果殼中的宇宙讀書筆記

2021-11-25 讀書筆記

　　讀書筆記是讀者將自己在閱讀時獲得的資料或者心得記錄下來的一種文體。寫讀書筆記是訓練閱讀的好方法。讀書筆記欄目的小編精心為您準備的《果殼中的宇宙》讀書筆記，希望對您有所幫助!

　　《果殼中的宇宙》是史蒂芬·霍金為其成名著作《時間簡史》在2001年寫的續篇。

　　你或許很難理解愛因斯坦的《相對論》，但讀過《果殼中的宇宙》的前兩章后，你便可了解它所基于的哲學原理。讀完這本書之后，你就了解了建立一個統一“量子理論”和“相對論”的理論的重要性，以及物理學家為之所進行的探索。

　　在眾多的理論中，弦理論被認為是最有希望的理論，因而霍金的這本書中投入了大量的篇幅來解釋什么是弦理論。弦論假設不存在粒子，而只有弦在空間中運動，一條弦就是一個畫在空間中的'圈，各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。當一條弦隨時間運動時，它的軌跡不是一條線而是一根管子。兩條弦還可以結合形成一條新弦，一條弦也可以分裂成兩條。自然界中的一切相互作用，包括電子和光子的相互作用，都可以用弦的分裂和結合來解釋。從某種程度來說，弦論已經統一了強力、弱力、電磁力和引力，因而弦論也被稱為大一統理論(Theory ofEverything)。

　　在研究的過程中，存在著五個不同種類的自洽弦理論，這與弦論追求一種單一理論的初衷相左。經過數年努力，物理學家終于找到解決問題的鑰匙。盡管目前這一理論還未得到一個大家一致贊同的形式，但至少已為它起了一個名字：M理論。

　　在M理論中，時空是10維或者是11維的，為什么日常生活中所見的時空是4維的呢?霍金認為，存在著兩種可能的解釋：一可能是所有額外維的尺度非常小，甚至如普朗克尺度那樣小，實在難以觀察到;二可能是額外維的尺度相當大，甚至可達無窮大，只是在目前的觀察條件下尚未觀測到。霍金認為，大的額外維是新理論探索中的激動人心的進展，它蘊涵著我們生活在一個胚世界中。強力、弱力和電磁力將被限制在這個胚中，所以任何與引力不相關的物理問題就會和在4維時空中的一樣。與此相反，引力則會彌散到整個高維空間中去。

　　考慮到大的額外維度，起初的弦理論(認為時空包含4個展開的時空維度和6到10個卷曲維度)中弦的概念可以被可以進一步推廣到p胚，即高維空間的p維客體。霍金認為，時空就是一張推廣了的“膜”，不過這張膜不是2維的，而是4維的(不同于起初一維的弦)。

　　霍金認為，在4維“膜”世界中，人類生活在一個胚中，鄰近還有另一個“影子”胚。因為光被限制在胚中，不能傳播到另一個胚，所以人類不能看到影子世界。但是人類會感覺到影子胚中的物質的引力影響。這種引力在人類所在的胚世界中會顯示成一種“暗”源(暗物質)。檢測“影子”胚的僅有辦法是通過引力的途徑。

　　按照霍金的無邊界設想，胚世界的自發創生有一段“虛時間”的歷史。在這段歷史中，宇宙像一個果殼：一個4維球面(不妨想像成是一個多了兩維的核桃殼)。只是果殼是空的，在這胚世界圖像中的4維果殼是滿的：人類生活其中的胚在虛時間中的歷史是一個4維球，它是一個5維泡泡的邊界，而余下的5維或6維是卷曲的，并且卷得非常小。

　　以上是對霍金的最新科普書籍《果殼里的宇宙》的簡述，其中每一段的內容都是很多科學家多年研究的結果，因而在短時間內理解這些內容是不可能的。老實地說，到目前為止我也只能理解這本書的前兩章。雖然我也讀過有關弦理論的其它科普讀物(如《宇宙的琴弦》)，我仍不能理解弦理論當前發展的狀況。據我所知，弦理論發展的初衷是解決量子理論和相對論之間的矛盾，之后由于標準模型的成功(統一了強力、弱力、電磁力并與狹義相對相容，但不能包括引力，即與廣義相對論不相容)以及其弦理論給出的預言在實驗中不能被驗證，弦理論受到冷落。之后弦理論的發展是基于小的卷曲維度(小于普朗克長度，對其探測超出當前實驗條件，或許永遠不能被探測)來彌補之前理論的缺陷以及預言，后來為囊括多種版本的弦理論，M理論被提出。考慮弦理論的這個發展歷程，我有中云里霧里的感覺，并對這個研究方向感到極大地擔憂。由于它的發展脫離了實驗驗證，因而我很懷疑發展這種理論的意義所在。

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