宇宙的琴弦 8.9分
读书笔记 1
smile

如果说谁想把事实藏起来,那也太戏剧了。

当广义相对论与量子力学的方程结合时,会像一辆破车,摇晃,颠簸,丁零当啷,喷出一路的废气。话又说回来,宇宙在最基本的水平上就不会分离的吗?它需要拿一组定律来写大东西,而拿另一组不相容的定律去写小的。

我们大多数人都想当然地认为我们的宇宙有3个空间维,但在弦理论看到的更多——那些维都紧紧地卷缩在宇宙褶皱的结构中。从真正意义说,弦理论讲的就是自爱因斯坦以来的空间和时间。

实验家证明,夸克本身有两种,它们的名字不那么有创意,一个叫上,一个叫下。

宇宙之所以如此,是因为物质和作用粒子具有那样的性质。

还原主义者的哲学很容易激起争论。他们认为,生命和宇宙奇迹不过是循着物理学定律规定的舞步不停地舞动着的微观粒子的反映,很多人感到这种观点愚蠢而令人厌倦。难道我们快乐、忧愁和无聊的感觉真的就是发生在大脑里的化学反应吗?——真的是分子和原子间的反应吗?或者,更微观地说,真的是表1.1中的那些原本是振荡的弦的粒子之间的反应吗?宇宙如此丰富多彩,我们所谓的终极理论,决不是科学的终结。恰恰相反,发现T.O.E——在最微观水平上解释宇宙,而不需要任何更深层的理论来解释它自己——将为我们建立宇宙的新认识提供最坚实的基础。那发现将标志着一个开始,而不是结束。终极理论将为我们树立一座不朽的和谐的纪念碑,它让人们相信,宇宙是可以理解的。

宇宙的弦在其中不停歇地卷曲、振动,和谐地奏响宇宙的旋律。大自然基本组成的性质决不是偶然的,而是深刻地与时空结构交织在一起的。

整个宇宙空间必然随时间变化。就是说,宇宙的结构要么在扩张,要么在收缩。但绝不会静止不变。

物理学家盖莫夫曾经说过,大自然似乎喜欢喝酒,一喝就是一瓶,要么一滴也不喝,绝不会点点滴滴到天明。

我们会认识到,只有彻底改变自己的世界观,才能理解和接受那些性质。

我们曾经幻想一种万用的时钟,不论在地球、火星、木星还是在仙女座星系,它在宇宙的每一个角落都能以完全相同的节律,一分一秒地走下去,现在看来,这样的钟是不可能存在的。

两面平行镜子构成的光子钟,中间有一粒光子,光子每完成一次往返,钟就嘀嗒一声。

从实验室看,运动的μ子会比静止的活得更长,但它经历的生命的总和却是一样多的。这个结论当然也适用于那些高速运动的能活几百岁的人。在他们自己看来,生命如故。从我们看来,他们过着超慢节奏的生活,他们的一个普通生命周期要经历我们漫长的时间。

光不会变老,从大爆炸出来的光子在今天仍然是过去的样子。在光速下,没有时间流逝。E=mc2呢?尽管爱因斯坦没有宣扬他的理论是相对论,他叫的是不变性理论,指光速的不变性特征,我们现在还是明白了这个词的意思。爱因斯坦的研究证明,过去似乎是分离、绝对的空间和时间的概念,实际上是相互交织的,是相对的。他还接着证明,世上的其他物理性质也是出人意外地相互关联的。

爱因斯坦在广义相对论中,又一次革新了我们的空间和时间观念,证明它们是卷曲着的,而引力就是那卷曲的波澜。

引力太神秘了,尽管充满了无边的宇宙,却令人难以捉摸。

地球在绕着太阳的轨道上运行,是因为地球滚入了弯曲空间的一道沟谷。更准确地说,它走的是在太阳周围弯曲区域里阻力最小的路线。

大多数研究广义相对论的人都会醉心于它的美妙。在最基本的水平上,引力成为宇宙的主要部分,而勿需添加多余的结构,空间和时间卷曲着、褶皱着、激波荡漾着,活生生地表现着我们所说的引力。

爱因斯坦证明空间和时间有赖于质量和能量的存在。时空的扭曲影响着周围物体的运动。反过来,物体运动的具体方式通过它的质量和能量又进一步影响着时间的弯曲,而这弯曲又影响着物体的运动……宇宙的舞蹈就这样一直跳下去。

