疯狂宇宙[The Crazy Universe]pdf

2019年4月11日21:58:41 发表评论 72
摘要

《疯狂宇宙》:古怪公式一个不要,空泛玄学一句不说。
《疯狂宇宙》是一本读得懂的《时间简史》:用最最通俗的语言介绍了当今人类探索宇宙本源的各种理论和发展历程;这不仅是读得懂的《时间简史》:从探索宇宙上升到对哲学、宗教等意识领域的深层次思考。

疯狂宇宙[The Crazy Universe] 内容简介

《疯狂宇宙》希望用最快速、最简明的方式,解读霍金他们发现的宇宙顶层设计,把作者从中感悟到的大智慧,分享给所有迷思世界本源的哲人,特别是那些远离数学物理,而又希望大致知道专业观点和思想的智者。这本书,写的是宇宙,论的是物理,想的是哲学。

疯狂宇宙[The Crazy Universe] 目录

第一章

疯狂真相

提纲挈领,覆盖全书,排行榜轻松阅读。概述最值得关注的十大宇宙古怪真相,内容包括惊人的形态特征、意外的时空设计、终极的万物本源、诡异的未解之谜。全书十章,有详有略,并非简单按此十大真相来展开。

大尺度 暗存在 鬼打墙 无底洞 万维弦 负存在 大爆炸 多世界XXX 思想者

第二章

古怪科学

宇宙很怪,科学就跟着怪。本章以非专业方式,综述牛顿经典物理、爱因斯坦相对论、量子理论、超弦理论等核心内容,看看人类对宇宙的科学认知,看看科学家们谈论宇宙的艰难别扭和深邃智慧。

1 精美靠谱的经典物理

2 怎么也想不明白的相对论

3 明摆着无法让人接受的量子理论

4 据说猜透了造物主心思的超弦理论

5 预言一二百年内必将创立的XXX理论

6 暧昧的科学,微笑的神佛

7 仰望星空,我们激动莫名

第三章

浩大尺度

本章内容为宇宙十大真相之10:大尺度。从太阳系、银河系到星系团、大结局,以形象比喻方式,引导读者体验莫名其妙、匪夷所思的宇宙之大(包括宇宙之小)。事出反常必为妖。宇宙如此之大,一定具有非同寻常的意义。

1 空旷太阳系-人类最快的飞船一万年都飞不出去

2 遥远两颗星-太空里两只相隔几百公里的小虫子

3 浩瀚银河系-银河系全部星星聚集起来,能挤满英伦三岛

4 无语大结局-全宇宙的星星,相当于全世界所有沙子的总和

5 反向大尺度-把望远镜调转为显微镜,宇宙之小,一样深邃

6 何处是尽头-可见宇宙的尺度,远远够不上实际宇宙一个零头

第四章

隐秘构造

本章内容为宇宙的各种奇异设计。主要是暗物质暗能量之谜、宇宙结构形态之谜、黑洞之谜、物质终极本源之谜、反物质负能量之谜。科学含量较高,新知激动人心,宇宙怪相一一呈现。

1 宇宙把绝大部分东西雪藏起来了

2 宇宙为万物布置了一个超级迷魂阵

3 宇宙安装有通向另类世界的暗道机关

4 万物终究无物,只有弦的震动

5 正负抵消,宇宙就是一顿免费午餐

第五章

离奇生死

本章内容集中揭示宇宙的起源和终结。这个问题非同凡响,科学、哲学、宗教都为之奋斗终生。宇宙大爆炸假说、宇宙暴胀假说、量子宇宙假说,包括中国八卦思想都认为,宇宙生死大问已经解决。本章细说根源。

1 大爆炸真的吗-宇宙起源是一场大火灾

2 大爆炸怎么啦-一个奇点在街上走着走着,突然就炸了

3 大爆炸为什么-奇点,宇宙终极钉子户就这么戳这那儿

4 大爆炸再暴胀-宇宙必须在创世之初抓紧实施大规模疯狂扩张

5 大爆炸始于零-宇宙所有物质能量都是借来的,从虚无中借的

6 大爆炸很八卦-创生宇宙的这个奇点,像极了太极

7 宇宙结局A、B剧-宇宙终有一死,要么冻死,要么暴卒

第六章

鬼魅家族

本章内容集中揭示多元宇宙。我们从来没有想到,宇宙竟然是一个大家族,真正的天外有天,人类的千古幻想可能是真的。本章描述了各种有科学依据的宇宙存在,它们的形态和特征绝对令人眼花缭乱。

