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今天为你解读
这本书叫现实不似你所见
副标题
量子引力之旅
这本书讲的是啊
事物的真正本质是什么
乍一听啊
你可能会说
这个问题好大呀
从古至今
那么多哲学家跟科学家
他们提出各种各样的猜想
做出各种各样的努力
人家都不敢说把事物的本质探索明白了
谁这么大胆子告诉我们说
他能把事物的真正本质给讲明白呢
你还别说啊
写这本书的人
真的是当今世界上最接近真相的那几个人之一
这本书的作者叫卡洛罗
韦利
他是意大利的理论物理学家
而且是量子引力理论这个研究方向的重要推动者
什么叫量子引力理论啊
咱们放到后边慢慢说
你只需要知道一点
那就是在当今的科学界
量子引力理论被认为是最有可能成功的万有理论
那这个万有理论又是什么呢
就是科学家们啊
一直都相信
我们能找到一种大一统的理论框架
可以解释宇宙间所有的物理奥秘
组成万事万物的那些粒子
还有粒子之间啊
相互影响的那些粒
都可以用几个最基本的概念就说清楚
万有理论啊
就是在找那几个最基本的概念
你看啊
从这个角度来说
罗伟丽是不是当今世界最有资格跟我们揭示事物本质的那个人呢
关于这本书的写作过程啊
还有一个小插曲
其实有人一直建议罗伟利啊
劝他写一本书
给大众讲一讲量子引力到底是怎么一回事
但是罗伟利在构思的过程中啊
遇到了困难
他发现自己啊
找不到一条线索来给大家介绍目前的量子引力研究进展到了什么程度
科科学家们在探索世界的时候
又有哪些新发现
直到有一天啊
罗伟丽在开车的时候
忽然想到一个朋友问他的问题
你认为事物的真正本质是什么
他突然发现啊
如果从这个角度出发
一路梳理人类探索这个问题的过程
一直到最新的研究成果
就能把他这个高深的理论给讲清楚
他一边开车啊
一边在头脑中构思整本书
越想越兴奋
直到听到警车的鸣笛声
原来啊
是他想的太投入了
结果开车啊
严重超速了
交警追上来问他开的这么快是不是疯了
他就把刚才的想法解释给交警听
交警啊
大概也是一位热爱科学的人
没有开罚单啊
就放他走了
还祝他写作顺利
这才有了这本现实不似你所见
接下来啊
我将分成三个部分为你解读这本书
咱们一块儿在卡洛
罗维利的带领下
探索三种事物的本质
第一部分
我们来聊聊物质的本质是什么
第二部分
我们来看看空间的本质是什么
第三部分
我们再来说说时间的本质是什么
我们先来看第一个问题
物质的本质到底是什么
二十世纪最伟大的物理学家之一
理查德
费曼有一次在给大学生上物理课的时候说
假如世界啊
发生一场大灾难
所有的科学知识都丢失了
人类啊
只能给后代留下一句话
那么我们怎么才能用最少的词汇来传达最多的信息呢
费曼相信啊
这句话会是
所有的物体都是由原子构成的
罗维利啊
也赞同费曼
所有的物体都是由原子构成的
这一句话
其实就包含了大量有关世界的信息
咱们在这句话当中啊
至少能得出三个极其重要的信息
第一啊
世间的万事万物虽然看起来各不相同
但是啊
是由同一批相同的零部件组装而成的
第二呢
是每一种物质都不是铁板一块
我们可以继续拆分
直到找到那个最基本的最不可拆分的组件
第三啊
既然万事万物都是由相同的零部件组成的
那么万事万物之间啊
也一定遵循一些通行的法则
回看人类认识世界的历程
确实就是从这句话中得到了最多的启发
早在两千多年前的古希腊啊
那个时候就有学者坚定不移的相信
物质是由原子构成的
最具代表性的学者叫德摩克利特
在德摩克利特的时代
当然不可能观察到原子
但是他用一个精彩的思想实验就论证了原子的存在
德摩克利特发现
物质啊
