00:00/00:00
外链地址
http://www.eemp3.com/audiofile/ed213a21ca4554e7f1380c888d65aff7.mp3
点击复制本字幕由TME AI技术生成
现代粒子物理学最能说明对称性的魅力
粒子物理学是研究亚原子世界的学科
它探索宇宙的基本组成单元以及它们之间的相互作用力
我们已经讲述了电磁力一种基本相互作用力
它解释了光的本质
并引导我们发现了相对论
除了电磁力
还有另外两种基本相互作用力支配着亚原子世界
强子将原子核聚集在原子的核心
恒星的发光及伴随的某种类型的放射性衰变都与弱力有关
例如放射性碳定碾法中碳元素的衰变
第四种基本相互作用力是万有引力
它最常见
也最弱
现今最好的引力理论仍然是爱因斯坦的广义相对论
随后我们将看到它是一种时空理论
十二种基本粒子凭借这四种基本相互作用力相互结合
构成了太阳
月亮 恒星
还有太阳系中的行星
我们的身体
眼前的一切
乍一看复杂无比的宇宙
变得难以置信的简单起来
放眼窗外
午后的阳光穿过楼宇
扯下城市扭曲的倒影
或是乡间篱笆绿地
奶牛成群
无论城市还是乡村
到处都是人类的痕迹
文明无孔不入
直到二十一世纪
物理学告诉我们
一百三十七亿年来
支配世界的规律仅仅涉及少数几个亚原子粒子和四种基本相互作用力
窗外的繁杂景象
只不过是意识和灵敏的感觉在人类复杂大脑里的综合产物
它掩盖了大自然潜在的简单和优雅
科学家寻找着大自然的罗塞塔石碑
上面写着神秘的语言
讲述着自然的壮美
数学是一种探索和利用大自然特性的工具
这句话本身包含一个深刻的问题
正如尤金
维格纳所说
数学能够非常恰当的表达物理定律
这是一个奇迹
数学是上天赐予的礼物
我们无法理解为什么会这样
这本书通篇都试图解释为什么会这样
也许我们永远不会理解数学和自然关系的真正本质
但经验证明
数学让我们组织思维
以便更有效的引导我们深入理解所思考的内容
我们一直在努力强调数学对思维的有效组织作用
实际上
物理学家写下方程式
只不过更好的表达了各种真实事物之间的关系
例如
速度等于距离除以时间
在讨论光中时
我们用到了这个关系
用数学符号可以把它表示为v等于x除以t
其中v是速度
x是行驶的距离
t是行驶的时间
如果你在一小时内行驶了六十英里
那么行驶的速度便是六十英里每小时
最有趣的方程能够描写大家都认可的自然现象
也就是说
最有趣的方程处理不变量及不以我们的观测角度而改变的量
在爱因斯坦之前
常识告诉我们
空间中任意两点间的距离都是一个不变量
但常识并不可靠
上一章我们已经看到
事情并不是这样
同样
时间也不是一个不变量
它的流逝取决于观察者
它的变化依赖于时钟相对于彼此运动的速度
因此
爱因斯坦打破了事物古老的秩序
我们不能再依靠距离和时间来建立一个可靠的宇宙图景
对于寻找自然深层规律的物理学家来说
v等于x除以t不再是表示不变量之间关系的公式了
没有根基了
总之
旧的时空观破坏了
物理学的基础动摇了
接下来该怎么办呢
猜想是重建宇宙秩序的一种方法
猜想
说白了就是猜
科学家总是这么做
在寻找基础理论时
光靠聪明是没用的
有时候一个好的猜测便可以事半功倍
只要猜测能与实验相符合
它就成功了
下面给出一个非常激进的猜想
时间和空间合二为一
形成一个被称为时空的实体
然后根据不变性的要求
时空距离是一个不变的量
这个论断非常大胆
它丰富的内涵将被逐步揭示出来
其实仔细想一想
这个想法可能也不过如此
因为当我们失去古老的确定性
失去空间中绝对不变的距离和放置四海皆准的时间大中
也许我们能做的就是把这两个概念统一起来
接下来的挑战是寻找一种测量时空距离的方法
需要注意的是
这种新的距离不会因我们相对彼此运动而改变
为此
我们需要仔仔细细的研究时空整体的运作方式
但首先要搞明白
在时空中寻找一个距离到底是怎么一回事
假设我早上七点起床
八点吃完早餐
基于以前实验得到的结论
下面的表述是正确的
一
从床到厨房的空间距离
我测量出为十米
高速飞过的人却测量出不同的距离
二
我的手表显示我用了一个小时吃完早餐
但对此
高速观察者会记录一个不同的时间
因此
我们需要找到一个不变量
通过猜测
从我起床到我吃完早餐之间的时空距离可能是不变的
是我和高速飞过的观察者可以达成一致的量
这种能够达成共识的物理量非常重要
是建立自然法则的基础
当然
现在只是猜测
还没有证明
甚至还没有确定计算时空中距离的方法
这些都需要进一步推进
但是在这之前
我们需要解释因果关系
因果关系是构建爱因斯坦理论的另一个核心概念
与不变性一样
因果关系也是一个显而易见的概念
若用它给物理规律强加限制
也将产生深刻的影响
因果关系是指原因和结果的顺序
非常重要
它们的顺序不能颠倒
母亲生儿子
而不是儿子先与他的母亲出生
任何内在一致的时空都必须保持这样的因果关系
因此
构建一个儿子先于母亲出生的宇宙理论是可笑的
矛盾的
这样说来
没有人会反对因果关系对时空的要求
需要注意的是
人类生活中经常忽略因果关系
预言便是很好的例子
诺查丹马斯就是一位被推崇至今的预言家
据说他能在梦中或是恍惚神秘的状态中看到未来发生的事情
也就是说
诺查丹玛斯生前可以看到他死后几个世纪发生的事件
诺查丹马斯死于一五六六年
但有人认为他看到了一六六六年伦敦大火
拿破仑和希特勒的崛起
二零零一年九月十一日美国遭受的袭击和一九九九年俄罗斯出现反基督的人
我们对俄罗斯反基督教的预言比较感兴趣
因为这个人还没出现
也许他或者他正在成长中
会在本书出版前崭露头角呢