现实不似你所见

现实不似你所见

内容简介

世界的基本组成部分是什么？时间和空间真的存在吗？现实（Reality）的本质是什么？现象级科普畅销书《七堂极简物理课》作者、意大利理论物理学家卡洛·罗韦利以优雅易懂的方式带我们踏上这场探索现实之旅：从德谟克利特到爱因斯坦，从法拉第到引力波，从经典物理到量子引力……通过介绍现实的概念是如何随时间变迁的，今天的物理学家又是如何理解宇宙的结构的，他为我们提供了比《七堂极简物理课》更深入的理论解释。

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作者简介

卡洛·罗韦利，意大利理论物理学家，圈量子引力理论的开创者之一。曾在美国、意大利工作，现在法国带领量子引力研究小组。著有畅销书《七堂极简物理课》，被译为40多种语言。

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目录

自序 

引言 

第一部分 源头 

微粒 

经典 

第二部分 革命的开端 

阿尔伯特 

量子 

第三部分 量子空间与关联的时间 

时空是量子 

空间的量子 

时间不存在 

第四部分 超越时空 

超越大爆炸 

实验上的证据？ 

量子黑洞 

无穷的终结 

信息 

秘密

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前言

在我的整个研究生涯里，一直有朋友和好奇的人请我讲解量子引力到底是怎么一回事。我们如何得以研究这些思考空间和时间的全新方式呢？我一再被邀请以通俗的方式写一写量子引力。关于宇宙学或弦理论的书已经有很多了，但描述空间与时间的量子本质，尤其是关于圈量子引力研究的书，却还未出现。长久以来我一直很犹豫，因为我想要专注于研究。但几年以前，在完成了关于这一研究课题的专业书籍后，我感到许多科学家的共同努力已经使这个主题达到一个成熟的阶段，足以出版一本普及读物了。我们正在探索的风景令人着迷，为何要把它藏起来呢？ 

但我还是推迟了这个计划，因为我无法在脑海中“看见”这本书。我要如何解释一个没有空间与时间的世界？2012 年的某天晚上，在独自驾车从意大利到法国的途中，我意识到，要想以一种容易理解的方式阐释持续修正中的空间与时间的概念，唯一的方法就是把故事从头讲起：从德谟克利特开始，一直到空间的量子化。毕竟我就是这样理解这个故事的。我一边开车一边在头脑中构思整本书，并且越来越兴奋，直到我听到警车的鸣笛声，要我靠边停车：我严重超速了。意大利警察礼貌地询问，开得那么快我是不是疯了。我解释道，我刚刚发现了一个已经寻觅良久的想法。警察并没有开罚单就放我走了，还祝我的那本书顺利，也就是你此刻读到的这本书。 

这本书写完后于2014 年初在意大利首次出版。不久之后，我为一家意大利报纸写了一些有关基础物理学的文章。一家很有声望的意大利出版社阿德尔菲（Adelphi）请我对这些文章进行扩展，出版成一个小册子。这就是那本小书《七堂极简物理课》的缘起，令我万分惊讶的是，它成了一本国际畅销书，并且在我与全世界那么多出色的读者之间开辟了一个美妙的交流渠道。那“七堂课”完成于本书之后，在一定程度上它们是你在这里遇到的一些主题的综合。如果你已经读过《七堂极简物理课》，并且想要了解更多，想要在它描绘的奇妙世界中深度旅行，那么在这本书里你会有更多发现。 

我在这里给出的对现有物理学的描述，尽管以一种我自己所理解的独特视角呈现，但其中绝大部分并无争议。而本书中关于当前量子引力研究的描述，则是我个人对研究现状的理解。这是我们已然理解与尚未理解的边界地带，并且远未达成共识。我的物理学家同事们有些会赞同我在这里所写的，有些则不然。在介绍任何前沿知识的研究时，都会遇到这样的情况，但我想在一开始就坦率地表明态度：这并不是一本关于确定性的书，而是一本面向未知去冒险的书。 

总的来讲，这是一本游记，描绘了人类最激动人心的旅程之一。在这段旅程中，我们会走出对现实有限而偏狭的视角，朝向对事物结构越发广博的理解。这是一段摆脱我们常识观念的奇妙旅程，而且还远远没有完成。

