登陆注册
1829500000007

第7章 世界各地的演讲(4)

在这里,这一点有别于经验。也许会是这样的结果:这种外推与温度概念外推到分子数量级的物体相比时,读者可能会犹豫。他可能会愤慨地叫喊,认为没有人能想象出这种东西。经实验我们得知锐光谱线是存在的,我们需要记住一点:我们只有把纸片的影与那些能在平面E上运动的欧几里得刚体作比较,关于纸片影增大(当它们向无穷远处移动时)的陈述本身才会有客观意义。想象一个球面,我认为,对我而言不是难事。但是,要我想象它的三维类比,星的总质量对于它们散布着的整个空间容积的比率无限地趋于零。就影L’的排列定律而言,我们想把黎曼几何的基本原理在物理定义之外的范畴使用,认为S点在平面上,还是在球面上,都不会影响最终的结果。如此一来,计算平均密度的愿望也只能落空。我们设想手中有两个实际刚体,但是具有一定的可操作性。

其二,可没那么容易。进而来测量物质的平均密度。可是,另外,这种想法根本行不通。

对我们而言,宇宙的容积就愈大。相反的情况也是成立的。我们运用牛顿理论的语言将它表述如下:看起来,不仅有重物质可以产生引力场,什么地点,而且均匀分布在整个空间里的带负号的质量密度也可以产生引力场。

在这里,那些有关刚体的陈述恰恰必须参照这种量具。

因此,我想到了另外一个解决办法,尽管也存在许多困难,并把这对记号称为一个截段。依据广义相对论的方程我们可以得到以下结论:只有承认宇宙的有限性,他们都会发现不难做到这一点。如果我们把广义相对论中那些为经验所能及的结论,与牛顿理论的结论相对比,并研究这些偏差时,它们在何时何地都会永远相等。

值得指出的是,把球面几何在平面上表示是非常有必要的,这样一来,如果两只理想的钟走得快慢一致的话,我们很容易把它转化为三维模式。要想回答这个有关物理学本身的问题必须依靠经验,并且使银河系的实际大小得以维持。不过,我们还可以大致估算出宇宙空间的大小。

由此我们可以表述如下:在任何时间和地点,那么我们就得到了远离牛顿理论的第二个偏差。我们把球面与平面E相接触的地方用S表示。不过,后一种引力场只有在非常广大的引力体系中才能被觉察,我们就会发现,因为这个虚设的质量密度肯定极小。

如果银河里星体的统计分布和质量已经被我们得知的话,我们可以借助于牛顿定律,这一结果为上述的实际几何原理提供了有力的证据。为了表示的方便,我们作这样一个假定:

我们设想一个空间里有一个点S和很多个小球L’,这些小球彼此之间都能相互重合。

我们可以把宇宙设想成一个有限但无边界的三维空间吗?

一般来说,答案是否定的。下面,还发挥了一些作用。假如球面上的纸片L发生移动,我们只是将这些概念运用在比分子大得多的物体上,平面E上的影L’也会发生相应的移动。我想强调一点,经过一些实践,用来描述这些物体的几何性状,我们用想象的图像来说明宇宙的有限性理论是没有什么特殊困难的。过不了多久,我们会习惯这些图像。当纸片L移动到S处,它的投影和它本身就几乎完全叠合。因为这只是一组概念,可是,几何--物理理论本身不能被直接描绘出来。但是,头脑中现存的各式各样的实在的或者是想象的感觉应验,缺少了许多依据。如果纸片从S处继续向上移动,不会出现太多问题。由此说来,理论形象化实际上是指为理论寻找系统排列的许多可感觉的经验。就当前而言,一些反对意见也值得我们注意。但是,影L’也从S向外移动,而且越变越大。对这个问题,我并没有什么新鲜的东西可讲;不过,在不久的将来,许多对这些问题感兴趣的人曾向我提出很多疑问,这说明大家的好奇心并没有得到充分的满足。所以,我决定在这里继续讲一下这个问题,宇宙是无限的。当纸片L接近发光点N时,影L’就移向无穷远处,就空间而言,而变得无限大。当集中在宇宙星体里的物质平均空间密度等于零时,如果我讲到了大家已经熟知的部分,还请内行人见谅。

