Name: 时间的形状:相对论史话 (Chinese Edition)
Rating: 4.23 (8 reviews)

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January 30, 2018

毫無冷場的一本宇宙(相對論為主)科普書. 裡面所提到的我在別的科書中也都看過好多回了.
但是這一本表達的方式卻是如此的有趣生動和淺顯. 我覺得是很適合所有對相對論都沒有概念的人去毒的一本書.
由伽利略牛頓到愛因斯坦的狹義廣義相對論(花最大篇幅的), 在淺顯的著筆在量子力學的雙狹縫實驗, 海森堡的測不準定理, 弦理論, 大一統理論(G.U.T)或(T.O.E), 然後以引力波的被證實道出人類的發展悸動....

真的很順很過癮的一口氣讀完!! 大力推薦!!

...................................below from book.
爱因斯坦：“因此说，加速度就是引力，引力就是加速度，它们在物理性质
上是完全等价的，这个我称之为等效原理。对于任何参考系来说，我们都可以把它分解为一个在引力场中的惯性系来考虑，这样一来，所有的参考系就平等了，参考系与参考系之间就没有任何区别了。比方说，你在地球上一列匀速直线运动的火车中做物理实验，我可以理解为是在一个施加了地球引力的惯性系中做实验；同样，如果我在太空中一部加速上升的电梯中做实验，假设上升的加速度刚好等于地球的重力加速度的话，那么在没有等效原理之前，我们只能认为这部电梯不是一个惯性系，但是现在，我们可以看成是在一部地球上的、静止的电梯中做实验。再比方，如果我们在地球上一部加速上升的电梯中做实验，我们也可以等效地认为，是在太阳上一部匀速上升的电梯中做实验，假设电梯的加速度与地球引力之和刚好与太阳的引力相同的话。你看，有了这个等效原理后，我们就可以把任何非惯性系都转换为惯性系，只要额外处理一个引力场的影响即可。” 哈勒：“那做匀速圆周运动的参考系也能做同样的转换吗？” 爱因斯坦：“当然可以，你想象一下，现在你处在一个密闭的链子球里面，我把你甩起来，你会感到一股无形的力把你贴在外壁上，这个力就是向心力，但是对于在密闭的球中的你来说，是无法区分这是向心力还是引力的，如果我在太空中甩这个链子球，那么你就会感觉跟在地球上静止时一样，受到同样的重力。因此，只要考虑了引力场，任何参考系，不论是加速还是减速直线运动，还是非直线运动，都可以分解为惯性系不变、引力在发生变化。因此，最重要的是我们要找出一个引力场方程来。在狭义相对论中，我们只研究了时间、空间、运动这三者的关系，现在我们必须再加入一个重要的对象，那就是 ——引力！” 哈勒若有所思地点点头：“我开始明白了。” 爱因斯坦为了这个快乐的想法高兴了很多天，每天都觉得思路比上一天更加清晰，在引力这条路上开始往前探索，无数崭新的风景一下子涌过来，很多过去想也没想过的问题接踵而至，让爱因斯坦有一点应接不暇。爱因斯坦首先通过一个思维实验，很容易就得出了引力会使得光线弯曲的结论。你可能觉得非常难以理解，光线怎么可能弯曲呢？我们从来也没有见过手电筒打出去的光有任何一丝一毫的弯曲，其实那一切不过是光的速度太快，弯曲的程度太低，令我们的眼睛无法察觉。我可以用一个思维实验很容易就向你证明——光，是不可能在任何时候都走直线的。请闭上你的眼睛，跟我一起来想：假设现在你在一部做着自由落体运动的电梯中，你会感觉到失重，所有的东西在你身边都漂浮起来。你随手从口袋
里拿出一个玻璃球，在眼前松手，你会看到玻璃球在眼前漂浮起来；你轻轻地一弹，玻璃球在你眼皮底下以匀速直线运动朝前飞去。这一切都如此正常，天经地义。现在我是站在地面上的一个观察者，我看到的情况就完全不同了，假设电梯是透明的，我会看到什么呢？我会看到那个在你面前做匀速直线运动的玻璃球，以一个抛物线的轨迹下落。
