现实不似你所见(Reality Is Not What It Seems:The Journey to Quantum Gravity)

《现实不似你所见》量子引力科普之旅

人类总是对自身感到着迷。我们研究自己的历史、心理、哲学与神明。我们大部分的知识都以人自身为中心,仿佛人类是宇宙中最重要的东西。我想我之所以喜欢物理,是因为它打开了一扇窗,让我们能看得更远。它给我们带来了新鲜的空气,让人耳目一新。

我们透过窗户所看到的东西一直令我们惊叹。关于宇宙我们已经了解了很多。几个世纪以来,我们逐渐意识到过去的我们竟然持有那么多错误的见解。我们曾认为地球是平的,它是世界静止不变的中心。我们曾以为宇宙很小,而且从未改变。我们曾认为人类是一个独立的物种,与其他动物没有血缘关系。我们认识到夸克、黑洞、光子、空间波动的存在,认识了我们体内每个细胞令人惊奇的分子结构。人类就像个不断长大的孩子,惊奇地发现世界并非只有他的卧室和游乐场,而是如此辽阔,有许许多多的东西可以去发现,有数不清的观点与他最初以为的不同。宇宙参差多态,无边无际,我们不断发现它新的面向。我们对世界了解得越多,就越惊奇于它的多样、优美与简洁。

然而我们发现的越多,就越明白,比起已经了解的东西,我们尚未了解的要多得多。我们的望远镜功能越强大,看到的天空就越奇妙与出乎意料。我们越细致地观察物质的精微细节,就越认识到其结构的深刻。如今我们甚至可以观测到一百四十亿年前的大爆炸,那次让所有星系得以诞生的伟大爆炸——但我们已经开始瞥见一些比大爆炸更伟大的东西。我们认识到空间是弯曲的,并且已经预见到空间是由振动的量子微粒编织而成的。

我们关于世界基本法则的知识在不断增长。如果试着整合我们在 20 世纪学到的关于物理世界的知识,会发现许多线索表明世界与我们在学校里学到的大相径庭。世界的基本结构正在显现,它由一群量子事件生成,其中时间和空间都不存在。量子场绘制了空间、时间、物质与光,在事件之间交换信息。实在(Reality)是由独立事件构成的网络,概率使它们相互关联,在两个事件之间,空间、时间、物质与能量消融在一团概率云中。

在对基础物理学中悬而未决的主要问题——量子引力进行研究的过程中,奇妙的新世界正在逐渐显现。20 世纪物理学有两大重要发现——广义相对论与量子理论,问题在于我们透过这二者认识的世界要怎样合理地整合在一起。我想把这本书献给量子引力,以及这项研究所展现的奇妙世界。

本书是当前研究的实况报道:我们正在研究的、已经了解的,以及我们认为开始理解的事物的基本特性。它从我们现在为了理解世界所使用的一些重要概念的古老起源出发,描述了 20 世纪的两项伟大发现——爱因斯坦的广义相对论与量子力学,并尝试聚焦于这些物理内容的核心。它讲述了如今量子引力研究中正在显现的世界图景,也注意到自然所给出的最新提示,例如,普朗克卫星对宇宙标准模型的证实,以及欧洲核子研究组织(CERN)未能成功观测到许多人预期的超对称粒子。它也讨论了这些理念的推论:空间的分立结构;时间在小尺度的消失;大爆炸的物理学;黑洞的起源,以及信息在物理学基础中的重要作用。

在《理想国》的第七卷中,柏拉图讲述了一则著名的神话:一些人被束缚在漆黑的洞穴深处,只能看到他们身后火焰投射到墙上的影子。他们认为这就是真实。有个人挣脱了束缚,逃离了洞穴,发现了太阳的光芒和更广阔的世界。最初他的眼睛无法适应光线,感到头晕和困惑。然而最终他可以看见了,他兴奋地跑回同伴身边,告诉他们他所看到的。他们感到难以置信。

我们都处在洞穴的深处,被自身的无知与偏见束缚,有限的感官呈现给我们的只有影子。如果我们试图看得更远,就会感到困惑,我们并不习惯。但是我们仍然要尝试,这就是科学。科学思考就是要探索并重新描绘世界,逐步呈现越来越完善的图景,教我们以更有效的方式思考。科学就是对思维方式的不断探索,其力量在于用想象力推翻预设的观念,揭示实在的新面向,建立更新更有效的世界图景。这次冒险要倚仗过往的全部知识,但其核心是改变。这无限世界熠熠生辉,我们想亲眼见证。我们着迷于其神秘与优美,但在视线之外仍是未经探索之地。我们不完整与不确切的知识,飘摇在未知的无尽深渊之上,但这并不会使生命毫无意义,反而使其有趣且弥足珍贵。

我写这本书是为了记录在这趟历险中我眼中的奇景。我脑海中有一位特定的读者:他对如今的物理学一无所知,却乐于发现世界的基本构造,我们已经知晓的事和尚未理解的内容,以及目前的研究领域。我从这一视角所看到的实在的全貌以及它那动人心魄的优美,我也想要把它传达出来。

我也把这本书写给我的同事、世界各地的同道者,以及对科学怀有满腔热情的年轻人,他们正渴望开始这段旅程。借助相对论与量子物理学的光亮,我尝试勾勒出物理世界结构的大致轮廓,并试着将以上二者整合起来。这本书不仅揭示事实,也想要清楚地表达一种观点,因为物理学领域中抽象的专业术语有时可能会让人看不到更广阔的视角。科学由实验、假设、公式、计算与讨论组成,但这些只是工具,就如乐手的乐器。正如音乐中重要的是音乐本身,科学里真正重要的是科学所提供的对世界的理解。要理解地球围绕太阳转这一发现的重要性,无须弄懂哥白尼复杂的计算;要理解地球上所有生物都有共同祖先这一发现的重要性,也不必明白达尔文书中复杂的论证。科学就是以越发开阔的观点解读世界。

我们正在探索世界的全新图景,本书是对目前研究进展的说明。某个仲夏夜,我与一位同事兼朋友在岸边漫步,他问我:“那么,你认为事物的真正本质是什么呢?”本书正是我对这个问题的回答。

注:上文节选自本书引言。


现实不似你所见(Reality Is Not What It Seems:The Journey to Quantum Gravity)

原作名:Reality Is Not What It Seems
作者:[意] 卡洛·罗韦利
译者:杨光
评分:9.1

本书为我们科普了量子引力研究的历史和演变。作者从古希腊自然派哲学家德谟克利特开始,经过牛顿的理论世界,爱因斯坦的广义相对论与量子力学,一直到空间的量子化,以通俗的方式为我们阐释了持续修正中的空间与时间的概念。

现实不似你所见(Reality Is Not What It Seems:The Journey to Quantum Gravity)

作为理论物理学家,作者给我们带来了量子引力当前研究的实况报道,介绍了今天的物理学家是如何理解宇宙的结构的,为我们展开了当今量子引力研究中正在显现的世界图景。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据