極簡宇宙史讀書筆記

宇宙是一個極為神奇的地方，對於宇宙的瞭解大家知道的多少呢？下面是小編整理的極簡宇宙史讀書筆記，歡迎查看。

　　極簡宇宙史讀書筆記一

作為一名理科生，高中時期，我們學習了牛頓萬有引力，也學習了愛因斯坦的相對論。在我的印象中，萬有引力定律是適用於宇宙中一切物體運行的規律，而相對論，我只記住了質能轉換方程E=mc2以及老師口中説的時空變化（對於速度增大到一定程度，時間就會變慢這一現象，我一直不明其裏），這兩者之間，似乎並沒有什麼聯繫。

讀了《極簡宇宙史》後，我才發現，自己以前學的知識，全是一知半解，知其然而不知其所以然。

科學家們利用萬有引力定律在太陽系八大行星上進行驗證，結果發現，離太陽最近的水星，其運行軌道與計算有一點偏差，並不完美。

牛頓的公式給物體如何互相吸引定了量，但它沒有解釋引力到底是什麼東西。（科學家的思維，和我們差別確實很大。上學時，我竟從來沒有思考過引力的來源這一問題）。

有一個科學家提出了一個瘋狂的想法：宇宙的構造是一張3D甚至4D不可見的膜，當一個人跌落時，並不是有一個往下拉的力讓他跌落，而是他沿着宇宙構造中一個不可見的斜坡滑行而已。瘋狂想象，仔細求證，在牛頓死後一百五十多年裏，水星的軌道偏差問題，被他解決了，這個人就是愛因斯坦。那個將物質與宇宙的局部幾何聯繫起來並用以解釋本質的理論，被稱為廣義相對論。宇宙中所有的物體，行星、恆星、星系、星系羣都會引起周圍的時空彎曲，使附近的物質順着時空斜坡滑下，這就是引力的來源。

現在，我們知道了，牛頓的萬有引力定律有其侷限性。同理，廣義相對論也會有它的侷限。時空在它所包含的物體周圍彎曲和拉伸，那麼，不停地將能量加入到某個空間，當彎曲變得越來越厲害時，最初形成彎曲的不管什麼東西都會被進一步擠壓，讓那裏的密度越來越高，形成一個惡性循環，直到無情地讓時空崩塌，這種崩塌，超出了廣義相對論所能應對的範圍。黑洞即是如此。因此，我們需要一個更大的理論，哪怕是僅僅為了解釋這些崩塌。而這，正是科學家們現在做的工作。

雖然牛頓沒有發現自然的終極理論，雖然愛因斯坦的相對論也有其侷限性，但這並不妨礙他們的理論成為偉大且正確的理論。正如作者後記中所説：為了找到正確，我們需要錯誤 ，這樣我們才能向前進步。這句話，不僅僅適用於科學研究，也適用於我們社會生活的方方面面。

　　極簡宇宙史讀書筆記二

本書的作者是克里斯托弗·加爾法德，劍橋大學理論物理學博士，史蒂芬·霍金的親傳弟子，於2000—2006年師從霍金，從事有關黑洞信息悖論的研究。與史蒂芬·霍金及其女兒合著有兒童文學作品《喬治開啟宇宙的祕密鑰匙》，在全球45個國家出版發行。目前，加爾法德主要致力於向公眾傳播現代科學知識，並長期做客法國電視台和廣播節目。

本書的主要內容是我們的存在的確讓太陽系與眾不同。夏夜，你躺在沙灘上，仰望夜空。一顆小小的流星安靜滑過，還來不及許願，不可思議的事情發生了：你一下子穿越五十億年，走進時光的旅行……

作者帶領我們踏上一場關於宇宙的過去、現在和未來的驚奇之旅。不需要圖表和方程式，只需憑着奇詭的想象，我們就可走向衰亡的太陽表面，飛越遙遠的星系，感受來自黑洞的死亡魅力……你可以輕鬆讀懂時至今日的宇宙神奇，繼續探究關於上帝的存在、時間的起源以及人類的未來。