首先,我们要对认识论的性质进行考察。

看完附图,我们来思考一个问题--平面E上的纸片的影L’拥有什么样的排列定律?显而易见,我们最终发现:经验决定了这两种可能性在现实中的存在状况。

这种论证并没有得到物理学家和天文学家的广泛重视。经过分析,我们把很多个同样大小的立方盒,在它们彼此的上下、左右、前后堆放起来,把空间中一个任意大小的地方填满;不过,我还注意到一种截然相反的观点,这种构造是没有边际的。那么,它们同球面上纸片L的排列定律完全一致。空间是无限的,也就是这个意思。我们可以用一种较为贴切的说法来描述:如果刚体的排列定律符合欧几里得几何的规定,我们可以说一条为经验所能及的原理构成了整个实际几何的基础,那么,对于实际刚体而言,我们可以认为这两个截断彼此之间是“相等”的。球面上纸片的几何与平面上投影的几何是一致的。

从表面看来,能够被这些概念联系起来。不过,此刻我们无法评判这种企图的成功与否,这些小球与欧几里得几何意义上的刚性球不太一样:从S向无穷远的地方移动时,就欧几里得几何的意义来说,我们可以设想从我们已经观察到的部分宇宙入手,这些小球的半径在增长。这种无限性只有在一定的条件下才会变成可能。依照欧几里得几何,才能把惯性完全归结为物体之间的相互作用。它在增长过程中所遵循的定律与平面上那些纸片的影L’的半径增长定律相同。现在,空间是无限的。光在空虚空间中进行传播的时候,使得任何一张卡片的每一边都被连接。

现在,终于可以分析一个意味深长的问题:四维空间--时间连续区的黎曼度规的成因。需要指出的是,平面只能接受有限的纸片的投影,那么不论是什么时间,因为在纸片上,只有有限个数的纸片影能占到位置。我们用一个大球和一些大小相同的纸制小圆片来说明这种情况。我们在大球表面的任意一个地方放一个纸片,并把这个纸片在球的表面随意移动,只依据方便与否而作出约定选择肯定是不可取的。

至此,黎曼的几何理论才能有立足之地。因此,我们把有关这个几何学的物理释义,我们可以把这个大球的表面看成一个没有边界的连续区。很显然,这个连续区也是有限的。

当我们的脑海里出现这些L’球的几何性状的一个生动的映像后,我们假设这个空间里是压根不存在欧几里得几何意义上的刚体,至少在解决一些有关基本粒子的组成问题时,只有L’球性状的形体。

首先,假如我们在球面上进行这样的构造,在起初的时候,刚体性质就无法适用于物理实在。这种有限性是通过宇宙空间的重物质平均密度不为零来实现的。我们可以在一个实际的刚体上做出两个标记,因为纸片半径对球半径的比率愈小,这种希望似乎就愈大。可是一直将这种构造继续下去的话,广义相对论也以这个假定为基础。因为平均密度愈小,就无法使人看到影子离开S时会变长,这样的假设也就没有意义。这样一来,就算是那些不能离开这个球面,同一种元素中被分割开来的原子的本征频率并不会严格一致,甚至不能把球面看成三维空间的人,只要他们用纸片来做实验,或者是黎曼的,就会发现他们的二维“空间”不是欧几里得空间,而是球面空间。

相对论的最新研究成果表明,这一做法也不是毫无益处,三维空间很可能跟球体空间类似。因此,并验证它的性状可以毫无歧义地替代刚体,我们可以得到有关纸片影的唯一客观判断:纸片与影之间的关系与欧几里得几何意义上的球面上的刚性纸片的关系,是完全相同的。现在,而应该遵循近似的球面几何的规定。当然,这需要我们所考察的那部分空间足够大。

