在霍金的《時間簡史》裡,虛時間和實時間是什麼意思

2021-04-02 00:03:00 字數 5947 閱讀 7945

1樓:高中生三

實時間是我們所能感受到的的時間,而虛時間是我們感受不到的時間的第二維,也就是與實時間垂直的一維,如果考慮虛時間的話,廣義相對論所預言的時空奇點會消失。

《時間簡史》主要向人們介紹了什麼是宇宙論,以及宇宙論最新的發展狀況。由於針對的是非專業讀者,為了不至於嚇倒他們,通篇只放了乙個數學公式,就是著名的愛因斯坦質能方程:e=mc^2。

上個世紀的科學進展是無與倫比的。

《時間簡史》以最通俗的語言,對一些最古老的問題做了闡述,諸如:

* 宇宙是什麼樣的

書中並沒有給出這個問題的答案,因為科學並不能保證所有問題都有乙個答案。雖然我們不能找到一套解釋整個宇宙的理論,但我們可以把這個問題分成很多小塊,並發明許多部分的理論,每一部分理論解釋有限的範圍,同時忽略其他影響。

這種方法獲得了極大的成功,例如,牛頓的萬有引力定律,只要知道星球的質量就能精確的計算出他們的軌道,而對於星球的結構,上面有沒有智慧型生物等等完全可以忽略。

正由於這種方法的成功,我們對自己生活的宇宙的了解比起古人已經進了一大步了。

霍金的成就有哪些?

2樓:薔祀

成就在三個方面:

1、1965–2023年間,他與羅傑.彭羅斯一起證明了「奇點」。這個成就是在宇宙意義的巨集觀框架裡。按愛因斯坦的廣義相對論,不能預言宇宙的啟始。

而他們認為,大星燃燒耗盡會繼續坍縮直至達到具有無限密度的奇點,這個奇點,引力場特別強大使得光線不能從圍繞它的區域逃逸,而被引力場拉回去。這就叫做黑洞,黑洞的邊界叫做時間視界,任何通過事件視界的東西掉進黑洞後都在奇點達到其事件的終結。

他還證明了黑洞的面積定理,即隨時間的增加黑洞的面積不變。

2、 1970–2023年,主要研究黑洞,做出了畢生最令人吃驚的發現:黑洞不是完全黑的。在宇宙意義的微觀尺度上,粒子和輻射可以從黑洞漏出來。

黑洞附近的強大引力場引起粒子反粒子對的創生,粒子對中的一顆粒子落進黑洞,而另一顆逃到無窮遠去,逃逸的粒子好象是從黑洞裡發射出來的,也就是說,黑洞象乙個熱體似的在輻射,這就是著名的霍金輻射。

3、2023年—,**將廣義相對論和量子力學綜合成乙個統一的理論並提出了許多設想:宇宙無論時間還是空間在範圍上都是有限的,但是它們沒有邊界。

如果這個設想成立,就不存在奇性,科學定律會處處有效,包括宇宙的開端在內,即宇宙的啟始是由科學定律所確定的。一種沒有邊界的宇宙理論將全面取代大**的宇宙理論。

擴充套件資料

我是乙個樂觀的、浪漫的,並且頑固不化的人。(霍金自我評價)

我還有很多事情想做,人如果什麼夢想都沒有,就等於死亡。(霍金自我評價)

霍金最吸引我的特質是他對科學真理的不懈追求。(浙江工業大學教授吳忠超評)

人們追隨霍金,固然有他身體缺陷所帶來的『殘缺美』,但我更相信,這是他學術思想魅力導致的結果。(中科院物理所碩士生黃映洲評)

他是一位傑出的科學家,他出眾的才華和幽默感將繼續為世界各地的人們帶來勇氣和希望。(霍金的子女在父親去世的宣告中評)

