宇宙的终极理论之梦

我是什么时候对宇宙产生兴趣的呢?萌芽大概是初中的时候同学们之间流行的一些盗版数据,什么未解之谜之类的。里面提到了时空穿梭悖论(印象中是这样的),第一次对宇宙有了一个模糊的概念,以前从来没有想过这个东西。说起来我们那时候真的没办法和现在的孩子比,我女儿六岁就知道太阳系、太阳风暴、宇宙大爆炸之类的概念。

可以说那时候我们除了课本上的知识,能接触的其他信息大概就只有电视中的动物世界(很多人可能无法想象,当时家中没有装有线,电视用的复古天线,仅能收到一个电视台)。所以,当时就觉得这类东西好神秘啊,以至于让我很长一段时间都觉得宇宙、时空之类的东西是非常非常难以理解的东西,碰都不敢碰的那种。

后来因为喜欢看书,也看过一些科幻书,都是比较古早一些的,比如凡尔纳的《海底二万里》、《八十天环游世界》和乔治威尔斯的《时间机器》之类的,没有太多宏大的描述,所以也不会引起对探索宇宙的兴趣。偶尔在想人生的意义的时候,也会思索一下宇宙到底是什么,到底有什么,但也不会太深入去想。

那么什么时候真正对宇宙产生浓厚的兴趣的呢?其实就是在大刘得了雨果奖之后,《三体》一下子就火出了圈。我某一天在等火车的时候,跟风买了一本。

然后,我就感觉被打开了新世界的大门,当三体星人的部分面貌被慢慢揭露出来时,我心中的震惊无以言语。这就是科幻吗?

我一口气买来了三体三部曲,看完之后,我就有种它满足了我对有关科幻宇宙的所有幻想。然后,那种对宇宙的探索欲望开始爆炸。

我又买了很多科幻小说,如阿西莫夫的《银河帝国》、克拉克的《太空漫游》,甚至更早的威廉·吉布森的《神经漫游者》系列等。

但这很快就无法满足那莫名的探索欲了,我又买来了一批科普书籍,卡尔萨根的《宇宙》、伽莫夫的《从一到无穷大》、伽利略的《对话》、霍金的《时间简史》、《大设计》、《果壳中的宇宙》、约翰格里宾的《寻找薛定谔的猫》等等等等。

当然也包括我接下来要看和记录的布莱恩的《宇宙的琴弦》这本书。

之前我硬着头皮看了好几本,怎么说呢,有一大部分内容对我来说都有些难以完全理解,看过去就是似懂非懂的感觉。也因此很多内容很快就忘记了,印象深刻的大概就是莫比乌斯环和光也无法逃逸的黑洞了。

因为无法弄得太懂,所以渐渐地兴趣就淡了。这些书也尘封了好长时间。最近我又拾起了读书计划,决定这类的书籍也要重新捡起来。扫视了一圈书架上的科普类藏书,决定从这本开始!


目前已经看完了第一章。

第一章的内容,主要是从现代物理学的的两大支柱相对论和量子力学的矛盾引出超弦理论(弦理论)。PS:这本书就是科普超弦理论的书。

相对论是研究大而重的,如天体星系;量子力学是研究小而轻的,原子和他的组成部分。

这两种理论放在一起就水火不容,无法统一。

而很多物理学家包括爱因斯坦都有一个终极理论之梦,觉得宇宙应该有一个统一的理论去解释这个宇宙的。甚至有还原论派认为生命和宇宙奇迹不过是循着物理学定律规定的舞步不停舞动着的微观粒子的反映。

而弦理论就是要把所有的自然力所有的物质统一的物理学理论。目前来说还是未能证明的一个理论,但为解释这个宇宙提供了一个框架。如果弦理论被证明了是终极理论,那么就像爱因斯坦的空间理论一样是人类一次颠覆性的认知。

弦理论的基本思想:粒子不是点状的粒子,而是由一维的小环构成的。每个粒子都像一根无限纤细的橡皮筋,一根震荡跳动的丝线。粒子不同的性质是弦不同震动方式的反映。(震动的弦只是一个便于理解的比喻。按照弦理论,夸克、电子、中微子都是由一种基本“物质”(震动的弦)组成的。)