作者首先以地球為中心，一層一層的向外輻射，直至人類目前能到達的宇宙最遠處。地球之外，離我們最近的就是那顆不辭辛苦的繞着我們轉的月球，月球有兩面，見不到太陽的那面為黑暗面，沒有藍天、沒有風，是因為月亮上沒有大氣層。月球是如何產生的呢？追溯到幾億年前，一次小行星碰撞到地球之後，扯下來了一塊巨型物質，經過時間的雕磨，成了現在的月球。在往外看去，我們看到的是一顆紅且大的太陽，太陽內部一直在發生着劇烈的熱核聚變，遵循着愛因斯坦著名的方程式E=mc2，巨大的質量在慢慢轉化為能量。也正因為這個反應的存在，太陽的表面充斥着強大能量的等離子氣體。

緊接着視角轉到了太陽內部——日核，有基本原子構成。在太陽的周圍，有八大行星，加上小行星帶圍繞着太陽不停歇的轉着，依次順序是水星、金星、地球、火星、小行星帶、木星、土星、天王星、海王星。在海王星最外層還有一個被稱為柯伊伯帶的環帶，這是我們在地球上所見的慧星產地。其中被降級的冥王星也在其中，冥王星降級為矮行星，還有妊神星、鳥神星。以上所有的在宇宙中看去是一個圓盤，被稱為奧爾特雲，與太陽一起所有星球一起構成了太陽系。太陽系有個鄰居—比鄰星，也是另外一顆恆星，紅矮星，因其表面紅色，但是其體積遠小於太陽而得名。另外還有一顆移動最快的天體S2，稱為人馬座A*，科學家猜想其旁邊有個黑洞，才會造成其移動速度之快。所有這些，一起構成了整個銀河系。眾多的恆星系構成了銀河系。銀河系的鄰居是仙女座系，還有許許多多的星系羣、星系團、超星系團，一起構成了我們現在所見的宇宙。

沿着虛空一直向外延伸，直到達最深處，突然遇到一面牆，這面牆你無法穿透，阻礙你，用x光、伽馬射線也無法探測的，這個牆被稱為臨界最後散射面，其與宇宙大爆炸有關。第二章以牛頓的萬有引力開場，太陽系中的七大行星都遵循牛頓的萬有引力定律，除了水星，這顆特殊的行星無論怎麼計算，始終都有微小的.誤差存在，那麼造成這個原因是什麼呢？愛因斯坦提出的廣義相對論，就回答了這個問題，把宇宙比作一個橡皮膜，行星都在沿着這一個不可見的斜坡滑行。這個理論就解決了水星運行誤差的原因，水星每次的公轉軌道都是不一樣的，與上一次無法完全重合。

接下來討論了宇宙的三大原則，宇宙第一原則是：在相似條件下，大自然在任何時間與空間都遵循着同樣的定律。如果沒有這一規則，拿宇宙中很多我們將不可知，不可計算。光具有波粒二象性，既具有波的特徵，波長、頻率、週期，也具有粒子的特徵。光從太陽到地球的時間大約是8分20秒，也就意味着現在你感受到的太陽光是8分20秒之前的太陽所發射出來的光，而非現在。

原子是由原子核和繞其運行的電子構成，然而這種運行機制並不同於宇宙，其區別在於電子的躍遷，能量需要改變，從近處躍遷到遠處，電子需要吸收能量；從遠處躍遷到近處，電子需要釋放能量。只有能量的改變，電子才可以躍遷。運用這種理論，我們可以通過光的粒子性來判斷宇宙中天體的距離，通過其呈現的光譜，暗淡的部分被稱為吸收線。不過，在觀察宇宙中的天體的時候，出現了一個問題，在光譜上所呈現的整體向紅色偏移，距離與我們越遠，他們的顏色偏移也就越明顯。於是提出了一種設想，相互之間的距離在被拉遠，星系間的空間在拉伸，宇宙在膨脹，哈勃在提出了，所以也稱為哈勃宇宙膨脹定律。好了，現在談談宇宙第二原則：假定宇宙中沒有一個特別的位置。宇宙第三原則：以在一點的觀察者而言，任何方向看上去都是一樣的遠處的星系總是在遠離他所在的觀察點，同那些星系遠離地球一樣。這個理論只適用於一種非常大的尺度、極大的尺度。萬物都處於宇宙的中心，整個宇宙在過去比現在小得多，宇宙一直處在膨脹之中。

