第一章2时空与万物.ppt

霍金给出了“黑洞蒸发”的物理图像。 四、黑洞的意义 黑洞与白洞？科学幻想还是物理实在？ 时空中不同区域之间虫洞的思想并非科学幻想，或者艺术家的发明，它来源于爱因斯坦1935年的一篇论文。爱因斯坦本来认为：因为虫洞会缩紧，飞船不可穿越而只能撞到奇点（右图）。但现代宇宙学认为，如果有一个负曲率的时空区域（如同马鞍面），虫洞将维持开放。非物理专业人士，如果想完全理解这段话，请到著名大学理论物理专业读十年。 四、黑洞的意义 毕达哥拉斯定理，中国人所称的勾股定理，学童皆知。他还首先发现，琴弦发音的高低与弦长有数量关系：弦绷一样紧，如果一弦之长为另一弦的两倍，则两弦发的音相差8倍；若弦长之比为3:2，则短弦发的音比长弦高5度等等（图1.10）。不同弦长发出的音调加在一起，形成某种音乐旋律（图1.11）。 * * 柏拉图还首先发现，由线段搭构起的多面体只有5种（可以通过简单的方法证明之），它们是:正立方体、正四面体、正八面体、正十二面体和正二十面体，如图1.12。鉴于此，他进一步认为这5种多面体是物质的基本形态，分别代表物质的基本组分。 * 柏拉图和亚里士多德的两侧有许多重要的历史人物：左边穿白衣、两臂交叉的青年是马其顿王亚历山大；转身向左扳手指的是苏格拉底，斜躺在台阶上的半裸老人是犬儒派哲学家第奥根尼。台阶下的人物分成两组。左边一组中，蹲着看书的老人是毕达哥拉斯，右边一组中主要人物是物理学家阿基米德和天文学家托勒密。当然，才华横溢的拉斐尔也使自己挤入先贤们的行列，站在右下角。 * 尽管开普勒也认为这些多面体只是理念的东西，但这一想法所引发的数学的精确与天体和谐的完美结合令他异常兴奋。确信自己已经接近真理，开始寻找实验的支持，并由此得到当时拥有最好天文观测设备和数据的天文学家第谷的赏识。两者的结合，开启了人们认知宇宙结构的大门。 几何影响着我们的思考方式。今天面对一个科学问题时，不自觉的思考方式就是画图。因此，直线和圆的图形是如此的简单，以至于认为它们根深蒂固的存在于我们的头脑，但它们的出现实在是一个令人称奇，标志着人类不仅可以观察自然，更具有在高层次上，抽象思考自然的能力。惟有如此，才有所谓的科学，这正是我们能够成为这个蓝色星球之主的重要原因。 * 物理学家做的第一个重要的工作就是把复杂的自然界简单化。比如，一块拿得起也放得下的石头，它的运动就像一颗子弹，还有什么比它更简单的东西吗？但石头太复杂了，表面一点也不规则，空气从其粗糙的表面流过，该有多么复杂、混乱，不太可能从一块石头的特殊现象中找出所有子弹的运动规律。 如果把石头切成上述仅有5种规则的多面体进行研究，问题似乎简单了不少，但仍然使物理学家感到头痛，因为不同的对称轴都有其特殊的方向，在不同的方向上会有不同的运动表现形式。把那些棱角磨掉，我们就得到了一个小球。物理学家和哲学家一样，是那么地喜欢小球。小球从各方面看都是一样的，我们可以把它握在手中，也可以随意抛向天空，还可以让它摆动和滚动，一切力学定律都可以拿它来考察。小球虽然完美但仍不简单，它的问题是包在外头的曲面和它的体积，曲面可不是简单的东西。但一个现实的物体总要有一定的体积，也总会裹张皮的。既然这样，我们来想象一样完全光滑，绝对没有结构的东西并让曲面理想地消失，这可以称为点粒子。它不是数学上的一个抽象的点，因为它还具有主要的物理实在，比如它可能具有质量，就是所谓的质点；给它赋予电荷，它就是所谓的点电荷等。 因此，这就是一个从现实世界中构造出来，并又能反映其本质的一个模型，如图1.15。它可以充当某个星系里的一颗在星团周围游荡的恒星；或者一颗绕着太阳旋转的行星；也可以是一颗运动的子弹；还可以是一个原子等等。 * * 电影“无极”，一个馒头引发的血案， * * 文化物理 南京航空航天大学理学院 （施大宁 教授编著） jianluo@ /phyandart/ 罗建 主讲 自然与数学 物质世界的层次 宇宙中的均衡与相互作用 黑洞的意义 宇宙大蟒 §1.2 时空与万物 一、自然与数学 毕达哥拉斯（Pythagoras，584-497 BC ）: “数即万物” “宇宙的本质可以通过数字和纯几何形式来揭示的” 自然是和谐的 则两弦发的音相差8倍 则两弦发的音相差5倍 空间 时间 光 自古希腊起，自然哲学家一直在探索三者之间的关系 一个人倘若常常凝想宇宙的浩渺无际，时间的茫无头尾，便会因为过分的虚无感和人生短暂的伤感而使心灵在重负下受伤。反过来，如果人们永远意识不到宇宙在时空上的无限性，便会使心灵因缺少哲理的永恒依托而变得轻浮浅薄。 一、自然与数学 抽象线性