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第九章时间——一部更简明的历史_宇宙起源
时间——一部更简明的历史_宇宙起源 “迈克罗夫特兄长就要来啦。” 引自《布鲁斯一帕廷顿计划》① 关于时间的真正属性，存在着一个历时久远的难题。在数千年的历史中，许多不同文化的思想家们都面临着这同一个问题，那就是人们应该将时间想象为超越任何事物的亘古不变的背景舞台——种种事件都在这个舞台上演出，抑或它本身就是那些事件，所以要是什么也没有发生的话，那么时间也就不复存在了。我们之所以对这种差异感兴趣，那…- 12.8k
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第八章暴胀与宇宙之始_宇宙起源
暴胀与宇宙之始_宇宙起源 “这是要抽足二斗烟才能解决的问题；同时我请您在 50 分钟内不要和我说话。” ① 我们已经浏览了暴胀宇宙的思想及其在观测上可见的后果。关于宇宙在早期如何膨胀的这一图景，迄今为止在很可能取得成功的那些理论中依然居于领先地位。一旦研究了 COBE 卫星取得的更多结果，我们也许就能说出这一理论预言究竟是与宇宙背景辐射的强度变化相符还是相悖。但是，就像那些老练的理论家所做的那…- 11.8k
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海森伯不确定性原理_奇点天文奥秘
海森伯不确定性原理_宇宙时间奥秘 在海森伯对量子力学的发展中，出现了另一个使人惊奇的特点。这就是他 1927 年提出的著名的“不确定性原理”。这一原理断言，自然界中存在一个测量精度的极限。设想一个像电子那样的物体从空间中飞过。按照经典物理学，它具有位置和动量，这两者可以被同时测量。而海森伯的原理简单说来，就是表明在亚原子领域，不可能同时精确地知道电子的位置和动量。如果想测量出某一时刻的准确…- 12k
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哥本哈根解释_奇点天文奥秘
哥本哈根解释_宇宙时间奥秘 玻尔大胆地正面处理了测量带来的难题。他的方法被大多数物理学家所采纳，被称为量子力学的“哥本哈根解释”，因为他一直在这个城市生活和工作。这一解释的基本前提是，我们对微观世界的描述受到我们语言贫乏的限制，而语言是建立在经由感觉传递过来的信息的基础上的。世界具有一个经典的部分，它由测量行为所构成；同时又有一个量子部分，这就是我们正在测量的东西。换句话说，我们所观察的世…- 15.1k
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玻尔原子和量子论_奇点天文奥秘
玻尔原子和量子论_宇宙时间奥秘 上面说的这些，和原子有什么关系呢？为了了解这一点，我们首先必须回到 1913 年，去看一下丹麦理论物理学家玻尔的研究工作。对于玻尔的才智有各种评价，它们之间有着天壤之别：卢瑟福把他形容为“我从来没有遇见过的最聪明的小伙子”；而伽莫夫却认为，玻尔的最大特点是“思维和理解的迟钝”。邱吉尔（Winston Churchill）也重复过同样的观点，他认为玻尔是一个枯…- 13.8k
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量子论的诞生_奇点天文奥秘
量子论的诞生_宇宙时间奥秘 量子力学以一种迂回的方式，出来搭救这些自我毁灭的经典原子。它始于一个并非存心要闹革命的德国物理学家普朗克（Max Planck）。普朗克的工作实际上要比卢瑟福的原子模型早十年。当时所有的理论都不能够解释一个物体的温度和它发出的电磁辐射的量之间的关系：比如，一个烧红了的火钳，当再加热时为什么会变白。当时的理论学家是根据一种理想的模型来作出预言的，这种模型叫做“黑体…- 14k
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第四章时间的量子跃迁_奇点天文奥秘
第四章时间的量子跃迁_宇宙时间奥秘 对于时间箭头的存在，量子力学给了我们饶有兴趣的启示。如我们将会看到的，它认为时间的流逝是由某种非常简单的事情决定的：即我们自己对于变化的观测。它揭开了原子世界的奥秘，显示了有一种极其微小的粒子（长寿 K 介子），其存在表示时间是不可逆的。但是物理学家们仍然在为此争论不休：这确实是一个基本线索呢，还是一种风马牛不相及的东西。有一件事倒是很清楚——量…- 16.2k
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相对论的不足之处_奇点天文奥秘
相对论的不足之处_宇宙时间奥秘 现在回到我们的主题：爱因斯坦对解释时间箭头无能为力。这其中的原因，是和因果律的概念密切有关的，这个概念认为，结果决不可以先于其原因。设想在一个给定的参考系中，某一事件——例如说一个击球员在空间某 X 处，在某个给定的时刻击中一个板球，引起晚些时候发 生在空间坐标 Y 处的另一个事件——例如说是板球落到外场员的手里。为了使 Y 处的事件能够发生，一定有信息…- 12.1k