不可能是一个连续的整体
这个命题当中就包含着矛盾
为什么这么说呢
假如物质啊
是无限可分的
想象一下
你把一块物质无限分割
会剩下什么呢
会剩下有维度的微小粒子吗
不会
因为我们假设啊
物质是可以无限分割的
微小的粒子也可以再被分开
直到分成啊
没有维度的点
但是
如果我们把这些没有维度的点再组合起来
把两个没有维度的点放在一起
你没法得到有维度的东西
用三个点
用四个点也不行
无论你把多少个点放在一起
都没有办法得到维度
因为点本身啊
就没有维度
所以啊
无论你把多少个没有维度的点组合起来
都不可能还原成那个有维度的物质
这就是矛盾
唯一可能的解释啊
就是一开始的假设就错了
物质啊
不是无限可分割的
任何物质啊
都是由一些不连续的小物质构成的
这些不连续的小物质啊
大小有限
而且没有办法继续被分割下去
德摩克利特啊
将这些不能再分割的物质命名为原子
德摩克利特啊
进一步推测
整个宇宙就是由无限的空间构成
其中呢
又有无数的原子在运动
空间没有界限
没有上也没有下
没有中心也没有边界
他相信
世间的一切就是原子在空间当中运动形成的
德蒙赫利特的观点啊
影响了此后无数的科学家
不过
在人类还没有发明电子显微镜之前啊
根本无法直接观察到原子甚至是分子的存在
直到一九零五年啊
也就是两千多年以后
才有一位天才的科学家
在人类还无法观察到原子的时候
就找到了原子存在的决定性证据
这位科学家啊
就是阿尔伯特
爱因斯坦
当年啊
他只有二十五岁
爱因斯坦用的方法惊人的简单
他没有使用复杂的科学理论
只用了一个思想实验
再加上一点点数学计算
就证明了德摩克利特所说的原子的存在
而且
他还能计算出原子的大小
咱们来看看爱因斯坦是怎么想的
如果我们仔细观察那些非常小的例子
比如说漂浮在空中的灰尘
你会看到啊
那个灰尘一直在震动
跳跃
他们会随机运动
离开原来的位置
慢慢的漂移
这是因为啊
这些灰尘与空气中的分子发生碰撞
无数的分子啊
从东南西北撞过来
左撞右撞
就把灰尘给撞偏了
听到这儿啊
你可能觉得没什么出奇的
这是常识嘛
别着急啊
巧妙之处在后边
爱因斯坦啊
又往深处想了一层
如果咱们假设啊
空气中的分子无穷小
并且无穷多
那其实撞击的作用啊
就会被平衡掉
因为分子无穷多嘛
有多少从左边转过来的
就有多少从右边转过来
有多少啊从上边转过来的
就有多少从下边转过来
那在每个瞬间啊
那颗灰尘受到了撞击
就会被相互抵消
要是这样的话
那颗灰尘根本就不会移动
这就和咱们观察到的那个现象产生了矛盾
同样啊
这个思想实验能够得出来的唯一结论
也就是一开始那个假设就错了
分子啊
是有大小的
数量呢
也是有限的
这样的话
撞击只是大部分被抵消了
没有办法完全被抵消
而且爱因斯坦发现啊
分子越小
两次撞击之间的间隔就越短
来自不同方向的撞击就越容易平衡并且相互抵消
微粒移动的距离就越少
这样啊
爱因斯坦不仅证明了原子的存在
而且还找到了一种测量原子的方法
我们可以通过观察液体中漂移的微粒
测量他们啊
到底漂移了多少
也就是从某一个位置移动了多少
这样啊
就能计算出原子的大小
终于啊
在两千多年之后
爱因斯坦用他的天才
给德摩克利特的洞见找到了证据
物质的本质是微粒
从那世到现在啊
又过了一百多年
人类对于物质的本质又有了新的认识
原子不再是不可分割的
科学家们可以深入到原子内部去探究
由此啊
建立了量子力学
在量子力学之中啊
人类对于物质的看法
有保留
也有颠覆
保留的就是啊
科学家们进一步确信
物质是不可能无限分割的
学数学的时候啊
课本告诉我们说
一条线段上啊
有无穷多个点
但是啊
