《七堂極簡物理課》

[意] 卡洛·羅韋利

這是一本很短小的書,只有100多頁。內(nèi)容簡單一句話就能概況糖驴,就是書名:七堂物理課。但說實話并不簡單佛致,雖然這本書的定位是給小白們普及用的贮缕。于是決定還是結(jié)合其他網(wǎng)絡(luò)資源進行整理掃盲。

先說下作者俺榆,卡洛·羅韋利:一個被稱為讓物理變得性感的男人感昼。他的文筆不同于純科普文章,還夾帶著更偏向于文學(xué)化的優(yōu)美罐脊。另外他是意大利理論物理學(xué)家定嗓,相對于實驗物理學(xué)家而言前者更偏重于理論,如愛因斯坦等萍桌。2019年中國上市新書《時間的秩序》宵溅,豆瓣評分9.1,有時間可以拿來拜讀一下上炎。

本書開門見山恃逻,由以下七章組成:
① 廣義相對論;
② 量子力學(xué)藕施;
③ 宇宙的構(gòu)造寇损;
④ 粒子;
⑤ 空間的顆粒铅碍;
⑥ 概率润绵、時間和黑洞的熱;
⑦ 我們(略)
開始進行詳細解釋

廣義相對論

相對論是對于牛頓力學(xué)的一個修正:牛頓力學(xué)是在速度遠小于光速下的一個特例胞谈。首先讓我們說一下狹義相對論:稱為狹義是因為只在慣性參考系中有效。而它的出現(xiàn)源于光速不變。即不論以什么為參考系烦绳,光的速度均是c卿捎。比如在速度為v1的車上發(fā)出一束光,在牛頓力學(xué)看來這時光的速度會是v1+c径密,但實驗表明此時的速度仍為c午阵,完全不符合牛頓力學(xué)中的速度疊加原理。于是愛因斯坦以在任何參考系中光速不變?yōu)榧僭O(shè)享扔,重新推理了牛頓力學(xué)中除萬有引力外的東西底桂,得出了運動物體時間會變慢,長度會增加惧眠,質(zhì)量會增加的結(jié)論籽懦。

而廣義相對論是將狹義相對論的理論擴展到了非慣性系中。愛因斯坦提出:“局部引力場中自由下落的參考系與無引力場的慣性系不可區(qū)分”氛魁。打個比方:一個人在自由下落的電梯里暮顺,那么他是感受不到重力的,就像懸浮在里面一樣秀存。那么其實就是當你懸浮在電梯里捶码,從里面完全無法區(qū)分是懸浮在太空里(慣性系),還是在一個自由落體運動的電梯里(有地球引力的非慣性系)或链,無法區(qū)分就是等價惫恼,就是說兩者的在物理上是一樣的。因此提出了等效原理澳盐。而等效原理則可以把引力場變?yōu)橐粋€特殊的慣性系尤筐,則就可以直接使用狹義相對論的原理了。

廣義相對論的核心就是凡是有質(zhì)量的物體都會造成周圍時空的彎曲洞就,然后這個物體在彎曲時空中做慣性運動盆繁;而如果彎曲的太厲害光都出不來就被稱為黑洞;兩邊彎曲相接就會稱為蟲洞旬蟋。

量子力學(xué)

二十世紀最偉大的科學(xué)一個是之前說的廣義相對論油昂,另一個就是量子力學(xué)。首次了解是之前看過的《貓倾贰、愛因斯坦和密碼學(xué)》冕碟,也是一本寫關(guān)于量子力學(xué)的書,看完后不夸張地說真的三觀崩塌匆浙,完全超出了現(xiàn)有認知安寺。下面通過幾個關(guān)鍵詞來簡單了解下量子力學(xué):

① 疊加態(tài)與坍縮:薛定諤的貓,在未被觀測下這只貓是疊加態(tài)的首尼,即即是死的又是活的挑庶。而當真正去打開盒子看到的時候言秸,其疊加態(tài)會坍縮成一個狀態(tài)。如雙縫干涉實驗也已證明這種猜想迎捺;
② 量子糾纏:首先說下自旋守恒举畸,簡單理解就是一種守恒定律。想象有一個自旋為0的粒子凳枝,某時突然分裂成了A抄沮、B兩個粒子,并超相反方向運動岖瑰。此時根據(jù)自旋守恒定律叛买,兩個粒子的總自旋為0,那么如果其中一個自旋為1/2蹋订,另一個一定為-1/2率挣。但在測量之前并不知道其自旋量,測量的一瞬間就會坍縮成某個值辅辩,而測量之前描述其自旋的信息被稱作糾纏態(tài)难礼。不論相隔多遠,一個被測出玫锋,另一個同時會坍縮蛾茉。簡單理解就是超距作用。簡單總結(jié)下量子糾纏的意義——如果兩個地方的物質(zhì)處于糾纏態(tài)撩鹿,從糾纏的一方的所有信息可以瞬間傳遞到糾纏的另一方去谦炬,這種傳輸沒有時間空間的限制,是瞬間傳播的节沦。

