果殼里的宇宙讀書筆記

　　《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(xù)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(xué)原理。讀完這本書之后，你就了解了建立一個統(tǒng)一“量子理論”和“相對論”的理論的重要性，以及物理學(xué)家為之所進(jìn)行的探索。

　　在眾多的理論中，弦理論被認(rèn)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(shè)不存在粒子，而只有弦在空間中運(yùn)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(dāng)一條弦隨時間運(yùn)動時，它的軌跡不是一條線而是一根管子。兩條弦還可以結(jié)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(jié)合來解釋。從某種程度來說，弦論已經(jīng)統(tǒng)一了強(qiáng)力、弱力、電磁力和引力，因而弦論也被稱為大一統(tǒng)理論。

　　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(jīng)過數(shù)年努力，物理學(xué)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(rèn)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(shí)在難以觀察到;二可能是額外維的尺度相當(dāng)大，甚至可達(dá)無窮大，只是在目前的觀察條件下尚未觀測到。霍金認(rèn)為，大的額外維是新理論探索中的激動人心的進(jìn)展，它蘊(yùn)涵著我們生活在一個胚世界中。強(qiáng)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(guān)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(rèn)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(jìn)一步推廣到p胚，即高維空間的p維客體。霍金認(rèn)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(rèn)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?yàn)楣獗幌拗圃谂咧�，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(zhì)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(zhì))。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(shè)想，胚世界的自發(fā)創(chuàng)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。

　　老實(shí)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(guān)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(dāng)前發(fā)展的狀況。據(jù)我所知，弦理論發(fā)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(biāo)準(zhǔn)模型的成功(統(tǒng)一了強(qiáng)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(yù)言在實(shí)驗(yàn)中不能被驗(yàn)證，弦理論受到冷落。之后弦理論的發(fā)展是基于小的卷曲維度(小于普朗克長度，對其探測超出當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件，或許永遠(yuǎn)不能被探測)來彌補(bǔ)之前理論的缺陷以及預(yù)言，后來為囊括多種版本的弦理論，M理論被提出�？紤]弦理論的這個發(fā)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?fù)?dān)憂。由于它的發(fā)展脫離了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因而我很懷疑發(fā)展這種理論的意義所在。

　　果殼里的宇宙讀書筆記

　　讀過這本書，使我又豐富了許多知識。書中說，空間實(shí)際并不是由三維單單構(gòu)成的。人們口中常說的“維”其實(shí)應(yīng)該有九或十個。而三維只不過是空間構(gòu)成的大方向。而題目中的“果殼”，則是粒子與核子。宇宙這個大空間，有許多恒星、行星、銀河系、空間的等極為復(fù)雜的物質(zhì)而構(gòu)成的。所以，宇宙是一個沒有歷史的空間，它一直到現(xiàn)在還在不斷地向外膨脹。宇宙中有一個很神秘的東西——黑洞。

　　從書中的語句里，可以間接地拼湊出一個信息：黑洞有許多個!而這一重要信息也使我想到一個問題!這個問題與一部電影有關(guān)——“泰坦尼克號”，這部電影對所有人來說都很熟悉，也不便我多說了。其中，據(jù)說船長史密斯竟然穿越時空，但他卻認(rèn)為這只是發(fā)生在“昨天”的事。當(dāng)然，這也許是媒體的炒作，但是，如果說船長史密斯落入海底后穿越了時空呢?是不是就因如此而使他的記憶出現(xiàn)錯亂了呢?我的問題就是：如果宇宙存在多個黑洞，他會不會從這個黑洞進(jìn)，又從那個黑洞出呢?因?yàn)橛钪媾c地球的時間不一樣，所以他認(rèn)為只過了一天?當(dāng)然，關(guān)于黑洞問題還有更多的科學(xué)家、天文家……來研究，所以，我也沒有必要一直來談?wù)撨@一神秘空間。

　　前面也說過了，宇宙會膨脹。而為什么會膨脹呢?因?yàn)樵谔摃r間中的最簡單歷史里，宇宙是一個球面，相對于地球，多了兩個維。宇宙確定了我們所在的實(shí)時間中的歷史，在這個歷史中宇宙在空間的每一點(diǎn)都相同，所以它在時間中膨脹。

　　而題目中的果殼：粒子，卻會引起很多現(xiàn)象，像預(yù)知未來。一只蝴蝶在東經(jīng)鼓翼，而就會引起紐約中央公園的巨大雨。這是《侏羅紀(jì)公園》中的情節(jié)。實(shí)際：蝴蝶一下回鼓翼時，一大堆其他因素就會影響天氣，這就是天氣預(yù)報為什么有時不準(zhǔn)的原因，而也是人們常說的：“蝴蝶效應(yīng)�！�

　　而書中說到的：宇宙的歷史是一張在虛時間中存在的曲面。從而我得出結(jié)論：實(shí)際上，宇宙是一個扭曲的時空。所以，它才能有眾多空間，與“維”。

　　上面的虛時間與實(shí)時間，便是書開頭的與個人時間無關(guān)的兩個更為復(fù)雜的時就。另一方面的個人時間是：當(dāng)兩個人面對面靜止不動時，他們的時間便一致，但如果相互運(yùn)動時，他們的時間則不一致了。

　　我也認(rèn)為霍金最后的演講十分精彩!他說愛因斯坦說時空不是平坦的，時空中的物質(zhì)和能量可以將它彎曲甚至翹曲。這也令我的猜想有了一個確切的答案。

　　如此類精彩的理論與關(guān)于宇宙的探索發(fā)現(xiàn)，書里還寫了好多。盡管這本書沒有用任何華麗的筆風(fēng)來續(xù)寫與表達(dá)宇宙的奇妙、美麗和給科學(xué)家們、人們帶來的魅力，但他獨(dú)特的風(fēng)格還是吸引了我。21世紀(jì)的人們都來看看科學(xué)的結(jié)晶吧!讓我們了解自己生活的世界吧!

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