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诗意的宇宙:蔷薇、时空与21世纪物理学(献给宇宙和物理学的情书,优美到令人屏息的诗意科普)

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诗意的宇宙:蔷薇、时空与21世纪物理学(献给宇宙和物理学的情书,优美到令人屏息的诗意科普)DAS ALL UND DAS NICHTS
本书作者: [奥]斯特凡·克莱因

本书读后感· · · · · ·

观世界于一粒沙,观天堂于一朵花。邂逅量子纠缠,演绎一场命中注定的浪漫爱情。脱胎于同一个原子出发的两个粒子,即便会渐行渐远,二者也永远不会在无边宇宙中遁入迷失,而是会以某种神秘的方式冥冥中永远保持着彼此之间的联结,即便它们闯入的陌生世界拥有再过强大的力量,它们二者也将携带过往共同的记忆,永远不会将彼此失却、遗忘。直至它们后续生命历程中的某一刻,两个粒子将以超脱一切预设定理的方式重新联结在一起。这被爱因斯坦誉为“鬼魅般的超距作用”于我们日常生活中无处不在。作者确如诗人般拥有一颗多情善感的心灵,透过一枝蔷薇,赘引出人世星河的命运共同体;透过被锤子砸伤的拇指,窥伺集体幻觉的虚拟现实;从花白的胡子,哀悼在懵懂构建有序丛林法则的过程中那些一去不返的时光牺牲品;从安抚恐惧黑夜的女儿入睡邂逅宇宙中无穷的自己

我的学习笔记

这位朋友曾问他,难道科学家在研究蔷薇的时候,不是在破坏它的美吗?费曼答道,他完全能够体会艺术家所感受到的美,但他还可以看到更深层次的美,一种只有通过深入的认识才能发掘的美。 P7

诗意的宇宙:蔷薇、时空与21世纪物理学(献给宇宙和物理学的情书,优美到令人屏息的诗意科普) 科学与自然电子书 第1张与蔷薇相比,这种被称为蓝细菌(Cyanobacteria,旧名蓝藻)的生物虽然显得十分原始,但堪称大自然的杰作。 P8

为能以百万分之一的精度准确测量天线所接收到的背景辐射温度,这台空间望远镜伸向各个方向的天线都是通过液态氦冷却的。 P20

但这一切终归有个开始的原点,我们称之为宇宙大爆炸。 P21

这样的宇宙要么所含物质太少,不足以形成天体,要么由于自身引力的作用,早早就坍缩了,就没有足够的时间和机会演化出我们人类。 P22

高速旅行者变老的进程更慢、光能使空间发生扭曲、未来和过去只存在于观察者的眼中,所有这些想法在瑞典皇家科学院绝大多数评审的眼里都过于天马行空,难以配上诺贝尔奖章。 P32

此外,光还决定了我们是如何区分过去、现在和将来的。 P33

极速旅行者衰老得更慢这个事实也渐渐被人知晓。 P34

诗意的宇宙:蔷薇、时空与21世纪物理学(献给宇宙和物理学的情书,优美到令人屏息的诗意科普) 科学与自然电子书 第2张在这增加的质量里就蕴含着加速过程中消耗的能量,当物体的速度接近光速时,其质量就会急剧增加。 P35

爱因斯坦和他的同事们开始解这个方程,其计算结果颠覆了之前人类对于宇宙的所有设想。 P36

这个世界里,存在计算机、太阳能电池、卫星定位系统和互联网,也存在核反应堆和氢弹,而以上每一个发明,都与爱因斯坦对于光的认识有着直接的联系。 P37

比如,我们能够飞到月球上,是因为宇宙空间中一切物体的运动都能根据同一条引力定律推导出来;我们还能够凭借达尔文有关变异与自然选择的法则,解释所有生物的演化;而在借助量子物理学的各种方程式理解了原子的动力学特性以后,我们构建了一个满是计算机和激光器的虚拟世界。 P41

这样一来,计算机程序不再执着于绝对确定的预测,而是懂得向不确定性妥协。 P46

于是,人们莫名地陷入了两难:一方面,根据基本规律来讲,天气不过是气体和水蒸气的运动,有了这些大气活动,才会形成雨雪、风暴和明媚的蓝天;另一方面,虽然一切事物都遵循着这个简单的基本法则,但我们无法从中得出雷暴锋面。 P47

虽然凭借这种方式,我们顶多只能确定可能会发生的事情。 P48

他不是说这个世界没有任何规律可循,而是想指出,人不可能把一次天气预测所需的所有决定性因素全部找出。 P49

原因是,在第一次探测升空失败的114分钟后,塞布尔岛升起了第二台探测装置。 P50

这怎么可能呢?难道存在超越时空结构的内在联结?难道远近只是我们用于描述方位的名词,但这一名词在真实世界的更深层面上毫无意义?我们很难接受纠缠态不是“鬼魅”,而是真实存在的。 P78