1 古老的遐想宇宙-人们对多元宇宙的各种幻想,可能都是真的

2 伤感的轮回宇宙-我们的宇宙,可能有无数次生死轮回

3 寂寞的远方宇宙-永远看不见的遥远地方,还有人家的宇宙

4 别扭的反转宇宙-反物质都有了,反宇宙就极有可能是事实

5 喧嚣的气泡宇宙-无数宇宙就像气泡,在宇宙的大海里沸腾翻滚

6 诡异的高维宇宙-我们眼前,也许就漂浮着多维形态的无数宇宙

6 洞中的黑白宇宙-黑洞肯定是宇宙制造者

7 浪漫的全息宇宙-宇宙整个就是幻象,这个玩笑开得太大了

8 梦魇的幻影宇宙-宇宙每个瞬间都幻化移形出新宇宙。玩笑更大

9 TOE的疯狂解释

第七章

梦幻穿越

本章专门讨论时空穿越,这个话题非常迷人。前半部分介绍科学对时空穿越的认知,后半部分描述几种可能的穿越方式。这些奇异的穿越故事,必将丰富我们的浪漫梦想。

1 相对论发现时间空间不实在

2 相对论证明穿越未来可以有

3 相对论纠结穿越过去不好办

4 最实用的穿越-高速飞行

5 最炫酷的穿越-拖拽时空

6 最苦逼的穿越-坐等跃迁

7 最顽强的穿越-突破虫洞

8 最危险的穿越-全息传真

9 最矫情的穿越-心动此念

第八章

感伤闹剧

本章揭示人类之谜。人是宇宙之魂,人类与宇宙一样古怪。本章主要描述,宇宙的存在是奇迹,地球的存在是奇迹中的奇迹,人类的存在是最高奇迹。本章还要讨论人类终结命运,最终可能求死不得,然后还要逃离宇宙。

1 龙卷风难题

2 我们从哪里来

3 我们到哪里去

第九章

寒冷深空

本章揭示外星人之谜。前半部分讨论科学如何认知和搜寻外星文明,并推测外星文明的基本特性及各种可能性。后半部分讨论大众对外星文明的迷信,不客气地对待人们对UFO和远古外星人的幼稚幻想。

1 外星文明物语-这个宇宙还有谁,会无缘无故想入非非仰望星空

2 外星文明神话-外星人有点像大众情人,惊险刺激的神秘情人

第十章

微笑神佛

本章呼应前面的《古怪科学》,讨论人类的神秘文化体系如何认知、如何解读宇宙,揭示其“全知道”、“早知道”、“不可说”的有趣规律,以及若干迷信陷阱。结论是:科学与宗教各有自己的功能和使命,不要搀和一起。

1 两个神奇手指

2 三大认知定律

3 八个纠缠陷阱

附录

几个著名科学家

几本精品参考书

几部精彩纪录片

疯狂宇宙[The Crazy Universe] 精彩文摘

第7章

梦 幻 穿 越

“听,隔壁就是一个宇宙地狱:去吧!”

这也是卡明斯说的。

我们想到隔壁去。

周游多元宇宙,一场激动人心的旅行。想想看,背包客立志走遍全天下(呃,天上的天上,天外的天外),墙上贴一幅多元宇宙地图,到一个宇宙,插一面小旗!

但是,我们要考虑一个现实问题:我们能走多远,或者说能跑多快?到现在我们连太阳系都没有走出去过,而太阳不过是我们这个宇宙一粒微不足道的沙子。以人类现在能够制造的速度,别说造访多元宇宙,要近距离拜访旁边一粒沙子,都是令人望而生畏的漫漫长路。即便我们搭乘“旅行者1号”飞船,以狙击步枪子弹17倍以上的速度狂飙,要到半人马座的比邻星还需7.4万年。

更令人沮丧的是,相对论在这个宇宙的每一处地方都竖起醒目的告示牌:限速,30万千米/秒!

没人抄罚单,是物理定律不允许。本宇宙最快的东西是光,速度极限就是这个。——咦,为啥这么绝对?几乎所有初次听说此事的人都不服气,网络论坛上争论急了还要骂人。人们普遍有一种坚定的信念:一切皆有可能,科学家们一定是自负狭隘,思想不够解放。所以许多科幻都拒绝接受以光速为宇宙速度的极限,所有飞船都要装配比核能驱动还强大的引擎,坚持进行超光速飞行,要不然,星际旅行的故事没办法展开。

我也不服。依我听明白的科学意见,原因是光子的静止质量为零。想想看吧,它零负担飞行,你怎么跟它比!非要想超过光速,就意味着质量不能高于零——呃,那是什么东西?

