
“宇宙是否有尽头?时间是否有长短?过去的时间从哪里消失?未来的时间又在何处停止?”——《武林外传》
这周的琐事太多,能用来读书的时间太少,所以选了一本不到百页的小书——《七堂极简物理课》。
读之前很好奇什么样的物理学内容可以用简简单单的七节课阐述完,读过之后才发现我们曾经在中学物理课本上学习的,真的只是沧海一粟。
书中的理论让我明白了物理学不只有斜坡和小球,不只有电磁场和正负极,也不只有灯泡、电阻和开关;而是浩瀚无垠的宇宙和肉眼看不见的微小粒子空间…
第一课 最美的理论
爱因斯坦在1915年11月发表了一篇论文,阐述了全新的引力理论,他称之为“广义相对论”。伟大的苏联物理学家列夫·郎道把它叫做“最美的理论”。爱因斯坦在广义相对论里向人们展示了一连串梦幻般的预言,最后全都得到了证实。
其中有一段很有趣的例子。
爱因斯坦预言,在高空中,时间会过得比较快,而在低的地方,离地球近的地方时间则过得比较慢。如果一对双胞胎,一个住在海边,一个住在山上,只要经过一段时间,住在海边的那个就会发现,住在山上的兄弟要比自己老得快一些。
第二课 量子
量子力学和广义相对论是20世纪物理学的两大支柱,它们之间有些天壤之别。
引领量子力学发展的丹麦人尼尔斯·玻尔曾向爱因斯坦耐心解释这些新的想法,但爱因斯坦并不认同。为了证实这些新想法是自相矛盾的,爱因斯坦设计出了一些思想实验——著名的“光子盒”思想实验。但最后玻尔总能成功驳斥爱因斯坦的观点。通过演讲、信件往来和论文,两位科学家的对话持续了很多年。
直到两位科学家去世,两大理论也为分出胜负,但却都广泛的应用于各个领域,做出突出的贡献。
第三课 宇宙的构造
宏观世界的宇宙构造是广义相对论在自然界的应用之一,这节课,作者使用了一系列图像来描述人们对宇宙构造的研究和演变。而采用这种讲解方式的理由是:在实验、测量、计算和严格的推导之前,科学首先是视觉活动。
第四课 粒子
原子由一个原子核和围绕它的电子组成,原子核由紧密聚集在一起的质子和中子构成。质子和中子则由更小的粒子“夸克”构成。而将夸克粘黏在一起的粒子称为“胶子”。
量子力学描述了这些粒子的性质和运动方向,也就是说粒子理论是量子力学在微观世界的应用。
20世纪起,一系列的物理学家在量子力学的基础上建立了“基本粒子标准模型”,并不断有科学家进行优化,但直到近几年标准模型仍旧存在缺陷。
不过,迄今为止,标准模型仍然是解释物质世界最好的理论。
第五课 空间的颗粒
前面说到20世纪物理学的两颗明珠——广义相对论和量子力学是两个互不相容的理论。而为了将两种理论结合起来,一个新的研究方向诞生了:圈量子理论。
圈量子理论中,空间是不连续的,不可被无穷分割,而是由细小的颗粒构成。这些空间颗粒被称为“圈”或环,因为它们环环相扣,形成一个相互关系的网络,从而编织出了空间的纹理。
圈量子理论中的很多研究和设想都在颠覆我们以往对世界的看法,但正是这些对世界的探索,让我们看到更远的地方。
第六课 概率、时间和黑洞的热
为什么热量会从热的物体跑到冷的物体上,而不是相反呢?物理学家给出的答案惊人地简单:这完全是随机的。
作者在这节课讲述了热力学的一些知识,并把概率和时间在热力学中应用进行了阐述。说实话这一段读起来有点晦涩,感兴趣的可以找一些相关书籍研究一下。
尾声 我们
讲了六节课的物理学理论,作者在最后一节课回归到了人类本身。思考了我们作为研究者和被研究对象本身所被赋予的职责和意义。也旨在告诉我们,物理研究任重而道远,永无止境。
这七堂物理课向我们打开的是通向现有主流物理理论的几扇大门,通过阅读,如果你对其中一个或者几个理论感兴趣,可以寻找相关书籍继续深入研究。
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