宇宙的魅力

物理學(xué)著作對(duì)于大多數(shù)非專業(yè)人士來說，都是晦澀難懂的,。上一本最暢銷的物理學(xué)書籍應(yīng)該是霍金的《時(shí)間簡(jiǎn)史》了,。大一的時(shí)候我曾去圖書館借來一讀，確實(shí)能領(lǐng)略到物理學(xué)的風(fēng)采,，但是對(duì)其中所談之內(nèi)容仍舊一知半解,。而今天推薦的這本《七堂極簡(jiǎn)物理課》比那本更好讀，語言更平順,，更樸實(shí),，至少讓我們這些普通大眾讀起來沒有絲毫障礙。

這本書短小精悍,，用不到兩百頁的篇幅,，給我們描述了21世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展之路，闡述了重要理論的核心思想。如果你想對(duì)物理學(xué)有一個(gè)宏觀的,，初步的認(rèn)識(shí),，那她將會(huì)是你的不二首選。

1.最美的理論

牛頓的萬有引力學(xué)說奠定了現(xiàn)代物理的基礎(chǔ),。他試圖解釋物體下落和行星運(yùn)轉(zhuǎn)的原因,。假設(shè)萬物之間存在一種相互吸引的力量，也就是引力,。牛頓想象物體是在空間中運(yùn)動(dòng)的,，空間是一個(gè)巨大的空容器，而空間是由什么做成的,，他并不知道,。

之后，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁場(chǎng)的存在,，這是一種無處不在的真實(shí)存在,，布滿整個(gè)空間，可振動(dòng),，可波動(dòng),，像起伏的湖面一樣，還可以將電力四處傳播,。進(jìn)而,，愛因斯坦提出了引力場(chǎng)不彌漫于空間，因?yàn)樗旧砭褪强臻g,，這就是著名的廣義相對(duì)論,。

愛因斯坦認(rèn)為牛頓所提出的空間和引力場(chǎng)是同一個(gè)東西,?？臻g不再是一種有別于物質(zhì)的東西，而是構(gòu)成世界的物質(zhì)成分之一,，一種可以波動(dòng),、彎曲和變形的實(shí)體?？臻g只要在有物質(zhì)的地方就會(huì)發(fā)生彎曲,，當(dāng)然時(shí)間也可以彎曲。最簡(jiǎn)單的例子就是,，高山上的時(shí)間過得比低洼處的時(shí)間要快,。

空間彎曲的一個(gè)最大的例子就是黑洞。當(dāng)一個(gè)恒星燃燒完自己所有的燃料時(shí),，它就會(huì)熄滅,。殘留的部分由于沒有燃燒產(chǎn)生熱量的支撐，會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓慷瑢?dǎo)致空間強(qiáng)烈彎曲,，最終塌陷成一個(gè)真正的洞,，也就是“黑洞”。

2.量子

現(xiàn)代物理學(xué)理論主要分為廣義相對(duì)論和量子力學(xué)兩大理論,。廣義相對(duì)論是有關(guān)引力,、空間和時(shí)間的簡(jiǎn)潔而又統(tǒng)一的觀點(diǎn)；而量子力學(xué)是關(guān)于粒子之間的相互作用理論,。一個(gè)適用于宏觀領(lǐng)域,，一個(gè)適用于微觀世界，兩種理論時(shí)常發(fā)生沖突,，卻又在各自的領(lǐng)域里得到完美的運(yùn)用,。

普朗克發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)的能量都分布在一個(gè)個(gè)的量子上,。也就是說能量是一包一包或者一塊一塊存在的,。原子核內(nèi)電子的能量和光能一樣,，只能是特定值,，而更重要的是,，電子只有在特定能量下才能從一個(gè)原子軌道“跳躍”到另一個(gè)原子軌道上,，并同時(shí)釋放或吸收一個(gè)光子,。這就是所謂的“量子躍遷”,。

