时间和空间的茫茫大海

高中时候就该要读的一本书——《时间简史》,霍金的成名作,这本书最重要的贡献在于把物理学最前沿的发现和知识通过最通俗易懂的语言讲述出来了,其实很多知识以前也都知道,但更多是一知半解,读了这本书有了醍醐灌顶之感,这本可以进入19年藏书目录了。

被革命的时空观

经典的牛顿定律告诉我们物体的运动以及运动的时间能够精确地计算出来,但这只是我们每天习以为常的世界,但当研究尺度扩展到宇宙中来的时候发现其定律出现了偏差。研究这种偏差第一个重要的发现是光速对于任何观察者来说,他的速度是一样的,这就表示要达到这样的效果,对于不同速度的观察者,他们经历的时间必须不一样。

爱因斯坦随即又在广义相对论中提出了两个重要假设:1. 光在空间中沿着测地线传播,所以引力场会弯折光线。 2. 时间也受到引力影响,在地球这样的大质量物体附近,时间流失会显得稍微慢一点,只是这个误差一般感觉不到。

不断膨胀的宇宙

这几乎已经是事实了:宇宙将会以不断增加的速度膨胀下去,这个结论从星球的光谱红移和宇宙背景噪声的证据可以得到。宇宙是从一个紧缩的状态膨胀到今天的程度,忧伤的是当前宇宙可探明的物质的总量不及能够停止让其膨胀的十分之一,如果没有新的巨大物质或者能量的发现,我们是看不到三体中所说的宇宙的下个纪元的。

宇宙是从非常热的状态起始,并随着膨胀而冷却,在大爆炸后一秒,宇宙以各种粒子的形态出现,在第100秒,出现了核力,将质子和中子结合起来形成了氦核,也同时产生了锂和铍。此后的100万年继续膨胀,直到温度继续膨胀到某些局部地区会自转形成引力并在引力作用下坍缩产生了更重的元素,当坍缩继续时,有可能形成超新星爆发,也有可能形成黑洞。我们的地球就是太阳在超新星爆发时抛出来的残骸,经过了亿万年的迭代,最终形成了今天的地球,这一切真的是太不容易了。

量子粒学

这部分开始烧脑了,因为宇宙的初始其实可能是一个微观状态,对于粒子,尤其是量子粒学的研究有助于我们看到宇宙最初的样子,量子其实指的是波包的分立状态,但量子有一个重要的特性是你没有办法同时测量出它的位置和速度,当你使用越大的能量来确定位置时,粒子的速度将会被扰动到一个更大的量。这基本上终结了我们对于宇宙初始条件的研究,宇宙是决定论的,它只有存在,没有原因。

量子理论的发展带来了宇宙初始的另一种可能性:也许时空在范围上有限但没有形成时空的边界或边缘的奇点,时空没有边界。

时间旅行

如果按照超越光速来进行时间旅行是不可能的,因为没有办法将物体加速到超过光速,但虫洞的存在可以将时空卷曲起来,使得时空的距离缩短,从原理上这是可行的。

但物理定律可能会限制我们,即使回到过去,也没办法改变过去的历史,我们进入到的可能是不同的另外的历史中。

其他

迄今为止,我们的物理世界被四种力影响着,但尚未找到大一统的物理学理论:

  • 引力,这种力是万有的,每一个粒子都会因它的质量而感受到引力。
  • 电磁力,它和注入电子和夸克之类的带电荷粒子相互作用,但不和中微子之类不带电荷的例子相互作用,它比引力强得多。
  • 弱核力,它导致了原子核的衰变,如今弱核力和电磁力理论统一。
  • 强核力,这是4种力中最强的里,我们并不直接接触,但正是它质子和中子中的夸克束缚在一起,才形成了现在的世界。

(我记得吴军的书里讲到了同样的观点,终于找到第一手资料了~)

关于弦论和高维空间的部分,就已经看不下去了,这本书以后还得慢慢消化,也不知道有生之年还能不能看到物理学和宇宙学的巨大进步了。