《七堂极简物理课》

[意] 卡洛·罗韦利

这是一本很短小的书，只有100多页。内容简单一句话就能概况，就是书名：七堂物理课。但说实话并不简单，虽然这本书的定位是给小白们普及用的。于是决定还是结合其他网络资源进行整理扫盲。

先说下作者，卡洛·罗韦利：一个被称为让物理变得性感的男人。他的文笔不同于纯科普文章，还夹带着更偏向于文学化的优美。另外他是意大利理论物理学家，相对于实验物理学家而言前者更偏重于理论，如爱因斯坦等。2019年中国上市新书《时间的秩序》，豆瓣评分9.1，有时间可以拿来拜读一下。

本书开门见山，由以下七章组成：
① 广义相对论；
② 量子力学；
③ 宇宙的构造；
④ 粒子；
⑤ 空间的颗粒；
⑥ 概率、时间和黑洞的热；
⑦ 我们（略）
开始进行详细解释

广义相对论

相对论是对于牛顿力学的一个修正：牛顿力学是在速度远小于光速下的一个特例。首先让我们说一下狭义相对论：称为狭义是因为只在惯性参考系中有效。而它的出现源于光速不变。即不论以什么为参考系，光的速度均是c。比如在速度为v1的车上发出一束光，在牛顿力学看来这时光的速度会是v1+c，但实验表明此时的速度仍为c，完全不符合牛顿力学中的速度叠加原理。于是爱因斯坦以在任何参考系中光速不变为假设，重新推理了牛顿力学中除万有引力外的东西，得出了运动物体时间会变慢，长度会增加，质量会增加的结论。

而广义相对论是将狭义相对论的理论扩展到了非惯性系中。爱因斯坦提出：“局部引力场中自由下落的参考系与无引力场的惯性系不可区分”。打个比方：一个人在自由下落的电梯里，那么他是感受不到重力的，就像悬浮在里面一样。那么其实就是当你悬浮在电梯里，从里面完全无法区分是悬浮在太空里（惯性系），还是在一个自由落体运动的电梯里（有地球引力的非惯性系），无法区分就是等价，就是说两者的在物理上是一样的。因此提出了等效原理。而等效原理则可以把引力场变为一个特殊的惯性系，则就可以直接使用狭义相对论的原理了。

广义相对论的核心就是凡是有质量的物体都会造成周围时空的弯曲，然后这个物体在弯曲时空中做惯性运动；而如果弯曲的太厉害光都出不来就被称为黑洞；两边弯曲相接就会称为虫洞。

量子力学

二十世纪最伟大的科学一个是之前说的广义相对论，另一个就是量子力学。首次了解是之前看过的《猫、爱因斯坦和密码学》，也是一本写关于量子力学的书，看完后不夸张地说真的三观崩塌，完全超出了现有认知。下面通过几个关键词来简单了解下量子力学：

① 叠加态与坍缩：薛定谔的猫，在未被观测下这只猫是叠加态的，即即是死的又是活的。而当真正去打开盒子看到的时候，其叠加态会坍缩成一个状态。如双缝干涉实验也已证明这种猜想；
② 量子纠缠：首先说下自旋守恒，简单理解就是一种守恒定律。想象有一个自旋为0的粒子，某时突然分裂成了A、B两个粒子，并超相反方向运动。此时根据自旋守恒定律，两个粒子的总自旋为0，那么如果其中一个自旋为1/2，另一个一定为-1/2。但在测量之前并不知道其自旋量，测量的一瞬间就会坍缩成某个值，而测量之前描述其自旋的信息被称作纠缠态。不论相隔多远，一个被测出，另一个同时会坍缩。简单理解就是超距作用。简单总结下量子纠缠的意义——如果两个地方的物质处于纠缠态，从纠缠的一方的所有信息可以瞬间传递到纠缠的另一方去，这种传输没有时间空间的限制，是瞬间传播的。

宇宙的构造

这一章比较简单，主要说了下人类对于宇宙的认知进化：地在下 人在上 → 天圆地方 → 地心说 → 日心说 → 大爆炸说，不再详细赘述

粒子

高中就学过，所有物体都是由原子组成。原子由原子核和核外电子构成，原子核是由质子和中子组成，而质子和中子又是由最小的基本单位夸克构成。夸克之所以彼此间联系，是通过一种叫做“胶子”的物质。而像这些电子、夸克、胶子就是物理学中的基本粒子。另外还有其他一些不常见的粒子，如中微子、希格斯玻色子等

而粒子理论最终建立在量子力学的基础上，得出了基本粒子标准模型。该模型规定了61种基本粒子，它是由不同的理论和方程集合而成。描述了某些场，通过某些常数决定的某些力相互作用，表现出某些对称性

空间的颗粒

“相对论认为时空应该是连续的、平滑的，但是由于量子力学的本质是微观粒子的不确定性，所以量子力学的时空观是间断、起伏、不断涨落的，这种现象被称为量子涨落，它是指在空间任意位置对于能量的暂时变化，这种能量的暂时变化会出现在空间中的任何一个地方，所以说相对论是一种绝对论理论，而量子力学的不确定性原理则更像是一种概率学。爱因斯坦一直对于量子力学表示质疑，爱因斯坦称：上帝是不会掷骰子的”。

而圈量子理论试图把广义相对论和量子力学结合起来。何为圈量子理论？圈量子理论认为宇宙是破碎的，我们的世界，包括空间和时间，是由无数的微小“积木”搭建而。我们周围连续的空间和时间只是这些密集发生的基本过程产生的模糊景象。就像阿尔卑斯山上平静而清澈的湖泊，其实是无数微小的水分子快速舞动形成的。

概率、时间和黑洞的热

什么是热，热的物体其中并不包含热质，而是其中分子运动更快；那为什么热量会从热的物体传递至冷的物体，这就涉及到概率：热量从热的物体跑到冷的物体上发生的概率比较大，原因在于，从统计学的角度看一个快速运动的热物体的原子更有可能撞上一个冷物体的原子，传递给他一部分能量，而相反过程发生的概率则很小。在碰撞的过程中，能量是守恒的，但当发生大量偶然碰撞时，能量倾向于平均分布，就这样相互接触的物体温度会趋向于相同，热的物体和冷的物体接触后温度不降反升的情况并非完全不可能，只是概率小的可怜。而这一现象关系到时间的本质，在所有不发生热交换或热交换可以忽略不计的情况下，我们看到的未来和过去是一模一样的。可是一旦有热量存在未来和过去就不同了。举个例子，如果没有摩擦钟摆可以永远摆动下去，如果我们把这个摆动过程录下来倒着播放，也不会觉得有任何问题，但是如果存在摩擦，钟摆微微加热的底座损失的能量运动，速度就会减慢，这就是摩擦生热这时我们立刻就能分辨未来钟摆变慢的方向和过去。我们从来没有看到过一个钟摆吸收的底座的热量从静止突然开始摆动，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。

我们

作者文学性的有感而发，略。