弦,妙不可言(一)

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《宇宙的琴弦》是一本关于理论物理学的书,主要讲弦理论,适合睡前看,看着看着就睡着了。

虽然研究理论物理不需要高大上的实验室,但要有一颗聪明并且有想象力的大脑,这恰恰是我等普通人与天才们的差距,所以看书的过程就像爬山,前半部分还是比较容易理解的,看到一半时就成了:

字我都认识,就是不知道你在说啥

那为什么还要看这样的书呢?

除了预防失眠,这本书能帮我们认识这个世界的本质,颠覆过去司空见惯的常识,建立全新的认识世界的方式,认识自己的渺小,更见证人类的伟大:

一群普普通通的生命,困在一颗小小的行星上,在一个普普通通的星系边缘,绕着一颗普普通通的恒星旋转,却能凭他们的头脑和实验,去发现和理解从最宏大浩瀚的宇宙到最极致细微的微观世界中某些最神秘的特征。

研究弦理论的是当代最聪明的一批人,最为悖论的是,他们自己都不知道这个理论是不是正确,或许从一开始就走在了错误的方向上,但这并不妨碍物理学家们为了人类精神的荣耀,前仆后继的追逐这座“物理学的圣杯”,这难道还不够Cool吗?

组成你身体的最小单元是什么

古希腊人认为所有物质都是由一种叫原子的东西组成。现代人也有这个常识,所有的东西都是分子构成的,分子由原子组成,原子由原子核和电子组成,原子核又由质子和中子组成。这不是挺好的嘛,世界的结构简单、清晰、明了。

但是!科学家陆续在原子内部发现了许多更小的粒子,比如夸克和中微子等,它们分别又有很多高矮胖瘦各不相同的兄弟姐妹,你肯定不想知道它们复杂难记的名字,反正我也打不出来。为什么会这么复杂,简单一点不是挺好吗?难道没有一种最基本的原料,构筑起丰富多彩的大千世界吗?

还真有,就是弦。

按照弦理论,这种构成宇宙大厦的最基本原料就是,但它不是我们通常想象的那样是一种粒子,而是一种闭合的小环,就像一根橡皮筋。叫弦是因为它像琴弦一样不停地在振动,不同的振动的方式,产生了原子内不同的粒子,产生了元素周期表中一百多种不同的元素,产生了你、我以及这个世界。

宇宙瑰奇旖旎,时空浩渺须臾,归根结底,都是一根根弦的振动。一直以来,物理学家们梦寐以求寻找的以最简单的原理,解释宇宙万物运行规律的万有理论(Theory of Everything),现在终于看到了希望。

我们都是闪电侠

如果有人说你正在以光速进行运动,你一定以为他疯了吧。

​但爱因斯坦脑洞够大,他就是这么想的。狭义相对论告诉我们,当我们运动得越快,我们经历的时间会变得越慢,如果以光速来运动,我们经历的时间就会停止。为什么呢?中学物理中,为了解题方便,我们会把运动的方向分解为水平方向和垂直方向,同样物体运动的速度也可以分解为水平方向和垂直方向。

​我们生活在三维空间,所以速度也可以分解为三个维度。但你也许知道,其实还有第四个维度,就是时间。爱因斯坦认为,所有物体,包括你和我,都在时间这个维度上进行着光速运动,那是速度的极限。如果我们在另外三个空间维度上开始运动,也就是说有了速度,说明时间维上的速度被分解到了其它维度上,在时间这个维度上的速度变慢了,意味着时间也变慢了。

哈哈镜里的世界

牛顿发现了万有引力,但他没有告诉我们万有引力是怎么来的,只是潇洒地说了句:“都留给我的读者去考虑。”

200多年后,回答这个问题的读者出现了,没错,又是爱因斯坦,用他的广义相对论回答了这个问题,他告诉我们两件事。

第一件:引力和加速运动实际上是一回事。比如,你坐在加速的汽车上,感觉到把你压在座椅靠背上的力,和引力是一样的。

第二件:引力和加速运动,都会让你周围的时空产生扭曲变形。质量或加速度越大,扭曲变形越明显。也就是说,我们实际上生活在哈哈镜的世界里,几乎没有一处是平的,我们看到的都是变形后的样子,只是这种变形很细微而已。

想要看到明显的空间变形吗?宇宙中到处都是。月亮绕着地球转,地球绕着太阳转,都是受引力的影响,形成了固定的轨道。如果用广义相对论来解释,就是太阳的巨大质量导致了其周围空间的扭曲,空间的扭曲影响了地球运动的方向。

太阳的质量有多大呢,大概占太阳系所有天体和物质质量总和的99.86%,瞬间觉得太阳好孤独是不是?

​当这样一个庞然大物出现在空间中,就像一颗铅球被放在平整的床单上,床单马上就会陷下去。

这样的比方是为了便于理解,思维时空的扭曲当然会复杂的多,习惯于通过二维视网膜观察三维世界的我们,很难想象那种场景,我们只需要大概明白这个意思就好。

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