果壳中的宇宙的读书笔记

果壳中的宇宙的读书笔记果壳中的宇宙的读书笔记 《果壳中的宇宙》这一书名出于莎士比亚名剧《哈姆雷特》。 它的隐喻是多重的。哈姆雷特认为，即使把他关在果壳中，仍然自以 为是空间之王。 从广义上看， 粒子， 生命和基本的处境都和果壳类似， 尚不清楚的是它们中有哪些自认为是无限空间之王。 现代量子宇宙学 认为，整个宇宙是有一个果壳状的瞬子演化而来， 果壳上的量子皱纹 包含宇宙中所有结构的密码。 通过对此书的阅读后，使我看到了宇宙的无限空间，及众科学 家的伟大发现。爱因斯坦的两个基本理论：相对论和量子论。广义相 对论把空间和时间从一个事件在其中发生的被动的背景转变变成为 宇宙动力学的主动参与者。这就引发了一个伟大的问题， 这个问题在 21 世纪仍然处于物理学的最前沿。 霍金教授以他独特的热情把我们带入了奇境里，粒子，膜和弦 做十一维运动，黑洞蒸发并且和它携带的秘密同归于尽， 我们宇宙创 生的种子只不过是一个微笑的硕果。 科学的终极目的在于提供了一个简单的理论去描述整个宇宙。 然而，大部分科学家遵循的方法是将这问题分成两部分。首先，是一 些告诉我们宇宙如何随时间变化的定律： （如果我们知道在任一时刻 宇宙是什么样子的， 则这些定律即能告诉我们以后的任一时刻宇宙是 什么样子的。） 第二，关于宇宙初始状态的问题。有些人认为科学只应过问第 一部分，他们认为初初始状态的问题应是形而上学或宗教的范畴。 他 们会说，全能的上帝可以随心所欲地启动这个宇宙。也许是这样。但 是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全任意的方式演化。可是，看起 来他选择宇宙以一种非常规则的、按照一定规律的方式演化。所以， 看来可以同样合理地假定，也存在着制约初始状态的定律。 正如古老谚语所说的，充满希望的旅途胜过终点的到达。我们 追求发现，不仅在科学中， 而且在所有领域中激起创造性。希望我们 以身边的每一件小事坐起，体验果壳中的宇宙！ 我是学文科的，高二起没再接触过物理，此后接触的数学都很 浅显。可我偏偏爱好看科普作品，也许那种似懂非懂，有些类似于陶 渊明的“一知半解”？又或许，那种满眼都是知识点，满足了我“开 卷有益”的内心需求？ 无论如何，我是第二次拿起《果壳中的宇宙》。浩淼的宇宙有 无边界？它究竟从何而来， 又将向何处去？每一个曾在夏夜独自仰望 星空的人都会想过这个问题。 霍金无疑是现代最有可能回答这个问题 的人。他的文笔相当好，所以他的知名，从很大意义上来说，并非于 他的学术成果，而是他的这几本科普著作。吴超英译得也特别好，基 本无损原作的魅力。可惜的是，我确实只能看懂其中的比喻。呵呵， 看懂比喻也就够了， 谁也没要求读者用数学重新验算一遍霍金的结论。 他说“泡泡”于“膜”在数学上是等效的就是等效的，他说回到过去 的概率接近于零就接近于零。我照单全收。质量让时空弯曲，量子的 不确定性原理，宇宙的历史求和，长毛的黑洞，闭合的时间圈环，超 弦理论，他把我领到这么多的科学处女地，如导游般，一一指点给我 看。顾虑我不懂他的语言，又作了如此多、如此精彩的插图…… 对我而言，霍金和哈姆雷特一样，“即便把我关在果壳之中， 仍然自以为无限空间之王。” 出生于 1942 年，而他的生日恰好是伽利略逝世三百年忌日。 现 任剑桥大学卢卡斯数学教授（这一职位曾由艾萨克·牛顿所任）。他 广被推崇为继爱因斯坦后最杰出的理论物理学家， 称为“轮椅上的爱 因斯坦”。他的主要著作是《时间简史》。读过的《果壳中的宇宙》 正好是《时间简史》的姐妹篇。 