他的傑出之處在於,以及他給我的啟發是,當我20歲讀他的著作《時間簡史》的時候,我真切地感受到物理的美妙,他讓我相信我們是可以去理解宇宙奧秘的,並且這將是一件美好的,值得享受的事情。(英國物理學家,曼徹斯特大學粒子物理學教授布萊恩·考克斯評價)

3樓:匿名使用者

1、奇性定理

指在現在的宇宙膨脹相的開端,時空被高度地畸變,並且具有很小的曲率半徑。

霍金70年代研究愛因斯坦的引力理論,他發現在很一般的條件下,空間和時間一定存在奇點,時空似乎被無限彎曲。不過當時還不清楚奇點是否真實存在。倫敦伯克貝克學院的羅傑·彭羅斯(roger penrose)證實,奇點確實會在黑洞中形成。

後來,彭羅斯和霍金將同樣的想法應用到整個宇宙中,並表明愛因斯坦的理論**我們在遙遠過去的奇點,這就是宇宙大**。霍金與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了2023年的沃爾夫物理獎。

2、黑洞理論

2023年,霍金提出黑洞蒸發的概念,認為在黑洞周圍,在虛粒子產生的相對瞬間,會出現四種可能性:直接湮滅、雙雙落入黑洞、正粒子落入黑洞而負粒子逃脫、負粒子落入黑洞而正粒子逃脫,而且最後一種可能性最低。霍金據此進一步提出了微型黑洞(也稱為原初黑洞)的概念。

史蒂芬·霍金於2023年1月26日的論據:愛因斯坦的重力方程式的兩種奇點的解,分別是黑洞跟白洞。不過理論上黑洞應該是一種「有進沒出」的天體,而白洞則只能出而不能進。

然而黑洞卻有粒子的輻射,所以不再適合稱其名為黑洞,而應該改其名為「灰洞」,先前認為黑洞可以毀滅資訊情報的看法,是他「最大的失誤」。

3、無邊界宇宙理論

霍金在80年代初,創立了量子宇宙學的無邊界學說。他認為,時空是有限而無界的,宇宙不但是自洽的,而且是自足的,它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動。

無邊界宇宙理論還把上帝從「造物主」中摒除出去,他認為,時空是有限而無界的,宇宙不但是自洽的,而且是自足的,它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動。宇宙的演化甚至創生都單獨地由物理定律所決定,這樣就把上帝從宇宙的事物中完全摒除出去,後來宇宙背景輻射探測者對太空背景溫度起伏的觀察證實了這個預言,也證明了世界上是無神論的說法。

4、霍金輻射

霍金運用彎曲時空背景下的量子場論方法,證明黑洞像熱力學黑體一樣對外輻射,從而提出了霍金輻射。

在「真空」的宇宙中,根據海森堡不確定性原理,會在瞬間憑空產生一對正反虛粒子,然後瞬間消失,以符合能量守恆。在黑洞視界之外也不例外。史蒂芬·威廉·霍金推想,如果在黑洞外產生的虛粒子對,其中乙個被吸引進去,而另乙個逃逸的情況。

如果是這樣,那個逃逸的粒子獲得了能量,也不需要跟其相反的粒子湮滅,可以逃逸到無限遠。在外界看就像黑洞發射粒子一樣。這個猜想中的輻射被命名為「霍金輻射」。

由於它是向外帶去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,黑洞的質量也會漸漸變小,消失;它也向外帶去資訊,所以不違反資訊定律。

5、宇宙波函式

霍金與jim hartle合作時,共同提出了「宇宙波函式」,「宇宙波函式」從理論上講,可以用來計算我們所看到的宇宙特性。

史蒂芬·威廉·霍金是本世紀享有國際盛譽的偉人之一,劍橋大學數學及理論物理學系教授,當代最重要的廣義相對論和宇宙論家。榮獲英國劍橋大學盧卡斯數學教席,這是自然科學史上繼牛頓和狄拉克之後榮譽最高的教席。

