果殼裏的宇宙讀書筆記

　　果殼裏的宇宙讀書筆記

《果殼中的宇宙》是史蒂芬·霍金為其成名著作《時間簡史》在2001年寫的續篇。

你或許很難理解愛因斯坦的《相對論》，但讀過《果殼中的宇宙》的前兩章後，你便可瞭解它所基於的哲學原理。讀完這本書之後，你就瞭解了建立一個統一“量子理論”和“相對論”的理論的重要性，以及物理學家為之所進行的探索。

在眾多的理論中，弦理論被認為是最有希望的理論，因而霍金的這本書中投入了大量的篇幅來解釋什麼是弦理論。弦論假設不存在粒子，而只有弦在空間中運動，一條弦就是一個畫在空間中的圈，各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。當一條弦隨時間運動時，它的軌跡不是一條線而是一根管子。兩條弦還可以結合形成一條新弦，一條弦也可以分裂成兩條。自然界中的一切相互作用，包括電子和光子的相互作用，都可以用弦的分裂和結合來解釋。從某種程度來説，弦論已經統一了強力、弱力、電磁力和引力，因而弦論也被稱為大一統理論。

在研究的過程中，存在着五個不同種類的自洽弦理論，這與弦論追求一種單一理論的初衷相左。經過數年努力，物理學家終於找到解決問題的鑰匙。儘管目前這一理論還未得到一個大家一致贊同的形式，但至少已為它起了一個名字：M理論。

在M理論中，時空是10維或者是11維的，為什麼日常生活中所見的時空是4維的呢?霍金認為，存在着兩種可能的解釋：一可能是所有額外維的尺度非常小，甚至如普朗克尺度那樣小，實在難以觀察到;二可能是額外維的尺度相當大，甚至可達無窮大，只是在目前的觀察條件下尚未觀測到。霍金認為，大的額外維是新理論探索中的激動人心的進展，它藴涵着我們生活在一個胚世界中。強力、弱力和電磁力將被限制在這個胚中，所以任何與引力不相關的物理問題就會和在4維時空中的一樣。與此相反，引力則會彌散到整個高維空間中去。

考慮到大的額外維度，起初的弦理論(認為時空包含4個展開的時空維度和6到10個捲曲維度)中弦的概念可以被可以進一步推廣到p胚，即高維空間的p維客體。霍金認為，時空就是一張推廣了的“膜”，不過這張膜不是2維的，而是4維的(不同於起七年級維的弦)。

霍金認為，在4維“膜”世界中，人類生活在一個胚中，鄰近還有另一個“影子”胚。因為光被限制在胚中，不能傳播到另一個胚，所以人類不能看到影子世界。但是人類會感覺到影子胚中的物質的引力影響。這種引力在人類所在的胚世界中會顯示成一種“暗”源(暗物質)。檢測“影子”胚的僅有辦法是通過引力的途徑。

按照霍金的無邊界設想，胚世界的自發創生有一段“虛時間”的歷史。在這段歷史中，宇宙像一個果殼：一個4維球面(不妨想像成是一個多了兩維的核桃殼)。只是果殼是空的，在這胚世界圖像中的4維果殼是滿的：人類生活其中的胚在虛時間中的歷史是一個4維球，它是一個5維泡泡的邊界，而餘下的5維或6維是捲曲的，並且卷得非常小。

老實地説，到目前為止我也只能理解這本書的前兩章。雖然我也讀過有關弦理論的其它科普讀物(如《宇宙的琴絃》)，我仍不能理解弦理論當前發展的狀況。據我所知，弦理論發展的初衷是解決量子理論和相對論之間的.矛盾，之後由於標準模型的成功(統一了強力、弱力、電磁力並與狹義相對相容，但不能包括引力，即與廣義相對論不相容)以及其弦理論給出的預言在實驗中不能被驗證，弦理論受到冷落。之後弦理論的發展是基於小的捲曲維度(小於普朗克長度，對其探測超出當前實驗條件，或許永遠不能被探測)來彌補之前理論的缺陷以及預言，後來為囊括多種版本的弦理論，M理論被提出。考慮弦理論的這個發展歷程，我有中雲裏霧裏的感覺，並對這個研究方向感到極大地擔憂。由於它的發展脱離了實驗驗證，因而我很懷疑發展這種理論的意義所在。

　　果殼裏的宇宙讀書筆記

讀過這本書，使我又豐富了許多知識。書中説，空間實際並不是由三維單單構成的。人們口中常説的“維”其實應該有九或十個。而三維只不過是空間構成的大方向。而題目中的“果殼”，則是粒子與核子。宇宙這個大空間，有許多恆星、行星、銀河系、空間的等極為複雜的物質而構成的。所以，宇宙是一個沒有歷史的空間，它一直到現在還在不斷地向外膨脹。宇宙中有一個很神祕的東西——黑洞。

從書中的語句裏，可以間接地拼湊出一個信息：黑洞有許多個!而這一重要信息也使我想到一個問題!這個問題與一部電影有關——“泰坦尼克號”，這部電影對所有人來説都很熟悉，也不便我多説了。其中，據説船長史密斯竟然穿越時空，但他卻認為這只是發生在“昨天”的事。當然，這也許是媒體的炒作，但是，如果説船長史密斯落入海底後穿越了時空呢?是不是就因如此而使他的記憶出現錯亂了呢?我的問題就是：如果宇宙存在多個黑洞，他會不會從這個黑洞進，又從那個黑洞出呢?因為宇宙與地球的時間不一樣，所以他認為只過了一天?當然，關於黑洞問題還有更多的科學家、天文家……來研究，所以，我也沒有必要一直來談論這一神祕空間。

前面也説過了，宇宙會膨脹。而為什麼會膨脹呢?因為在虛時間中的最簡單歷史裏，宇宙是一個球面，相對於地球，多了兩個維。宇宙確定了我們所在的實時間中的歷史，在這個歷史中宇宙在空間的每一點都相同，所以它在時間中膨脹。

而題目中的果殼：粒子，卻會引起很多現象，像預知未來。一隻蝴蝶在東經鼓翼，而就會引起紐約中央公園的巨大雨。這是《侏羅紀公園》中的情節。實際：蝴蝶一下回鼓翼時，一大堆其他因素就會影響天氣，這就是天氣預報為什麼有時不準的原因，而也是人們常説的：“蝴蝶效應。”

而書中説到的：宇宙的歷史是一張在虛時間中存在的曲面。從而我得出結論：實際上，宇宙是一個扭曲的時空。所以，它才能有眾多空間，與“維”。

上面的虛時間與實時間，便是書開頭的與個人時間無關的兩個更為複雜的時就。另一方面的個人時間是：當兩個人面對面靜止不動時，他們的時間便一致，但如果相互運動時，他們的時間則不一致了。

我也認為霍金最後的演講十分精彩!他説愛因斯坦説時空不是平坦的，時空中的物質和能量可以將它彎曲甚至翹曲。這也令我的猜想有了一個確切的答案。

如此類精彩的理論與關於宇宙的探索發現，書裏還寫了好多。儘管這本書沒有用任何華麗的筆風來續寫與表達宇宙的奇妙、美麗和給科學家們、人們帶來的魅力，但他獨特的風格還是吸引了我。21世紀的人們都來看看科學的結晶吧!讓我們瞭解自己生活的世界吧!