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七堂極簡物理課,帶你領略宇宙之奇妙

《七堂極簡物理課》

作者:[意] 卡洛·羅韋利作品

譯者:文錚 陶慧慧

出版:湖南科技出版社

義大利理論物理學家、圈量子引力理論的開創者之一的卡洛·羅韋利,為沒有現代科學學習背景的大眾打造的一本物理學科普讀物。正文內容三萬來字、不及百頁的小書中,羅韋利教授講述了廣義相對論、量子力學、宇宙的構造、基本粒子、空間的顆粒、概率、時間、黑洞的熱這些現代物理學最令人著迷的概念。

如果你對於現代科學所知甚少,對於上面提及的專業辭彙毫無概念,或者說只聽過它們的大名卻不知道到底是什麼意思,那麼羅韋利教授的這七堂物理課可以讓你掌握這些概念的基本意義。如果你擔心物理書太抽象乏味,那麼這本書可以說顛覆了你對於物理書的理解。作為一本基礎讀物,羅韋利教授在裡面僅提及了一個公式,文字上結合理論發現過程中的故事、個人經歷以及具體的實際例子來幫助你理解理論概念,即便是現代物理學小白理解起來也沒有太大難度。

早的時候人們認為地球是宇宙的中心、天圓地方,但事實證明這只是人們有限認知導致的偏見。而類似的偏見在當下依舊存在,因為我們日常對於世界的直覺其實很多情況下是與真相有偏差甚至說完全不同的。這就是為什麼我們認為物理學理論不僅僅是科學家應當掌握的知識,而是需要在普通人中普及開來。空間是彎曲的、時間從某種意義上講並不存在,這些與你日常直覺不同的概念你可以從本書中找到理解的思路。

《精彩書摘》

少年時代的愛因斯坦曾度過一年無所事事的時光。很可惜,現在很多青少年的父母經常會忘記這樣一個道理:一個沒有「浪費」過時間的人終將一事無成。那時候,愛因斯坦因為受不了德國高中的嚴苛教育而中途輟學,回到了他位於義大利帕維亞的家中。那個時候正是20世紀初,義大利工業革命剛剛開始,他的工程師父親正在波河平原上建造第一批發電站。而愛因斯坦則在閱讀康德的著作,偶爾去旁聽帕維亞大學的課程——他聽課只是為了好玩,既不註冊學籍,也不參加考試。但正是這看似兒戲的行為使他成為真正的科學家。

後來,他去了蘇黎世大學讀書,開始全身心地投入到物理學的研究中。幾年後的1905年,他向當時最負盛名的科學期刊《物理學年鑒》投寄了三篇文章,這三篇文章中的任何一篇都足以讓他獲得諾貝爾獎。其中第一篇指出了原子的存在,第二篇則奠定了量子力學的基礎——我在下一課里會細說,而在第三篇中他提出了第一個相對論,也就是我們今天所說的「狹義相對論」。這個理論說明了對每個人來說,時間的流逝速度可以不一樣 ——如果一對雙胞胎中的一個人以高速運動,那麼兩人的年齡將不再相同。

愛因斯坦很快成為著名的科學家,收到了很多大學的聘書。即便是這樣,仍然有些事讓他心緒不寧——儘管他提出的相對論立刻獲得了一片讚譽,但它與我們對引力的了解,也就是自由落體的認知產生了矛盾。他在寫一篇總結相對論的論文時發現了這個問題,於是對偉大的物理學之父牛頓那著名的「萬有引力」學說提出了質疑:我們能否修正一下這個理論,讓它不再與新生的相對論水火不容?為此他陷入了深思,並花了十年時間來解決這個問題。在這十年里,他瘋狂研究,反覆嘗試,不斷犯錯,陷入混沌。他發表過錯誤的論文,有過各種靈光乍現的想法,也曾誤入歧途。終於,在1915年11月,他發表了一篇論文,給出了完整的解答——這是一個全新的引力理論,他稱之為「廣義相對論」,這是他的傑作。偉大的蘇聯物理學家列夫·朗道(Lev Landau)稱之為 「最美的理論」。

世界上有許多感人至深、無與倫比的偉大作品,比如莫扎特的《安魂曲》、荷馬的《奧德賽》、西斯廷禮拜堂的穹頂畫、莎士比亞的《李爾王》……想要領悟這些作品的妙處,都要經歷一個從頭學起的過程,但最終獲得的回報將是百分之百美的享受。其實,除了美感之外,這些作品還能為我們提供一個觀察世界的全新視角。廣義相對論,這顆愛因斯坦的明珠,正是這樣一件傑作。

我還記得自己對這個理論初有心得時的激動心情。那是大學最後一年的夏天,在卡拉布里亞大區孔多弗里城的一片海灘上,我沐浴在希臘風情的地中海艷陽下。因為沒有學校課業的打擾,學生在假期里往往能更專註地學習。我當時正在研讀一本書,書頁的邊緣都被老鼠咬爛了。每當我忍受不了博洛尼亞大學那些無聊的課程時,就會跑回位於翁布里亞山區的家中。我的家不成樣子,有點嬉皮風格,我每天晚上都會用這本書堵住那些可憐小動物們的洞口。此刻,我時不時地從書頁中抬起頭來,看看面前波光粼粼的大海,我彷彿看到了愛因斯坦想像中彎曲的時空。

這簡直就像魔法一樣:宛如一位朋友在我耳邊低聲細語,告訴我一個不同凡響卻又不為人知的真相,瞬間揭開了遮蔽真實的面紗,展現出一個更簡潔、更深刻的秩序。自從得知地球是圓的,像瘋狂的陀螺一樣旋轉之後,我們就認識到事實並非如表面所見。每當我們瞥見事實新的一面時,都會激動不已,這意味著又有一層面紗要被揭開了。

物理學已經不是第一次面對兩個看起來完全對立的偉大理論了。而過去每一次成功地將相互矛盾的兩個理論統一時,我們的世界觀都產生了巨大的飛躍。牛頓整合了伽利略的拋物線運動和開普勒的天體橢圓運動,發現了萬有引力。麥克斯韋將電和磁的理論結合起來,提出了電磁場方程。愛因斯坦在解決電磁學和經典力學的明顯衝突時,發現了相對論。因此,物理學家發現這種偉大理論之間的矛盾時只會興奮不已:這是一個難得的機會。

時間本質上是人類的一場幻覺,某種程度上,我們是在用周期運動定義其他所有運動,產生了整個有關時間的觀念。 宇宙本身只有運動,而無時間。

You don"t get anywhere by not "wasting" time.

一個沒有「浪費」過時間的人終將一事無成。

《七堂極簡物理課》是寫給那些對現代科學一無所知或知之甚少的朋友們的。這七堂課將帶領讀者領略20世紀物理學革命中最令人著迷的領域,以及這場革命開啟的疑問和奧秘。因為科學不僅告訴我們如何更深入地理解這個世界,也會向我們展示未知的世界有多麼廣闊。

能將過去和未來區分開來的基本現象就是熱量總是從熱的物體跑到冷的物體上。

The world is a continuous, restless swarming of things, a continuous coming to light and disappearance of ephemeral entities. A set of vibrations, as in the switched-on hippie world of the 1960s. A world of happenings, not of things.

世界是物體連續的、永不停歇的涌動,是稍縱即逝的實體不斷地出現和消失,是一系列的震蕩,就像20世紀60年代時髦的嬉皮世界,一個由事件而非物體構成的世界。


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