《果壳中的宇宙》是史蒂芬·霍金为其成名著作《时间简史》在2001年写的续篇。
你或许很难理解爱因斯坦的《相对论》,但读过《果壳中的宇宙》的前两章后,你便可了解它所基于的哲学原理。读完这本书之后,你就了解了建立一个统一“量子理论”和“相对论”的理论的重要性,以及物理学家为之所进行的探索。
在众多的理论中,弦理论被认为是最有希望的理论,因而霍金的这本书中投入了大量的篇幅来解释什么是弦理论。弦论假设不存在粒子,而只有弦在空间中运动,一条弦就是一个画在空间中的圈,各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。当一条弦随时间运动时,它的轨迹不是一条线而是一根管子。两条弦还可以结合形成一条新弦,一条弦也可以分裂成两条。自然界中的一切相互作用,包括电子和光子的相互作用,都可以用弦的分裂和结合来解释。从某种程度来说,弦论已经统一了强力、弱力、电磁力和引力,因而弦论也被称为大一统理论(Theory ofEverything。
在研究的过程中,存在着五个不同种类的自洽弦理论,这与弦论追求一种单一理论的初衷相左。经过数年努力,物理学家终于找到解决问题的钥匙。尽管目前这一理论还未得到一个大家一致赞同的形式,但至少已为它起了一个名字:M理论。
在M理论中,时空是10维或者是11维的,为什么日常生活中所见的时空是4维的呢?霍金认为,存在着两种可能的解释:一可能是所有额外维的尺度非常小,甚至如普朗克尺度那样小,实在难以观察到;二可能是额外维的尺度相当大,甚至可达无穷大,只是在目前的观察条件下尚未观测到。霍金认为,大的额外维是新理论探索中的激动人心的进展,它蕴涵着我们生活在一个胚世界中。强力、弱力和电磁力将被限制在这个胚中,所以任何与引力不相关的物理问题就会和在4维时空中的一样。与此相反,引力则会弥散到整个高维空间中去。
考虑到大的额外维度,起初的弦理论(认为时空包含4个展开的时空维度和6到10个卷曲维度中弦的概念可以被可以进一步推广到p胚,即高维空间的p维客体。霍金认为,时空就是一张推广了的“膜”,不过这张膜不是2维的,而是4维的(不同于起初一维的弦。
霍金认为,在4维“膜”世界中,人类生活在一个胚中,邻近还有另一个“影子”胚。因为光被限制在胚中,不能传播到另一个胚,所以人类不能看到影子世界。但是人类会感觉到影子胚中的物质的引力影响。这种引力在人类所在的胚世界中会显示成一种“暗”源(暗物质。检测“影子”胚的\'仅有办法是通过引力的途径。
按照霍金的无边界设想,胚世界的自发创生有一段“虚时间”的历史。在这段历史中,宇宙像一个果壳:一个4维球面(不妨想像成是一个多了两维的核桃壳。只是果壳是空的,在这胚世界图像中的4维果壳是满的:人类生活其中的胚在虚时间中的历史是一个4维球,它是一个5维泡泡的边界,而余下的5维或6维是卷曲的,并且卷得非常小。
以上是对霍金的最新科普书籍《果壳里的宇宙》的简述,其中每一段的内容都是很多科学家多年研究的结果,因而在短时间内理解这些内容是不可能的。老实地说,到目前为止我也只能理解这本书的前两章。虽然我也读过有关弦理论的其它科普读物(如《宇宙的琴弦》,我仍不能理解弦理论当前发展的状况。据我所知,弦理论发展的初衷是解决量子理论和相对论之间的矛盾,之后由于标准模型的成功(统一了强力、弱力、电磁力并与狭义相对相容,但不能包括引力,即与广义相对论不相容以及其弦理论给出的预言在实验中不能被验证,弦理论受到冷落。之后弦理论的发展是基于小的卷曲维度(小于普朗克长度,对其探测超出当前实验条件,或许永远不能被探测来弥补之前理论的缺陷以及预言,后来为囊括多种版本的弦理论,M理论被提出。考虑弦理论的这个发展历程,我有中云里雾里的感觉,并对这个研究方向感到极大地担忧。由于它的发展脱离了实验验证,因而我很怀疑发展这种理论的意义所在。
现在科学家已经发明一种神奇的要——长生不老药。我们每个人都不会变老,变丑。
在我们每个人的\'家中都有一个可爱机器人,他们会叫你主人,如果你要买衣服你不用自己去就可以买到自己心仪的款式,如果你饿了,你可以让机器人给你做饭,他可以做各国的美食。
小宝,小宝,忘了告诉你了,这是我机器人的名字!它回答道:主人您需要什么?我说小宝快变成汽车,我要赶去唐蕊的理发店里!我乘坐小宝牌汽车飞速赶向,到了到了,我和唐蕊说我先洗个头然后在弄个bobo头。唐蕊喊道:小白,出来,开工了。我一下子飞到了半空中小白先用它的“手”龙头给我的头撒了点水,再变成洗发精,然后再揉一揉起来好的白色的泡泡,干净后就会发出bbb的声音,这是提示小白再冲一次就ok的重要提示,这无聊的上午终于过去了,到了下午我乘坐小宝号飞机,飞到了韩国吃了下午茶,我点了马卡龙和一杯咖啡我在慢慢的吃着很快就要到4点了我说小宝我们回去吧,光速前进不到半小时我们到家了,如果在20年前应该是不可能的,可是在2026年是没有不可能这个词的。
不一会到了晚上了,我让小宝给我准备了一份西餐和红酒,忽然手机收到了一条短息——是唐蕊要来我家吃饭啊,我答应了,我让小宝准备同我一样的晚饭,叮咚咚咚,我来开门了,小白和小宝在一起玩,我和唐蕊在一起吃饭。
这就是我们2026年的生活。
《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!
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