宇宙中存在四種基本作用力，第一種也是大家廣為熟知的是外有引力，密度大的物體永遠在密度小的下面，如果你需要擺脱引力的作用的話，需要得到一個最低速度，E=。這個也是愛因斯坦的質能轉換方程。此方程式是假想宇宙內，兩個星體之間有個曲線和斜坡，也正是這個假想，推斷出宇宙中時間和空間的彎曲，愛因斯坦的方程很好的解釋了宇宙的這種現象。誤差永遠都是存在的，而且時間和空間都是不區分大小的。“熱大爆炸”理論不發生於宇宙時空中某一個特定的點，而是在宇宙中任何地方，一切地方，在距地球一百三十八億光年處的最後臨近散射面。在這個最後臨近散射面，的另一邊，在那裏是一切的混合，所有的理論將不再適用。一切都將不再常理之中，一切都已經無法描述。在最後臨近散射面仍有殘餘熱量，這種輻射被稱為宇宙微波背景輻射。這個驗證了宇宙誕生於“熱大爆炸”。

現在，我們將要面對兩種不同的穿越，一種是非常快速的世界，一種是非常微小的世界。鐘錶的時間並不以相同的速度運行，實際上，時間的流逝取決於物體間的相對速度，而這就是愛因斯坦提出的狹義相對論，當速度達到光速或者速度無限接近於光速的時候，時間會膨脹，物體長度會收縮。高速運動中會發生三種違法常理之事，（高速運動是指接近於光速的速度）：第一、時間的流逝與你在地球上的任何地方都不同；第二、你將變越來越重；第三、距離在你前進的方向上變小了，長度收縮。所以我們永遠無法達到光速，因為沒有東西是沒有質量的，質量的存在會約束速度的增加。

當速度達到近光速的時候，時間將不再遵循地球上的時間規則，時間會膨脹，同時長度也會收縮，質量也會變大。速度越快，質量也會變大、時間的彎曲也會更顯著。這就是時間膨脹效應。

所有的物質都是有原子構成，在這裏我們將遇到宇宙中第二種基本作用力，電磁力。宇宙中任何兩個物體之間，不管他們是不是有磁性，都存在着某些東西，這東西被稱為電磁場。裏面到處存在着相互作用虛光子可以出現在任何一個時刻。電磁場是一種激流，在這激流中會有光珠出現，但是你不能看到，轉瞬即逝，稱他為虛光珠。自然中只存在兩種電磁荷，正電荷和負電荷，會讓他們互相吸引或者排斥，虛擬光珠排斥同種電荷，吸引異種電荷。電磁場都瀰漫在整個宇宙之中，又在帶有電荷的物體周圍及其之間變得活躍的不可見的迷霧，並非真實。

原子由原子核和電子構成，電子按其一定的軌道繞着原子核永不停息地運動着。然而電子跨越軌道運行，這叫做量子躍遷/隧穿，需要能量的轉化。能量與時間、位置與速度，在量子世界的場中並不是互相獨立概念，電子不由更小的例子組成，無法再切開、打破和分裂。是電磁場的產物，一種表現形式，是一種基本粒子。實光子和電子都是電磁場的基本表現，不由任何其他物質構成。虛擬粒子的作用只是為了攜帶電磁力，作用於帶電荷或電磁的粒子之間。電子和光子相互作用，相互轉化，我們所存在的一切都是物質與光的遊戲。

接下來介紹了一個非常著名的原理：泡利不相容原理，波狀的電子不會相互重疊。兩個氫原子和一個氧原子構成了一個分子，在地球上就是水，在外太空就是星雲。原子損失電子或者得到電子就會成為離子，離子是帶電荷的，總是想和東西在一起，構成分子。咱看看原子核內的構造吧，原子核內有帶電荷的質子，質子由三個夸克組成，猶如一座監獄。夸克在強相互作用量子場下的表現，將夸克粘在一起的是膠子。對於夸克來説，自由是越近越好。夸克既屬於電磁場，又屬於強相互作用場。他們能與兩種不同的作用力攜帶者——光子和膠子相互作用，在短距離中膠子的力量比光子強許多。強相互作用場裏有六種不同的夸克，但在原子核中只有六種中的兩種，“上夸克”和“下夸克”，質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，向上的力就大於向下的力。而中子卻相反，中子也是構成原子核的物質之一，但是其不帶電，由一個下夸克和兩個上夸克組成，電呈中性。兩個膠子可以合在一起，變成兩個夸克。