我真正不服气的是,质量为零就为零罢,为何还要坚持以每秒30万千米的速度、并且总是以这个速度飞行呢?光子有没有慢慢散步甚至停下来歇一歇的时候?据说,光速恒定,是一项硬邦邦的“宇宙常数”,就像“人是铁、饭是钢”那样,相当于不证自明的公理。

概略地说,宇宙在大爆炸创生之初,万物的基本粒子还没有形成质量时,就是以光速飞行。它们后来减慢了速度,仅仅是因为各种粒子相互作用、相互粘连,形成了质量。而光子从来不与任何粒子发生牵扯作用,所以它没有理由改变自己最初的飞行速度。

换个角度再深刻地看,如果我们把每秒30万千米视作静止,就可以反过去考察,为什么宇宙时空、万事万物都是以每秒负的30万千米的速度进行运动?嗯,这才是真正需要提出解释理由的事情。

我相信科学家一定懂得更多深层次的原因,但我确实没有找到任何科学家直截了当说清楚这个事情,或者我从来没有听懂过。再缠问,他们就要鄙视我笨了。也许这就是“科普TOE三大古怪定律”之“不可说定律”的又一个例子。对于宇宙以光速为极限速度的问题,迄今为止,最具体、最到位的解释,还是美国电影导演伍迪?艾伦说的:

比光速移动得更快不可能,当然这样也不可取,因为你的帽子老是会被吹掉。

既然如此,接受这个限速吧。那么,我们应当清醒地明白,对于游历大宇宙的雄心壮志来说,如果我们的飞船在升级引擎和改进燃料方面动脑筋,纯粹就是白费劲。要知道,就算达到光速了,想要穿过银河系还需10万年,我们终其一生,又能跑多远?

必须抄捷径——穿越时空。

1相对论发现 时间空间不实在

穿越时空,大概算得上人类的第一幻想,从我们穿着兽皮裤在山洞里敲石头那时起,从我们穿着开裆裤在河边玩泥巴那时起。

现在,我们的科学说,穿越梦是有希望的。相对论虽然关掉了极限速度的大门,但也在旁边打开了一个抄捷径的小小窗口。根据相对论时空一体理论,如果不嫌弃穿越尺度的话,穿越可是比家常便饭还要简单和容易的事情。这是爱因斯坦最伟大、也最令人困惑的发现(我不大愿意说伟大发现之一)。

时空结构有弹性、可翘曲,就是相对论的奇妙发现。我们自古认为,宇宙就是时间加空间,往古今来的时间就这么流淌着,四方上下的空间就在那儿呆着。宇宙就是一出戏,万事万物作演员,时间空间是舞台。爱因斯坦突然踢爆一个惊人真相:这些,都是错觉。

这个,算得上“科普TOE三大古怪定律”之“不实在定律”。

时空既然有弹性,穿越必然有机会。如果能把1年的时间缩短为1天,1万千米的空间缩短为1厘米,很多事情就好办了。物理科学赞成,下面我们还可以亲自进行验证。实际上,相对论提供的穿越前景远不止这一点,比如,从理论上讲,时间不仅可以缩短,甚至可以(至少没有理由反对)回流。

本节以下内容,试图要解释相对论关于时空不实在到底是怎么回事。我写起来已经非常纠结,你读起来可能还会犯晕。如果你是个急性子,着急想知道如何穿越,可以直接跳过,手指拨一拨,穿越到下一节。

全宇宙没有一个统一的“此刻”。

时间、空间不实在,特别难以理解的是时间的不实在。爱因斯坦说:“对我们这些有坚定信念的物理学家来说,过去、现在和未来的区分是一种错觉,尽管这是一种持久的错觉。”只是这么说来说去,没人明白怎么回事,也没人会服气,最好讲一个具体例子或简单实验什么的。