令他惊奇的是,当方程超越宇宙间的孤立系统(如恒星和围绕着它的行星、彗星),用于整个宇宙时,会得到一个惊人的结果:整个宇宙空间必然在随时间变化。就是说,宇宙的结构要么在拉伸,要么在收缩,但决不会静止不变。

假如空间结构在扩张,星系在宇宙的长河里越流越远,那么我们可以追溯到从前,去认识宇宙的源头。如果时间倒流,空间结构会收缩,所有的星系也将越走越近。收缩的空间像一口压力锅,把星系压缩在一堆。温度大大升高了,星星一颗颗破碎了,形成滚烫的一堆等离子体。

假如时间从今天的宇宙(约150亿年)往回走,就我们所知,宇宙会挤压得越来越小。构成万物的物质——不论地球上的汽车、房子、高楼大厦、高山大海,还是地球和月亮,不论土星、木星和其他行星,还是太阳和银河系的其他恒星;不论是仙女座的千亿颗星星,还是千亿个星河——都将被宇宙的大手捏成重重的一团。随着时间流向更远的过去,整个宇宙会缩得更小,仿佛一个橘子、一个柠檬、一粒豌豆或一粒沙,而且还将收缩下去。回到开始,宇宙似乎是一个点,所有的物质和能量都挤在这一点,谁也想象不出它的密度有多大,温度有多高。

不过,更令人惊讶的是,最近关于宇宙膨胀速率的详细研究表明,宇宙可能真的藏着一个宇宙学常数,虽然很小,却不是零。

从橘子到柠檬到沙粒,宇宙越缩越小——我们说的是宇宙的整体,不是宇宙中的某些东西。当时间回到起点,空间也不存在了,只有那点原初的火球。所以,大爆炸是压缩的空间的喷发,像浪潮那样,把物质和能量带到今天。

我们能肯定的只有一件事情,那就是,量子力学绝对地不容争辩地向我们证明了,我们熟悉的寻常世界的许多基本概念,在微观领域不再有任何意义。结果,我们必须极大地改变我们的语言和逻辑,以认识和说明原子和亚原子尺度的宇宙。

琴弦的振幅取决于我们用多大力量去拨弄它,拨得越重,为波动注入的能量就越大,而大能量带来大振幅。这是可以听到的,大振幅的声音更响亮。

爱因斯坦说过一句在物理学上鼎鼎大名的话,“上帝不会跟宇宙玩骰子。”在爱因斯坦看来,宇宙没有给靠机会实现的未来留下空间。物理学应该预言宇宙如何演化,而不仅是预言某个演化发生的可能性。但是,越来越多的实验证明,爱因斯坦错了。

费曼宣布,每个到达荧屏的电子实际上穿过了两条缝,这听起来是很疯狂的,但接下来还有更狂更野的事情。每一个电子,从源到荧屏上某一点,实际上同时经历了所有可能的路程。

一个电子怎么可能同时经历不同的路径——而且还是无限多个呢?我们应该允许大自然自己决定什么是合理的,什么是不合理的。正像费曼讲的,“量子力学描写的自然从常识看是荒唐的,但它完全符合实验。所以,我希望你们也能够那样接受她——自然本身就是荒唐的。”

所有路径在求和时会彼此抵消,最后只留下惟一的一条路径。就是说,在考虑大物体时,无限多的路径里只有一条是有意义的。

不论我们如何解释量子力学,从日常的立场看,它都不可否认地证明了,宇宙建立在一些奇怪的原则上。

我们从相对论和量子力学得到的教训是,当我们深入追寻宇宙的基本行为时,我们会遇到许多意料之外的事情。我们需要大胆提出深层次的问题,更需要巨大的勇气来适应和接受它们的答案。

我们应该允许大自然自己决定什么是合理的,什么是不合理的。正像费曼讲的,量子力学描写的自然从常识看是荒唐的,但它完全符合实验。所以,我希望你们也能够那样接受它——自然本来就是荒唐的。

不确定性原理告诉我们,当我们考察的距离越小,时间越短,宇宙会变得越疯狂。

每个时代都有一个转折点,都有一种新的认识和评判世界秩序的方法。我们这一代人也在惊讶我们自己的新宇宙观——我们认识世界秩序的新方法,实际上也在实现我们自己的价值,把我们搭成人类的阶梯,通向遥远的星辰。

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