《 七堂极简物理课》,卡洛·罗韦利(意)著,文铮、陶慧慧译,湖南科学技术出版社,2018年2月第1版第9次印刷,98页。
001
这本书,写给我们这群对现代科学知之甚少的人。
我们早已就远离了物理学和物理知识,现今工作生活也与物理科学无关,却保留着对中学物理时光的一份回忆和好感,也对物理学家探索的脚步抱着好奇。
002
广义相对论、量子力学、宇宙的构造、宇宙的基本粒子、量子引力、概率和黑洞的热……
作者以诗意的语言,向我们描述了20世纪物理学新发现的这几个领域。
物理学家通过对这些领域的研究,发现了更多有关我们所处的这个世界的奥秘,也开启了很多新的疑问。
而凝视这个新奇世界的目光,也在反过来投注自身,自问如何看待人类的存在。
003
早在古希腊时期,那些爱思考的哲学家们便提出了对“空间”的疑问,空间与物质是什么关系,虚空是存在还是不存在,虚空对运动有什么影响……
牛顿说,万物之间有引力,而万物所在的这个容器—空间,由何构成,不得而知。
法拉第和麦克斯韦,为牛顿的世界中添加了新鲜的东西—电磁场,这是一种真实存在,无处不在,可以将电力四处传播。
爱因斯坦更为大胆的想象,引力也可以由一种场来传播,但引力场不“弥漫”于空间,而是空间本身。牛顿所说容纳物体运动的“空间”与引力场是同一种东西。
这就是广义相对论的起点。
这个理论简化了宇宙,空间不再是一种有别于物质的东西,而是构成世界的“物质”成分之一,一种可以波动、变形、弯曲的实体。
它令我们换一个视角看待世界和宇宙:地球不是因为引力而绕着太阳转,而是太阳使其周围的空间发生了弯曲,形成了地球的运动轨道;不仅空间会在有物质的地方弯曲,时间也会;于是有某个行星附近放慢速度的时间,有波浪般无边无际起伏延展的空间,有坍塌成黑洞的行星,还有更早以前爆炸后膨胀再收缩的宇宙……
于是我展开想象,我们所在的空间,整个宇宙,是一只看不见、摸不到的没有壳的蜗牛……很有趣不是吗?
顺说,《星际穿越》里父亲最终操纵引力,突破多维空间的限制,向女儿传递了信息,不知是否与这个理论有关。
004
量子力学诞生于1900年。
普朗克为了计算方便,将能量视为一个个能量包块的集合。这种假设虽然背离人们的认知,却使计算的结果与测量得到的数据相吻合。
爱因斯坦,又是爱因斯坦,再次大胆主张,能量在空间中的分布是不连续、不均匀的,是由“能量量子”组成,这种假设能更好的解释黑洞辐射、荧光等有关光和其他能量的发射和转化现象。
玻尔之后提出了“量子跃迁”,即,电子可以且只能在特定的能量下从一个原子轨道“跳跃”到另一个原子轨道上,同时释放或吸收一个光子。
玻尔和他的同事们试图为原子世界中种种令人困惑的现象建立秩序。1925年,量子理论的方程式出现了,取代了整个牛顿力学。
海森堡为这个新理论率先列出方程,而他所依据的理论简直是奇思妙想。他想象电子并非一直存在,只有有人看到它们时,更确切地说,只有和其他东西相互作用时,它们才会存在,“量子跃迁”是它们现身的唯一方式,而从一个地方到另一个的跳跃是随机的、不可预测的,只能计算它们出现在某个地方的概率。
物理学原本追求的规律性由此开始变成了一种不确定性的概率。这好像难以被物理学家接受。于是爱因斯坦从支持者变成了质疑者,他抱怨说,这实在太不合理了。
玻尔和爱因斯坦通过演讲、书信往来和论文,就此问题探讨了很多年。最终不得不各自作出让步,新理论确实没有自相矛盾的地方,但也没有这样想象得那样简单清晰。
至今物理学家们仍对这个理论有所疑惑,理论界也没有取得新的突破性的进步,但量子力学已经被应用到了我们的世界的方方面面,包括计算机。而计算机和网络改变了世界。
物理学家和哲学家们还在继续探讨,在作者看来,也许我们要接受,真实只不过是互相作用造成的。
005
新一季《奇葩说》“是否支持一健知识共享”话题里,陈铭和詹青云都提到了开尔文的故事,已经建成的物理学大厦上的两朵乌云,正是广义相对论和量子力学。
物理学家们对这个世界的探索,已经远远超出我们普通人可以理解的范畴。如果没有那个奇葩星球的知识共享键,我们终其一生,大抵理解不了现代物理学家眼中的世界和宇宙,是什么样子。
好在,有作者这样的人和本书这样的作品,用大量直观的比喻,糅合那些科学家和他们的发现的故事,带动着大家想象种种神奇,将不好描述、不能描述的存在囫囵但又生动地传达给我们。虽然我们不能理解这些发现,却可以通过作者的讲述隐约感受这些美。
006
阅读本书的过程是轻松而愉悦的,希望以后可以继续阅读到这样美好的书。
感谢作者卡洛·罗韦利。
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