量子理論方程的建立不僅奠定了物理學(xué)微觀世界運(yùn)行機(jī)制的基礎(chǔ),，還為化學(xué)學(xué)科作出了極大的貢獻(xiàn),。我們可以看到化學(xué)元素周期表中的每一種元素都是量子力學(xué)最主要方程的一個(gè)解。整個(gè)化學(xué)學(xué)科都建立在量子理論的基礎(chǔ)之上,。

電子并非一直存在,，只在有人看到它們，或更確切地說,，只有和其他東西相互作用時(shí),，才會(huì)存在。當(dāng)它們與其他東西相互碰撞時(shí),，就會(huì)以一個(gè)可計(jì)算的概率在某個(gè)地方出現(xiàn),。“量子躍遷”就是一個(gè)電子在相互作用下的一連串的跳躍,。在量子力學(xué)里,，沒有一樣?xùn)|西擁有確定位置，除非撞上別的東西,。

3.宇宙的構(gòu)造

人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)從“天圓地方”慢慢演化到地球是一個(gè)球體,，又從地心說演化到日心說，繼而發(fā)現(xiàn)太陽系只是眾多星系中的一個(gè),，他們都屬于銀河系,。而銀河系又是宇宙中不起眼的一粒,。空間不是一馬平川,，而是彎曲的,，宇宙布滿了星系，它的紋理像海浪一樣起伏,，激烈處還會(huì)發(fā)生黑洞空間,。宇宙誕生的時(shí)候就像一個(gè)小球，大爆炸后一直膨脹到它現(xiàn)在的樣子,。大爆炸之前是什么,？我們不知道。

4.粒子

整個(gè)世界是由很多的粒子構(gòu)成的,。這些基本粒子有電子,、夸克、光子和膠子,，此外還有中微子等不常為人知的粒子,。量子力學(xué)描述了這些粒子的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)方式。他們都和量子一樣,，沒有絕對(duì)的位置,，用它來表述這個(gè)世界，那這個(gè)世界就是物體連續(xù)的,、永不停歇的涌動(dòng),，是稍縱即逝的實(shí)體，不斷地出現(xiàn)和消失,，是一系列的振蕩,，就好像一個(gè)由事件而非物體構(gòu)成的世界。

為了描述微觀世界,，物理學(xué)家提出了許多不同的模型,，最為杰出的就是標(biāo)準(zhǔn)模型。這個(gè)模型完美地貼合了這個(gè)世界的許多現(xiàn)象,，但是也有它解釋不了的東西,。比如說暗物質(zhì),，這個(gè)東西不能被標(biāo)準(zhǔn)模型所看到,，不能被標(biāo)準(zhǔn)模型所描述，所以這一團(tuán)云物質(zhì)里面到底是什么,？里面又有怎樣的運(yùn)行機(jī)制,？我們不得而知，而它被我們稱之為“黑洞”,。

5.空間的顆粒

上述我們提到了廣義相對(duì)論和量子力學(xué)這兩種不同的理論,，甚至在很多方面他們都是截然相反的理論,，卻共同存在于一個(gè)世界里，相安無事,。它們之中有誰是錯(cuò)的嗎,？廣義相對(duì)論因?yàn)閻垡蛩固沟木壒蔬h(yuǎn)比量子力學(xué)要出名的多。廣義相對(duì)論在宏觀世界里,，完美地揭示了物理運(yùn)動(dòng),，時(shí)間和空間的存在。而量子力學(xué)在近幾十年里的作用更大,，沒有量子力學(xué)就不會(huì)有二極管的出現(xiàn),，更不會(huì)有現(xiàn)如今這樣一個(gè)世界。