粒子物理学家发现的理论是,所谓的真空之中并不是绝对的虚空。 P90

由此可知,物质粒子的内部虽然充满了虚空,但这些粒子还是能从希格斯场中获得它们的质量。 P91

不过,就像水冷却后会变成雪花和冰块一样,希格斯场也慢慢变得黏稠。 P92

当我仰望夜空的时候,我能体会那些航海家当时面对新世界的海岸时内心的澎湃。 P95

它由四个同等亮度和形状的光斑构成,这些光斑就像希腊十字架的四个等臂。 P96

但由于这个星系拥有足足十亿颗星星,因而它所造成的扭曲要比太阳复杂得多。 P97

所以,是什么物质促成了这种现象呢?至少有两种可能。 P98

因此,Abell 1689的绝大部分应该是由本身不发光也不发射任何电磁波的物质组成的——这种物质就是暗物质。 P99

正是因为有暗物质将这些发光的物质聚集到一起,宇宙中才可能存在各种构造。 P100

但尽管做了十几年的努力,他们仍然没有发现一丝暗粒子的痕迹。 P103

不过,“粒子物理学标准模型”并不讲述历史,更多的是在勾勒一种结构——勾勒整个可见世界的组成材料和结构。 P104

不过神奇的是,虽然标准模型有一个如此大的漏洞,但它却仍能非常好地阐释宇宙。 P105

宇宙开端释放出的能量使整个宇宙变得越来越大——就像是在温暖的环境中发酵的面团。 P106

这种现象无法用已知的自然力解释。 P107

这些宇宙中难以解释的物质和能量或许会使科学家陷入绝望,但对人类来说,它们的存在无疑是一种幸运。 P108

比如弗朗茨·约瑟夫(Franz Joseph)皇帝就十分推崇他的观点,甚至想要将他封为贵族。 P113

对玻尔兹曼来说却恰恰相反:原子才算得上是简单的事物。 P114

这一切都与原子的活动有关,但我们无法准确地了解,只好抓住“概率”这根救命稻草。 P115

因为,熵解释了为什么这个世界始终在发生着变化。 P116

当毛发变白的时候,我们就失去了对系统的掌握,熵就会增大:胡子就从一个出现概率低的状态转向了出现概率高的状态。 P117

这样一来,或许真的就会有“神”游离于时间之外。 P118

当我们让没有生命的事物自生自灭时,我们就会体验到与时间相伴的衰朽。 P119

事实上也是如此,如同人体其他器官的几乎所有细胞一样,这些色素细胞也无时无刻不在死亡。 P120

无论是养分还是氧,都得益于植物对二氧化碳和水分的转化。 P121

这一点我们可以从宇宙微波背景辐射中推测出来,这些辐射是在大爆炸30万年以后原子形成的过程中发散出来的。 P122

这种假设认为,宇宙空间像橡胶一样富有弹性,可以任意弯曲:这个灵光一现的想法使爱因斯坦发展出了广义相对论。 P131

这种弯曲在日常生活中并不容易察觉,就如同蚂蚁无法一览其地盘的全貌一样,宇宙的弯曲也超出了我们想象力的极限。 P132

考虑到宇宙空间的尺寸,我们要想辨认它的曲度,则需要从更加遥远的地方眺望。 P133

因为根据现代宇宙学的惊人发现,我们虽然可以准确地追溯宇宙开端几百万年以后的历史,却没有能力得出宇宙的大小。 P134

其中一种最简单的模型叫作超环面,形状就像是把三维的自行车轮胎内胆套在一辆四维的自行车上,爱因斯坦的想象力在面对这样的形状时,恐怕也会力有不逮。 P135

人类可见的宇宙半径达到了460亿光年。 P136

但这和教会的学说是相抵触的,教会一向认为,人类的救赎史是独一无二的。 P139

这些星球上或许生活着智慧的硅基生命,甚至还可能存在由所有的星系共同产生的宇宙意识。 P140

所有这一切,都得益于一颗巨大的陨石。 P142

部分信息表明,原始单细胞生物是在海洋潮汐的滩地中形成和发展起来的,在那里,它们轮番经历着阳光曝晒和潮水浸润。 P143

所有上述事件单独拎出来都非常惊人。 P144

所以他近乎悲观地描述道:“人类孤独地存在于无尽的宇宙中,并毫无防备地成为其中最特别的那部分。 P145

如今,我们已经知道,人类被一个浩瀚的宇宙包围着。 P146

爱因斯坦孤独的搜寻并没有什么结果,可他从未停止再次出发的脚步,只为寻找一个能比现存物理学更全面地阐释自然世界的理论。 P151

更令人震撼的是宇宙微波背景辐射的均匀有致,这些宇宙大爆炸后原初之光的余晖以几乎相同的波长从四面八方来到地球。 P152

而且,鉴于没有任何事物的传播速度能够超过光速,两地之间任何形式的交互也都是不可能的——从一开始就是如此。 P153

整个暴胀持续时长小于10-27秒,而在这短到极致的时间里,空间膨胀的速度极大,足以达到该点原始大小的至少1027倍。 P154

自那时起,共同的“此刻”也就不复存在了。 P155

虽然对两姐妹来说,光子的速度都是不变的,但是在地球上的观察者看来,由于太空飞船本身的运动,飞船内的光线走过了更长的路程,而又由于光子的速度不变,飞船中旅行者的时间就流逝得更慢了。 P164

例如,通过这个波函数可以导出每一个粒子的概率密度(probability density)。 P165

为了清楚起见,非相对论的万有引力和电磁辐射作用也已被略去,但完全可以补充进去,没有任何问题。 P166

关于将互相纠缠的光子从加那利群岛的某一岛屿发射到另一座岛屿,或者从奥地利发射到中国的实验可追溯到安东·蔡林格(Anton Zeilinger),他生于1945年,也是一位量子光学的先驱。 P167

在阿斯派克特的实验中,处于纠缠态的两个光子自旋方向刚好相反。 P168

这两位科学家的论文刊登在《天文学杂志》(The Astronomical Journal)第129期(2005年)上,该论文总结了关于月球创生的最新认识。 P179

而且,只要在其中一颗行星上有生命的痕迹出现,其生物分子就有很大概率可以通过陨石传播到其他相邻的宜居星球上,因此,在这个行星系统内形成生命的概率会成倍增加。 P180