下面我们以“此刻”为例。科学认为,全宇宙就没有一个统一的“此刻”。因为,宇宙间不存在绝对静止不动的事物,而运动必然造成时间的膨胀收缩,不同的运动主体相对于不同的观察者,时间刻度是紊乱的。比如黑洞旁边,时空严重扭曲,那里的时间流逝就跟其他地方明显不一致。不仅如此,由于光速的限制,所有的信息的传递都有延迟效应,导致宇宙各处对“此刻”的认知是混乱的。究竟怎么回事,我们不妨着眼于简单的事情,看看著名的“时间切片”思想实验。

想想此刻,你感觉的此刻,全宇宙什么样子?你的此刻,跟太阳的此刻一样吗?肯定不是。假如此刻你点燃了一颗爆竹,就在爆竹炸开的一刹那,太阳突然坍缩为一个黑洞了。那么,你能说这两件事同时在此刻发生吗?不能,因为你要等到8分钟以后才知道太阳遭遇的悲剧。这样,你不得不承认,所谓“此刻”有两个标准:一个是你看见的此刻情景,一个是实际的此刻情景。

我们来捋一捋这个情况。此刻,你抬头望星空,那么满天星斗此刻的实际情况,并非你此刻看见的样子。

(1) 假如你看见(必须强调是“你看见”)天空中此刻是这样一幅场景:太阳恰好正在打一个喷嚏——阿切;阿尔法星恰好踩到一块香蕉皮摔倒在地——啪嗒;织女星恰好失手摔坏了一只茶杯——哐啷。

(2) 那么我们应该明白,这三件事情在你眼里是同时发生的,而它们实际并不是同时发生的:太阳打喷嚏是8分钟以前的事情,阿尔法星摔倒是4年多前的事情,织女星摔杯则是在你上辈子发生的事情。然而,这几件事却是同时在此刻映入你的眼帘。

(3) 实际的此刻,在你抬头望星空的此刻,真正同时发生的事情是:太阳因热伤风正在前往医院途中;阿尔法星因4年前的香蕉皮事件摔断了腿,现在还在进行康复训练;织女星则在写回忆录,正在努力回忆很久以前摔破茶杯的故事。而这些,你此刻并不知道,需要等到以后才能看见。

这个情况捋清楚了,我们就进一步明白,所有映入我们眼帘的场景,只是全部天体的光影场景。我们看到的,永远只是已经拍成并在播放的“电影”,并非所见即所得。越远的天体,我们看见的是它越早期的光影。由于光的速度太快,我们的常识不大能够理解这种延迟效应。现在考虑一下比光慢的声音,比如雷电的情况。一个霹雳打下来,我们总是先看见一道闪电,然后才听见一声巨响。因为光比声音传播速度快。如果这个霹雳击穿了我们的保险丝,那么这个不幸事件发生的准确时间,一定是发生在闪电时刻,而不是听到声音的时刻。在宇宙空间,由于天体距离非常非常遥远,即便是极速的光,也存在明显的延迟效应。

现在回到刚才抬头望星空的时候。假如沿着你的视线,用一张巨大的照相机胶片在整个宇宙全部场景里切下一刀,在这张切片上的一切场景,就是你的“宇宙此刻场景”。只不过,这是一张斜着切下去的“时间片”,越远的地方,越往后斜,因为你只能看到那里更早的场景。

时间切片!明白了。

没完,还有故事。这样的时间切片也并不靠谱,它经常都要发生偏转。布莱恩?格林在《宇宙的结构——时间、空间以及真实性的意义》第5章《冰封之河》中,讨论了时间切片如何偏转。以下内容是我所作的更加通俗的表述。

假设此刻,你往宇宙深处100亿光年远的一个星球上望去,那方有个叫丘巴卡的外星人(格林举例引用的科幻电影角色)也往这方望来,你们四目相对。

这很不容易,要知道,你们双方看见的光影场景,已经在你们之间传播了100亿年。就是说,你看见的,应该是那方100亿年之前的情况,他看见的,也应该是这方100亿年之前(对他来说)的情况。

咦,有点乱!如果上帝站在宇宙穹顶上,在你们中间位置观察,他看到的是,不管什么辈分,反正你俩同时互相看见了。现在,上帝在你俩之间放一块时间切片,算作共同的“此刻”。

下面,请丘巴卡蹬上自行车,以时速10英里动起来,情况将发生微妙变化。

如果丘巴卡是离你远去,那么,你这方的光影场景,将需要更多一点点时间才能传播过去,就是说,他将看见你更早一些时候的情况,对不对?这一点点错位,经过100亿光年超长距离的放大,就变得非常明显了:他将看见你150年之前的情况,那时你还没有出生。时间切片向你的过去偏转了,他的“此刻”,实际是你的150年前。有关推算过程比较纠结复杂,此处略去。