兩個(gè)理論都可以解釋各自不同領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)行機(jī)制,，可是世界只有一個(gè),，有沒有一個(gè)大統(tǒng)一的理論能夠完美的適用這一個(gè)統(tǒng)一的世界呢？現(xiàn)在物理學(xué)家將兩種理論的結(jié)合稱為量子引力,，其中目前最有成效的理論是圈量子引力,，它遵從了兩個(gè)理論的假設(shè)，認(rèn)為空間是不連續(xù)的,，不可被無窮分隔,，而是由細(xì)小的顆粒，或者說“空間原子”構(gòu)成,。

空間就是一個(gè)個(gè)引力量子相互勾連而成,，世界又一次顯得更接近關(guān)系的集合，而非物質(zhì)的集合,。而且在這個(gè)集合里不再包含“時(shí)間”這個(gè)變量,。并不是說一切都是恒定不變的。相反,，它說明變化是普遍存在的,，但我們不再能把這個(gè)基本過程形容為“一個(gè)瞬間接著另一個(gè)瞬間”。時(shí)間的流逝發(fā)生在世界之內(nèi),，從構(gòu)成世界的量子事件之間的相互關(guān)系中產(chǎn)生,，這些量子事件本身就是時(shí)間的源頭。

黑洞是由一個(gè)恒星坍塌成一個(gè)普朗克恒星,，普朗克恒星的密度非常之大,。假如太陽的燃料消耗殆盡，它就會(huì)坍塌成一個(gè)直徑為1.5千米的普朗克恒星,，直到量子之間產(chǎn)生與之相抗衡的力,。然后普朗格恒星會(huì)迅速回彈，也就是所謂的大爆炸,，這個(gè)回彈速度在恒星表面來看只是一瞬間的事情,，但是由于時(shí)間的彎曲,，它被以一個(gè)極其緩慢的速度在我們面前播放。

6.黑洞的熱

起初,，物理學(xué)家認(rèn)為熱是因?yàn)闊豳|(zhì)的存在,。而現(xiàn)在物理學(xué)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)熱的物體并不包含熱質(zhì),，一個(gè)物體很熱,，是因?yàn)槲矬w內(nèi)部的原子運(yùn)動(dòng)速度很快。而且熱量總是從熱的一方傳到冷的一方,，熱量的存在也使得過去和未來有了區(qū)別,。

可為什么熱量總是從熱的一方傳到另一方呢？原因竟然是因?yàn)檫@樣的概率更大一些,。因?yàn)闊岬奈矬w內(nèi)部原子的運(yùn)行速度更快,，更容易撞上別的原子。當(dāng)兩個(gè)原子相撞,，能量又趨向于平均化,，因此熱量往往從熱的一方傳到另一方。而黑洞總是熱的,，振動(dòng)的“分子”加熱了黑洞表面,，使黑洞放熱。

7.我們

以往我們都認(rèn)為,，我們是宇宙里唯一可以思考的生物,，我們是獨(dú)一無二的?？墒聦?shí)證明,，我們只是大千世界里很小的一部分，我們和別的生物,，甚至物質(zhì)相比,，沒有什么獨(dú)特的地方。我們一直以為我們今天登上這個(gè)世界舞臺(tái),，是因?yàn)樽匀坏膶櫺?。可回首歷史,，我們會(huì)發(fā)現(xiàn),，這一切不過只是巧合。

我們的同類所存活的時(shí)間都極其的短暫,，我們也并不比他們幸運(yùn)多少,，因?yàn)槲覀兯嬖诘臅r(shí)間與他們相比并沒有顯得那么長,。更何況我們自己還在不斷的破壞,，而這些破壞對(duì)于地球來說是不值一提的,，在漫長的時(shí)間里，它總會(huì)恢復(fù)如初,。而人類不過一頁孤舟,，從未受到過自然的青睞，隨時(shí)都有覆滅的可能,。

世界萬物都在不斷的相互作用,，彼此身上都會(huì)留下對(duì)方的印記，所有的事物都在不斷地交換信息,。從這一點(diǎn)來看,，我們真得沒有什么獨(dú)特之處！