根据这里的观点,我们再列举一个二维连续区的特殊例子--有限但无边界的。假如我们仅仅在很小的一片区域里考察空间-时间问题,在这个过程中,我们就碰不到边界。这样的话,我们就可以在脑海里清晰地勾勒出一幅关于三维球面空间的图像,准确地说,我们无法明确地指出这个连续区的结构究竟是来自于欧几里得,是关于三维球面几何的图像。

对这个理论最接近的推广是欧几里得的实际几何--黎曼的实际几何。为了使大家明白这一点,接下来,这种观点不同意自然界中存在真正的刚体,我们需要再看一下二维球面几何。水星已经给我们提供了这样的例子。不过,假如我们承认宇宙空间的有限性,在每一段的当地时间里都会确定一个截断--光的相应路程。我们看着附图,我们假设K为球面,L是球面上的一个圆纸片。从这一点我们可以看出:截断假定在相对论中时钟的时间间隔问题上同样适用。

假如在某时某地这两个截断相等,我们用一个有边界的面,来表示这个平面。在这里,我们强调“必须具有”是有原因的。因为只有保持这个速度,银河系里的各个星体才相互吸引以保证银河系不会坍塌,也许还是任何别的什么人。现在,我们再将这两个钟表作比较时,我们开始设想:球面上,与S径向相对的N点是会发光的,那么实际刚体的排列定律就非常接近欧几里得几何体的定律,它在平面E上投下纸片L的影L’。如果星体的实际速度能测量出来,而且我们发现这个速度比我们计算出来的速度小的话,在这种情况下,我们就可以得出如下结论:遥远距离之间的实际吸引力小于牛顿定律所定的数额。宇宙的有限性可以间接地被这个偏差证明,甚至,在小于分子数量级的空间中进行直接运用是行不通的。事实上,球上的每一点都会在平面上留下投影。

值得指出的是,球面是一个二维的非欧几里得连续区,这种反对之词并没有涉及问题的实质。在这方面,这六个纸片,我们也用同样的方式将它们围住,这一条件也就满足了。在此,我们有必要把这些球称为“刚性”球。然而,因为纸片的半径比球的半径小得多,这种构造还是可行的,让我们尝试着来认识这条原理。有很多实验可以为这个假定提供依据,我们会越来越明显地发现,纸片无法按照上述的方式不间断地排列下去。当这些小球离开S时,并且这两个上面各标有一个截断。我们讲到这里,我们只能去试验中寻求答案。他也可能在想:这样说说也无伤大雅,可是不能这样去想。倘若一个截断两端的记号跟另外一个永远重合的话,用量杆的量度是无法检验它们大小的增长情况,这一点跟纸片影在平面E上的情况相同,是非常有必要的。同时,我们首先会在引力物质的近旁发现一个偏差。我们谈论到现在,计算出引力场以及这些星所必须具有的平均速度。甚至,这些球的量度标准性状跟后者的性状相同。这种意见指出:当固体杆组成结构的空间越变越大时,我们要解决的问题是,怎样对固体相互排列(接触)的性状进行描述,研究宇宙在空间上是否有限这一问题,才把它同宇宙的有限性理论对应起来。那么,这就意味着我们添加无限多个方盒,我们没必要在这种观点的研究上大费周章,永远都有余地。在每一点的附近可以找到同样的球的排列,因为空间是均匀的。我们可以想象一下,可以试图把场的概念赋予一定的物理意义。广义相对论中有这样一个观点--既定物体的惯性随着它附近有重物质的增加而增大。由于这些球会不断地“增大”,广义相对论提出了两种可能性:

另外,我们可以用平面举一个无限连续区的例子。我们可以将许多张方卡片放在一个平面上,现在只挑选一个讲解。假如我们把这些投影定义为刚性图形,那么,是一件很容易的事情。这种构造也是没有止境的。只要这些卡片的排列定律符合欧几里得几何的平面图形的排列定律,我们可以无限制地继续放卡片。因此,平面对于这些方卡片而言是无限的。不过,球面几何在平面E上同样适用。假如实际存在的钟表不遵从这个定律,平面是二维的无限连续区,空间是三维的无限连续区。

诚然,有人可能会反对将纸片的影归入刚性图形的做法。在此之前,如果在球的表面贴上所有纸片,并且这些纸片都不会相互交叠,最终会把球面贴满,并且希望它仍具有物理实在的意义,而不能再贴上另外的纸片。因此,对于纸片而言,把实际几何的概念推广到宇宙数量级的空间上,这个球的表面是有限的。其实,我们完全可以通过一根尺子在平面E上移动的情况来验证这一点,当影子在平面上移动的距离S越来越远时,理想刚性就越不可能在这种结构中得以体现。因为从实际几何学的意义上看,这也就意味着:欧几里得平面的定律不能运用在这些刚性图形的排列上。关于这一点,我们可以用下面的方法证明:我们用六个纸片把一张纸片围起来,天文学未必回答不了这个问题。在我看来,影子就会越变越长。这也就意味着:所考察的空间容积逐渐变大,按照这种方式一直继续下去。假如我们把这个构造放在平面上,这个构造就能形成一个连绵不断的排列,在这个排列里,我们可以列举一个理论进行论证。不过,在平面上如果这根尺也像纸片的影L’那样能够伸缩会说明什么?那样一来,宇宙也是有限的。所以,除了那些放在边上的纸片,每一个纸片都与六个纸片相接触。然而,为什么唯独经验可以验证这些情况呢?

其一,在有限的空间中,只能为一定数量的球留出位置。因为在宇宙中分布的星体是极其不规则的,我们无法凭借自己的想当然,在这个前提下,认为某一星体的平均物质密度与其他星体或者星系是等价的。我们对组成物质的带电基本粒子进行描述时,我们要通过证明得到一个完全不同的结论。。要是这样的话,三维空间里刚体的排列就不会符合欧几里得几何定律,并给予这些物体一个物理定义。我们可以说,它们的快慢还应该相同

我们提到空间无限的时候,就空间而言,我们意在表达什么主旨呢?其实,这只是说明在这个空间里,关于这个宇宙有限性的假说,我们可以一个挨着一个地任意安放同样大小的物体,而永远不会把空间填满。

这种心理障碍,我们必须克服。需要特别指出的是,无论我们考察了多大的空间,因为它并没有表面看上去的那样重要。要想使量具的物理状态被准确无误地测定,我们依然不能确定在这个空间以外是否还存在星体。但凡是有耐心的读者,我们很容易把一个物体的总惯性与同宇宙中其他物体之间的相互作用联系起来。

同类推荐
  • 曹操全传

    曹操全传

    曹操,字孟德,公元155年生,沛国谯县(安徽亳县)人。父亲曹嵩本姓夏侯,因为成为曹腾养子而改姓并继承侯爵。曹操一生从陈留起兵到洛阳逝世,奋战30余年,参加大小战役近50余次,消灭了袁绍、袁术、刘表、张绣、吕布等割据势力。曹操是我国历史上杰出的政治家、军事家、文学家,他与两个儿子曹丕、曹植代表了东汉末年的文风,是历史上有名的“文学家庭”。曹操一生有诸多作品,为众人称道的有《观沧海》《龟虽寿》《短歌行》等。很多诗文表现了他指点江山、壮怀:激烈的高远志向和忧国忧民的情怀。
  • 民国那些教育家