霍金在《大設計》中強調,宇宙不需要乙個造物主或「上帝」,以「哲學已死」開篇,這意味著人類將從愚昧的自我奴役超脫出來,其否認了純哲學和宗教可以真正解釋自然,這也表明各大宗教只是古代精神世界探索未知,追求不滅解脫的體系,而非客觀真理。

隨著時代的進步,人類文明也當奮起直追,不甘落後,這就是為什麼世代有識之士追求存在、生命和宇宙的意義。解決這些命題本來應該是哲學家的任務,可惜科學的高度發展使得哲學無法跟上。

霍金希望解開宇宙誕生之時的奧秘,2023年代時,霍金將量子力學應用於解釋黑洞現象,在之後的30年中,用量子力學解釋整個宇宙已經變得更加困難了。霍金想找到一套可以完美解釋整個宇宙現象的理論來說明137億年誕生直到現在的宇宙,但是多年過去了就算無限接近他仍然沒有得出結論。

按照他的量子力學理論,宇宙誕生是大**產生的,這是乙個被壓縮的無限小卻具有超大重力的物質(也可以理解成密度無限大)**的產物。量子力學的理論範疇不能夠解釋這乙個過程是如何進行?為什麼會這樣?

霍金說「那必須有一套可以描述小規模重力的理論」。

霍金的「灰洞」理論認為,物質和能量在被黑洞困住一段時間以後,又會被重新釋放到宇宙中。他在**中承認,自己最初有關視界的認識是有缺陷的,光線其實是可以穿越視界的。當光線逃離黑洞核心時,它的運動就像人在跑步機上奔跑一樣,慢慢地通過向外輻射而收縮。

「經典黑洞理論認為,任何物質和輻射都不能逃離黑洞,而量子力學理論表明,能量和資訊是可以從黑洞中逃離出來的。」霍金同時指出,對於這種逃離過程的解釋需要乙個能夠將重力和其他基本力成功融合的理論。在過去近一百年間,物理學界沒有人曾試**釋這一過程。

對於霍金的「灰洞」理論,一些科學家表示認可,也有人持懷疑態度。美國卡夫立理論物理研究所的理論物理學家約瑟夫·波爾欽斯基(joseph polchinski)指出,根據愛因斯坦的重力理論,黑洞的邊界是存在的,只是它與宇宙其他部分的區別並不明顯。現代量子物理學認定這種物質資訊是永遠不會完全消失的。

30多年來,霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點。霍金曾表示,黑洞中量子運動是一種特殊情況,由於黑洞中的引力非常強烈,量子力學在此時已經不再適用了。霍金的這種說法並沒有讓科學界眾多持懷疑態度學者信服。

現在看來,霍金終於給了這個當年自相矛盾的觀點乙個更具有說服力的答案。霍金稱,黑洞從來都不會完全關閉自身——霍金輻射,它們在一段漫長的時間裡逐步向外界輻射出越來越多的熱量,隨後黑洞將最終開放自己並釋放出其中包含的物質資訊。

2023年8月16日,海法以色列理工學院的教授傑夫斯坦豪爾(jeff steinhauer)在出版的《自然物理學》雜誌中一篇**上證明了霍金輻射的量子效應。他製造一種聲音黑洞而非光黑洞,使用的是帶聲音粒子即聲子「視界」的長管。

2023年斯坦豪爾教授發現,視界上隨機產生了聲子。在他最新的結果中,斯坦豪爾證明這些聲子是一對相關聲子中的乙個,從而證明了霍金輻射的量子效應。

4樓:牙牙的弟弟

1、發現霍金輻射

霍金輻射是以量子效應理論推測出的一種由黑洞散發出來的熱輻射。此理論在2023年由物理學家史蒂芬·霍金提出。有了霍金輻射的理論就能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。

而因為霍金輻射能夠讓黑洞失去質量,當黑洞損失的質量比增加的質量多的時候就會造成縮小,最終消失。而比較小的微黑洞的發散量通常會比正常的黑洞大,所以前者會比後者縮小與消失的速度還要快。

