七堂物理极简物理课

零 书籍介绍

《七堂物理极简物理课》意大利卡洛·罗韦利著，文铮 陶慧慧译，湖南科学技术出版社出版。

自序

《七堂物理极简物理课》是写给那些对现代科学一无所知或知之甚少的读者，带领读者领略20世纪物理学革命中最令人着迷的领域。

第一课 最美的理论

1. 最美的理论指的是爱因斯坦的广义相对论。
2. 一个没有“浪费”过时间的人终将一事无成——这里应该指的是要在不同的事物上去体验。
3. 1915年11月，他发表的论文提出了一种全新的引力理论，它称之为“广义相对论”，被伟大的苏联物理学家列夫·朗道称之为“最美的理论”。
4. 牛顿试图解释物体下落和行星运转的原因的时候，假设了万物之间存在一种相互吸引的“力量”，他称之为“引力”。但是这个力如何牵引两个相距甚远中间空无一物的物体呢？牛顿并没有大胆提出假设，他想象物体在空间中运动的，空间是一个巨大的容器，所有物体在其中做直线运动指导有一个力使他们发生弯曲。
5. 爱因斯坦通过法拉第和麦克斯韦等人关于电磁场的启发，一定存在一个类似于“电场”的引力场。引力场不“弥漫”于空间，因为它本身就是空间——这就是广义相对论的思想。
6. 空间不是一个有别于物质的东西，而是构成世界“物质”成分之一，一种可以波动、弯曲、变形的实体。我们不再身处一个看不见的坚硬框架里，而是更像是深陷在一个巨大的容易形变的软体动物中。太阳会是周围的空间发生弯曲，所以地球并不是在某种神秘力量的牵引下绕着太阳旋转，而是在一个倾斜的空间中行进，就想弹珠在漏斗中滚动一样。
7. 爱因斯坦在伯恩哈德·黎曼的“黎曼曲率”R的基础上，把R与物质的能量等价起来，也就是说：空间在有物质的地方会发生弯曲。不仅行星要在轨道上绕着恒星转，就连光也发生了偏折。
8. 不仅空间发生了弯曲，连时间也发生了弯曲。在高空中时间过的比较快，而在靠近地球的地方时间过的比较慢。如果一个双胞胎，一个住在海边，一个住在山上，只要经过一段时间住在海边的会发现住在山上的比他老的快一些。
9. R_ab - 1/2Rg_ab = T_ab

第二章 量子

1. 20世纪物理学的两大支柱：一个会广义相对论，一个是量子力学，他们之间有着天壤之别。
2. 广义相对论由爱因斯坦凭借一己之力思考孕育出来的，是关于引力、空间和时间简洁又统一的观点。量子理论在实验上获得了无与伦比的成功，但是仍然笼罩在一片神秘莫测的氛围中。
3. 量子力学诞生于1900年。德国物理学家马克思·普朗克提出一种假设：假设电磁场的能量分布在一个个的“量子”上，也就是说能量是一包一包或一块一块的。
4. 爱因斯坦指出光是有成包的粒子构成的，今天我们称之为“光子”。
5. 德国的维尔纳·海森堡想象电子并非一直存在，只有人看到他们时，或者说只有和其他东西相互作用时他们才会存在。
6. 在量子力学中没有一样东西拥有确定的位置，除非它碰上了别的东西。

2018-06-17 这本书前几天就看完了，今天补充笔记

第三章 宇宙的构造

1. 人们对宇宙的认识过程：天在上，地在下 --> 2600年前阿那克西曼德，提出天空不仅在地面的上方，而是把地球包围了起来。地球是一块漂浮在空中，不会坠落的石头——有人意识到对一块飞在空中的土地而言，球形最合理，因为球体在各个方向距离是相等的。-->亚里士多德科学的论证了地球是圆的，天空围绕着大地——地心说。-->哥白尼提出日心说-->星系、星云。
2. 布满星系、富有弹性的浩瀚宇宙大约是150亿年前由一个极密极密的小星云演化而来。

第四课 粒子

1. 光由光子组成，这是爱因斯坦凭直觉想出来的光的微粒。

2. 我们看到的物质都是有原子组成的——由夸克和电子组成。

   
   
   