最后补充一下,第一章中提到的知识点。

1.狭义相对论推翻了我们对空间和时间的认识。空间不再是牢固不变的普适概念,任何人都一样去经历。相反,空间的形式和表现依赖于运动状态。

2.狭义相对论有个结论,任何物体(包括任何形式的影响和干扰)都不可能跑得比光快。但牛顿的引力理论牵涉到瞬时通过巨大空间距离的作用(比如距离单位巨大的天体之间的引力作用)。爱因斯坦又在狭义相对论的基础上提出的广义相对论解决了这个矛盾。

3.广义相对论中,空间和时间不仅受运动状态的影响,在物质和能量出现时,还会发生弯曲。空间和时间结构的这种扭曲将引力作用从一个地方传到另一个地方。

4.弦理论认为宇宙的喂熟比我们眼睛看到的更多——其他维都仅仅地卷缩在宇宙褶皱的结构中。

5.早在古希腊时期,人们就猜想宇宙的物质是由一些他们叫原子的“不可分割”的原料构成。(在同一时期,墨子也提到过类似的学说,“非半弗斫,则不动,说在端”,这个端就是不可再分割的单元。可惜中国后来的发展,墨家退出了历史的舞台,中国的科学也几乎没有太大的发展了。不得不让人觉得可惜。)

6.19世纪,科学家发现许多熟悉的物质都有一种可以识别的最小的组成单元,遵照古希腊人的传统,他们称它为原子。然而,历史证明那是一个误会,那些原子是“可以分割的”。

7.20世纪30年代初,JJ汤姆逊、卢瑟福、波尔和查德威克建立了院子的太阳系模型。原子有一个包含着质子和中子的核,核外还绕着一群旋转的电子。

8.1968年,斯坦福直线加速中心发现了更小的粒子夸克(盖尔曼从乔伊斯《芬尼根守夜人》里找来的)。

9.最初的研究:夸克氛围上夸克和下夸克。质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子由两个下夸克和一个上夸克组成。

10.20世纪50年代中期,雷恩和柯万发现了第四种基本粒子——中微子(泡利早在20世纪30年代初九预言过。)。中微子像幽灵一样,能穿透几百亿千米厚的铅,运动几乎不受影响。

11.20世纪30年代末,物理学家发现μ子。后来又发现另外四种夸克:粲、奇、底和顶。更重的电子兄弟,τ;μ中微子和τ中微子。这些粒子在高能碰撞中产生,不过是昙花一现,每一个这样的粒子都有一个反粒子(质量相同,在其他方面相反)(反物质)。物质和反物质接触时,会相互湮灭,生成纯粹的能量。

12.三族基本粒子:(1)电子、电子中微子、上夸克、下夸克;(2)μ子、μ中微子、粲夸克、奇夸克;(3)τ轻子、τ中微子、顶夸克、底夸克;我们目前为止所遇见的每一样食物,都是由这三族粒子和它们的反物质伙伴组合成的粒子构成的。

13.四种基本力:引力、电磁力、弱力、强力。强力和弱力是作用在原子核中的力。强力将夸克“胶结”在质子和中子内部,把质子和中指紧紧捆在一起塞进原子核。弱力最为人所熟悉的作用是物质的放射性衰变。

14.在微观层次上,所有的力都关联着一个粒子(可以想象成最小的力元)。电磁力——光子;强力——胶子;弱力——弱规范玻色子;引力——引力子(待证明)。

15.所有的力由某种“荷”来决定。如质量决定引力如何对粒子产生作用;电荷决定电磁力如何发生影响。强荷对应强力,弱荷对应弱力。

16.电磁斥力比引力强1042倍。现实中电磁力相互抵消(吸引或排斥),而引力总是相互吸引。引力极端微弱(地球这么大的质量对一块铁块的引力远比一小块磁铁的电磁力)。强力比电磁力强100倍,比弱力强10万倍。

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