《七堂極簡(jiǎn)物理課》——認(rèn)識(shí)世界與我們自己

這本書確實(shí)極簡(jiǎn),很適合作為物理與部分哲學(xué)的入門了解和興趣激發(fā)讀物,相對(duì)論、量子力學(xué)、宇宙、粒子、空間、時(shí)間,以及人的存在,作者很簡(jiǎn)明易懂地講述了物理學(xué)中的美妙理論與現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展,而最后最精彩的還是反過來對(duì)我們?nèi)祟惐驹吹乃伎肌?/p>

難得的是在講解這些平常看似高深的知識(shí)時(shí),作者的語言卻是很優(yōu)美有力的,從而得以讓我中午扛著睡意一小時(shí)讀完,躺下就睡然后爬起來寫下這些東西。

科普讀物中的物理學(xué)一向很讓人感嘆與回味,就如《上帝擲骰子嗎》之于量子力學(xué)的普及,也如這本書對(duì)物理學(xué)幾個(gè)重要概念的介紹與探討。

愛因斯坦在早年憑借原子、量子力學(xué)與狹義相對(duì)論三篇論文成名,后來為了讓自己的理論與牛頓的萬有引力相互融合,苦思十年而提出廣義相對(duì)論,從而重塑了人們看待世界的方式,解釋了時(shí)間的變化、宇宙的來源、空間的起伏、引力的本源等等,用一個(gè)簡(jiǎn)單而美妙的方程,來解釋萬物,而這,就是物理學(xué)追求的極致的美。

就在看這本書的今天,人類拍下了第一張黑洞照片,再一次證明了100年前愛因斯坦廣義相對(duì)論的正確,感觸頗為不同。

量子力學(xué)則是20世紀(jì)物理學(xué)的另一大支柱,是眾多天才物理學(xué)家致力于解決的一朵烏云,在我看來,量子物理下的世界,更加脫離人的直覺,讓人驚嘆不已。它認(rèn)為,能量不是連續(xù)的,物質(zhì)不是永遠(yuǎn)可以不斷細(xì)分的,所有東西都是由一個(gè)個(gè)基礎(chǔ)的包塊組成的。此外,還有一個(gè)更廣為人知的量子物理理論就是“薛定諤的貓”,也就是物體只有在被觀察的時(shí)候狀態(tài)才是確定的,當(dāng)沒有觀察者時(shí),物體處于一個(gè)不確定的狀態(tài)中,很反直覺,也很有意思。愛因斯坦為量子物理奠定了基礎(chǔ),卻反對(duì)基于此的一系列推論,量子理論與相對(duì)論,也一直在互相不合,但暫時(shí)卻都能完美地解釋世界,也許我們看到的都只是真理的一只象腿而已。

人類對(duì)宇宙構(gòu)造的認(rèn)知經(jīng)歷了一個(gè)很不容易的階段,從天為蓋地為廬,到土地是填包圍著的一塊石頭,到球體地心說,再到哥白尼的日心說,最后隨著觀測(cè)手段的不斷發(fā)展,我們認(rèn)知的宇宙模樣也不斷擴(kuò)大??梢哉f,人類對(duì)地球和宇宙關(guān)系的認(rèn)知,正如獨(dú)生子女在成長(zhǎng)過程中對(duì)自身的認(rèn)知一樣,從自戀,到明白自己不是被世界包圍的唯一特殊個(gè)體。

從宏觀反向走往微觀,也是物理學(xué)家樂于埋頭探索的區(qū)域,分子、原子、電子、中子、質(zhì)子、夸克,更微小的粒子在不斷地被預(yù)言和發(fā)現(xiàn),人們也在不斷地完善我們的標(biāo)準(zhǔn)模型方程來描繪這一切,可惜的是,標(biāo)準(zhǔn)模型方程僅僅稱得上是一種可用的方程,卻不是物理學(xué)所追求的極致簡(jiǎn)單的美妙食物。

為了解決相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾,物理學(xué)家們暫且踢出了一種圈量子引力理論,廣義相對(duì)論說空間是不斷運(yùn)動(dòng)的一個(gè)軟體動(dòng)物,包圍著我們,可以被扭曲,量子力學(xué)告訴我們所有的空間都是一種由量子顆粒構(gòu)成的場(chǎng),所以圈量子力學(xué)的核心結(jié)論就是,空間就是由細(xì)小不可分的顆粒構(gòu)成的,由于空間不再聯(lián)系,時(shí)間這個(gè)連續(xù)的概念也不再存在,時(shí)間只是不同的量子世界的相互作用中產(chǎn)生的事件。同時(shí),對(duì)于宇宙大爆炸之前的推理,可以由此認(rèn)為,在爆炸之前,宇宙經(jīng)歷了一個(gè)坍縮到極小狀態(tài)的過程。這個(gè)理論很難理解,也正在研究之中。