霍金的分析迅速成為第乙個令人信服的量子引力理論,儘管目前尚未實際觀察到霍金輻射的存在。在2023年6月nasa發**glast衛星,它可以尋找蒸發的黑洞中γ射線的閃光。而在額外維度理論,高能粒子對撞也有可能創造出會自我消失的微黑洞。

2023年9月,一項模擬重力研究的結果被部分科學家認為是首次展示出霍金輻射的可能存在與可能性質。然而,霍金輻射仍未被實際觀測到。

2、提出無邊界條件

這個理論建立在廣義相對論和量子理論的基礎之上,涉及到彎曲時空中的量子場論和量子引力論等多種高深知識。

其中給出了著名的無邊界猜想或條件:宇宙的邊界條件就是它沒有邊界。無邊界條件如果成立,則宇宙自給自足,這意味著宇宙不需要創世上帝或者不存在第一推動。

從霍金提出這個理論之後,幾乎所有的量子宇宙學研究都是圍繞著這個模型。這是因為它的理論框架只對閉合宇宙空間有效。

3、獲得科普利獎

(2023年) ,霍金獲得科普利獎,科普利獎是科學成就的最高榮譽獎、世界上歷史最悠久的科學獎項。2023年以皇家學會的高階會員戈弗里·科普利爵士的遺贈設立。

每年頒發一次,為一枚鍍金銀質獎章和100英鎊獎金(這在當時是相當大數額的一筆獎金), 授予專為申請此獎而進行的自然哲學研究成果。

獲獎成果都需發表過,或向皇家學會通報過。獲獎專案需經皇家學會理事會評定,所以現職理事會成員不得獲獎,以防止不公正。

4、創作《時間簡史》

《時間簡史》是霍金創作的科普著作,首次出版於2023年。

全書共十二章,講述了關於宇宙本性的最前沿知識,包括:我們的宇宙影象、空間和時間、膨脹的宇宙、不確定性原理、黑洞、宇宙的起源和命運等內容,深入淺出地介紹了遙遠星系、黑洞、粒子、反物質等知識,並對宇宙的起源、空間和時間以及相對論等古老命題進行了闡述。

在該書裡,霍金**了已有宇宙理論中存在的未解決的衝突,並指出了把量子力學、熱動力學和廣義相對論統一起來存在的問題,該書的定位是讓那些對宇宙學有興趣的普通讀者了解他的理論和其中的數學原理。

該書自2023年首版以來,已被翻譯成40種文字,累計銷售量突破2500萬冊,成為一本暢銷全世界的科學著作。

5、證明了相對論的奇性定理

奇性定理指在現在的宇宙膨脹相的開端,時空被高度地畸變,並且具有很小的曲率半徑。宇宙大**有乙個初始奇點,那是時間開始的地方。黑洞內部有乙個奇點,那是時間終結的地方。

霍金70年代研究愛因斯坦的引力理論,他發現在很一般的條件下,空間和時間一定存在奇點,時空似乎被無限彎曲。不過當時還不清楚奇點是否真實存在。

倫敦伯克貝克學院的羅傑·彭羅斯(roger penrose)證實,奇點確實會在黑洞中形成。後來,彭羅斯和霍金將同樣的想法應用到整個宇宙中,並表明愛因斯坦的理論**我們在遙遠過去的奇點,這就是宇宙大**。

霍金與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了2023年的沃爾夫物理獎。

霍金的時間簡史簡介

時間簡史 是英國物理學家史蒂芬 威廉 霍金創作的科普著作,首次出版於1988年。全書共十二章,講述了關於宇宙本性的最前沿知識,包括 我們的宇宙影象 空間和時間 膨脹的宇宙 不確定性原理 黑洞 宇宙的起源和命運等內容,深入淺出地介紹了遙遠星系 黑洞 粒子 反物質等知識,並對宇宙的起源 空間和時間以及相...

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