（二十）天体的起源和演化

第三部分 人类科学发展史综览

人类科学发展史综览

参考文献

附录

后记

从霍金《时间简史》谈起 精彩文摘

银河系是怎么一回事？

据粗略估计，我们生存的这个星系（银河系）大约有1000亿颗恒星，我们的太阳是其中的一颗，星系中有行星的恒星（如太阳有8颗行星围绕）大约有10亿颗（约占1％）。

20世纪，人们开始还把太阳当作银河系的中心，后来才知道，银河系的中心是在人马座的方向，太阳和银河系的中心距离约有3万光年（而银盘的直径约10万光年），银盘（是指银河系，人们看它像一个铁饼，中间厚，边缘薄）中心厚度约2万光年，而边缘部分厚度约1000光年。直观地说，假设把银河系缩小为原来的一万亿分之一，那么，太阳将变成芝麻那么大，而太阳系中最大的行星木星就会小得像一粒灰尘，至于地球和其他行星，就小得必须用放大镜才看得清了。用这个比例尺来衡量地球和太阳之间的距离则只有15cm，整个太阳系的直径也只有12m，然而整个银河系的直径却仍然有100万千米。由此可见，单独一个银河系就是宇宙间一个多么庞大的恒星系统。

宇宙是无限的，在银河系外还有千千万万个“银河系”。天文学上把这些恒星系统叫作“河外星系”，或“河外星云”。按照现在的估计，河外星系的总数高达10亿个以上。在银河系周围5亿光年的范围内，大约有1亿个河外星系，其中每个河外星系都包含几亿到几千亿颗恒星以及大量的星际物质。由此可见，和广袤无垠的宇宙相比，我们的银河系只不过是“沧海一粟”罢了。在宇宙的早期它们怎么可能会全部聚集在一起？人们又怎么可能会认为那时宇宙的体积为零，而且无限热呢？帕洛马山天文台200英寸（约508cm）口径的望远镜也只能看到银河系是散布在10亿光年的可见距离内。

现在我们还未能弄清宇宙到底有多大，原因在于远处的星系的距离只能靠它们的视亮度来确定，而且需要假设所有的星系都具有同样的亮度。然而，如果星系亮度随时间变化（与年代有关）就会导致错误的结论。要知道帕洛马山天文台的望远镜所看到的最远的星系大约在10亿光年远处，因此我们所看到的是那些星系在10亿年前的状态，而今天它们又是如何，尚不得而知。如果星系随着自己的衰老而变暗，那么我们就得对哈勃的结论（提出星系的“红移”理论，认为宇宙在膨胀等）进行修正。事实上，只要星系的光度在10亿年里（它们寿命的1／7）做一个很小的百分数的改变，就会把有些人的结论推翻或颠倒过来。

天体的起源和演化是一个极其复杂而又深奥无比的问题。宇宙在空间和时间上是无限的，但宇宙中的每一个具体的天体都有它从产生、发展到衰亡的历史，因而在空间上和时间上它们都是有限的。无限的宇宙空间和时间正是由无数的有限的空间和时间所构成的，这就是无限和有限的辩证统一。

恩格斯在谈到永恒宇宙中所进行的物质的无限循环时，这样说：“物质的运动是永恒的循环，在这个循环中，物质的任何有限的存在方式都是暂时的，而且除永恒变化和运动的物质以及这一物质运动的变化规律外，再没有什么永恒的东西了。”

天体演化是天体内部的矛盾运动，并不存在什么第一推动力，宇宙在空间上和时间上都是无限的，物质宇宙中的一切天体处于不断的运动和变化之中，天体的起源和演化是天体自身矛盾发展的必然结果。

虽然我们今天认识宇宙空间的范围较之18世纪扩大了数十万亿倍，但这仍然不过是茫茫宇宙中的一小部分。宇宙是无穷的，人类认识宇宙的发展也是无止境的。

宇宙在时间上是无限的。这就是说它是无始无终，永恒存在的。对于整个宇宙而言，根本不存在它的开端和终结的问题，只有宇宙物质运动形态的相互转化问题，由低级到高级的无限前进运动的问题。

即使在今天，恒星的诞生也还在我们的银河系中发生着，而且这种恒星形成过程也普遍地发生在时间上无限、空间上无限的宇宙之中。从恒星抛出来的物质又重新产生了新的恒星和新的行星，而在这个循环里，绝没有什么永恒的东西，除去永远在变化和永远在运动的物质以及物质运动的变化规律以外。

有人认为恒星的温度和密度急剧增加，使核能的释放突然加速起来，从而导致了猛烈的爆炸，因而出现了新星和超新星的现象。

有人指出新星的爆发现象还有一个重要的原因，就是高温、高密度条件下进行的核反应，产生了大量的“中微子”（一种只受弱力和引力影响的极轻的粒子）。中微子的存在是用数学里的反证法发现的，它是不带电的极轻的粒子，可以不费吹灰之力在任何物质中穿过，如一束中微子可以穿透几光年厚的铅，真令人称奇！近年来，一些国家建置了中微子探测器。如中国的大亚湾核反应堆中微子实验中使用的两个中微子探测器和日本超级神冈探测器等。

中微子的本领很强，有巨大的穿透力。它很容易从恒星内部逸出，离开恒星，大量中微子的逸散，也会引起恒星的崩溃而产生超新星爆发。

1963年，人们发现河外星系的M82的核心部分发生了宇宙间迄今所知的最猛烈的一次大爆炸，由其核心抛射出来的物质，其质量约为太阳质量的500万倍，速度约为106m／s。一般来说，新星的爆发相当于几十万亿亿个氢弹（假设每个氢弹相当于1000万吨TNT）爆炸的威力。在我们银河系里的新星和超新星是很少的，到1964年为止已发现的超新星共140多颗。