《七堂极简物理课》——认识世界与我们自己

这本书确实极简,很适合作为物理与部分哲学的入门了解和兴趣激发读物,相对论、量子力学、宇宙、粒子、空间、时间,以及人的存在,作者很简明易懂地讲述了物理学中的美妙理论与现代物理学发展,而最后最精彩的还是反过来对我们人类本源的思考。

难得的是在讲解这些平常看似高深的知识时,作者的语言却是很优美有力的,从而得以让我中午扛着睡意一小时读完,躺下就睡然后爬起来写下这些东西。

科普读物中的物理学一向很让人感叹与回味,就如《上帝掷骰子吗》之于量子力学的普及,也如这本书对物理学几个重要概念的介绍与探讨。

爱因斯坦在早年凭借原子、量子力学与狭义相对论三篇论文成名,后来为了让自己的理论与牛顿的万有引力相互融合,苦思十年而提出广义相对论,从而重塑了人们看待世界的方式,解释了时间的变化、宇宙的来源、空间的起伏、引力的本源等等,用一个简单而美妙的方程,来解释万物,而这,就是物理学追求的极致的美。

就在看这本书的今天,人类拍下了第一张黑洞照片,再一次证明了100年前爱因斯坦广义相对论的正确,感触颇为不同。

量子力学则是20世纪物理学的另一大支柱,是众多天才物理学家致力于解决的一朵乌云,在我看来,量子物理下的世界,更加脱离人的直觉,让人惊叹不已。它认为,能量不是连续的,物质不是永远可以不断细分的,所有东西都是由一个个基础的包块组成的。此外,还有一个更广为人知的量子物理理论就是“薛定谔的猫”,也就是物体只有在被观察的时候状态才是确定的,当没有观察者时,物体处于一个不确定的状态中,很反直觉,也很有意思。爱因斯坦为量子物理奠定了基础,却反对基于此的一系列推论,量子理论与相对论,也一直在互相不合,但暂时却都能完美地解释世界,也许我们看到的都只是真理的一只象腿而已。

人类对宇宙构造的认知经历了一个很不容易的阶段,从天为盖地为庐,到土地是填包围着的一块石头,到球体地心说,再到哥白尼的日心说,最后随着观测手段的不断发展,我们认知的宇宙模样也不断扩大。可以说,人类对地球和宇宙关系的认知,正如独生子女在成长过程中对自身的认知一样,从自恋,到明白自己不是被世界包围的唯一特殊个体。

从宏观反向走往微观,也是物理学家乐于埋头探索的区域,分子、原子、电子、中子、质子、夸克,更微小的粒子在不断地被预言和发现,人们也在不断地完善我们的标准模型方程来描绘这一切,可惜的是,标准模型方程仅仅称得上是一种可用的方程,却不是物理学所追求的极致简单的美妙食物。

为了解决相对论与量子力学的矛盾,物理学家们暂且踢出了一种圈量子引力理论,广义相对论说空间是不断运动的一个软体动物,包围着我们,可以被扭曲,量子力学告诉我们所有的空间都是一种由量子颗粒构成的场,所以圈量子力学的核心结论就是,空间就是由细小不可分的颗粒构成的,由于空间不再联系,时间这个连续的概念也不再存在,时间只是不同的量子世界的相互作用中产生的事件。同时,对于宇宙大爆炸之前的推理,可以由此认为,在爆炸之前,宇宙经历了一个坍缩到极小状态的过程。这个理论很难理解,也正在研究之中。

除了空间、引力和时间,物理中还有一个问题:什么是热?我们能感受到热,两个不同温度的物体接触后,热量会传递,最终达到一个统一的中间温度。首先,热其实是组成物体的分子原子电子的运动激烈程度,运动地越激烈,也就越热。那为什么热量总是从热的物体跑到冷的物体上呢?一个很有趣的想法是,这是一个概率问题,也是一个随机的问题。从概率上来看,一个快速运动的物体更可能撞上一个不太运动的物体,而碰撞的时候,能量倾向于平均分布,所以热量更容易从热的物体往冷的物体上跑,但热的物体本身并不是完全不会升温,只是概率太小太小而已。热量的转移使物体状态发生了变化,而这种变化正是让我们感受到时间流逝的关键。试想一个不断摇晃的钟摆,如果没有摩擦,将会一直同样地摆动下去,无论是顺着时间看,还是逆着时间看,都是一样的,只有当存在摩擦时,损失了能量,钟摆才会渐渐停摆,也就产生了变化,进而被我们所感知。一些科学家认为,时间流逝、当下、未来、过往这些概念其实只是我们人类的一种印象,宇宙是不存在一个普遍意义的“现在”这一时间切面的,正如相对论中,不同速度运动的人,其年龄增长速度是不同的。我们只是在几乎同一个速度下,感受到了同样的物体变化,从而形成时间的流逝的观念。如果存在一种超感知的生物,宇宙将是没有过去、现在、未来的一整块。

当了解完这些人类的成果后,不得不反过来思考一个问题,我们是什么?我们也是一堆粒子组成的一个物体吗,那我们的意识与思想又是什么?其实,在了解了宇宙的构造后就会明白,我们确实只是庞大世界上一个普通的物种,一个普通的生命体,我们就是我们自己,是我们的脑神经元的一系列信号传递,也是我们的心灵,我就是一个整体。另一方面,我们成为人类后所存在的时间在历史长河中其实很短,类似的人类物种其实也已经灭亡过,比如玛雅。我们能够感知到物体的变化,从而以时间的观念来看待这个世界,我们妄图用我们的小脑袋来思考世界的本源真理,试图去思考我们自己。但引用《纸牌的秘密》中的一种看法,如果我们的头脑非常简单,简单到我们可以理解它,那么,我们就会变得非常愚笨,愚笨到我们无法理解我们的头脑,反过来也一样。人类当然不该停下探索的脚步,正是靠着对世界的好奇,使我们走出非洲走向世界,但我们也应该保持对世界,对自然的敬畏,我们对世界的破坏,对地球来说一直一点小变化,对宇宙来说更是不值得一撇。

我们的生死如同星辰的生灭,个体如此,全人类也是如此。这就是我们的现实。生命正是因为短暂才宝贵。……自然塑造了我们,指引着我们,我们沉浸其中,并非无家可归,并非悬在两个世界之间,以为自己只有一部分属于自然,眷恋着旁的东西。不,我们就在家中。

图片来自爱因斯坦

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