宇宙中最後一種基本作用力就是弱核力，可以把這個場看作毀滅的場，將另外兩個場建造起來的東西拆除的場。只作用於組成原子核的構件上，比強核力弱很多，弱核力量子場有着屬於其自己的基本粒子和作用力攜帶者，自發的核裂變過程被稱為放射性，。W或Z玻色子擊中夸克後可以將上夸克變為下夸克，將下夸克變為上夸克，將中子變為質子，中微子是人類想象的最小真實，只受到弱核力和引力影響，對槍相互作用和電磁場完全沒有反應。可以射穿我們所知道的所有物質，幾乎不被阻擋。放射性很危險，當原子核發生衰變的時候，會分裂出中微子、夸克、電子與光子。兩個質子和中子結合在一起成為阿爾法粒子。這就是第一種損害；第二種是高能電子，可以將正常的光子打飛；第三種是高能光子，即伽馬射線，放射性具有殺傷力。

電磁力和弱核力是早就存在的另一種作用力，另一種場的兩種不同表現。，曾經是統一的“電弱場”。至此我們把視角轉到真空，宇宙中所有的粒子都能變成另外的東西。量子微粒是難以捉摸的，當沒有關注大自然的時候，一切可能發生的事搜發生了。可能性而非確定性的存在是對於極其微小的世界你不得不接受的客觀性質。粒子出現需要從量子場中獲得一些能量，因為這些場填滿了所有時間與空間，粒子可以在任何空間和時間出現，宇宙在任何地方都不是真正真空。卡西米爾效應證實了真正的空無一物並不存在，我們的世界還存在不同種類的真空，還會產生真空之力。在整個宇宙中，所有的基本粒子，都誕生於同一個背景場中，也會在任何時候被同一個場景所吞噬湮滅：某個量子場的真空。

那麼為什麼宇宙中存在的是四種基本場呢？”希格斯粒子“的發現，”膠子濃湯理論“可以有效解釋我們現在所不能理解的宇宙現象。一個電子從來不會被單獨創造。它必須與另一個與它除了電荷之外一模一樣的粒子一同被產生。那個所帶電荷是正的，被稱為“反電子“。當一個電子與反電子相遇時，他們發生湮滅消失不見，他們的質量變回能量，在一瞬間變成光。電子門與他們的相反自己產生於電磁場，當它們相遇湮滅後又變回到電磁場，反粒子就在我們身邊，很少，因為每次一個反粒子出現，都只能存在非常短非常短的時間。任何反粒子與它對應的正常粒子遇到時就會立刻湮滅，依照愛因斯坦的E=變成一縷能量與光一起消失。這已經被應用到醫學當中，PET就是這種技術。

接下來，我們的視角轉換到宏觀宇宙中，從宇宙最初的”暴脹場”宇宙暴脹開始。想了解宇宙需要兩方面的信息：規則和出事條件。一開始這一切都是壓縮在直徑10米的球內，温度一直在持續上升最終暴脹。能量聚合，變成夸克，夸克又結合在一起，變成中子。接着圍繞在你身邊的物質與反物質對變成了光子。中子質子結合在一起形成了原子核，宇宙暴脹，能量密度下降，被密集的粒子濃湯所包圍，那鍋濃湯是量子場的各種激發態以及他們對應的基本粒子、作用力攜帶者混合而成。最後形成了我們現在所看到的臨界最後散射面。

物理學中有三種謎團第一種是來自理論本身，他們是理論性的；第二種是根植於觀察和實驗；第三種是謎團出現在沒有人能夠在理解任何東西的時候。黑洞與時空誕生前的物理學就同屬於這三種謎團。有許多黑洞，且星系中心就有一個超級黑洞，黑洞的尺度可以是任何大小，可以是兩個極端。正因為有這種可能性存在，所以很多瘋狂，沒有理智的理論被提出，如多宇宙、平行宇宙、多維空間，和絃理論。

在微小世界的量子規則的後果之一，某事只要可能發生，他就一定會發生。在瞭解了這麼多的宇宙奧祕之後，大家一定關注過“薛定諤的貓“的實驗，將一隻黑白貓裝進一個可以完美封閉的盒子，一旦關上，沒有人能夠從外面知道里面的情況。另外，還需要找一種放射性材料，這種特殊材料，在你的實驗過程中會有50%的機會產生射線。現在實驗已經做好，小貓有50%的機會被毒死了，一切取決於放射性衰變。盒子中的貓是生是死，一切都成了迷，只有打開才可以知道情況。那麼量子世界的規則是：衰變還是未衰變這一事件直接聯繫到毒藥和貓，只要盒子未被打開，這隻貓既沒有死去，也沒有活着，而是同時存在。我們的宇宙中的一切都是由量子物質構成，因此所有一切都由量子物質構成，因此所有一切都應該被看作是一種可能性同時存在的巨大量子波。