如果丘巴卡调转自行车朝你而来,同理反推,他将看见你150年之后的情况,那时你的后辈子孙都长大了。时间切片向你的未来偏转了,他的“此刻”,变成了你的150年之后。

荒唐!你肯定会说:无论他看见什么,现在、此刻,我在读书,他在骑自行车,这个是铁打的事实。我们这边尚未发生的事情,远方的丘巴卡怎么可能看见呢?是的,但这里需要强调和重申的关键问题是:大家看到的和谈论的,都不过是光影场景!

这一方,你过去和未来前后各150年、共300年的光影场景,先后发射到宇宙中去。那一方,丘巴卡要花300年时间,来逐一观看这些发射过去的光影场景。请注意,这些发射过去的光影场景,就如泼出去的水,或者射出去的子弹,跟你本人是没有关系的。因此,我们可以换作如下比方,以利深入理解。

假设此刻,你向丘巴卡方向发射一颗光速子弹,100亿年之后,这颗子弹击中丘巴卡。那么我们可以解释为,丘巴卡“看见”了你的此刻场景。你的开枪与丘巴卡的中枪,算作“此刻”事件。假设你此前已经发射了一颗子弹,此后还将发射一颗子弹,事情就有意思了。100亿年之后,这三颗子弹先后飞到丘巴卡面前(当然,这个时候太阳系都早已寿终正寝)。如果丘巴卡往远方躲闪,他可能被早前发射的子弹击中。如果丘巴卡迎面往前跑,则可能被后来的子弹击中。

如果我们定义中间那一发枪击算双方共同的“此刻”,那么,丘巴卡往后躲就等于“看见”你的过去,迎面跑就等于“看见”你的未来!细细品味不难明白,所谓“此刻”,在全宇宙就是凌乱的。

时间、空间说到底都是主观感觉。

以上我们关于“此刻”的讨论,还只是可以帮助理解相对论的常识。相对论关于时空不实在的理论更复杂一些,概括起来内涵有三:

第一,全宇宙没有一个均匀的时间节拍,也没有一个均匀的空间分布。既然是主观感觉,处于不同情况的人,一定有不同的感觉。时间可以有急有缓,空间可以有伸有缩,他俩也是宇宙这出大戏里相当有个性的演员,而不是万古不变的舞台背景。

第二,时间和空间是一对魔幻的连体宝贝。相对论把它们叫作“时空一体化结构”。任何时候任何情况下,都不能把时间和空间分开来考虑。格林说:“无论什么时候,只要我坐下来闭上双眼,试着想一想某个或某件既不占任何空间也没经历任何时间的东西或事情,我都会大脑短路。”“要真的清除了空间和时间,那么甩掉你的影子易如反掌。”时空既然一体,那么时间的变化就必然导致空间的变化,反之亦然。就像你家的房间布局,房间总面积就那么大,如果你想增加长度,就必须相应地减小宽度。对此,如果我们联想物质与能量可以相互转化的等效关系,也许有助于理解这个闹心的问题。

第三,运动和质量改变时空。运动越烈,质量越大,时空扭曲就越显著。你可以想象,喧嚣闹市不仅把空气弄得混浊嘈杂,也在搅扰着看不见、摸不着、闻不到的时空,使之凌乱不堪。再作一个不恰当的比方,想想孩子们玩的海洋球池,宇宙时空好比一座巨大的海洋球池,万物就深深地淹没在塑料球的池中,在这样的池子里待着或者奔跑,都会挤压扭曲海洋球。不过这些塑料海洋球小到极致、轻到极致,人们无法直观感觉到罢了。

还是不知所云?相对论问世之初,全世界都没有几个人知其所云。当初爱因斯坦获诺贝尔物理学奖时,颁奖词说是奖给他电磁力方面的科研成就,并没有提到他的相对论。理论物理说到底还是不靠谱,诺贝尔物理学奖偏爱实验物理。

仔细想想,人们对绝对时空的错觉,都是钟表和尺子闹的。在我们身居山洞、钻木取火的那些年代,天上就只有日月星辰,从来就没有挂着任何钟表和尺子,我们何曾纠结过时间空间!无论如何,大自然的事情就是这个样子。

现在,这个大秘密已经被人类揭穿了,上帝表示相当忧虑。

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