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《时间的形状》读书笔记之浅浅浅浅版

《时间的形状》读书笔记之浅浅浅浅版

作者: 小可樂 | 来源:发表于2022-11-26 23:55 被阅读0次

          “‘时空’不等价于‘时间和空间’”。

          看到这句话的时候,我还是顿了下,文章紧接着说:“时空就是时空,它是一个整体,就好像你不能把‘牛奶’看成是‘牛’和‘奶’的简单相加一样。”

          看完这本书后,跟好朋友YC聊了聊观后感(本书由YC推荐,同时他也是一位大学物理老师),为了让我更好地理解这句话,他解释说:“时间和空间不是独立的,是一个整体。原来的时空观认为时间和空间相互不影响,但是在相对论的时空观下,时间和空间是相互影响的,是一个整体”。

          活了这么些年,才明白自己不是活在“时间和空间”里,而是活在四维时空里。

          我预测,这本书的读书笔记会有很多篇(其实不是我预测,而是被物理老师看过第一稿读书笔记后的结果)。被物理老师批改过后,我只能把这篇读书笔记命名为:“浅浅浅浅读书笔记”。

          这篇读书笔记我只写三个部分,①黑洞和虫洞;②“莫比乌斯带”;③“要命的双缝”。(为什么只写这三部分呢?因为我只有时间写这三部分!)


          所谓黑洞就是一切永远无法了解的事件,真相的集合。

                                                  ——霍金

          首先,有这么一个概念:质量越大,引力越强;引力越强,空间弯曲得越厉害。

          其实书上说得很形象也很好懂,还有配图。但物理老师说,我的读书笔记最好是能用自己的理解写出来,所以我绞尽脑汁地想了很久,最后我只能用篮球网和篮球来比喻了。

          我们常见的篮球网下面是空的,所以可以不断来回投篮,但如果我们把篮球网下面打个结呢?篮球投进去以后,就出不来了。不过黑洞不是靠力量把星球投进黑洞里,而是由于星球本身质量大、体积小而产生的自然凹陷(引用书中案例来理解下,在地球的质量不变的情况下,如果地球的半径只有九毫米的话,那么地球就会变成一个黑洞)。

          掉进黑洞以后还能出来吗?想要出来也不是没有办法,但是······

          想要从黑洞里出来,就必须要达到一个能逃出来的速度——“逃逸速度”(“逃逸速度”的值取决于天体的质量和半径这两个参数)。可要达到“逃逸速度”,恐怕要比光还要快,可惜目前光速是最快的,连光都逃不出的黑洞,其它物体还有机会能逃出来吗?

          还有,既然连光都逃不出黑洞,黑乎乎的一片,我们又怎么能知道黑洞的存在呢?

          书中解释说:黑洞虽然是全黑的,但它的质量和引力是实实在在的,引力产生的空间弯曲效应是可以通过观测它旁边的星光的扭曲来验证。后来科学家又发现,黑洞其实并不全黑,黑洞的两级(视界之外)会喷发出巨大的X射线,但并不是从黑洞里喷出来。(引用就只写这么多了,感兴趣的伙伴直接看书吧,讲得很详细。还有配图,一目了然)

          书中讲了一个黑洞有趣的性质,就是黑洞的质量大到把时间和空间都扭曲成了一个洞。在黑洞里,时间停止了、不存在了,时空在这个地方被打了一个死结。那如果两个黑洞的“结”相接了,会怎样呢?

            会成为“虫洞”。“虫洞”的形状很类似于“沙漏”(有那么一瞬间,我感觉沙漏不是我认识的沙漏,因为书中还出现过“事件的光锥”,长得也像“沙漏”)。

          虫洞的神奇之处在于,它可以连通相隔遥远的宇宙空间,让我们可以跨越几百光年从一个地方出现在另一个地方。也可以连通时间,让我们从一个时间出现在另外一个时间,不光是从现在到未来,也有可能从现在到过去。

          虫洞有可能是“黑洞”与“黑洞”相接,也可能是“黑洞”与“白洞”相接(“白洞”只是一种猜想,尚未有证据证实),不过不管是哪种相接,死亡率似乎高达100%。“黑洞”与“黑洞”相接,不过是从一个监狱跳到另一个监狱;“黑洞”与“白洞”相接,从“黑洞”进“白洞”出?能被“白洞”释放出来的也就只有基本粒子了吧?你是想被彻底格式化么?

          时间旅行,靠虫洞是不太可能了,要不试试“莫比乌斯带”?(开启新的篇章)


          在已过8点打卡时间的早晨,想不想7:50到达公司?

