最近花了一个多月的时间,终于把霍金的《时间简史》读完了。这本书可以说是最有名的科普书之一了,几乎每个人都听说过,但是真正读完的人可能不多,因为它虽然是科普书,但是内容还是比较硬核的,涉及到相对论、量子力学、宇宙学、黑洞等很多物理学的前沿知识,读起来还是有一定难度的。我也是断断续续读了一个多月,才勉强读完,很多地方还是一知半解。但是读完之后,还是有很多收获的,不仅仅是学到了一些物理知识,更重要的是,它改变了我对宇宙、对时间、对人类自身的一些看法。今天就来写写这本书的读书笔记,聊聊我读完之后最大的收获。

一、这本书讲了什么

在说收获之前,先简单介绍一下这本书,让没读过的朋友有个大概的了解。

《时间简史》(A Brief History of Time)的作者是斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking),他是英国著名的物理学家,剑桥大学的教授,被称为继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家之一。他21岁的时候患上了渐冻症(肌萎缩侧索硬化症),全身瘫痪,不能说话,只能靠轮椅和语音合成器和外界交流,但是他在这样的身体条件下,依然在物理学领域做出了巨大的贡献,特别是在黑洞和宇宙学方面,他提出了霍金辐射等重要理论,改变了人类对黑洞的认识。

《时间简史》是霍金1988年出版的一本科普书,他写这本书的目的,是想把物理学最前沿的知识,用通俗易懂的语言介绍给普通大众,让没有物理学背景的人也能了解我们对宇宙的认识。这本书一出版就引起了轰动,全球销量超过了2500万册,被翻译成了40多种语言,成为了有史以来最畅销的科普书之一。

这本书的内容,从人类对宇宙的认识的历史开始讲起,一直讲到当时物理学最前沿的理论,包括:

  • 我们的宇宙图像:人类对宇宙的认识从地心说到日心说,再到现代宇宙学的发展历程。
  • 空间和时间:牛顿的绝对时空观,爱因斯坦的相对论,时间和空间的相对性,时空弯曲。
  • 膨胀的宇宙:哈勃发现宇宙在膨胀,大爆炸理论,宇宙的起源和演化。
  • 不确定性原理:量子力学的基本原理,海森堡不确定性原理,量子世界的概率性。
  • 基本粒子和自然的力:物质的基本构成,基本粒子,四种基本相互作用(引力、电磁力、强核力、弱核力)。
  • 黑洞:黑洞的形成,黑洞的性质,事件视界,霍金辐射。
  • 黑洞不是这么黑的:霍金辐射的发现,黑洞的蒸发,黑洞的信息悖论。
  • 宇宙的起源和命运:大爆炸理论,宇宙的初始条件,宇宙的未来结局,人择原理。
  • 时间的箭头:时间的方向性,热力学时间箭头,心理学时间箭头,宇宙学时间箭头。
  • 虫洞和时间旅行:时空旅行的可能性,虫洞,时间悖论,物理学对时间旅行的限制。
  • 物理学的统一:大统一理论,万有理论,量子引力,弦理论,物理学的终极目标。
  • 结论:人类对宇宙认识的总结,物理学的未来,人类在宇宙中的位置。

这本书虽然薄,但是信息量非常大,涵盖了现代物理学的很多重要领域,而且霍金用很通俗的语言,把这些复杂的理论讲得尽量清楚,虽然还是有难度,但是只要有一定的科学素养,慢慢读,还是能读懂大部分的。

二、我最大的收获

读完这本书,我最大的收获不是记住了多少物理公式或者理论,而是一些观念上的改变,一些对宇宙、对时间、对人类自身的新的认识。这里分享几个对我触动最大的点。

1. 我们的常识很多都是错的,宇宙和我们想象的不一样

我们生活在一个宏观的、低速的世界里,我们的直觉和常识,都是基于这个世界的经验形成的。但是《时间简史》告诉我们,当我们把视野放大到宇宙尺度,或者缩小到量子尺度,我们的常识就完全不适用了,宇宙的真实样子和我们想象的完全不一样。

比如时间,我们觉得时间是绝对的,均匀流逝的,对每个人都一样,一分钟就是一分钟,在哪里都一样。但是相对论告诉我们,时间是相对的,运动的时钟会变慢,引力强的地方时间会变慢,高速运动的人和静止的人,时间流逝的速度是不一样的,引力强的地方和引力弱的地方,时间流逝的速度也是不一样的。所谓的"同时"也是相对的,在一个参考系里同时发生的两件事,在另一个参考系里可能不是同时的。这完全颠覆了我们对时间的常识。