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现在，让我们做一个疯狂的假想：如果我们回到137亿年前，那时候的宇宙只有一个牢房那么大，20平方米左右，那么，当你身处这个宇宙中，你会看到什么？你会看到，如果朝前看，自己的背影就在几米开外的前方；朝后看，另一个自己就在几米开外的后方，与你做着同样的动作，再朝上朝下看，都能看到一样的自己。当你朝前面跑时，前方的自己也开始跑，只用了几步你又跑到了自己出发的位置，不管你朝任何一个方向飞去，都会回到原点，这是一个无限循环的三维空间，你根本不可能“出去”，因为根本没有“外面”，整个宇宙就在你眼中，这就是“有限无界”的宇宙观。听上去有点儿恐怖，这样的牢房是真正无法越狱的完美牢房。现在，请把这样一个有限无界的宇宙不断地在你的脑海中缩小再缩小，一直缩小到只有一个原子大小，注意，没有“外面”，也没有黑
暗。空间和时间都禁锢在这个“宇宙”中，然后，上帝说“要有光”，于是，这个宇宙开始急速膨胀，这就是“宇宙大爆炸”理论。请注意，我刚才的那个牢房的比喻是针对宇宙刚刚诞生的时刻。那么，我们今天的宇宙在经历了137亿年的膨胀后是不是依然是一个巨大的恐怖牢房呢？如果我们朝一个方向一直飞一直飞，最后会不会回到原地呢？虽然还没有定论，但是越来越多的宇宙学家认为，我们今天的宇宙是一个无限大的宇宙，我们永远也无法飞回到原地，而且得到了理论和观测的有力支持。从光速不变这个起点出发，一路走来，最后，我们竟然看到了恢宏的宇宙大爆炸，又看到了一个神奇的有限无界的空间。但请相信我，还有更神奇的事情等在后面。从第六章开始，我将带你去领略难以想象的神奇。在本章的结尾，请允许我用爱因斯坦式的口吻，写下这么一句话作为本章的结束语：宇宙最神奇之处就在于，它比我们所能想象的还要神奇！
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因此，在广义相对论中，时间旅行的科学原理是通过一个时空的圈环回到过去，这个时空圈环在《时间简史》这本书中被霍金称为“类时闭合曲线”（有点拗口，我更喜欢我翻译的“时空圈环”）。爱因斯坦的狭义相对论是不允许时间旅行的，等到广义相对论刚刚诞生的时候，爱因斯坦也不认为时空能弯曲成一个圈环。直到1949年，他的好朋友——大数学家哥德尔（Godel， 1906-1978）在广义相对论方程中发现了一个解，这个解居然允许宇宙中这种时空圈环存在。爱因斯坦当时就震惊了，但随后他就意识到这个时空圈环正是自己和助手罗森一起发现的“虫洞”的某种特性（还记得我们在第五章最后讲到的爱因斯坦——罗森桥吗）。
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真要想时间旅行，以我们人类现在的技术是不可能达到的。要扭曲时空就必须要有巨大的引力，产生引力就要有巨大的质量，而质量和能量又是可以互相转换的，所以归根到底要有巨大的能量。日裔美籍著名的物理学家和科普作家加来道雄在他的《不可能的物理学》中曾经做了一个简单的计算，说：“如果我们能把太阳一天放出的能量全部采集下来的话，可以打开一个只有几纳米大小的虫洞，这个虫洞最多只能允许把你分解成无数的原子通过后，再在另外一头组装起来。”这个能量大约是多大呢？太阳24小时放出的能量大约是1028千瓦时，2015年全球消耗的能量大约是1014千瓦时，两者相差了1014倍，也就是100万亿倍，换句话说，太阳一天放出的能量就够地球使用100万亿年，呜呼，看来真是难啊。但你可能也会跟我一样想到这样一个问题，我们现在是没有能力制造时间机器，但是未来人呢？如果在遥远遥远的未来有人造出了时间机器，那么那个人就有可能乘坐时间机器，回到我们或者我们以前的时代。但是为什么我们从来没有见到过这样的未来人呢？历史上也从未记载有未来人光临。假设未来无限远的话，假设时间机器确实可以造出来的话，那么概率再小也应该有未来人回来了啊。有这个想法的人还真不少呢，2005年，为了庆祝国际物理年，同时也是为了庆祝相对论诞生100周年，美国麻省理工学院举办了一场“时间旅行者大会”，举办方郑重地在报纸上刊登广告，邀请未来的时间旅行者光临会场，并且携带未来的物品作为证据。大会开了一天，确实来了很多“旅行者”，可惜没有一个能让人相信是“时间旅行者”。这些旅行者都辩称时间旅行只能光着屁股旅行，就像施瓦辛格扮演的终结者那样，所以没有信物。各位亲爱的读者，这件事，你们相信还是不相信呢？
