卡洛.罗韦利另一力作《现实不似你所见》,写在《时间的秩序》之前,《七堂极简物理课》之后,在物理理论方面,这一本应该是比《时》和《七》更深入一些,尤其是圈量子引力理论部分。
这位优雅的意大利理论物理学家,被誉为下一个斯蒂芬.霍金,非常善于将深奥晦涩的物理理论知识和诗意浪漫共融于一本书籍,字里行间又可读出其开放宽仁的思想与理性求索的科学精神,让本书在除物理理论的讲述之外有着独特又难以抵挡的魅力,同时唤起人理性思考与感性直觉的愉悦享受。
“这并不是一本关于确定性的书,而是一本面向未知去冒险的书”。它像一本游记,本书描绘了人类最激动人心的旅程之一,我们走出对现实有限而偏狭的视角,朝向对事物结构越发广博的理解,这是一扇让我们耳目一新的天窗,这是一段摆脱常识观念的奇妙旅行,而且远远没有完成,宇宙参差不齐,无边无际,跟随作者的步伐,我了解得越多,就越惊奇于它的优美与简洁,深刻与精妙。“这次冒险要依仗过往的全部知识,但其核心是改变。这无限世界熠熠生辉,我们想亲眼见证。”
这本书基本上由两部分组成:量子力学简史和圈量子引力理论。
前半部分,“对智者而言,整个世界是开放的。一个美好灵魂的故乡是整个世界。”从德谟克利特开始,到爱因斯坦,作者对前人的科学研究成果进行通俗而有趣的解读。柏拉图的洞见意义深远,并深刻影响了西方科学:“数学是理解与描述世界最合适的语言。”伽利略的自由落体定律之后,牛顿的世界是德谟克利特世界的数学化,他认为世界由空间、时间和粒子构成,随着时间的流逝,粒子受到力的吸引在空间中运动。
接下来,法拉第和麦克斯韦引入新的实体:场,我们现今的全部技术都基于电磁波这一物理实体的应用,它并非通过实验被发现,而是来源于麦克斯韦的预言,这就是理论物理学的巨大威力。到了20世纪,物理学彻底改造了牛顿的世界图景,相对论与量子力学,为我们今天建立量子引力理论奠定了基础。世界只是由粒子与场组成,“时空与引力场是一回事”。不只空间会弯曲,时间也会。爱因斯坦预言,在地球上海拔高的地方,时间流逝得更快,海拔低的地方要慢一些,这个预言如今已经被许多实验室所证实,即使高度上只有几厘米,也可以测出这种神奇的效果。时间不是统一与静止的,它会根据离物质的远近而延伸或收缩,距离地表越近,引力越大,时间流逝就越慢。空间也并非单一静止的容器,而是有自己的动力和“物理学”,就像它包含的物质和场一样。借助新的概念工具和数学的帮助,爱因斯坦的特殊物理学发现了多姿多彩让人惊叹的世界:宇宙在膨胀、空间坍塌成无底洞,时间在行星附近变慢,无垠的星际空间如海面般起伏……与狭义相对论相容的量子理论的一般形式被称为量子场论,粒子是场的量子化。量子力学把不确定性引入了世界的核心,未来真的无法预测,它描述的不是物体,而是过程,以及过程之间连接点的事件,它发现世界的三个特征是:分立性、不确定性、关联性。当然这种物理理论也许明天就会被另一种更深刻的理解世界的方式修正……
这一部分,正是人类关于世界基本法则的知识不断增长,这一部分,还同时伴有关于物质构成的诗篇,比如但丁,比如卢克莱修,诗歌的美可以蕴于原子论的宏大视野,可以探索宇宙的结构,带我们感受万物深刻的一体性,而这是由于认识到我们和星星、海洋都是由相同的物质组成。
后半部分,愚笨如我,有很多部分并没有看懂,尤其是期间夹杂的很多物理学公式,但依然受益匪浅,虽读不懂圈量子引力理论对时空的具体解读,但也了解了许多关于科学的意涵。科学思考就是要探索并重新描绘世界,逐步呈现越来越完善的图景,教我们以更有效的方式思考。量子力学无法处理时空的弯曲,广义相对论无法解释量子,这就是量子引力的问题。五大洲的物理学家们都在努力解决这一难题。作者认为,圈量子引力理论,或者说圈理论,以一种保守的方式整合了广义相对论和量子力学。这种物理学的主要回馈就是:无穷消失了,不再存在无穷小,宇宙是巨大的,但是有限。还有量子黑洞,量子引力预示着黑洞不是永远稳定的物体,量子引力产生了一个巨大的压力,使物质反弹,就像坍塌的宇宙可以反弹为膨胀的宇宙一样,漫长的时间过后,我们会看到黑洞爆炸。
其中有几段话让我印象深刻“科学研究的目标不只是做出预测,还要理解世界的运行方式,建构与发展世界的图景,提供给我们用以思考的概念结构。在进入技术层面之前,科学是有远见的”。“重要的不是假设我们通晓一切,而是相反:意识到昨天的无知可能被今天阐明,今天的无知可以被明天照亮。”
永恒的质疑,是科学的源头。敏锐地意识到我们的无知,正是科学思想的核心。“科学就诞生于这种谦卑:不盲信我们过去的知识和直觉,不相信任何人所说的……”作者在开篇和结尾都一再强调自己并不确定关于自己的理论陈述:“这是我们已然理解与尚未理解的边界地带,并且远未达成共识。”这样诚恳的表述,并非为证明自己绝对正确,而是想与读者,与你我分享自己眼中的美景:量子引力解释的世界新鲜又奇特,它充满奥秘,但与其简洁与清晰之美浑然一体,这个世界,等待后来的人类去探索,而“在下一座山之外,还有更广阔的世界,等待我们去发现。”