引言
李氏的自修是以自我为中心,凝视宇宙,解开宇宙的自省本身,解开自己,创造一个知识点,构筑一个系统的关于这个世界的知识体系。 提高自己的能力,指导我们的生活和行动,像哲学家一样结束一生,争取更幸福的人生。
这篇文章的内容是李氏自修(宇宙篇)的第十章。 第9章链接:哈勃:仙女星云:河外星系|多普勒效应:宇宙正在膨胀成长
制约宇宙成长的规则
宇宙膨胀,像孩子的身体一样成长着,但是像孩子一样成长成人的话成长会停止吗?宇宙有自我限定的规则,指导宇宙的成长吗? 如果有制约宇宙成长的规则,这个规则是什么呢?所有的疑问都太多了。
事实上,在观测发现宇宙正在膨胀的十年前,理论上预言宇宙不会静止的人是爱因斯坦,他的广义相对论预言宇宙不会一直处于稳定的结构。 但是爱因斯坦自己不想相信宇宙在移动。 他相信了静态的宇宙模型。 以下详细说明。 广义相对论是什么样的理论呢?
光的本质
在提出广义相对论之前,先了解爱因斯坦的狭义相对论。 狭义相对论是爱因斯坦1905年提出的,这个理论本来是为了解决光在不同方向和不同参照系的速度相同,与牛顿理论不一致而提出的。 光以有限速度运动的概念是丹麦天文学家罗密欧提出的,1676年发现地球和木星的相对位置发生变化,两者的距离发生变化时木星卫星出现的时间不同,但木星卫星不能以变化速度绕木星运动。 于是他认为,这段时间之所以不同,是因为走的路程不同,时间不同,所以近似光速。 但是他不知道光的本质吗?
在他之后,有人想要说明光是什么。 牛顿认为,光是从光源发出的粒子。 这是粒子说,与之相对,惠更斯认为光是波动,也就是光的波动说。 牛顿的理论开始很好地解释光的直射和反射,但在人们发现光的干涉和衍射现象后,人们开始相信波动说。 直到1865年英国物理学家麦克斯韦建立了电磁理论,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,电磁场始终相连。 统一的场合是电磁场,旧的变化会引起新的变化,新的变化再次发生变化的电磁场不仅在某处,从近到远都会在周围的空间传播。 该传播预言了电磁波的存在,计算出电磁波的传播速度和光速相等,麦克斯韦认为光是电磁波。
几十年后,人们又发现了光的新现象——光电效应。 遗憾的是,这一发现面向光的波动很难,波动无法说明光电效应。
后来爱因斯坦在1905年提出光子学来解决这个问题。 该理论与量子理论有关,量子实际上是能量子,能量和物质是客观存在的形式,分布上也不连续,存在最基本的单位——能量子,物质的基本单位是基本粒子,数量上增加和减少是至少一个单位,是数字上连续的
亚里士多德相信物质可以连续分解,但实际上当分成基本粒子时,物理上再也分不开了。 能量就像电磁波,古人还没有这个概念。 他们不仅不知道物质,客观上也不知道有能量这种形式。 当然,也不知道能量是否连续分配。 当然物质可以转化为能量,但它不是存在形式的变化,而是量的变化。
光线需要在以太网上运行吗?
关于量子理论先放在一边,然后再论述光。 麦克斯韦认为光是波长较短的电磁波,实验证明电磁波在真空中的传播速度为常数3×10^8 ̄8米/秒。 但是,光的速度相对于什么样的参考系统的速度呢?