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如果我们要到太阳系以外的地方去殖民，首先我们至少要飞往一个恒星系，只有在恒星的附近才有可能出现适宜人类居住的星球，恒星就是那颗星球的太阳，给它温暖和能量，如果没有恒星，那么在黑漆漆的宇宙中我们肯定是会被冻死的。让我们仰观苍穹，看看满天的星星离地球有多远吧。天文学家早就发现，离地球最近的一颗恒星叫作比邻星（半人马座α星C），距离我们的时空距离是4.3光年。所谓光年就是光跑一年走过的距离。光年这个单位，在你小的时候，看到后可能会认为是一个时间单位，长大后懂的多一点了，才知道是个距离单位。现在当你有了时空的概念以后，会发现光年这个单位其实是时空单位。在宇宙空间中，因为时空的不平坦性，其实你是没法用千米去定义距离的，在宇宙中只能用光年来定义时空距离，你可以把它看成是距离单位，你把它看成是时间单位也问题不大，时间空间已经成为一个整体，不分你我。总之，即使是离我们最近的恒星听上去也是离我们非常遥远的，光都要走4.3年嘛。同学们，现在我们来做一些简单的数学计算，看看这颗比邻星离我们到底有多远。以人类目前掌握的技术而言，最快最快的宇宙飞船能飞得多快呢？即使是按照最乐观的估计，大概也只能达到光速的万分之一。来，算算看，它飞到比邻星得多少年？没错，是4.3万年。
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霍金在《果壳中的宇宙》一书中风趣地说二维生物和三维生物的区别在于，二维生物想要消化食物会非常困难，因为如果它们的嘴到肛门是被一根肠子联通的话，那么他们必然会被一分为二。其实别说肠子了，二维生物的血管会把它们分割成无数的小块，彼此不相连。
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爱因斯坦虽然用相对论改写了牛顿物理学，但是在因果律这个基本宇宙观上，爱因斯坦和牛顿是一模一样的。牛顿认为，如果我们能够知道某一时刻宇宙中所有物体的运动状态，那么只要拥有足够强大的计算能力，我就可以确定无疑地计算出宇宙的过去和未来，分毫不差。爱因斯坦的名言是“宇宙最不可理解之处在于它是可解的”。爱因斯坦经常喜欢拿上帝来说事，还经常称呼上帝为“老头子”，但爱因斯坦实际上是一个彻底的无神论者，他口中的上帝其实指的是斯宾诺莎（西方近代哲学史上最著名的理性主义者，对西方科学思想影响深远）的“上帝”，那就是——宇宙规律本身。爱因斯坦还有一句名言：“上帝不掷骰子！”这个宇宙万物的演化规律不是靠每次掷骰子得出的随机点数来决定的，“老头子”是一个一丝不苟的人，他过去从没有犯过错误，将来也不会犯错误，宇宙的剧本早已定稿。从这一点上来说，爱因斯坦和牛顿都是属于经典的，他们心中的宇宙是经典的宇宙，是
一个温暖、有秩序、一丝不苟的宇宙，或许这也是我们大多数人心目中的宇宙。
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物理学家毕竟是物理学家，他们的探索精神不是常人能比的。他们很快发现，光有双缝干涉现象，一束电子流同样也有双缝干涉现象，一束电子流
跟光一样具备波粒二象性。记录和测量电子就比测量光子容易得多了，因为电子不但有质量，而且带电，大小也比光子大得多。我们大可以在双缝上各安装一个用来观测和记录的仪器，来观察电子有没有通过这道狭缝。于是，很多物理学家都是为了证明哥本哈根解释有多荒谬，不辞辛劳地苦苦改良实验设备，一次次地提高精度，没日没夜地在实验室挥汗如雨。他们想拿到明确的证据，来说明在双缝干涉实验中，电子是确定无疑地通过了某条缝隙。