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   夸克之间通过“胶子”“黏”在一起。

3. 基本粒子：夸克、电子、光子和胶子。
4. 量子力学描述了这些粒子的性质和运动方式。他们之间的消失和重现遵循量子力学的奇特定律：存在的每样东西都是不稳定的，永远都在一种相互作用跃迁到另一种相互作用。
5. 量子力学和粒子实验告诉我们，世界物体是连续的、永不停歇的涌动，是稍纵即逝的实体不断出现和消失，是一系列的震荡。
6. 每个巨大的星系周围都存在着一团巨大的云状物，无法直接看到这团云状物是由什么构成的，只能通过它对星体的引力和是光发生偏折的现象。科学家很多假设，但是没有一个说得通，把组成星云的物质称为暗物质——一种无法用标准模型描述的东西、不可见，不是基本粒子。
7. 基本粒子不断的在存在和不存在之间震动、起伏，充斥在似乎一无所有的空间中。他们以无穷无尽的组合，讲述星系、繁星、阳光、山川、森林、天地。

第五课 空间的颗粒

1. 20世纪的两颗明珠广义相对论和量子力学，虽然他们是很多学科的起源和基础——前者是宇宙学、天体物理学、引力波等研究的起源；后者则是原子物理、核物理等学科的基础。但是他们不可能同时正确，至少目前他们是相互矛盾的。
2. 悖论是两个理论都非常好用。每次物理界统一两个矛盾的时候，我们的世界观都产生了巨大的飞跃——牛顿整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；麦克斯韦将电和磁的理论结合起来，提出了电磁场方程。
   3.圈量子引力
   为了整合广义相对论和量子力学，一个重要尝试就是“圈量子引力”。
   1）这个理论的核心结论：空间是不连续的，不可被分割的，而是有细小的颗粒，或者说“空间原子”构成的——这些颗粒极其微小，比最小的原子核还要小几亿亿倍。这些空间原子就想巨大锁子甲上的小铁圈一样，环环相扣形成了一个相互关联的网络。
   这些空间的量子在哪里？他们不存在于任何地方，也不在“空间”之中，因为他们本身就是空间。
   2）圈量子引力的第二个理论更为极端：“时间不受事物影响、一直流逝”这个基本又原始的想法也不复存在。描述空间和物质的颗粒的方程不在包含“时间”这个变量。
   并不是说一切保持稳态，没有变化。而是说变化是普遍存在的，但我们不在能把这个基本过程形容为“一个瞬间接着一个另一个瞬间”。在空间颗粒的微小尺度下，大自然的舞步不在追随唯一的节拍，每一个物理过程都有自己的节奏，独立于临近的其他过程。
   时间的流逝发生在事件之内，从构成世界的量子事件之间的相互关系中产生，这些量子事件本身就是时间的源头。
3. 如果圈量子引力理论正确的话，物质不可能坍（读：tan）缩成一个无穷小的点，因为无穷小的点是不存在的，有的只是一块块的有限空间。所以被自身重量压塌的物质，会变得越来越密，知道量子力学可以产生一个反作用力，来抗衡这个压力。
4. 基于圈量子理论，实际上爆炸就是反弹。

第六课 概率、时间和黑洞的热

1. 什么是热？
   19世纪中叶，物理学家认为热是一种流体，叫做“热质”，或者是一冷一热的两种流体。最终，麦克斯韦和玻尔兹曼发现，热仅仅是原子运动速度更快。热是因为原子运动快；冷是原子跑的比较慢。
2. 为什么热从高温到低温？
   这是一个关键问题，关系到时间的本质。只有存在热量的时候，过去和未来才有区别。能将过去和未来区分开来的基本现象就是热量总是从热的五天跑到冷的物体上。
   物体热量传递实际上是随机的，并不是一定从热到冷，只是从热到冷的概率比较大而已。从统计下的角度看，一个快速运动的热物体的原子更有可能装上一个冷物体的原子，传递给它一部分能量；而相反过程发生的概率则很小。当大量偶然碰撞后，物体的能量趋于相同。所以热物体接触冷物体，温度不降反升也并非完全不可能，只是概率小的可怜而已。
3. 直觉是不准确的。

每个时代对知识的定义不一样，古代：知识=经文x逻辑；科学革命的知识公式是：知识=实证数据x数学；人文主义知识的公式是：知识=体验x敏感性。——来自《未来简史》。
成甲觉得知识是可以改变个人行为的信息。

尾声 我们

1. 在现代科学中，我们不懂的东西太多，其中懂得最少的问题之一就是我们自己。
2. 我们建构的图像存在于我们心中、思维之中。我们借助有限手段重构和理解的事物和真实世界之间存在着无数滤镜。我们对很多事物的了解是后验的。所以我们不仅要学习，还要逐渐更新我们的概念框架。
3. 科学的本质
   认识到我们可能会不断犯错，因此，一旦有新的迹象出现，我们要能随时改变方向，同时我们也清楚，如果我们足够聪明，就会做出正确的判断，找到我们追寻的东西。
4. 我们的知识反映了真实。无论多寡，知识都反映了我们栖居的世界。