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媒体评论

如果你已经读过《七堂极简物理课》，并且想要了解更多，想要在它描绘的奇妙世界中深度旅行，那么在这本书里你会有更多发现。 

——卡洛·罗韦利 

罗韦利诗意的语言、清晰的思想，对科学及其历史的热情让这本《现实不似你所见》阅读起来非常愉悦，他的图表和脚注则让读者更好地理解内容，获得更专业的洞见。 

——《书单》 

有些物理学家是物理学的诗人。他们看待世界或物理现实，如同一首抒情叙事诗，以人类大脑能够破译的隐藏密码写就。卡洛·罗韦利就是其中之一。《现实不似你所见》阅读起来非常愉快，充满了奇妙的类比和想象，也是一首人类精神的赞歌。 

——美国国家公共广播电台 

科学爱好者会着迷于罗韦利清晰的讲述，《现实不似你所见》是写给大众的前沿理论物理学，专为有勇气探索的心准备，有丰富图解，没有数学。 

——《科克斯评论》 

罗韦利流畅地表达了科学的信念和证据之间的分别，他的热情深具感染力，并欢欣鼓舞于人类理解的可能性。 

——《出版人周刊》 

罗韦利用优美的行文带读者穿行于“现实”这一概念的历史，让他们了解，对于未被发现的宇宙乃至我们自己的生活，这一切意味着什么。 

——《帕萨迪纳星报》

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精彩片段

在一个事件的过去与未来之间（例如，你正在阅读的此时此刻与你的过去与未来之间），存在一个“中间区域”，一个“延展的现在”，一个既非过去亦非未来的区域。这就是狭义相对论的发现。 

这个既不在过去也不在未来的中间区域时间非常短，取决于相对你而言事件发生的位置，就像图3.2 中画的那样。事件离你的距离越远，延展的现在持续的时间就越长。亲爱的读者，在离你鼻子几米远的地方，于你而言既非过去也非未来的中间区域持续的时间只有几纳秒，约等于零（几纳秒之于一秒相当于几秒之于三十年）。这比我们能够觉察到的时间要短得多。在大海的另一端，这个中间区域的持续时间是千分之一秒，仍然远低于我们可以感知到的时间的临界值——我们通过感官能感知的最短时间大约是十分之一秒。但到了月亮上，延展的现在的持续时间会达到几秒钟，到了火星会有一刻钟。这表明我们可以说，在此刻的火星上，有已经发生的事件和尚未发生的事件，也有那么一刻钟的时间，这段时间的事情既不发生在过去也不发生在未来。 

这些事件在他处。我们从未意识到这个他处，因为在我们周围这个他处太短暂了，我们无法察觉到它，但它真实存在。 

这就是在地球和火星之间无法进行流畅通话的原因。比如我在火星而你在地球，我问了你一个问题，你一听到就立刻回话，但你的回复要在我提出问题一刻钟后才传到我这儿。这一刻钟的时间相对于你回答我的时刻而言既不在过去也不在未来。爱因斯坦领悟到的关于自然的重要事实就是，这一刻钟是无法避免的：我们无法把它消除。它被编织在时空时间事件的纹理中。我们无法缩短它，就如我们无法给过去寄一封信一样。 

这很奇怪，但世界就是这个样子。就像悉尼的人是上下颠倒的一样奇怪；奇怪，但确实如此。人一旦习惯于事实，事实就会变得稀松平常与合乎情理。是时间与空间的结构使其如此。 

这表明说火星上某一事件“正在”发生没有意义，因为“现在”并不存在。从专业术语来讲，我们说爱因斯坦领悟到“绝对的同时性”并不存在：宇宙中并不存在“现在”发生的事件。宇宙中发生的事件不能用一系列的、一个接一个的“现在”来描述；它有着如图3.2 中的更复杂的结构。这幅图描绘了物理学中的时空：一组过去与未来的事件，以及既不是过去也不是未来的事件；这些事件并不在一瞬间形成，它们本身要持续一段时间。 

在仙女座，这个延展的现在的持续时间（相对于我们）是两百万年。这两百万年间发生的任何事情于我们来说既不在过去也不在未来。如果某个先进而且友善的仙女座文明决定派一个宇宙飞船舰队来拜访我们，去问舰队“现在”出发了与否并没有意义。唯一有意义的是当我们接收到来自舰队的第一个信号时，从那一刻起——而非提前——因为舰队出发于我们的过去。

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