《七堂极简物理课》读书笔记

~        意大利物理学家卡洛.罗韦利用优美、简洁的语言，向我们描绘宇宙的神奇画面。宇宙浩翰无垠，神秘奇幻。世界的奥秘与美丽熠熠生辉，让我们目眩神迷。

       我们天生就渴望了解更多。我们对世界的认知在不断增长。在知识的边界，我们的求知欲在燃烧。我们渴望探索空间纹理的细微之处，探索宇宙的起源，时间的本质，黑洞的现象，以及我们思维的运行。

       爱因斯坦提出的广义相对论被称为最美的理论。爱因斯坦在1905年提出狭义相对论获得了一片赞誉，但当他发现这个理论与万有引力理论矛盾时，他花了十年的时间孜孜不倦地去思考和探索，反复尝试，不断犯错，终于在1915年得出了全新的广义相对论，简洁而完美地解决了这个问题。爱因斯坦的超凡智慧以及他对科学追根寻底的探索精神，让人敬佩。

       爱因斯坦由电磁场联想到引力应该也是通过“引力场”来传播的。经过长期的思索，他灵光一闪，引力场不是“弥漫”于空间，它本身就是空间。这简洁的理论改变了我们对空间的认知。空间不再空无一物，而是可以波动、弯曲和变形的实体。空间在有物质的地方会弯曲。行星沿着轨道绕着太阳转，苹果掉到地上，都是因为空间弯曲。空间弯曲就是引力产生的原因。后来，爱因斯坦基于高斯和黎曼的曲面公式，写出了简洁而美妙的空间弯曲方程，向我们展示了绚丽的宇宙。

       这伟大的理论提出了多个著名的预言，而这些预言都在接下来的天文观测中得到证实。

1. 时空会弯曲：恒星引起周围的空间弯曲，不仅使行星在轨道上旋转，还会引起光的偏折。时间也不再是恒定不变地流逝，在高空中，时间会过得更快。这可以用双生子实验来证实。一对双胞胎，一个住在山上，一个住在海边。住在高山上的会比住在海边的兄弟老得快。

2. 恒星燃尽熄灭时，会坍塌，导致空间强烈弯曲，形成黑洞。后来，天文学家确实在宇宙中观测到大量黑洞。

3. 宇宙空间可以膨胀和收缩，宇宙的起源是大爆炸，之后宇宙就不断地膨胀。

4.空间会像海面一样起伏，2015年直接观测到的“引力波”证实了这个预言。

       量子力学起源于1900年，普朗克在计算一个“热匣子”内的电磁场时，假设能量分布在一个个“量子”上，得出的计算数据与测量一致。但当时并不知其所以然。直到5年后，爱因斯坦提出光是由光子组成，宣告了量子理论的诞生。爱因斯坦经常能将深奥的科学理论用简洁优美的方式表达出来，足见其智慧超群。可惜的是，接下来的“量子跃迁”和“量子纠缠”理论，因其不确定性，无法简洁表达，他便始终没法接受。他心里一定是这样想：因为我们还没参透量子力学的奥秘，所以才无法简洁优美的表达。

       科学探索就是一场永不停止的接力赛。玻尔提出了“量子跃迁”，在离原子核更远的轨道，电子的能量更高。海森堡根据量子概率分布的理念，于1925年提出了量子力学方程。

       人类对宇宙构造的认识从古至今大致经历了五个阶段。

1．几千年前，古代的人们从直观的感受出发，认为天在上，地在下，地是一个平面。

2．2600年前，阿那克西曼德通过观察太阳、月亮和星辰的旋转，提出了天圆地方的看法。这是一次突破性的进展。因为人们意识到，直观感受有其局限性，我们还需要通过其他的参照物来寻求真相。

3．后来古希腊学者提出“地心说”。既然我们脚下的地是悬在空中的，太阳、月亮和星辰围绕着我们旋转，那么地最合理的形状就是球形。亚里士多德在《论天》中运用很多科学论述证明了这个的观点。后来，哥伦布发现新大陆，麦哲伦环球航行一圈，用实践证明了“地球”是圆的。

4．波兰的哥白尼提出了“日心说”，经过长年的观察和计算，写出了《天体运行论》，改写了人类的宇宙观。

5．现在，随着天文科学的发展，我们都知道宇宙是浩翰无边的，起源于150亿年前的大爆炸。宇宙空间弯曲起伏，除了日月星辰，还存在着大量的黑洞和暗物质。

       我们所处的绚丽多彩的世界其实是由几种微小的粒子组合成的，用千变万化都不足以形容，让我不由赞叹造物的神奇。基本的粒子包括组成物质的夸克、胶子和电子，组成光的光子。另外宇宙中还布满了中微子，不过他们不与我们发生交互作用。此外，就是不常见的其他几种粒子了。

       粒子理论在20世纪由一批物理学家们进一步完善，理查德.费曼、盖尔曼和保罗.狄拉克等人提出了“基本粒子标准模型”。标准模型在很多情况下可以很好地解释物质世界，但因其过于复杂，让追求简洁的科学家们觉得问题并未完全解决。

       在探索科学的过程中，常常会产生矛盾的理论。当新理论将悖论统一时，通常都会让我们产生认知上的飞跃。

1. 牛顿融合了伽利略的抛物线运动和开普勒的天体椭圆运动，发现了万有引力。

2.麦克斯韦将电和磁的理论结合起来，提出了电磁场方程。

3.爱因斯坦在解决电磁学和经典力学的明显冲突时，发现了相对论。

4. 圈量子引力，被认为是将广义相对论和量子力学相统一的最有效手段。

       圈量子引力的理论带来了一些全新的结论：

1. 空间是不连续的，由微小的颗粒（圈）组成；

2. 量子事件是时间的源头；

3. 黑洞坍塌极小后，会引发爆炸；

4.宇宙起源的大爆炸很可能是大反弹。

       什么是热？并不存在“热质”这种东西，物质发热是因为电子的运动速度更快。

       为什么热量总是从热的物体传到冷的物体，而不是相反呢？原因让从在跌眼镜，竟然是随机的。只不过因为热量从热物体跑到冷的物体的概率比相反的概率大得多。当发生大量的偶然碰撞时，能量倾向于平均分布。

       时间是主观的，宇宙中的时间流逝并不都是同步的。

       霍金利用量子力学成功证明了黑洞总是“热”的。

       随着人类对宇宙的认知不断提升，人类不再认为地球是宇宙的中心，同样，人类也不是宇宙的主宰。人类只是宇宙中很小的一部分。宇宙中的万物都在不断地相互作用。

       人的内部构造是相当复杂精妙的，我们意识到的只是其中很小的部分，还有很多奥秘等待我们去探索。人拥有自由的意志和情感，能够超越直觉去认识世界。自古以来，人就是充满与生倶来的好奇心，而且是地球上唯一幸存的智能物种，还在不断探索未知的世界。

       从宇宙的历史长河来看，人类终将消亡，就像曾经的古文明消亡一样，而且很有可能不会延续太久。因为，我们一直在破坏，已经造成气候和环境的恶化。

       我们人类会一如既往地探索未知的世界，在前人的智慧和科技发展的基础上，我们将看得更远……

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