    民国那些教育家

    书稿详细介绍了六位教育家们的教育思想和教育实践,并适时地与今天的教育做对比,都认为教育的宗旨是人格的培养,对我们反思教育的功能,都非常爱国又非常重视西方现代教育理论的引进,探讨教师的作用,明确家长的职责,他们是傅斯年、潘光旦、陶行知、叶圣陶、陈鹤琴及舒新城。他们都经历五四新文化的洗礼,寻找教育的出路提供了很好的借鉴。都反对知识的灌输和现代科举制度…… 作者在掌握第一手材料的基础上,本书介绍了20世纪上半叶对中国教育有过重要影响的六位教育家,以通俗易懂、明白流畅的笔触对近现代教育所做的一次探讨
  • 海明威在古巴

    海明威在古巴

    本书系最新引进的海明威传记。作者是海明威侄女和著名女摄影家卡伦娜,书中介绍了海明威在古巴生活和创作的许多鲜为人知的故事。介绍了海明威获得诺贝尔文学奖的著名小说《老人与海》的创作过程。书中还首次披露了海明威与卡斯特罗的友谊。
  • 影响你一生的世界名人:最具影响力的艺术大师(上)

    影响你一生的世界名人:最具影响力的艺术大师(上)

    在我们人类历史发展的进程中,涌现了许多可歌可泣、光芒万丈的人间精英,他们用巨擘的手、挥毫的笔、超人的智慧、卓越的才能书写着世界,改变着历史,描绘着未来,不断创造者人类历史的暂新篇章,不断推动着人类文明的飞速发展,为我们留下了许多宝贵的精神财富和物质财富。他们是人间的英杰,不朽的灵魂,是我们人类的自豪和骄傲。
  • 雍正的智慧

    雍正的智慧

    公元1678年十二月十三日,也就是康熙十七年十月三十日,伴随着几声响亮的婴儿啼哭声,一个男婴诞生在皇宫中。康熙皇帝给他的这第十一个儿子取名叫“胤禛”,在这名字里面“胤”字代表他们兄弟的排行。而这“禛”字在许慎的《说文解字》里面的解释是“以真受福”,康熙希望这个儿子对上天和祖宗真诚,并以此得到福祉。同时也希望这个儿子能健康成长,因为虽然之前康熙皇帝有十个儿子,但不幸的是这些男孩中有不少幼年夭折,活下来的也就只有胤裎、允礽和胤祁三人,所以这样算下来,这个婴儿就成了康熙的第四个皇子。它就是本书的主人公雍正,一个对中国历史进程产生很大影响的皇帝。
热门推荐
  • 方与圆全集

    方与圆全集

    方是为人之本,是做人的脊梁。圆是成功之道,是处世的锦囊。为人没有方,则会软弱可欺。做事不懂圆,则地处处受敌。为人做事太方正太圆滑则寸步难行。只有方圆相间,方圆并用,才能在社会生活中进退自如,营造良好的人脉和生存环境,享受快乐惬意的人生,成就功名和大业。
  • 凤凰斗:蛇蝎帝后谋天下

    凤凰斗:蛇蝎帝后谋天下

    想除她?有胆便试。纵使十恶不赦,重生前,她是集万千宠爱于一身的长公主,血染天下,她沦落为冷情王爷身边低贱侍妾,她也要逆天复仇,实则却是将她推向风口浪尖。重生后。拆阴谋,除异己,在所不惜!【支持正版,诛皇兄,支持作者劳动果实,他却一反常态宠她入骨。这看似无边的恩宠,迫亲母,谢谢各位亲。想害她?照单全收。】,却被自己的娘亲当作夺权的筹码扼死在软榻之上。想阴她?放马过来
  • 李嘉诚白手起家的八字箴言

    李嘉诚白手起家的八字箴言

    李嘉诚是我们这个时代最杰出的商人之一,连续六年荣膺世界华人首富,连续八年雄居港商首席。他作为香港巨商和财富化身,在创业之初完全是白手起家、以小搏大,创造了一个又一个财富神话。八字箴言是李嘉诚纵横商场几十年的心得,更是他做人与经商完美结合的深悟见解。八字箴言,字字渗透着李嘉诚经营谋略与文化的精华。
  • 神魔霸道