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黑洞，宇宙监察和时间弯曲_奇点天文奥秘
黑洞，宇宙监察和时间弯曲_宇宙时间奥秘 引力的吸引使所有的物质受到拉力，这就使得时间会有一个终端，正像大爆炸的奇点被认为是时间的开始一样。对于质量足够大的恒星，引力可以超过其它使物质相互分离的力，而最终不留情地导致坍缩。引力场然后可能会变得如此之强，使得光都不能够逃逸，并且时间膨胀也会达到这样一个极端，使得时间看上去像停滞了一样。这样的超密天体的极限就称为“黑洞”，它是根据所谓的“事件视界…- 13k
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牛顿物理学的局限_奇点天文奥秘
牛顿物理学的局限_宇宙时间奥秘 牛顿物理学承认绝对时间的概念，但不承认绝对空间。如我们上面提到的，在向火车外扔果核的那一例中，牛顿方程的描述在伽里略变换下是不变的。这个变换讲的是，当两个观测者的参考系作匀速相对运动时，如何把这两个观测者对于同一个事件的记录联系起来。如果要求物理学与描述事件所用的参考系无关，那么这一不变原理是必需的。如果宇航员到了月球上，发现那里的物理定律不同，他们一定会感…- 11.3k
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牛顿方程式的剖析_奇点天文奥秘
牛顿方程式的剖析_宇宙时间奥秘 牛顿的运动方程式把一个物体的加速度直接与作用力联系在一起，这样就产生了一个有关时间的奇妙结果。在加速度的瞬时值中时间出现两次：加速度是速度随时间的变化率，而速度是位置随时间的变化率。在微积分中，这样一个量被称之为位置对时间的二阶导数。这就在牛顿的运动方程中产生了一个重要的后果，即时间是作为两次幂，也就是平方出现的。如果我们把前进的时间（“正的时间”）替换为倒…- 11.9k
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创造性时间_奇点天文奥秘
创造性时间_宇宙时间奥秘 主要是布鲁塞尔自由大学一群研究者，以普里高金为首，创造了一套二十世纪的热力学。由此我们可以借助“自组织”这个新的科学法则，来理解秩序为什么可以在混乱中出现。他们的论点和通常对第二定律的理解不同，说第二定律并不等于千篇一律地朝着混乱一直消沉。混乱固然可能是物质的最后状态，在时间终点的宇宙固然会是一片倾圮，但是第二定律绝不是说这个过程均匀地发生在空间的每一点、时间的每…- 16.9k
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量子时间_奇点天文奥秘
量子时间_宇宙时间奥秘 在我们给时间的方向寻找科学依据时，统治原子分子世界的量子论看上去似乎较有希望。量子论很成功地，同时也很令人不解地，描述了原子分子的各种奇行性迹。它能解释激光、核反应器中的亚原子、计算机里的电子，和许多其它东西的行为。我们从组成这个世界的原子分子大聚合的量子描述里，也许可以给我们有切肤感受的时间之箭，找到一个量子描述。这个想法来自一个很辉煌的传统。自从希腊文化的黄金时…- 13.4k
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时间与热力学_奇点天文奥秘
时间与热力学_宇宙时间奥秘 另一种描述，牵涉到科学家所谓的宏观层次。这个层次的现象是我们看得到、尝得到、碰得到和感觉得到的。热力学也就是探讨这个层次。十九世纪，这门学问随着蒸汽动力的出现而问世，布莱克（Black）、卡诺（Carnot）、克劳修斯（Clausius）、玻尔兹曼、吉布斯（Gibbs）等人将它发展；它当时注意的是热机的功能。在一个形式的理论框架之下，热力学列出热和功之间的关系，…- 11k
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时间：牛顿和爱因斯坦_奇点天文奥秘
时间：牛顿和爱因斯坦_宇宙时间奥秘 要是哲学里的时间使人失望，科学里的又如何？十七世纪中叶，惠更斯（Christiaan Huygens）发明成功第一部摆钟，随后“计时”的精度不断提高，逐渐令人觉得自然界是机械性的，是可预言的。时钟技术的发展把时间从人类的事件中解开，使我们更相信独立的科学世界。十七、十八世纪产生的“经典”科学所描绘的宇宙里面，自由意旨和偶发事件都是多余的；那个宇宙从各种观…- 12.1k
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时间的形象_奇点天文奥秘