宇宙中存在一種不與光相互作用的物質，無法通過收集光線的望遠鏡觀察到它，他不是普通物質，但與普通物質一樣可以讓時空彎曲，這種物質就是暗物質。在銀河系上方，有兩個閃着的天體，他們彼此圍繞着轉動，非常快，而且不怎麼對稱。兩者中的一個大傢伙是紅巨星，另一個是白矮星，但是白矮星正在吞噬這顆紅巨星，這個過程牽涉到巨大的能量。暗能量能夠產生類似反引力的作用力，讓物質與能量之間相互排斥而非吸引。時空在它所包含的物體周圍彎曲和拉伸，不管那種物體時質量還是其他形式的能量。當彎曲變得越來越厲害時，最初形成這種彎曲的不管什麼東西都會被進一步擠壓，讓那裏的密度更高，形成一個惡性循環，直到無情地讓時空崩塌，這種崩塌蒙上了無限大多帶來的灰塵，這種無限大被稱為“奇點”。

黑洞是空洞的極端反面：他們誕生於過小的空間裏，卻聚集了過多的物質和能量，需要巨大的能量才能創造出黑洞。黑洞所含的物質和能量之多，所產生的時空坡度如此之陡，能讓所有不小心離他們太近的東西註定掉入，無法逃脱。無底的黑暗，所有的向上的運動被禁止，量子躍遷，黑洞發生了粒子泄露。有四個原因：一、量子粒子能夠從產生它們的場中借到能量；二、所有掉入黑洞地平線的粒子們也沒有掉入；三、地平線將空間分成不同的兩部分，黑洞內的真空與黑洞外的不一樣，因此某種形式的真空作用力——開西米爾效應，應該將地平線向裏推，讓黑洞變小並蒸發；四、所有黑洞地平線附近都會生成粒子—反粒子對，反粒子掉入黑洞的可能性比粒子大。一個黑洞射出的粒子越多，變得越熱，隨着變得越熱，射出的粒子又會越多，是一個惡性循環，最終導致黑洞不可避免地死亡。

在很久以前，甚至物質、光和其他我們所知道的東西尚未形成之時，在可見宇宙之外，大爆炸之前，存在着一種場，充滿了整個宇宙，帶着相互排斥和引力相反的作用力。暴脹子是我們給它起的名字。暴脹場非常擅長於將我們可見宇宙的不同部分以非常快的速度相互分開，之後發生了大爆炸，所帶來的新的場、粒子和作用力攜帶者都在正在消退的暴脹場中國產生，而暴脹場正在慢慢沉寂下來，宇宙以正常速度慢慢暴脹，暴脹所產生的物質在八十億年後足夠稀釋，帶來了極大的效應，它對抗引力的作用引發了宇宙膨脹的加速。氣泡宇宙、多重宇宙都是再次基礎上提出的理論，以及弦理論亦是如此。

最後我們説一説弦理論吧。量子理論被用於弦上，量子弦在振動，粒子化的，無法確認他的邊緣，都以非常非常快的速度運動着。包含着許多種振動，互相疊加堆積。這根閉合的弦含着引力，能釋放光子的開放的弦，統一了引力與電磁力。從另一個維度上看到了弦，他們的振動產生了光，以許多不同的方式振動着，振動的方式取決於被隱藏的維度所伸展的不同方向。因為這種情況，存在着第四種宇宙，這種宇宙成為“膜”不同宇宙之間相互作用相互轉換，就像弦本身一樣變化。好吧，我承認”弦理論”不是很容易理解，我也不過多解釋，因為不理解。

最後，本來對宇宙不敢興趣的我，本書給我帶來了一個全新的世界，語言風格也是很容易讓人吸收，剛開始會有點看不進，但是隨着看書的深入，看的越來越迷，而且同時回顧了很多物理學的知識，可以説是豐富了我的興趣面。我希望更多人可以看一看，因為把枯燥的物理學寫的這麼好看，真的很厲害。