简述
这是霍金在2010出版的书,讲述近代纯物理学的一些研究成果以及围绕宇宙学来展开的一系列科普理论。
这个评价很高也让我了解到物理学是怎么去做research的,然而无奈自己太多理论没有接触过,也没有上过《大学物理》这个课程,中间太多断层的知识唯有靠瞎蒙,无奈第一次十分不理解地看完了。想做点笔记,也只能围绕书本的结构顺序展开基本的描述,也参考了一下豆瓣上的笔记之类的,在这里总结一下,毕竟这个书前前后后读了2周,依然云里雾里。庆幸的是我对为何宇宙膨胀,黑洞、虫洞、空间曲率等有了更深的理解。因为我很喜欢关于宇宙题材的电影,包括《火星救援》、《星际穿越》、《星际迷航》等等。还是很值得一看,这是个重要的科学问题,也是一个哲学问题。
最后,大部分的朋友也是认为此书看不懂是正常的,甚至连物理系的学生也可能不能完全读通,主要是一来物理学未成大体系,二来目前研究还很粗糙,霍金用个人的理解和总结来描述,总不免有未能顾及大众科普,三来对基本理论的掌握要求比较高,不然无法延伸出来这些观点。
文章结构
这里把看书的笔记列一下,比较杂乱:
人类发展以来的宇宙观和世界观:地方说->地圆说(上帝说)->日心说(哥白尼)->椭圆轨道->万有引力(牛顿)->狭义相对论->广义相对论->宇宙大爆炸
组成成分的认识: 四元素(亚里士多德)->原子论(道尔)->布朗运动->电子(卢瑟福)->中子(查德威克)->夸克(加州理工1969)
四种力:万有引力、电磁力、弱核力、强作用力
量子物理(微观):量子假设、不确定性原理、薛定谔的猫
热力学熵增(有序到无序):热力学箭头,心理学箭头,宇宙学箭头
黑洞的“无毛定力”,称为“不能逃逸远处的时间集合”、弱人择原理、不完备定理、虫洞(空间扭曲)、宇宙弦(张力大的橡筋),光速C为常量且最快,粒子无法提速到99.99%*c,无论功率如何加大。还有光锥、高维空间、PST对称原理等。
借鉴总结
【引用自豆瓣 川贝】
一、物质(Substance)
物质即一种存在。物质由一些基本粒子(自旋为1/2)构成。物质的绝对静止是不存在的,物质的绝对状态是不停运动变化的。质量和能量是描述物质状态的两个重要属性,两者皆满足广泛意义上的守恒定律,且可以互相转化。力(自旋为0,1,2的虚粒子)和波(自旋为0,1,2的实粒子)描述了物质间的相互作用及效果,自然界归纳出四种基本的力:引力、电磁力、强核力、弱核力。
二、时空(Time&Space)
当我们跳出低维度的视角去思考这个世界,时间和空间是一个混合的概念,时空的本质是物质的散漫态,而时间只是物质状态变迁的一种度量。时间箭头是基于热力学方向(闭合系统中的熵总是随时间增加)、心理学方向(取决于热力学方向)、宇宙学方向(方向不定,但根据人择原理,现在它与前两个方向一致)的。关于广义相对论和时空曲率的一些论证及推论让我们看到通过旋转黑洞、虫洞进行时空旅行的可能性。
三、科学(Science)
从最初亚里士多德的权威说法到牛顿的经典理论再到爱因斯坦的相对论和近代物理学的量子论,科学理论的提出、完善、应用乃至推翻,每每令人惊叹随即错愕。让我来回想一下部分基本理论及关键字:
1、电磁场理论:四个方程,似乎没什么好说的。做大一统工作的人总能博得满堂彩,向麦克斯韦致敬。也正是这个理论方程关于伽利略变换的不谐洽导致了洛伦兹变换和相对论的提出。
2、相对论:狭义相对论凭借两条简洁的假设,开拓了一个崭新的时空观,重新探讨了惯性系中物体的运动规律,由此衍生出来的一系列推论和预言近乎完美的解释并验证了诸多难题,继而广义相对论又对非惯性系中的物体运动规律做了进一步研究,赋予了引力场和惯性等物理概念以新的科学内涵,有力地推动了天文宇宙物理学的快速发展。
3、量子理论:光电效应、波谱研究、康普顿效应、德布罗意波->量子化(从普朗克到波尔)!海森堡不确定性原理(俗称测不准原理)放弃了量子状态的精确测量、泡利不相容原理->概率波、薛定谔方程,还有一大堆基本粒子及其量子状态描述(复杂从略),量子物理学作为研究物质微观机理的近代理论还在不断的完善中……
4、近代宇宙学:宇宙的起源及演化(热大爆炸学说,弗里德曼闭合宇宙,宇宙无边界设想)、黑洞理论(坍塌,高密度,大引力)、虫洞(时空负曲率)、人择原理(最莫名其妙的原理:“不要问为什么,因为这就是答案”)、暗物质(反粒子)、弦理论、……关于宇宙的理论与设想自古以来就没少过。
5、理论的统一:广义相对论用以描述宇宙的大尺度结构(几公里到1亿亿亿英里),量子力学用以处理极小尺度现象(百万亿分之一米),然而,可惜的是这两个理论不是互相协调的——它们不可能都对!现在科学家们正在思索并探寻一种被称为“量子引力论”的统一理论。自然界中的四种基本力中除引力外的其他三种力的统一已经在GUT(大统一理论)中初见端倪,然而离最终得到包含包括引力在内的所有力和普适物理规律的统一理论还有相当长的一段路要走。