《宇宙之书》

  • by

宇宙之书——从托勒密、爱因斯坦到多重宇宙

[英]; 约翰·D·巴罗

第1章 在正确的时间和地点

所谓专家,就是那种小心避免了小错却大步迈向大错的人。——本杰明·施托尔贝格( Benjamin Stolberg, 1891~ 1951,美国作家、记者)

托勒密理论灵活多变的特点导致“本轮”一词成了专门用来描述不靠谱的或过于复杂的科学理论的贬义词。

第2章 对于自身重要性的执著

在天文学界,人们常常将人类在宇宙中的位置并不特殊的假设尊称为哥白尼“原理”。我们

持续的微型化可以节约资源,提高效率,减少污染,甚至开发利用量子世界的奇特韧性(

我们必须区别客观真理和那些符合我们头脑中特有的范畴而为我们所理解的真理。

但达尔文幸运的是,华莱士没有简单地先把自己的想法发表出来,而是写信告诉了达尔文。

开尔文的兴趣格外广泛,并且都是从很小的时候就开始的:他从 10岁起就在格拉斯哥大学听课, 15岁时就写出了关于地球结构的重要研究论文

他发现了如今遍布宇宙的黑洞的精确解,为爱因斯坦革命性的相对论的精确实验检验铺平了道路。

第一次世界大战爆发后,卡尔·史瓦西志愿加入德国军队。在俄国前线时,他写下了两篇绝世之作,一篇关于量子理论[ 45],一篇关于爱因斯坦的相对论,两个都是诺贝尔奖级别的。 1916年,他得了天疱疮,那是一种由免疫系统崩溃而引起的严重皮肤病,当时还没有治疗方法。到了 3月,他被带回了家中,仅仅 2个月后就去世了。

蔬菜的叶子、花和珊瑚的表面常常是负曲率的,因为这样表面积更大,能够提高营养的吸收效率。

第3章 爱因斯坦的宇宙

宇宙中所有的物质、所有的粒子、所有的能量都对它的结构有影响:时空被物质和能量压弯了。

爱因斯坦所使用的数学语言一开始也难倒了他自己。他坦言他的数学不够好。

张量演算

空间曲率所带来的一个有趣结果是,尽管各个方向看上去都一样,但这并不意味着你在宇宙的中心。

这个现象叫“多普勒效应”,这是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒( Christian Doppler, 1803~ 1853)在 1842年试图解释运动的恒星为什么有不同颜色时发现的。

是弗里德曼第一个发现了爱因斯坦方程组允许膨胀或收缩的宇宙包含普通物质,如行星和恒星。

第4章 出乎意料的宇宙

沙利耶发明的这种聚集图案后来被称作“分形”分布

在任何情况下,自然选择都偏好聚集成分形的样式,因为其优点是能以最小的体积和重量来形成巨大的表面积(例如,用来吸收营养物质)。

希望我永远不会犯下错都错不到点上的那种错误。——萨米尔·萨玛吉( Samir Samaje)

狄拉克的大数假设。

请注意爱因斯坦以前所有的工作都发表在欧洲期刊上,当时欧洲并没有像这样对论文进行同行评议的传统。欧洲期刊要么看作者的名气大不大,要么看有没有功成名就的科学家做介绍人,要么

第5章 奇异至极的宇宙

“有些树,华生,它们长到一定高度后,就突然开始长歪了。”

先求得一个简单的精确解,然后对它进行小幅度的扰动,看看结果会如何变化。

他证明,这种宇宙中可以存在三种不规则性:第一种就是简单地让物质密度的大小随地点变化,第二种是让物质缓慢地转动,而第三种就是向光滑的空间中引入微小的引力波涟漪。

苏联栗弗席兹

尚未观察到的任何东西都是波,已经观察到的任何东西都是粒子。

埃尔温·薛定谔在 1926年发现的薛定谔方程,是数学物理领域中最重要的方程。薛定谔方程的解能够描述所有分子和原子的结构,能够解释所有材料科学和化学现象。

他希望与妻子和情妇共居一处的态度着实引发了争议;此外,他们三人还陆续跟其他物理学家和物理学家的太太们搞过暧昧。后来他在都柏林与有夫之妇搞婚外情,还弄出了几个私生子。如果说薛定谔 30年代在牛津的生活过于放荡,那么 50年代在都柏林的生活简直是无比放荡。 

爱因斯坦上了年纪以后力不从心,不再解决老问题,也不提出新问题了。他喜欢告诉人们说,他去办公室上班,“只是为了获得能和库尔特·哥德尔一起步行回家的荣幸”。

但哥德尔是其中的另类:他是唯一不相信经验是知识的唯一来源的人,也不相信数理逻辑是解决哲学问题的唯一工具。

通常我们认为时间的流逝像一条直线。在时间旅行之中,这条线闭合成一个圆

孪生子佯谬。

第6章 稳态宇宙理论对决大爆炸理论

这件事也体现出,英国和美国宇宙学家的研究方法存在一个有趣的差异。英国的宇宙学家看重科学方法论以及其中蕴涵的科学哲学原理,把它们用来估量一些概念的地位和隐含意义,例如邦迪、古尔德和霍伊尔的完全宇宙学原理。相比之下,奉行实用主义的美国式研究则避开了这些争论。

如今,对膨胀宇宙年龄的最佳估计是 137亿年,不确定度只有 1亿年。

我们所生活的三维世界有一个惊人的特点,那就是许多自然的基本作用力和效应,会随着彼此距离的增大而以平方反比的规律迅速衰减。[ 15]

在此强烈推荐他的自传: G. Gamow, My World Line: An Informal Autobiography, Viking, New York (1970).可惜他 1968年去世时,自传尚未完成,令人非常遗憾。