一旦在狭缝上装了记录仪，他们确实可以观测到电子通过了某条狭缝；但怪异的是，一旦电子被观测到了，双缝干涉条纹也就消失了，如果不去观测，双缝条纹又会神奇地出现。这就好像在那个用光子当足球踢的实验中，一旦有人在某个墙缝上看到了足球，足球就不再会整齐地落在网的固定位置，而一旦没有人去看足球到底飞过了哪个墙缝，足球又会神奇地出现在那些固定位置上。这事实在是太怪异了，物理学家们怎么也想不通，电子的行为怎么还跟观测有关？一旦观测，它就只通过一条狭缝，不产生干涉条纹；不观测，它就同时通过（看来只能这么理解了）两条狭缝，留下干涉条纹，这实在太不可思议了。再打个比方，如果你用一杆冲锋枪瞄准了标靶，然后把冲锋枪用装置固定住，让枪自动开枪射击，枪枪都正中靶心，你很满意。于是你换上由电子制成的子弹，再次开枪射击，但是怪异的事情出现了：如果你盯着标靶看的话，枪枪都命中靶心，可是一旦你背过身去，不看靶子，打了一梭子之后，你转头一看，发现子弹以靶心为圆心成散状分布。你以为枪的固定装置出了问题，于是再盯着靶子打一次；这次又是枪枪命中靶心，当你再次转过头去开枪，子弹又开始“乱打”了。这事已经远远超出了怪异的范围，简直是让人抓狂。还记得爱因斯坦的世界观说的一个中心两个基本点吗？一个中心是“因果律”，两个基本点是“定域”和“实在”。现在“实在”这个爱因斯坦的理想宇宙的基本点遭到了严重的怀疑，这个实验居然再三向物理学家们展示：电子的行为跟我们的观测有关。电子似乎不再是一个超脱于我们意识而存在的“客观实在”，它似乎是为我们而存在，为我们而表演，它的行为受我们“看”与“不看”影响，爱因斯坦的世界观遭受到第一次最直接的冲击。
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。事实上这个电子同时存在于那朵概率云中的所有位置。而且，我们对电子的位置测量得越精确，对它的速度就必然测量得越模糊，测量行为本身就会影响电子的运动。反之，我们对它的速度测量得越�� 确，对它的位置就必然测量得越模糊。换句话说，我们永远不可能同时知道一个电子的位置和速度。因此不确定原理也可以叫作‘测不准原理’”。
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的贝尔不等式有一个巨大的魔力，可以对我们这个宇宙的本质做出终极裁决，它可以使得EPR实验从思维走向实验室。只是很遗憾的是，贝尔不等式发现的时候，爱因斯坦和玻尔都过世了，他们只能在天国注视着人间发生的一切，他们过去耗费了无数个不眠之夜来研究分析但一直悬而未决的世纪大争论，很快就要有一个终极判决了。爱因斯坦和玻尔在天国想必也都肃然起立，等待着那个庄严的时刻。让我们先来看一眼这个神奇的贝尔不等式：
下标x、y、z代表着在空间中朝着x、y、z三个方向去测量的意思，也就是说我们拿到一个小球，可以从正面看过去，也可以从侧面看过去，也可以从上面往下看，总之取三个固定的方向看过去，记作x、y、z。然后就是要解释一下这个P是什么意思了，这个P叫作“相关率”，一个让你费解的名词，没关系，我解释一下，很好理解。看过金·凯利演的电影《楚门的世界》（The Trueman Show）吗？里面有一个让人难忘的经典镜头。楚门坐在车里看着车窗外的世界，然后嘴里念念有词，朋友过来问他：你在看什么呢？楚门说注意，很快就会有一个抱着花的女人经过我的面前，然后一分钟后，必定会有一辆黄色的“甲壳虫”小汽车开过，我今天已经观察一天了，绝对是这