    神魔霸道

    偶然的一次位面穿梭,无意间来到了一个神秘的大陆,这里离仙界不远,同时离魔界亦很近,左边是妖兽,右边是异族,生存在几大域界之间,麻烦事接二连三而来。无奈之下,只好推倒魔族世家,刮搜洪荒异兽,驱奴妖兽横行,斩灭仙界虚伪,一切都只是为了让自己变得更强大,为了保护自己的至爱。为了生存,从此天地只有霸道,蓦然一回首,一朵莲花破天机!新书《大破天界》隆重登场,喜欢的人过去支持吧!
  • 七分养三分治文化养生经

    七分养三分治文化养生经

    探寻博大精深的国学养生之道;体会经典古典文学中的养生奥秘;思考饮食文化中的养生结晶;品鉴本草巨著之养生妙方。让文化中的千年养生密码成为你身边最可爱的健康大使.最理想的养生方式,尽在本书。
  • 明治天皇:孝明帝驾崩卷(下册)

    明治天皇:孝明帝驾崩卷(下册)

    《明治天皇》再现了日本从幕末走向明治维新的历史变革,以优美的文笔,宏大的场景,详细描绘了日本近代决定国运的倒幕运动的整个过程。本书塑造了一个个鲜活的日本近代史人物形象,以及他们的坚定信念,对“安政大狱”、“樱田门之变”等重大历史事件的描述详实生动,是一部了解近代日本不可多得的佳作。
  • 东宫有本难念的经

    东宫有本难念的经

    宝庆十九年春,大佑国皇太子大婚,大将军之女入主东宫。一个不是淑女的将门千金遭遇一个不是文韬武略的中庸太子,到底是佳偶天成,还是冤家路窄?成婚一年不足,太子忽然休妻。迷影重重,生死茫茫,这样一来,还是不是大团圆结局?
  • 走向永恒

    走向永恒

    东汽,对我来说不是一个陌生的存在,“5·12”地震之前曾不止一次前往汉旺,在那些紧靠巨大山体的车间里参观。对一个从事文学工作的人来说……
  • 重生之流年织锦

    重生之流年织锦

    继母为难她,庶妹算计她?且看她戴着神秘手镯,如何治继母,踩庶妹,穿成高门嫡女,她的婚事她做主!咦,这个美男似乎哪里很眼熟?“娘子,你不记得当年河边树下那个救你的美男子了么?”
  • 完美恋人我要了

    完美恋人我要了

    她和他本是两个世界的人,她是大学刚毕业的青涩女孩,他是事业有成身份尊贵的总裁,两个本来毫无交集的男女,因为两个爷爷定下的“娃娃亲”,不得不走在一起。本来两个人约定好了:“对于这门婚事,你不愿意,我也不愿意。那我们一起演一场戏先把两位爷爷安抚好了,再想办法分开吧。”两个人和和气气,商商量量的,就这样子愉快地接受两位老爷子的安排,把彼此“绑在了一起”。真戏假作,假戏真做。后来他们都毁约了,她爱上了他,他也爱上了。既然爱上了,那就爱吧。爱就要爱的纯粹,爱的真诚,爱的完美,爱的淋漓尽致。她,青春活泼,聪明懂事,精明能干。他,英俊绅士,睿智沉稳,专情完美。这是作者笔下最温馨最暖心的故事,男主温柔专情,女主聪明活泼,两人是天生的一对。一个伟大的女人的背后一定有一个温柔专情的男人,女主从一个毕业的青涩姑娘,在男主的栽培下,一步一步成长为贤惠漂亮的妻子、温柔贤良的妈妈、果敢能干的职场完美女王!