比如空间,我们觉得空间是平坦的、三维的、无限的,但是相对论告诉我们,空间是可以弯曲的,大质量的物体会弯曲周围的时空,引力其实就是时空弯曲的表现。宇宙可能是有限而无边的,就像地球的表面,有限大,但是没有边界,你一直往前走,最后会回到起点。这也完全颠覆了我们对空间的常识。

比如黑洞,我们觉得黑洞就是一个什么都能吸进去、什么都出不来的洞,是宇宙中的"吸尘器",但是霍金告诉我们,黑洞不是完全黑的,它会向外辐射粒子(霍金辐射),黑洞会慢慢蒸发,最后会消失。而且黑洞的温度和它的质量成反比,质量越大的黑洞温度越低,蒸发越慢,质量越小的黑洞温度越高,蒸发越快。这也和我们的直觉完全不一样。

比如量子世界,我们觉得一个物体的位置和速度是确定的,我们可以同时精确测量它,但是量子力学的不确定性原理告诉我们,你不可能同时精确测量一个粒子的位置和速度,你测位置越准,速度就越不准,反之亦然。而且粒子的行为是概率性的,你不能预测它一定会在哪里,只能预测它在某个位置的概率。这也完全颠覆了我们的因果观和决定论。

这些认识让我明白,我们的常识是有局限性的,它只适用于我们生活的这个宏观低速的世界,当我们超出这个范围,去看更大的宇宙或者更小的量子世界,常识就不适用了。所以,我们不能被自己的直觉和常识束缚,要保持开放的心态,接受那些看似不可思议但是被科学证实的事实,这样才能更真实地认识这个世界。

2. 时间不是绝对的,它有起点,可能也有终点

在我们的常识里,时间是永恒的,无始无终的,从无限远的过去流向无限远的未来,永远不会停止。但是《时间简史》告诉我们,时间不是绝对的,它有起点,可能也有终点。

根据大爆炸理论,我们的宇宙起源于大约138亿年前的一次大爆炸,在大爆炸之前,没有空间,也没有时间,时间和空间都是在大爆炸的那一刻才产生的。所以,问"大爆炸之前是什么"是没有意义的,因为在大爆炸之前,时间还不存在,没有"之前"这个概念。就像问"北极点以北是什么"一样,北极点是地球的最北端,在北极点,所有的方向都是南,没有"以北"这个概念。

这是一个非常震撼的认识,时间不是永恒的,它有一个起点,就是宇宙大爆炸的那一刻。在那之前,时间不存在。我们习惯了时间的永恒流逝,很难想象时间有起点是什么样子,但是这就是现代宇宙学告诉我们的事实。

那时间有没有终点呢?根据宇宙的演化,可能有。如果宇宙的质量足够大,引力足够强,宇宙的膨胀会慢慢停止,然后开始收缩,最后会坍缩成一个奇点,也就是大挤压,在大挤压的那一刻,时间和空间都会消失,时间就有了终点。如果宇宙的质量不够大,引力不够强,宇宙会一直膨胀下去,越来越冷,越来越空旷,最后所有的恒星都会熄灭,所有的黑洞都会蒸发,整个宇宙变得冰冷、黑暗、死寂,时间虽然还在流逝,但是已经没有任何变化了,时间也就失去了意义。

不管是哪种结局,时间都不是永恒的,它要么有终点,要么会失去意义。这让我们对时间有了全新的认识,时间不是理所当然存在的,它是宇宙的一部分,和空间一起,在大爆炸中产生,也可能在宇宙的终结中消失。

这个认识也让我更加珍惜时间,既然时间不是永恒的,它有起点,也可能有终点,那我们每个人拥有的时间就更加宝贵了。我们的一生,在宇宙的时间尺度上,连一瞬间都算不上,但是就是这短短的一瞬间,就是我们的全部。所以,要珍惜每一天,珍惜每一分钟,做自己想做的事,爱自己想爱的人,让自己的人生过得有意义,不要浪费宝贵的时间。

3. 人类在宇宙中非常渺小,但是也非常伟大

读完这本书,我对人类在宇宙中的位置有了新的认识。一方面,人类在宇宙中非常渺小,渺小到几乎可以忽略不计;另一方面,人类又非常伟大,伟大到可以去理解整个宇宙。

先说渺小。我们的地球,在太阳系里只是一颗普通的行星,太阳系有八大行星,还有无数的小行星、彗星、卫星,地球只是其中之一。而太阳系,在银河系里也只是一个普通的恒星系,银河系有大约1000亿到4000亿颗恒星,太阳只是其中之一。而银河系,在可观测宇宙里也只是一个普通的星系,可观测宇宙里有大约2万亿个星系,银河系只是其中之一。