样的，不信我们等着。结果果然如楚门预言的那样，把他朋友吓坏了。在这个镜头里，女人的出现和汽车的出现，这两件事情的相关率就是1，也就是只要女人出现，必定就会有一辆汽车出现，这事板上钉钉，绝不会错。相关率就是A 事件出现和B事件出现之间的相关联程度。如果是0，表示两者完全没关联； 50％，则表示若A事件出现10次，则有5次会出现B事件。那么这个Pxy代表什么意思呢？就是说我们从x这个方向去测量量子的自旋状态和从z这个方向去测量量子的自旋状态，得到的结果的相关率。这里面请注意一点，量子的自旋并不是真正的“左”和“右”的概念，量子本身也不是一个小球，它的自旋其实是“正”和“负”这样的概念，当然其实也不是严格意义上的正、负，总之说起来太复杂，其实我也不是太懂，我们没必要去搞得那么清楚，总之只要知道是两种相对的状态即可。比如说，飞过来10个量子，我从x方向测量过去和y方向测量过去有8次都是同为正，那么我就认为Pxy＝0.8。我们可以认为同为正是相关，也可以认为一边正一边负为相关，这个都无所谓，只要所有的标准都一致就可以。
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量子这种纠缠态也被称之为量子的超隐形传输，可以用来做通信的加
密，但是不能用来做超光速的通信。更加需要强调的一点是，量子的超隐形传输，传递的是量子态，而不是能量和物质。而我国各大报纸曾经头版报道的量子超隐形传输实验，把量子通信说得神乎其神，肆意夸大渲染。尤其是2016年 8月16日，中国发射了全世界第一颗量子通信卫星，各种舆论对量子通信的报道达到了顶峰，但这次的舆论报道相对准确了许多。我说几点：第一，量子通信卫星的主要功能是加密，通讯方式依然是传统的光通讯。第二，量子通信无法保证信息不被窃听，只能保证信息一旦被窃听，可以第一时间报警，中断通信或者改变秘钥，从而间接保障信道安全。第三，量子通信再牛逼也无法做超光速通信，现在不行，将来也不行，理论上就行不通。第四，至于说未来通过量子通信能够把物体甚至人体超光速瞬移，那就更是扯淡了，没那么厉害。要知道，无线电通讯为什么能达到光速，因为传递信息的媒介是光子，光子没有静质量，所以能达到光速。而一旦要传递有质量的物质，理论上就不可能达到光速，更不要说超过光速。迄今为止，人类还没有发明任何一种理论可以允许超光速传输能量、物质、信息。
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超弦理论上帝有时候对人类挺好，经常会给我们一点好运气，弦理论的发现也是这样。物理学界流传着这样一句话——“弦理论是21世纪的理论偶然落到了 20世纪，被好运气的物理学家们拾到了。” 1968年，有一个叫作维尼齐亚诺（Veneziano，1942-　）的年轻意大利物理学家，他就职于大名鼎鼎的欧洲核子研究中心（简称CERN，这个机构出过很多牛逼哄哄的人物，包括互联网之父蒂姆·伯纳斯·李，我们前面提到的那个全世界最大的粒子加速器LHC也是这个机构建造的）。大多数物理学家都是数学家，这个维尼齐亚诺也不例外，他对数学是相当有兴趣。有一天，他闲来无事开始把玩两百多年前大数学家欧拉发明的一个函数——所谓的欧拉β函数，即，给一个x值，算出一个y值，再给一个x值，再算出y值，然后写在纸上，就好像小孩子孜孜不倦地把积木摆来摆去一样。你可能觉得物理学家真奇怪，这有啥好玩的？我们大多数人都对数字很讨厌，唯恐避之不及，所以我们大多数人就只能当当普通老百姓，当不了神奇的“家”。维尼齐亚诺玩着玩着，突然发现眼前这些数字怎么越看越熟悉。物理学有时候就会出现这种惊奇和意外，维尼齐亚诺手中的这些数字，让他突然就联想到了全世界各地汇集过来的粒子对撞中产生的大量的原子碎片的各种数据，它们似乎有着极其惊人的关联。冥冥之中，似乎两百多年前的欧拉获得了上帝的启示，写下了这个欧拉β函数；历经两百多年的时空穿越，维尼齐亚诺偶然发现了这个函数的惊人秘密。但问题是，这个函数虽然很管用，但是没有人能知道这个函数到底代表着什么物理意义，就好像一个小孩背会了九九乘法表，可以轻松地帮奶奶算出菜价，但是小孩却完全不知道这个像歌谣一样的九九乘法表是怎么来的，表示什么意义。维尼齐亚诺面临的尴尬就跟这个小孩是一样的。要把一团乱麻给理成一根线，最关键也是最难的是要找到线头。现在，揭示微观世界秘密的线头被找到了，就是这个欧拉函数。两年之后，芝加哥大学、斯坦福大学、玻尔研究所的几位科学家几乎同时发现，如果用小小的一维的振动的弦来模拟基本粒子，那么它们之间的核作用力就能精确地用欧拉函数来描写。这根弦非常非常小，小到在我们现有的所有实验条件下，它表现出来的都仍然像一个点，实在太小了。然而，弦理论的这条路非常坎坷，似乎一堆刚刚冒出一点火星的柴堆，还没窜出第一个火苗就被当头浇了一盆凉水。弦理论最初的几个预言被实验数据无情地推翻，全世界的物理学家们在一片唏嘘中，都不情愿地把弦理论扔