宇宙的構(gòu)造

這一章比較簡單键思,主要說了下人類對于宇宙的認知進化:地在下 人在上 → 天圓地方 → 地心說 → 日心說 → 大爆炸說,不再詳細贅述

粒子

高中就學(xué)過甫贯,所有物體都是由原子組成吼鳞。原子由原子核和核外電子構(gòu)成,原子核是由質(zhì)子和中子組成叫搁,而質(zhì)子和中子又是由最小的基本單位夸克構(gòu)成赔桌。夸克之所以彼此間聯(lián)系渴逻,是通過一種叫做“膠子”的物質(zhì)疾党。而像這些電子、夸克惨奕、膠子就是物理學(xué)中的基本粒子雪位。另外還有其他一些不常見的粒子,如中微子梨撞、希格斯玻色子等

而粒子理論最終建立在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上雹洗,得出了基本粒子標準模型香罐。該模型規(guī)定了61種基本粒子,它是由不同的理論和方程集合而成队伟。描述了某些場穴吹,通過某些常數(shù)決定的某些力相互作用幽勒,表現(xiàn)出某些對稱性

空間的顆粒

“相對論認為時空應(yīng)該是連續(xù)的嗜侮、平滑的,但是由于量子力學(xué)的本質(zhì)是微觀粒子的不確定性啥容,所以量子力學(xué)的時空觀是間斷锈颗、起伏、不斷漲落的咪惠,這種現(xiàn)象被稱為量子漲落击吱,它是指在空間任意位置對于能量的暫時變化,這種能量的暫時變化會出現(xiàn)在空間中的任何一個地方遥昧,所以說相對論是一種絕對論理論覆醇,而量子力學(xué)的不確定性原理則更像是一種概率學(xué)。愛因斯坦一直對于量子力學(xué)表示質(zhì)疑炭臭,愛因斯坦稱:上帝是不會擲骰子的”永脓。

而圈量子理論試圖把廣義相對論和量子力學(xué)結(jié)合起來。何為圈量子理論鞋仍?圈量子理論認為宇宙是破碎的常摧,我們的世界,包括空間和時間威创,是由無數(shù)的微小“積木”搭建而落午。我們周圍連續(xù)的空間和時間只是這些密集發(fā)生的基本過程產(chǎn)生的模糊景象。就像阿爾卑斯山上平靜而清澈的湖泊肚豺,其實是無數(shù)微小的水分子快速舞動形成的溃斋。

概率、時間和黑洞的熱

什么是熱吸申,熱的物體其中并不包含熱質(zhì)梗劫,而是其中分子運動更快;那為什么熱量會從熱的物體傳遞至冷的物體呛谜,這就涉及到概率:熱量從熱的物體跑到冷的物體上發(fā)生的概率比較大在跳,原因在于,從統(tǒng)計學(xué)的角度看一個快速運動的熱物體的原子更有可能撞上一個冷物體的原子隐岛,傳遞給他一部分能量猫妙,而相反過程發(fā)生的概率則很小。在碰撞的過程中聚凹,能量是守恒的割坠,但當發(fā)生大量偶然碰撞時齐帚,能量傾向于平均分布,就這樣相互接觸的物體溫度會趨向于相同彼哼,熱的物體和冷的物體接觸后溫度不降反升的情況并非完全不可能对妄,只是概率小的可憐。而這一現(xiàn)象關(guān)系到時間的本質(zhì)敢朱,在所有不發(fā)生熱交換或熱交換可以忽略不計的情況下剪菱,我們看到的未來和過去是一模一樣的拴签⌒⒊#可是一旦有熱量存在未來和過去就不同了。舉個例子蚓哩,如果沒有摩擦鐘擺可以永遠擺動下去,如果我們把這個擺動過程錄下來倒著播放岸梨,也不會覺得有任何問題喜颁,但是如果存在摩擦,鐘擺微微加熱的底座損失的能量運動曹阔,速度就會減慢半开,這就是摩擦生熱這時我們立刻就能分辨未來鐘擺變慢的方向和過去。我們從來沒有看到過一個鐘擺吸收的底座的熱量從靜止突然開始擺動次兆,只有存在熱量的時候過去和未來才有區(qū)別稿茉,能將過去和未來區(qū)分開來的基本現(xiàn)象。

我們

作者文學(xué)性的有感而發(fā)芥炭,略漓库。

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