从尺度上来说,地球的直径大约是1.2万公里,光绕地球一圈只需要0.13秒;太阳的直径大约是139万公里,是地球的109倍;太阳系的直径,如果算到奥尔特云,大约是2光年,也就是光走2年的距离;银河系的直径大约是10万光年;可观测宇宙的直径大约是930亿光年。而我们人类,身高只有一米多,寿命只有几十年,和宇宙的尺度比起来,真的是连一粒尘埃都算不上。

从时间上来说,宇宙已经存在了大约138亿年,地球已经存在了大约46亿年,生命在地球上已经存在了大约38亿年,而人类,从智人出现到现在,只有大约20万年,人类文明只有大约1万年,现代科学只有几百年。我们的一生,只有几十年,在宇宙的时间尺度上,连一瞬间都算不上。

所以,从物质和尺度上来说,人类在宇宙中真的非常渺小,渺小到几乎可以忽略不计。宇宙中有没有人类,对宇宙来说没有任何区别,宇宙该怎么演化还是怎么演化,不会因为人类的存在而有任何改变。

但是,另一方面,人类又非常伟大。虽然我们的身体很渺小,寿命很短暂,但是我们有智慧,有好奇心,有探索精神,我们可以去认识这个宇宙,去理解这个宇宙的规律。

你想想,我们是宇宙的一部分,我们是由宇宙中的物质构成的,我们身体里的每一个原子,都来自于宇宙中的恒星,都是在恒星的核聚变中产生的,我们是恒星的孩子。但是,就是这些宇宙中的物质,经过了漫长的演化,产生了生命,产生了人类,产生了意识,产生了智慧,然后我们可以反过来去认识这个宇宙,去研究宇宙的起源、演化、规律,去理解时间和空间的本质。这是一件多么神奇、多么伟大的事情啊!

宇宙用了138亿年的时间,在一个不起眼的星系的一颗不起眼的恒星的一颗不起眼的行星上,演化出了能够理解宇宙本身的智慧生命,这本身就是宇宙最伟大的奇迹。我们虽然渺小,但是我们可以理解整个宇宙,我们的思想可以超越时间和空间的限制,去探索宇宙的起源和终结,去研究最小的粒子和最大的星系。从这个意义上来说,人类又是非常伟大的。

这个认识让我明白,我们既不能自大,觉得人类是宇宙的中心,是万物之灵,宇宙是为人类而存在的;也不能自卑,觉得人类太渺小了,做什么都没有意义。我们要认识到自己的渺小,保持谦虚和敬畏,也要认识到自己的伟大,保持好奇和探索,用我们有限的生命,去认识无限的宇宙,这就是人类存在的意义之一。

4. 科学是一个不断发展、不断自我修正的过程

读完这本书,我对科学本身也有了新的认识。科学不是一堆固定不变的真理,而是一个不断发展、不断自我修正的过程,我们对宇宙的认识,是在不断地推翻旧理论、建立新理论的过程中进步的。

在书里,霍金讲了人类对宇宙认识的历史,从亚里士多德的地心说,到哥白尼的日心说,到牛顿的经典力学,到爱因斯坦的相对论,到量子力学,到现代的宇宙学,我们对宇宙的认识,一直在不断地变化,不断地深入。

曾经,我们以为地球是宇宙的中心,所有的天体都绕着地球转,后来我们发现错了,地球只是绕着太阳转的一颗行星。曾经,我们以为时间和空间是绝对的,牛顿力学是宇宙的终极真理,后来我们发现错了,时间和空间是相对的,牛顿力学只是在宏观低速下的近似,在高速和强引力下需要用相对论。曾经,我们以为世界是决定论的,只要知道了初始条件,就能预测未来的一切,后来我们发现错了,量子世界是概率性的,不确定性原理是宇宙的基本规律。

每一次新的理论,都不是完全推翻旧的理论,而是把旧的理论作为一种近似,包含在新的理论里。牛顿力学在宏观低速下是对的,相对论在高速和强引力下更准确,但是在宏观低速下,相对论的结果和牛顿力学几乎一样,所以我们平时还是用牛顿力学,因为它更简单。量子力学在微观尺度下是对的,但是在宏观尺度下,量子效应可以忽略,经典力学就够用了。

所以,科学不是绝对真理,而是我们目前对宇宙最好的描述,它会不断地发展,不断地修正,不断地接近真理,但是可能永远也达不到终极真理。今天我们认为是对的理论,明天可能就会被新的理论修正或者取代,这是科学发展的正常过程,也是科学的魅力所在。

