高翔
读《七堂极简物理课》有感(上)
2022-7-27 10:14
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        《七堂极简物理课》是一本物理学的经典科普书,作者卡洛·罗韦利是意大利理论物理学家,圈量子引力理论的开创者之一。这本书所涉及的内容极其广泛,从广义相对论、量子力学到宇宙、粒子和热力学,最终还讨论了生命和意识这一永恒的话题。如果您对这些领域抱有好奇和疑惑,相信这本《七堂极简物理课》绝对会给您想要的答案。

        如果说21世纪是生命科学世纪的话,那么20世纪无疑是物理学的世纪,而现代物理学有两大理论支柱,一个是广义相对论,另一个是量子力学。这两大理论共同促进了20世纪科学的蓬勃发展。比如我们现在用的GPS导航就需要依赖广义相对论,而日常生活必不可少的手机、电脑、互联网以及家用电器,所依赖的半导体和激光技术,其理论基础就是量子力学。因此在本书的头两堂课中,即对广义相对论和量子力学做了简明但极其精彩的介绍。

        我们对世界的认知主要来自于日常经验,而日常经验所涉及的物理学主要是力学、热力学、电磁学和光学,即宏观低速的物理世界。从尺度上来说大约是10^(-6)米到10^6米之间,仅仅横跨了12个数量级而已。现代物理学中的狭义相对论描绘的是接近于光速运动的世界,广义相对论描绘的是大质量、大尺度的宇观世界,而量子力学描绘的则是小尺度的微观世界。从尺度上看大约从普朗克长度10^(-35)米到可见宇宙的直径930亿光年(将近10^27米),所跨越的数量级是极大的,大约有62个数量级。日常经验尺度以外的另外50个数量级尺度下的世界,就是第三堂课宇宙和第四堂课粒子所描绘的世界。

        以爱因斯坦为代表的物理学家们相信宇宙只有一套完整的基本法则,各个领域中的物理定律只是这套基本法则的不同表象。因此要想找出这套基本法则,首要任务就是将广义相对论与量子力学统一起来。这无疑是现代物理学家心目中的圣杯。罗韦利教授的研究领域圈量子引力理论正是结合广义相对论与量子力学的有效方案之一,这在第五堂课空间的颗粒中给出了讲解。这堂课的名字不禁让人拍案叫绝,既形象又恰到好处的把握住了本章的主题——时空皆为量子。

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