与理论物理学的第二次邂逅
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《生活大爆炸》这部美剧很火,里面的谢尔顿也很火,记忆最深就是谢尔顿各种看不起霍华德,除了霍华德是个工程师以外,谢尔顿也看不上其他学科。原来谢尔顿是研究理论物理的,而且是理论物理中的弦理论、暗物质这些前沿,无怪乎他最崇拜的是霍金。
这次看霍金的三部曲中的《果壳中的宇宙》,确实让我感受到了理论物理学的力量。通过原本未曾可知的物质甚至粒子,探及其相互作用和运动规律,用科学的方式去拨开宇宙的奥秘。难怪费曼不能接受哲学和文学,实证主义的思维是不好随意志推测的。
这本书虽是科普书籍,但没有理论基础确实读来困难,尤其是前两章,不打好基础,只能算是把字看完。阅读前两章让我接触了不少物理学经典的理论和实验,这让人收获颇丰,后五章,在前两章的基础上发芽,在数据的基础上推测过去,预约未来,这着实看到了物理学的力量!物理学确实一门很深但很有意思的学科。
附上阅读过程(己用)
《果壳中的宇宙》
第一章相对论简史,27页。借助知乎、百度,看了两遍,才看懂了爱因斯坦的相对论,才看懂了书本这部分的内容。这足以说明,没有书是看不懂的,看不懂只能说明自己知识储备还不够。
这个部分主要是围绕爱因斯坦相对论理论的提出而行文,从前人的“以太”开始,记录了爱因斯坦的思考过程,提出了:“以太”的多余——(狭义的相对论)光速不变——时间膨胀“孪生子佯谬”——质能方程式与原子弹的出现——引力实为时空弯曲(广义的相对论)——时间的开始与终结,黑洞——量子力学。
难怪哈维要盗走爱因斯坦的大脑,这么复杂的思维究竟是怎么产生的?
《果壳中的宇宙》28-65。时间有没有开端,有没有终结?这涉及到奇点的概念:时间的开端与终结。有没有奇点,是科学家讨论的关键。
霍金在广义相对论的基础上,建立数学模型,提出时间是梨形的,也就意味着存在奇点,时间有开端。
但奇点这样微观尺度的研究还要考虑到量子引力。这个部分理不清楚,可能补充《时间简史》会有好处。试图列出已理解的:1.借助卡西米尔效应论证量子引力是存在的;2.“量子”与“引力”的不相容,产生了弦理论,一路争议与补充;3.为了更好的解释量子理论在时间、空间上的表现,引入了虚时间概念(结论不懂);4.黑洞熵公式。
《果壳中的宇宙》69-129
第三章:果壳中的宇宙
在前两章的理论基础上,霍金从虚时间的角度去预言宇宙的发展变化。
1.结合天文学的星系观测和奥伯斯佯谬,指出宇宙并非静态。
2.结合20世纪20年代,史里弗和哈勃对星系红移的观测,发现了宇宙正在膨胀的事实。
1和2再度证明了宇宙大爆炸奇点的可信,但仍企图借助科学定律摆脱上帝的摆弄。
3.因此,结合费曼的多重历史思想,霍金从虚时间角度推测我们存在的这个历史的发展:认为我们的宇宙要么以大挤压的形式终结,要么燃料耗尽,恒星一颗一颗熄灭,陷入永久的寒冷。不管哪种方式,这至少在好几十亿年后。
再次审视标题:“果壳中的宇宙”,其表层含义便是作者从虚时间角度来预言实时间中的宇宙。而此说法来自于哈姆雷特独白台词,可以说是引用得恰到好处了。将哈姆雷特自比,也能感受到作者对理论物理学的自豪。
第四章:预测未来
本章较好理解,作者提出拉普拉斯科学宿命论,认为量子力学有助于预测未来。
为了解决量子的不确定性原理,量子力学利用波函数和薛定谔方程来计算粒子位置和速度的概率,为预测未来提供了方法。
但这种计算方法只在遇到特殊情况时失效——黑洞。被黑洞吸附的波函数信息即便最终被辐射出来,也丢失了信息。这与p-膜模型中信息再次跑出的推测形成了未解决的争议。但理论物理学无疑能比占星术更科学的预测未来。
《果壳中的宇宙》132-199
时间旅行,换句话说穿越,可能吗?霍金告诉我们概率取向零,即1/1(一万亿亿亿亿亿亿亿个)0。
——实序防卫猜想:物理定律协同防止宏观物体的时间旅行。
人类的未来如何?DNA序列的潜在优化和计算机穆尔定律的推算,使得生物和电子生命都将不断加速发展,在下一个千年末,将会发生质的变化。
借助大的额外维的假想,霍金认为我们也许生活在一个膜世界中,外面可能是绝对的无,又或者就像沸腾的水。