这个认识让我明白,我们不能迷信任何理论,包括科学理论,要保持怀疑和批判的精神,也要保持开放的心态,接受新的理论和新的发现。同时,我们也要尊重科学,因为科学是目前人类认识世界最可靠的方法,它虽然不完美,但是它在不断地进步,不断地让我们更真实地认识这个世界。

5. 对未知的好奇和探索,是人类最宝贵的品质

读完这本书,我最深的感受之一,就是人类对未知的好奇和探索精神,是多么的宝贵。正是因为有了这种精神,我们才从蒙昧走向文明,才从对宇宙的一无所知,到现在对宇宙有了这么多的认识。

你想想,几万年前,我们的祖先还在山洞里,对宇宙一无所知,对打雷、闪电、日食、月食都充满了恐惧,以为是神在发怒。但是就是从那个时候开始,人类就没有停止过对天空的仰望,对未知的好奇,我们想知道天上的星星是什么,想知道太阳为什么会升起落下,想知道宇宙是怎么来的,想知道我们从哪里来,要到哪里去。

正是这种好奇和探索,让我们发明了天文学,发明了望远镜,让我们看得越来越远;让我们发明了物理学,发明了数学,让我们能理解宇宙的规律;让我们发射了卫星,登上了月球,发射了探测器,去探索太阳系的其他行星;让我们建立了相对论、量子力学、宇宙学,去理解宇宙的起源和本质。

虽然我们现在对宇宙还有很多未知,还有很多问题没有答案,比如大爆炸之前是什么?黑洞里面是什么?暗物质和暗能量是什么?有没有外星生命?有没有万有理论?等等,但是我们一直在探索,一直在进步,我们对宇宙的认识,比一百年前深了很多,比一千年前深了更多,比一万年前简直是天壤之别。

这种对未知的好奇和探索,不仅仅是科学家的事,也是我们每个人都应该有的品质。不管我们从事什么工作,不管我们的学历高低,都应该保持对世界的好奇,保持学习的热情,多问几个为什么,多去了解一些我们不知道的东西。这样,我们的生活才会更有趣,我们的人生才会更有意义。

三、给想读这本书的朋友的建议

最后,给想读这本书的朋友几点建议:

第一,不要被难度吓到。这本书虽然是科普书,但是还是有一定难度的,特别是相对论、量子力学、黑洞这些部分,第一次读可能会觉得看不懂,很正常。不要因为看不懂就放弃,可以先读一遍,有个大概的印象,然后过一段时间再读第二遍,你会发现很多第一遍看不懂的地方,第二遍就懂了。好书都是值得反复读的,每读一遍都会有新的收获。

第二,不用纠结于公式和细节。这本书里几乎没有什么公式,霍金尽量用文字来描述,但是还是有一些概念比较抽象,不用去纠结每个细节,不用去搞懂每个理论的数学推导,重点是理解大概的思想和结论,理解这些理论对我们认识宇宙的意义。毕竟这是科普书,不是教材,不需要考试,读懂大概意思,有收获就够了。

第三,可以配合一些视频或者其他资料一起读。如果觉得读书太枯燥,可以找一些相关的科普视频来看,比如霍金的纪录片《与霍金一起了解宇宙》,还有很多关于宇宙、相对论、黑洞的科普视频,配合着看,会更容易理解,也更有趣。

第四,读完之后要多思考。这本书不仅仅是讲物理知识,更重要的是它会引发你对宇宙、对时间、对人类自身的思考,读完之后,多想想这些问题,你会有很多收获。哪怕你最后忘了书里讲的具体理论,但是这些思考带来的观念上的改变,会一直影响你。

四、写在最后

《时间简史》读完,我最大的收获是这些。

总的来说,《时间简史》是一本非常值得读的书,它不仅仅是一本科普书,更是一本能改变你世界观的书。读完之后,你会对宇宙、对时间、对人类自身有全新的认识,你会变得更加谦虚,因为你知道人类在宇宙中是多么渺小;你也会变得更加自信,因为你知道人类可以用智慧去理解整个宇宙;你会更加珍惜时间,因为你知道时间不是永恒的,它有起点,也可能有终点;你会更加保持好奇,因为你知道宇宙还有那么多未知等着我们去探索。

如果你还没有读过这本书,我强烈推荐你读一读,它可能不会让你马上成为物理学家,也不会让你马上涨工资,但是它会让你对这个世界有全新的认识,会让你的视野变得更开阔,会让你的人生变得更有深度。

最后用霍金的一句话结尾:"我们只是一个普通恒星的一颗小行星上的猴子,但是我们能够理解宇宙。这使我们非常特别。"愿我们都能保持对宇宙的好奇,保持对知识的渴望,在有限的生命里,去探索无限的宇宙,活出属于自己的精彩。