根据伽利略和牛顿的相对原理,绝对静止的东西已经不存在,所有的运动都是相对的,在常习系中,谁是运动的,谁是静止的,所有的物体的速度对于某种参照系,获得的速度也必须是相对的。
该原理亚里士多德相信物体的自然状态是被禁止的,受力后才开始运动(牛顿的第一运动法则是力改变物体运动状态的原因,不是使其运动的原因),事件发生的空间也是绝对的,不同的状态,所以观察者看到的事件同时发生。 我不知道亚里士多德是用行动的马车拍球,还是站在路边看马车的人拍球。 这样的话,他可能会发现马车上球运动的空间轨迹是上下的,车下的人看到的轨迹是曲折的线。
这是伽利略发现的,他在船静止和等速运动时,船上观察到的一切都没有随着船的运动而变化,因此无法确定船是否因观察到的这些现象而运动,如果是运动,那么可以说该运动是相对的,光是以一定的速度运动的
所以,光和机械的振动一样,需要媒体,这种媒体包括真空在内到处都是,人们想象着这种媒体被命名为“以太网”。 光相对于绝对静止的以太网,速度不变。 根据牛顿理论,以与以太网不同的速度和方向运动的人所观测到的光速应该不同,以与光相同方向的运动和反方向的运动所测量到的光速应该不同。
1887年麦克尔逊和莫雷等人测量了两个方向的光速,结果发现与垂直于地球自转轨道的光速平行。 这个实验结果不仅令人吃惊,光速在各个方向都相等。 这个结果很模糊。
爱尔兰物理学家乔治·菲茨杰拉德和荷兰物理学家亨利·克罗洛伦兹认为这是因为物体在以太网上运动时会收缩,表会变慢。 这种收缩和表慢的话,无论以太网是如何运行的,都可以测量相同的光速。 这种解释似乎不能令人满意。
爱因斯坦在这种情况下为了解决这一疑问发展了狭义的相对论。 基本原理是不需要以太网存在,对于任何常性系统,物理法则都具有相同的形式,任何物理实验都不能确定常性系统的运动状态。 无论选择哪个参照系,光速都是一定量的。 与传播方向和光源的速度无关。
时间不是绝对的
伽利略牛顿理论打破了绝对空间的观念,牛顿和亚里士多德一样,时间是绝对的,时间和空间是分离的,时间相对于空间是独立的,全宇宙的所有事件都是在共同的时间中发展的,不同空间的不同运动状态的事件是有相同的时间的。
但是现在爱因斯坦改变了这一观点,认为时间不是绝对的,而是相对的,与运动密切相关,物体的运动速度越快,运动时间就会膨胀,即运动时钟的延迟和运动距离的缩短,但在日常生活中这种效果很低,可以忽略不计。
原子弹爆炸原理
狭义相对论最着名的结论是E=mcc,质量相当大,这个小方程预示着制造原子弹的可能性。 而且,限制一般物体运动的速度不得超过光速。 质量和能量是等价的,物体通过运动增加能量,能量的增加是等价和质量的增加,加速物体需要更多的能量,当物体达到光速时,其质量是无限大的,即消耗无限大的能量,是证据假定,达到光速没有静止质量的电磁波,光速是极限速度
时间和空间的依赖关系,是为了时空
狭义的相对论也存在缺点,它在常规系统中研究物理规律,不能处理重力问题,因此爱因斯坦将相对原理扩展到任意参照系统,继续发展能够处理重力问题的广义相对论。 广义相对论的基本原理是重力质量与惯性质量相等的实验事实。
广义的相对论进一步改变了我们对过去时间和空间的观念,认为时间必须与空间相结合,时空从过去就被视为事件的背景,成为事件的实际参与者,如果重物存在,其周围的时空就会变形,弯曲的时空可以看作重物的引力场,在某个重物的引力场 这种运动的外在表现,就像一个东西被另一个东西吸引着绕着它转一样,地球被太阳直接吸引着沿着椭圆轨道运动,就像地球绕着太阳转一样。 事实上,地球是太阳的重力场,只能在那样的路线上运动。
牛顿的古典力学观点认为地球与太阳之间的万有引力作用是直接发生的,爱因斯坦认为这种作用不是直接发生的,而是由弯曲的时空,即引力场的间接作用产生的,其本质是地球在太阳引力场中只有一条曲折的小路
如果重力直接变化,重力的传递速度超过光速或者物体的质量发生变化,它就会与其他物体的万有引力直接变化,看起来没有时间间隔,这是不可能的,作用的变化不能在零时间内完成。
现在爱因斯坦的理论认为重力场是作用的中介,太阳通过重力场制约地球运动的轨道。 光束受重力场约束,在重力场中光束偏转,不再沿直线传播。 而且在引力场存在的场所,原子光谱线的波长越大,电场强度越大,波长越大。 所以地上的表比高山的表慢。
物质能量的分布引起时空的弯曲,物体的运动或某种力作用时,时空的曲率又发生变化,变化的时空结构影响物体的运动或力的作用方式。 也就是说,宇宙并不是静止的。 在动。 是收缩还是膨胀,总之并不是静止的。 我们现在知道宇宙在慢慢成长。 相对于人类成长的大小,宇宙的成长是不可思议的,人类真的很小。 成为大人需要饮食的动力,宇宙的动力就是它本身。 宇宙是独立的系统,所以我也希望它是永恒的动机。 而且除了整个宇宙,局部宇宙没有能量补给就不能永远运转。
宇宙是静态的,永远不会改变吗?