时间的形象_宇宙时间奥秘 时间是给人神秘感最大的来源之一。它深奥难测的性质，是有史以来人们日夜捉摸的对象。历代的诗人、作家、哲学家都被时间迷惑过。可是，近代的科学家们却没有这样。现代科学，尤其是物理学，即使没有完全取消，也总在想降低时间在事物中的作用。因此有人称时间为被忘却的维度。 我们都知道时间一去不返，觉得它的流逝好象支配着我们的存在，过去已不可改变，未来是一片空白。我们有…- 12.3k
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量子论与不可逆性_奇点天文奥秘
量子论与不可逆性_宇宙时间奥秘 至此为止，我们所考虑的是：当我们用牛顿的观点来处理微观层次上的事件时，不可逆性会以何种形式登上舞台。可是近代的证据（第四章讨论过）是说：要正确地描述微观物质，必须运用量子力学的语言， 尽管这样做有许多困难。因此，我们应该设法把不可逆性的讨论建筑在量子理论上。这样做和用经典理论有许多相似之处。 在量子力学中，一个系统的状态由波函数描述，而对于嵌置其中的…- 12.8k
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第九章未结束的探索_奇点天文奥秘
第九章未结束的探索_宇宙时间奥秘 在我们试图建立时间之箭的努力中，仍然存在有许多问题。很多问题的解取决于高深的数学，然而还是为大胆的洞察和直觉留下了余地，它们可能会导致今天几乎没有想象到的新的概念。 我们已经为这不可逆佯谬苦恼了一百多年：所谓的“基本”理论在区别过去和将来中遭到失败。诚然，这些可逆的理论给了我们对于世界的强大洞察力，但就是对于这同一个世界，死亡和腐烂在提醒我们，…- 16.4k
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混沌与时间之箭_奇点天文奥秘
混沌与时间之箭_宇宙时间奥秘 对于相空间肖像画廊如何跟时间配合这问题，现在让我们来试图给出一个更坚实的理解。我们已经看到，一个混沌式混合型系统（例如盒子里的气体），它的概率分布开始是一个小团，然后逐渐生出越来越细的卷须。这种卷须的成长和探触标志着气体分子对多得令人头晕的可能性进行调查。用单独一点的一定轨道来代表气体所有分子的运动是无意义的。我们唯一能说的是：气体分子，开始如果是在相空间某个…- 11.5k
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时间的问题_奇点天文奥秘
时间的问题_宇宙时间奥秘 在我们寻找时间之箭的过程中，我们调查了现代科学中所有的主要学说。我们看到，牛顿力学、爱因斯坦力学、量子力学这些所谓“基本”理论，都否定了时间具有方向。我们看到，决定论和因果论与这些理论的可逆性紧密相联。爱因斯坦建造他十分成功的引力的几何描述，动机其实就是出于他对因果关系的第一位置持有根深蒂固的信仰。可是在这种决定性的理论中，时间被降到次要地位：不管时间朝哪个方向走…- 14.4k
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生物界的节拍_奇点天文奥秘
生物界的节拍_宇宙时间奥秘 在许多方面，地球上的生命像一个交响乐团，按照上天的节拍奏乐。太阳、月亮的运行，反映在昆虫总数的起伏之中，反映在全球有生命物体的活动之中。一切都是时间上的图案。 在用以描述这些图案的产生的理论框架里，时间总是向同一个方向走。在这枝时间之箭上刻着无止境的变化。有些图案人眼可以看到，例如金钱豹的点纹，戚纳巴鲁金兰的条纹。有些看不见，例如心脏的跳动，神经细胞的激发，…- 10.5k
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伊里亚·普里高津_奇点天文奥秘
伊里亚·普里高津_宇宙时间奥秘 我十分高兴，在此为彼得·柯文尼、罗杰·海菲尔德的这本书写篇前言。 时间有箭头吗？这问题自从苏格拉底以来，一直迷魅着西方的哲学家、科学家和艺术家。然而，在本世纪末期的今日，我们问这问题，情况与以前不同。对一个物理学家来说，本世纪的科学史可以分为三个阶段。首先是两项思想方案——相对论和量子力学——所产生的突破。其次是一些出人意料之外的事物的发现，包括“基本”粒子…- 15.7k
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跨越鸿沟_奇点天文奥秘
跨越鸿沟_宇宙时间奥秘 要跨越现实世界的这两个层次（宏观和微观）之间的鸿沟，就要用到“统计力学”这门学科，它的任务是把量子力学或经典力学中所需要的庞大数目的信息，缩减到少数几个热力学参量。例如，它告诉我们，如何把对一升气体中的单个分子的描述，代之以气体的压力和温度这类更一般的术语。 在微观层次上，这一升气体由巨大数目运动着的分子组成——这个数目的数量级是 10 后面接着 23 个零。因…- 15k
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