除了空間、引力和時(shí)間,物理中還有一個(gè)問題:什么是熱?我們能感受到熱,兩個(gè)不同溫度的物體接觸后,熱量會(huì)傳遞,最終達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的中間溫度。首先,熱其實(shí)是組成物體的分子原子電子的運(yùn)動(dòng)激烈程度,運(yùn)動(dòng)地越激烈,也就越熱。那為什么熱量總是從熱的物體跑到冷的物體上呢?一個(gè)很有趣的想法是,這是一個(gè)概率問題,也是一個(gè)隨機(jī)的問題。從概率上來看,一個(gè)快速運(yùn)動(dòng)的物體更可能撞上一個(gè)不太運(yùn)動(dòng)的物體,而碰撞的時(shí)候,能量?jī)A向于平均分布,所以熱量更容易從熱的物體往冷的物體上跑,但熱的物體本身并不是完全不會(huì)升溫,只是概率太小太小而已。熱量的轉(zhuǎn)移使物體狀態(tài)發(fā)生了變化,而這種變化正是讓我們感受到時(shí)間流逝的關(guān)鍵。試想一個(gè)不斷搖晃的鐘擺,如果沒有摩擦,將會(huì)一直同樣地?cái)[動(dòng)下去,無論是順著時(shí)間看,還是逆著時(shí)間看,都是一樣的,只有當(dāng)存在摩擦?xí)r,損失了能量,鐘擺才會(huì)漸漸停擺,也就產(chǎn)生了變化,進(jìn)而被我們所感知。一些科學(xué)家認(rèn)為,時(shí)間流逝、當(dāng)下、未來、過往這些概念其實(shí)只是我們?nèi)祟惖囊环N印象,宇宙是不存在一個(gè)普遍意義的“現(xiàn)在”這一時(shí)間切面的,正如相對(duì)論中,不同速度運(yùn)動(dòng)的人,其年齡增長(zhǎng)速度是不同的。我們只是在幾乎同一個(gè)速度下,感受到了同樣的物體變化,從而形成時(shí)間的流逝的觀念。如果存在一種超感知的生物,宇宙將是沒有過去、現(xiàn)在、未來的一整塊。

當(dāng)了解完這些人類的成果后,不得不反過來思考一個(gè)問題,我們是什么?我們也是一堆粒子組成的一個(gè)物體嗎,那我們的意識(shí)與思想又是什么?其實(shí),在了解了宇宙的構(gòu)造后就會(huì)明白,我們確實(shí)只是龐大世界上一個(gè)普通的物種,一個(gè)普通的生命體,我們就是我們自己,是我們的腦神經(jīng)元的一系列信號(hào)傳遞,也是我們的心靈,我就是一個(gè)整體。另一方面,我們成為人類后所存在的時(shí)間在歷史長(zhǎng)河中其實(shí)很短,類似的人類物種其實(shí)也已經(jīng)滅亡過,比如瑪雅。我們能夠感知到物體的變化,從而以時(shí)間的觀念來看待這個(gè)世界,我們妄圖用我們的小腦袋來思考世界的本源真理,試圖去思考我們自己。但引用《紙牌的秘密》中的一種看法,如果我們的頭腦非常簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)單到我們可以理解它,那么,我們就會(huì)變得非常愚笨,愚笨到我們無法理解我們的頭腦,反過來也一樣。人類當(dāng)然不該停下探索的腳步,正是靠著對(duì)世界的好奇,使我們走出非洲走向世界,但我們也應(yīng)該保持對(duì)世界,對(duì)自然的敬畏,我們對(duì)世界的破壞,對(duì)地球來說一直一點(diǎn)小變化,對(duì)宇宙來說更是不值得一撇。

我們的生死如同星辰的生滅,個(gè)體如此,全人類也是如此。這就是我們的現(xiàn)實(shí)。生命正是因?yàn)槎虝翰艑氋F?!匀凰茉炝宋覀?,指引著我們,我們沉浸其中,并非無家可歸,并非懸在兩個(gè)世界之間,以為自己只有一部分屬于自然,眷戀著旁的東西。不,我們就在家中。

圖片來自愛因斯坦

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