进了废纸篓，只有谢尔克、格林和施瓦兹等几个少数物理学家仍然没有放弃。他们觉得弦理论所展现出来的数学之美实在是太让人印象深刻了，哪怕在实验数据上有瑕疵，他们也不愿意放弃，他们愿意去修正理论而不是将它扔到垃圾桶中。经过十多年的努力，终于在一篇里程碑式的文章中，他们解决了矛盾，并且向世人宣告弦理论有能力成为万物理论。这篇文章在物理学界激起千层浪，许许多多物理学家放下手头的工作，激动地阅读格林和施瓦兹的文章，读罢，很多人都马上停掉了手中的研究项目，转而一头奔向这个终极理论的战场，有什么事情能比得上探求统一全宇宙的理论更令人激动呢？ 1984年至1986年，出现了物理界中的“第一次超弦革命”。为什么在弦理论前面又增加了一个“超”字呢？格林和施瓦兹认为每一个基本粒子必须要有一个“超对称”的伙伴，电子有一个超伙伴叫作超电子，光子的超伙伴叫作光微子等等。弦理论和超伙伴的假想一结合，立即发挥出巨大的威力，就好像脱去普通西装，露出内裤外穿的超人本尊。从此，弦理论升级为超弦理论。超弦理论认为，任何基本粒子都不是一个点，而是一根闭合的弦，当它们以不同的方式振动时，就分别对应于自然界中的不同粒子。我们这个宇宙是一个十维的宇宙，但是有六个维度紧紧蜷缩了起来。就像远远地看一根吸管，它细得就像一条一维的线，但是当我们凑近一看，发现它其实是一根三维的管，其中的二维卷起来了。那六个维度的空间收缩得如此之紧，以至于必须要放大一亿亿亿亿多倍（1后面34个零）才能发现，其实所有的粒子都不是一个点，而是一个六维的“橡皮筋圈”，不停地在空间中振动，演奏着曼妙的音乐。
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。为什么希格斯子如此重要？因为这是整个标准粒子模型中最后一个没有找到的粒子，而恰恰是这最后一个粒子又是最为重要的一个粒子，它产生了世间万物的质量，你想想，如果没有了质量，那么我们所见的一切有形物都将不复存在，因此，希格斯子还有另外一个非常震撼的别名——上帝粒子。但物理学家们还没有到能沾沾自喜的地步，虽然标准粒子模型预言的所有粒子都找到了，但这个模型却很难看，一点儿也不简洁。打个比方来说，如果一个人问：麻雀、蚂蚱、青蛙、鲫鱼的共同祖先是谁？生物学家把这四种动物用胶水粘到一起，然后扔给你说：“瞧，就是这家伙。”这差不多就是标准粒子模型留给物理学家们的直观感受，它虽然很好地解释了每一个粒子的性质，但是这个模型就像是前面那只共同祖先生物一样，是个长得极为丑陋、复杂、怪异的生物。科学家们普遍相信，一定还有一个比标准粒子模型更加简洁的理论模型，可以自然而然地推导出标准模型，人类对微观世界的探索还远远没有到达尽头。一个里程碑的到来意味着下一段更加艰苦的赛道开始了。
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关于引力波，我在网上能看到的最好的一篇文章是原载于《纽约客》的长文：《发现引力波背后最完整的内幕故事》，作者是 NICOLA TWILLEY，这篇文章的开头写得极好，以至于我实在忍不住要一字不落地引用给你们看：十几亿年前，距离这里有数百万个河外星系之外，两个黑洞发生了碰撞。它们彼此围绕旋转了亿万年，好像是求爱的舞蹈，每一圈后都在加速，呼啸着靠近对方。到了它们间距只有几百英里的时候，它们几乎以光速旋转，释放出强大的引力能量。时间和空间被扭曲，像是壶里面煮沸的水一样。在不到一秒钟的分毫瞬间里，两个黑洞终于合并为一，它们辐射出比全宇宙的恒星辐射出还多几百倍的能量。它们生成了一个新的黑洞，质量约是62个我们的太阳一般，面积几乎和缅因州一样。