          时间倒回去了?不。不是时间倒回去了(时间维的物理性质只能朝一个方向运动,那便是未来),而是通过“类时闭合曲线”回到过去。根据广义相对论:“引力会使时空弯曲”的原理——时间是不平坦的,时空是有形状的。而且引力越强,时空的弯曲程度越大,随着时空弯曲程度加大,到达目的地的时间会越来越早。

          如果时间弯曲成一个圈了呢?这个圈不是我们平时看到像手镯一样的有两个面的圈,而是像“莫比乌斯带”一样只有一个面的“时空圈环”。

          如果你在手镯上跑步,想要跑过所有面,要翻个边才能跑完内圈和外圈;可如果你在“莫比乌斯带”上跑步,你不用翻越任何边界就可以跑过所有的面。

          因为莫比乌斯带只有一个面!(不得不说它真的很像“∞无穷大”,但百度百科告诉我,“无穷大”的出现比“莫比乌斯带”要早。)

          如果沿普通手镯的中线剪一圈,会得到两个独立的手镯;而沿着“莫比乌斯带”的中线剪一圈,莫比乌斯带不会分为两个圈,而是会成为一个大的“圈圈”。若沿着这个大“圈圈”的中线再剪一圈,又会成为互相嵌套在一起的“更大的圈圈”。

          虽然是有依据写在书中,但我还是想亲自验证一下。(因为这是此书当中,我能立马就验证出来的,不玩一下多可惜?)

    莫比乌斯带 剪第一次后 剪第二次后

          以上内容属于相对论的范畴,下面,我要写一个逻辑完全不在一个层面的内容——量子力学实验——要命的双缝。(其实物理老师在看过我的第三稿后,建议我把这个“双缝实验”放到下一篇,因为“双缝”和前面的内容没有逻辑性关系,但我却执意要加上,因为我不知道这本书的第二篇读书笔记什么时候才能写出来!)

          实验是这样的:“一束光如果只通过一条狭缝,那么在屏幕上不会产生干涉条纹;如果通过两条狭缝,则会产生干涉条纹”

          为什么会产生干涉条纹呢?当两列波满足相干条件的时候,就会产生干涉条纹。高中我们学了光的“波粒二象性”,即光既是粒子又是波。那请问:在双缝干涉实验中,单个光子到底是通过了左缝还是右缝呢?哥本哈根学派的解释是:光子同时通过了左缝和右缝。

          啥?同时?它能分身不成?分完过去再合体?

          我朋友跟我解释了一下:其实这个问题并不是说粒子穿过了左缝还是右缝,而是需要理解一下波粒二象性。在我们对粒子没有观测之前,粒子就不是粒子的状态,它会呈出属于波动的状态。这种波动状态不是一个实际的波动状态,而是概率分布的一种概率波,也就是说它可能出现在哪里的一种分布。当只有我们观测他的时候,这个波才能变为粒子的状态。

          所以说要说他通过了左缝还是右缝,必须对他进行观测,那么一观测的话他就不再是波动的状态了,他只能通过其中的一个缝,但是一对这个缝进行观测,那么干涉条纹就不会存在了,因为一观测它干涉的状态就会被打破,它就不再属于原来相干的状态。

          不对他在哪个缝进行观测的话,那么波还是属于相干波的状态,他还是能够呈现出干涉条纹。(学弱只能照抄,如有抄错的地方,还请物理老师谅解)

          也就是说:光子的行为跟我们的观测有关。你观测,它就不出现干涉条纹;你不观测,它就出现干涉条纹。光子似乎知道你在观测它,它在为你表演。可爱的谢耳朵说:“如果一个光子通过有两个狭缝的平面,只要观察了其中的任意一个狭缝,那么光子就不会同时通过两条狭缝。但如果不进行观察,那它就会同时通过两条狭缝。然而,即便光子是在离开平面(狭缝后)后,在击中目标之前被观察了,它居然也不会同时通过两个狭缝。”

          虽然我知道了一观测就没有干涉条纹,不观测就有干涉条纹,但为什么会有这么神奇的存在呢?

          YC说:“发生干涉是要有一个前提条件的,就是所谓的相干条件。当你观测光子通过哪个缝的时候,它这个干涉的状态——相干条件,就会破坏掉,它就没办法进行干涉了。”

            最后用我自己简单粗暴地理解翻译一了下:环境变了,结果变了。


          尾声:对于整本书的读书笔记,我原本只打算写4点——四维时空、黑洞虫洞、莫比乌斯带、双缝实验。物理老师在看过我的初稿后说:“我突然有一种想给你讲课的冲动了。”然后提了几个关键词,让我顺着这几个关键词的思路,串一下:“伽利略变换,洛伦兹变换,光速不变原理,同时性的相对性,长度收缩,时间膨胀,质量增加”(我当时的回复是:这几个词在书上都见过但又好似没见过)。由于时间关系,我说我先写完自己想写的点,然后再争取把他提的几个点写了。

          第二天,我交上了只有4点的第二稿,物理老师在看过我第二稿《读书笔记》后“批”了我一顿(真实情况是:人家是很温柔地提出专业性意见)。我又看了看那些让我“凌乱”的关键词,我意识到,这本书的读书笔记,我是不可能一次性写完了,物理老师也只好妥协了(学弱不好带啊)。然后我调整了逻辑顺序,最终写出了“浅浅浅浅”版的读书笔记!

          最后,我想说一下我对写这本书的读书笔记的想法:看这本书的目的,本来只是打算当饭后的“奇异水果”。被物理老师改了几遍读书笔记后,突然感觉,它想进“常规水果”名列。

          最后的最后,感谢YC童鞋,耐心地给我讲解原理、解释原理,不厌其烦地帮我调整文章逻辑、改进文章质量。非常感谢!

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