实际上牛顿的万有引力法则出现的时候,暗示着宇宙不是静态的。 万物相互吸引,所有天体都有被吸入一处的危险。 面对这种危险,人类面临着这种不安。 我觉得他们可以反驳这个暗示。 事实是因为天体还没有被吸收到一处。 如果宇宙只有两个天体,他们自然拥抱,但事实上是因为第三者阻止拥抱而且第三者不止一个,两个天体被其他天体吸引,一个天体a被一个天体b吸引的同时被相反方向的另一个天体c吸引,使引力均衡 只要宇宙是无限的,无限的,这种平衡是不能破坏的,如果天体有坠落一面的意向,那么更远处的天体就会把它拉开,远处的星球似乎总是交错着,他们的处世哲学与月老和红娘相反,中介并非成功,而是建立了分离。
牛顿自己也担心宇宙会崩溃,不想接受。 他相信神的存在。 上帝创造了这一切。 上帝没有这样不完美的作品。 神不允许自己的创造落入心中(许多哲学家可能不这么认为,但是黑格尔相信一切都包含着自己的否定。 中国老子相信事物是相反的。 他们的理论在这里可能不正确。 老子思想的核心是道,道是永恒的,不能辩证分析。 还有其他反对无限静止宇宙的人物,和黑格尔一样的德国哲学家亨利·希布斯认为,如果宇宙是无限静止的,有无限的时间的话,整个天空应该像白天一样明亮,包括夜晚。 在无限的时间里,宇宙的一切都应该被恒星的光复盖,或者非发光体也应该加热,但实际上并非如此,假设恒星一直是明亮的,而是在有限的时间过去后才会发光,遥远的光在有限的时间内到达宇宙的各个角落或者其他非发光天体,这就是夜晚的问题
牛顿的信仰使他相信静态的宇宙模型,但他毕竟是科学家,如果无限恒星均匀地分布在宇宙空间,那么有必要合理的解释说不存在中心点。 如果托勒密知道万有引力的理论,他就会说地球是宇宙的中心,他以为一切都会终结在地球上吗?在这种情况下,地球就像一个大黑洞,吞噬一切。
不仅牛顿,20世纪前的大部分学者都不相信宇宙是动态的。 大多数时候相信整个宇宙都存在着这样无限的时间,或者不应该用时间来描绘宇宙,相信宇宙文件没有年龄。 宗教信徒相信宇宙是上帝在几千年前创造的,但他们相信宇宙一旦被创造,就会从那一刻起永远存在,和上帝一样持续很长时间。 他们不是没有想到宇宙会在没有上帝许可的情况下收缩和膨胀吗
不幸的是,牛顿的理论预示了宇宙状态可能不是静态的(牛顿本身信奉静态宇宙模型),到了20世纪,与牛顿一样伟大的爱因斯坦的理论也暗示了宇宙不是静态的,推翻了牛顿的引力理论,重新创造了更完善的理论, 继承牛顿的宇宙观,宇宙必须是静态的,为了维持静态的宇宙爱因斯坦不惜修改自己的理论,在他的方程式中引入了宇宙常数。 这个宇宙常数起着对抗引力的作用。 爱因斯坦认为时空具有固有的属性是有内在膨胀倾向的。 这样的宇宙常数的排斥效果,使时空弯曲物体落在一处的有计划的胎儿死腹。 爱因斯坦也坚持了他宇宙的不变性,即永恒性,成为符合他信念的斯宾诺莎神。 但是爱因斯坦把宇宙常数称为终身的“最大的错误”。 宇宙不是静态的,所以宇宙在膨胀。
牛顿·爱因斯坦
二十世纪的物理学有相对论和量子理论,爱因斯坦不仅是相对论之父,也是量子王国的创始人。
唯一没有偶然,爱因斯坦不喜欢广义相对论预言的宇宙并不是静态的结论。 同样,他也厌恶量子理论不确定性原理预言的结果,根据量子力学的不确定性原理,牛顿时代创造的绝对因果关系遭受了致命的挑战,直接判处绝对因果关系死刑。
爱因斯坦在给朋友波恩的信中这样评价量子理论。 他说,我们应该为成功感到羞愧,因为他是基于耶稣的格言“你右手所做的不能让左手知道”。 但爱因斯坦并没有因为自己的好恶而曲解科学,而是接受了宇宙膨胀的事实和量子力学的可行性。
我先说牛顿的时候,说了牛顿的人类处世俗,他性格的偏执。 爱因斯坦和牛顿一样在学术上开创了新时代,但爱因斯坦是一个温柔的老人,不像牛顿那样傲慢。 牛顿晚年脱离学术,从事了工作。
但是爱因斯坦拒绝了以色列总统的职务,他说科学家不是政治家。 他虽然不是政治家,但积极呼吁反对战争,建议将联合国改组为世界政府(现在的欧洲经济政治要求一体化,是爱因斯坦理念的体现,但现在的一体化,不是罗马皇帝的独裁统治,欧洲一定比其他地方先一体化。 因为有罗马皇帝的先例,欧洲就像中国,但中国没有被分割成小国,是文化的原因。 文化要素的整合和多元统一,是未来世界统一的基础,更好地协调处理世界政务。 总之,爱因斯坦在学术上和人格上都没有批判性。
(本文包括上一章,参考资料:罗素的西洋哲学史、冯友兰的中国哲学史、霍金的时间简史、果壳中的宇宙、关于宇宙和天文的中外纪录片、金岳霖的知识论、高中物理教科书等)。
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