在它（新黑洞）平静下来的过程中，逐渐形成一个扁平的球状，最后几缕颤抖的能量逃离出去。然后时间和空间再次寂静了。黑洞碰撞产生的引力波向四周传播，旅途中随着距离衰减。在地球上，恐龙崛起，演化，消亡。引力波继续前进，大概五万年前，引力波到达了我们的银河系，正当智人开始取代其近亲尼安德特人，开始成为地球上最主要的人猿。100年前，爱因斯坦，灵长类物种中进化得最先进的人类的一员，预言了引力波的存在，激发了数十年的猜测和无果的寻找。20年前，一个巨大的探测器开始建设：the Laser Interferometer GravitationalWave Observatory（LIGO）。终于，在2015年的9月14号，在中午11点（中欧时间）前，引力波到达了地球。Marco Drago，一位32岁的意大利籍博士后学生，全球LIGO科学合作组织的成员，成为第一个注意到它们的人。 Marco当时坐在位于德国汉诺威阿尔伯特·爱因斯坦研究所他自己的电脑前，远程观看LIGO的数据。引力波出现在他的屏幕上，就像一个被压缩了的曲线，不过LIGO装置着全宇宙最精致的耳朵，可以听到千亿分之一英尺的振动，应该仿佛听到了被天文学家称为「蛐蛐叫」的声音——一声微弱的由低到高的呼叫。一年之后，在华府的新闻发布会上，LIGO团队正式宣布那个信号即为历史上第一个直接观测到的引力波。上面这篇文字我百读不厌，每一次阅读都会产生无限遐想，这是宇宙间
最渺小的个体对最恢宏事件的倾听，这是人类文明向宇宙展示的智力成就。
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1999年，霍金在一次演讲中公开宣称，他愿以1∶1的赔率跟任何人打赌，人类将在20年之内找到万物理论，现在离霍金的赌局结束还剩下几年的时间。这几年里物理学还会有些什么激动人心的发现，谁也无法预知。超弦理论作为目前万物理论的唯一候选仍然面临诸多挑战，前途似乎非常坎坷。即便是像LHC这样全世界最大的粒子加速器，也只能探测到一百亿亿分之一米大小的尺度（探测更小的尺度需要更高的能量，这意味着把能量聚集到单个粒子的加速器必须做得很大很大），而弦的尺度比我们今天能探测到的尺度还要小17个数量级。因此，如果用今天的技术，至少要把我们的加速器造得跟银河系那么大，才有可能探测出一根根的弦。但是我们不是要等到直接“看”到弦的那一天，才能证明超弦理论是否正确，仍然可以用很多间接证据和实验信号来验证超弦理论。从第一只古猿直立身体仰望星空，到今天建造出LHC这样的庞然大物，不过大约300万年，和宇宙138亿年的历史来比，就如同一个百岁老人一生中不到8天的时间。然而正是在这“8天”里，我们的哈勃太空望远镜已经能看到 138亿光年外的宇宙尽头；我们的LHC能探测到比肉眼能看到的尺度小一亿亿倍的东西；我们发明的理论大到能推测宇宙的膨胀系数，描述星系的运动轨迹，小到可以解释令人难以置信的量子的行为。现在，或许就差那么最后一步，人类将站到一个全新的高度来审视我们所处的这个神奇宇宙。难怪霍金在《大设计》中发出尼采式的宣言：它（万物理论）将是人类长达三千余年智力探索的成功终结，我们将找到这个宇宙中最伟大的设计！霍金的理想或许已经真的离我们不远了，在我们的有生之年，很有可能等到物理学家向我们宣布找到万物理论的那一天，我从内心深处为生活在这个激动人心的时代感到庆幸。唯一遗憾的是，我除了静静地等待，似乎什么也做不了。但是如果我亲爱的读者中有即将选择自己人生方向的学子的话，那么请接受我对你的羡慕，你将有机会投身到这场寻找大设计、解答上帝两道
终极思考题的智力探索中。未来之路刚刚在你脚下展开，你的这一步或许决定了我能不能在有生之年看到答案！

时间的形状:相对论史话

汪洁

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汪洁

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