第7章 宇宙,如实描绘

我是一只独来独往的猫,对我来说,所有的地方都差不多。——鲁德亚德·吉卜林( 1865~ 1936,英国作家),《远古传奇》

他管理的组会秉承了传统的法官审问式风格( inquisitorial style),如果他还有疑问没解决,就从不允许主讲者继续往下讲;在学术讨论中,就连来访的诺贝尔奖得主也被他当作研究生一样对待。

爱因斯坦理论的精髓在于,物质和能量的运动会改变空间的几何性质,其中包括曲率的大小。

从整体上研究宇宙时,人们常常把星系和恒星看作均匀分布的、相对论压强为零的气体。在宇宙学语境中,有人把这种组成称为物质或尘埃(这个概念有时也包括暗物质)。与之并列的是正压强的辐射和负压强的暗能量。

第9章 美丽新世界

再也没有欣喜和充满信心的晨曦! ②——罗伯特·布朗宁( 1812~ 1889)

我们今天所能看到的尺度上来看,它又显得极为均匀、相对简单。

暴胀宇宙的另一件麻烦事:它会自我繁殖(

宇宙就像一个精致的被子,而我们只是生活在其中一块简单而独特的时空补丁上。

第10章 后现代宇宙

物质和能量的本质是量子的,有一种与生俱来的不确定性,这就是随机性的根源。

如果我们的可见宇宙所拥有的性质在这张图中是极不可能出现的,那么我们是否该认为多重宇宙理论错了呢?

重点不在于宇宙拥有特定属性的概率,而在于宇宙中可能存在观测者(“生命”)的同时,也拥有这种特定属性的条件概率 ①。

宇宙最初三分钟的原初核合成仍未将那些元素制造出来,而只是产生了氘、氦和锂。

乍看之下,这种思维方式很怪异。我们通常称之为“人择原理”。这不是一个理论,无法被证明或证伪(它是正确的),而是一种方法论的原理,能够防止你从证据中得出错误的结论。

即使利用爱因斯坦的 E= mc2大法将宇宙中所有物质瞬时转化为光,我们也看不到任何显著的现象。

因此,夜空十分昏暗是因为宇宙十分古老。

没有观测者能见证如此夺目的夜空。

如果你将一块铁棒从极高的温度冷却到 770摄氏度以下,那么铁棒就会变成磁铁。铁棒的哪一头变为北磁极,哪一头变为南磁极,几率是相等的。在铁棒变冷之前,你没有办法预测哪一头会变成北磁极;当铁棒的温度跌至 770摄氏度以下时,原子的对称性就破缺了,铁棒的南北磁极就随机地产生了。

对我们理解真正的现实来说,自然的缺陷就同自然法则一样重要。

罗宾·汉森指出,如果存在虚拟现实,那它就会以一种独特的方式影响你的行为。[ 42]虚拟的经历,无论看起来多么真实,都比真实的经历更可能遭遇无法预料的戛然而止。

汉森指出,如果你处于他人的模拟之中,那么最重要的是,你要让自己更富有娱乐精神!要出名!要变成重要角色!这会增加你在虚拟现实中的存活几率以及将来别人再次把你模拟出来的机会。

这是因为无限大与任何有限的大数目存在本质上的不同,而不论那个大数目有多大。

其实我们的周围就存在着这样一类完全相同的复制品,世界就是由它们组成的。质子、电子、夸克,所有这些自然界的基本粒子被称为全同粒子。一旦你看到一个电子,就已经看到了所有的电子。

但这意味着,复制是构成现实的深层结构的核心。

第11章 非主流的宇宙

传统上,量子理论支配原子和它们的组分所构成的小尺度世界,此时的引力过于微弱,所以被忽略不计。

粒子的量子效应波长反比于粒子的质量。如果量子波长超过粒子的物理尺寸,量子的波动就表现为粒子的内在属性。

引力相互作用在所有的空间维度中传播,而其余的强、弱和电磁相互作用则不是这样(图 11. 8)。这可能可以解释为什么引力比其他相互作用弱得多,甚至这还能解释为什么宇宙中的发光物体似乎比参与引力相互作用的物体少得多。

不要温和地走进那良暮……愤怒吧,为光之死亡而愤怒。——迪伦·托马斯( 1914~ 1953,英国诗人)

该模型所面临的挑战在于,它得想办法产生宇宙的密度涨落,这是星系形成的种子,而且所产生的涨落还要体现在微波背景辐射的各向异性之中。

第12章 失控的宇宙?

温度只不过是我们给气体分子的平均速度所起的名字。

就像白矮星一样,宇宙中也有很多中子星,其中一些自转速度很快的中子星又叫脉冲星,它们自转时会周期性地向我们发出辐射,就像一座灯塔。

宇宙中大约有一半恒星是成对出现的,并且都在绕着一个公共的质心旋转。

组成暗物质的很可能是某种新型的弱相互作用粒子,很像我们熟知的中微子,不过暗物质粒子的质量要大得多。我们希望在日内瓦运行的大型强子对撞机实验能够证实暗物质的存在,并且能够在地下探测器中直接探测到它们的到来

我们也许会发现自己生活在多重宇宙的一个子宇宙中,其中宇宙学常数刚好允许星系和恒星的形成。但是对于大多数研究者来说,这个结果非常令人失望,可是我们得学着适应。如果有人因此畏缩不前,认为这是科学方法的溃败,那我会给他讲一个小故事,一个科学研究的真实故事。

爱丁顿引用了弗朗西斯·培根一首著名的诗《人的一生》(‘The Life of Man’):“世界是个泡泡,人生/不过一拃。”“泡泡”这个说法似乎典出于此。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据