《果壳中的宇宙》 是一本图文并茂的科普著作， 主题是宇宙学， 涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等 诸多前沿概念。当然，这些概念我到现在也没能完全明白。 这本书先第一章说的是相对论简史，相对论有狭义相对论和广 义相对论。 狭义相对论是由爱因斯坦在洛仑兹和庞加莱等人的工作基 础上创立的时空理论，是对牛顿时空观的拓展和修正。 爱因斯坦以光 速不变原理出发，建立了新的时空观。狭义相对论中最简单的例子是 在加速度和引力场之间存在1个紧密的关系。 待在1个封闭的盒子里， 譬如升降机中的某人不能将盒子静止地处于地球引力场中和盒子在 自由空间中被火箭加速这 2 种情形区别开来。 广义？相对论的 1 个非 常重要的推论是质量和能量的关系。 爱因斯坦关于光速对于任何人而 言都应该显得相同的假设，意味着没有任何运动的比光还快。 当人们 应能量加速任何物体，无论是粒子或者空间飞船，实际上发生的是， 它的质量增加，使得对她进 1 步加速更困难。要把 1 个粒子加速到光 速要消耗无限大能量，因而是不可能的，正如爱因斯坦的著名公式总 结的：E＝mc＾2，质量和能量是等效的。 第二章说的是时间的形态，与爱因斯坦的相对论和大量的实验 相符合，它提出时间和空间是非常复杂地相互纠缠在一起。 人们不能 单独使空间弯曲而不涉及时间。这样，时间就有了形态。19 世纪作 家查里斯·朗母写到： “世间万物没有任何东西像时间和空间那么使 我困惑。然而没有任何东西比时间和空间更少使我烦恼， 因为我从不 想起它们。”我们中的大多数人早本部分时间不去考虑时间和空间， 不管他们为何物；但是我们所有人有时极想知道时间是什么， 它如何 开始，并且把我们知道何方。如果预言和观测相一致，则该理论在这 个检验下存活， 尽管它永远不能被证明是正确的。 人们说能做的一切， 是将所发现的描述成时间的 1 种非常好的数学模型并且说明它能预 言什么。 第三部分说的是果壳中的宇宙：宇宙具有多重历史，每1 个历 史都是由微小的硬果确定的。 霍金认为空间的最明显之处是它无限地 向外延伸，通过现代仪器，我们可以看到各种形状和尺度的数以亿万 计的星系。尽管宇宙似乎在空间的每一位置上都很相同， 它肯定是随 时间变化的。 霍金的量子宇宙论的意义在于它真正使宇宙论成为一门 成熟的科学，它是1 个自足的理论，即在原则上，单凭科学定律我们 便可以将宇宙中的一切都预言出来。 而量子引力论正是这些书的大部 分的主题。哎，这部分真的很难懂，就少说点了。 第四部分说的是预言未来：黑洞中的信息丧失如何降低我们预 言未来的能力。如果信息在黑洞中丧失，情况就并非如此，任何事情 都可能已经发生过。预言将来的能力也被削减了。我们能够确定地预 言粒子具有相反的自旋，但是如果 1 个粒子落进黑洞，就不能对余下 的粒子作确定的预言，这意味着在黑洞外不能确定预言任何测量， 作 出确定预言的能力被减低至半。 那么关于预言将来的能力呢？现在看 来它至少在 3 个层次上受到限制。第一，是动力学系统的混沌行为， 使得拉普拉斯意义上的决定性在实际上是不可能实现的。 第二，在量 子力学中状态是由波函数描述的， 海森堡的不确定性原理使得经典意 义上的决定性被减半。第三，不平凡的时空拓扑，使波函数被密度矩 阵所取代，就在这里引进了热力学意义上的随机性。 第五章说的是护卫过去：时间旅行可能吗？我觉得不可能，我 们中学书上也说不可能，至少来说最近的很多年里都不可能， 因为我 们还没有把原理完全弄清楚， 而且最近的很多年里我们还造不出那种 可以快过光速的时间机器，所以嘛，回到过去我们是不用想了爱因斯 坦的广义相对论是所有现代有关时间旅行讨论的