《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(TheoryofEverything)。
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。
这本书先不说其内容,光说其作者就足以让人们震撼和敬佩的了。这位作者就是在剑桥大学担任教授职位的史蒂芬。霍金先生。他是一位量子物理学家,他全身上下只有三根手指能动。他就是用这三根手指用鼠标写出了一本本的书,《时间简史》是他的代表作。
《果壳中的宇宙》的第一章主要介绍了广义相对论和狭义相对论,以及爱因斯坦是如何以它为基础进行下一步的思考和研究的,同时还说明了霍金本人的看法;第二章讲了一种假设。作者假设时间是有形状的,并通过量子公式验证了这种假设与相对论的理论是相符的;第三章作者是在解说宇宙。他认为宇宙有许多重的历史,每一个历史都可以是由微小的粒子构成;第四章讲了一个预言,霍金先生预言在超引力的状态下(如黑洞)时间弯曲,我们如何降低我们自身来适应未来;最后两章用宇宙中的各种条件来拟出我们作为生物在时空中旅行的种种可能性以及我们与宇宙的关系,还提出了我们所生活的地方是否虚无等假设。
这本书的内容给了我很大的震撼。读了它,让我再碰到其他奇怪的问题时不会再迷惑。
作文写出来了,写得怎么样呢?评改环节尤为重要。写得好不好,不是老师一个人说了算,得让同学们自己评判。
学生互评作文是经验与智慧的碰撞,可以在交换体验中提升写作水平。互评作文,教师要引领引导示范,最好出示一篇评改样板(标杆作文),这篇作文具有典型性、代表性,由教师精评细改,印发给每个学生,在学生评改中能起到典型引路的作用。
依据自愿原则和互补原则组成小组,要求学生认真通读全文,标出错别字、病句及标点运用不当之处,同时写出眉批再读全文两遍,参照标准评改文章内容,找出主要优缺点,打出分数然后可以直接与作文的作者进行面对面交流,体验交换,思想碰撞。评改过程中,教师及时发现学生的各种疑难问题,有针对性地进行点拨。对于典型问题,可引导学生展开讨论。
“互评”作文给同学们提供了展示自己的舞台,极大地满足了他的上进***和自我价值的实现,从努力地“评”逐步走向努力地“写”,实现双赢。
生活体验为记叙文教学建立了开放的作文教学环境,着眼于人的发展,尊重学生主体的需求。我们相信,有了生活的体验,学生写作时,脑海里就闪现生活情景,其间的人物情景也会招之即来,奔入眼底,注入笔端,达到文思泉涌的写作佳境
前面解决了写什么的问题,接下来就是解决怎么写的问题。学生亲身体验生活,实地调研,搜罗生活中的轶闻趣事,爬罗剔抉,分类汇总,形成体系完备丰富多样的素材库。如何将这些素材契合题意进行运用,组织成文,是最为关键之处。
其实,文有章法,自古皆然。老师在进行写作指导时要有计划有步骤地实施,指导学生根据素材的差异,形成个性化且有章法可循的创作思路。比如,如何在记叙文中塑造某个小人物形象。这种作文可采用欲扬先抑法,开头即可以简洁凝练之语特写人物,或设置人物出场的特殊环境:主体部分根据文章中心预设出详略之处,详写人物意料之外的行为进行设疑,接着借助次要人物出场解疑,升华主旨:最后回扣点题。也可在主体部分设置对比,可将主要人物与次要人物对比,或将主要人物的今昔作对比,以此凸显主旨。
再比如,以某种工艺或物品为写作素材,在确保广泛积累相关素材的基础上,找出此素材与中心勾连紧密之处,作为升华主旨的契合点。在文章的思路设置上,则以时间为轴展开续写。依据“走近该物——细致观察——设疑思考——解疑再品——升华主旨”的思路,或托物言志,或借物喻人。若欲以植物入文,亦可参照此法。
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,并非来自于他的学术成果,而是来源于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。”
假如在未来N千万或是N亿年之内,人类还没有灭亡,太阳到了灯尽油枯的时候,人类想安全的离开,的到另一片适合人类生存的地方,最应该先撑握哪些本领?
个人认为:
1完全掌握核动力,或是更为先进的动力
2完全了解恒星的`起源
掌握了这两种本领之后,人类想做星际旅行将变得十分容易,不必再为设计巨大的飞船以及摆脱引力对人体的影响而绞尽脑汁,只需要在地球上按装一个巨大的推进器,并把一些个小型星体改造成能够发光发热的小恒星就可以了。
有了这个巨大的推进器,人类可以把地球开出太阳系,而有了小恒星为地球提供热能,地球上的万物可以像以前那样生长,为物种间提供各自所需。人类可以在适合自己的引力场以及大气环境下生存,而不会因为这些的改变而变异,甚至灭亡。
小恒星以及推进器所需要的能源可以在途中的其它星体上进行补给,如果能够向上述那样,人类开着地球不但可以走出太阳系、银河系,甚至可以在宇宙间任意畅游,想到哪里就到哪里。
在这之前,可以首先把火星改造成和地球类似的星球,把火星做为试验基地,把火星开出太阳系。
可以想像,日后人们所见到的外星人其实很多都是从地球上分离出来的人类。人类把火星改造完成的时候,在火星上长其居住的人由于引力以及其它环境的变化,定然使人类发生变异,从而使之成为真正的火星人,直到不断发现其它适合人类生存的星球之后,人类不断分离出去,不断在各星球上发生变异。
为来的战争也随之发生变化,将变成各星球之间为掠夺资源发生的人类之间的星球大战。
《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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