那只是数学的假设
如果我们真的在纸上画一条一厘米的线段
然后不停的向下分割
分割 分割
并不能真的分出无限多个点来
科学家们已经证明啊
不管是长度还是重量
都不能无限变小
而是到了一个尺度
就再也不能向下分了
但是
量子力学揭示的另一个事实
就有点颠覆我们的认知了
在量子力学描述的世界当中
世间的万事万物
本质并不是实实在在的物体
其实呢
是过程
这个话听起来啊
太反常识了
好在罗伟利啊
给我们举了个例子
帮助我们更好的理解这个概念
你可以想象一下
大海
还有海面上的波浪
它们虽然形态看起来很不相同
但是其实呢
它们都是水
从成分上看啊
没有什么不同
只不过
当一些水被卷入一场运动的时候
它就变成了海浪
而当这场运动结束
它就又变回了海面上的水
同样啊 大海
湖泊 小溪 瀑布
它们有成分上的不同吗
其实并没有
只是因为参与了不同的运动过程
就成为了不同的形态
从量子力学的角度啊
再观察事物
我们也会有不同的看法
比如你和我啊
我们其实并不是一个实体
因为每时每刻都有无数的例子离开我们的身体
也有无数的例子加入进来
我们在这个世界上啊
也像那片海浪一样
是个流动的事件
是个暂时保持的过程
所以啊
量子力学教会我们
不要用物体的角度来思考世界
而应该从过程的角度来思考世界
过程啊
就是从一次相互作用到另一次相互作用的历程
世间的万事万物
是由不可分割的微小粒子构成的
但是物体的属性啊
只有在这些粒子发生相互作用的瞬间
才能让我们分别出来
一块石头啊
是在一定时间内保持结构的量子震动
就像海浪啊
再次融入大海之前
暂时保持它的形态一样
罗伟利引用了一位哲学家写下的诗句
总结了他心中物质的本质
物体是一个不变的过程
接下来啊
我们再来看第二个问题
空间的本质是什么
刚才我们聊到了啊
在德摩克利特的时代
他相信啊
世间的一切就是无限的空间
还有在空间中运动的原子
这个观念呀
一直延续了将近两千年
到了牛顿的时代啊
人们虽然对于物质还有运动的理解都有了天翻地覆的变化
但是对于空间的认识啊
还是和德摩克利特一样
空间啊
就像是一个剧场
只是提供了一个舞台
各种物质啊
在这个剧场里边粉墨登场
而且这个剧场特别结实
不管这些物质怎样演变
都不会对空间产生任何影响
但是突然有一天啊
这个剧场里边闯进了一个新的演员
开始颠覆人们的想法
这个新的演员叫做厂
就是我们常说的电厂
磁场那个厂
厂的发现啊
太重要了
可以说给人类开启了全新的时代
从二十世纪到今天
那些神奇的科技
像是收音机
电视 电话 电脑
卫星互联网
wifi
如果人类啊
没有发现电磁场
这些改变我们生活的发明都不可能出现
不过
电磁场啊
也给科学家们出了一道难题
科学家们发现啊
场 空间 力 原子
这几样东西之间的关系啊
越想越乱
怎么捋啊
都捋不清楚
尤其后来啊
科学家们提出了引力场的概念
那引力到底是原子和原子之间的相互作用
还是一种场呢
原子在空间里的运动和引力场的活动
这中间又是怎么样的一种关系呢
科学家们发现啊
没法找到一个统一的理论把这些事情一股脑给说清楚
这个时候啊
又有一位天才科学家找到了答案
这个人啊
还是爱因斯坦
今天我们回头看啊
只能感慨爱因斯坦的天才
因为他只靠一个答案就解决了这个问题
这也是人类思想史上最闪亮的时刻之一
爱因斯坦问
如果空间和引力场实际上就是一回事呢
这个极其简单而又优美的想法
就是广义相对论的基础
用广义相对论的角度看世界啊
世界又变得简单了
什么空间
粒子 电磁场
引力场
这之间的弧涂账都没有了
世界啊
变成了只有粒子
还有场
而所谓的空间
其实就是引力场
而且啊
空间不再是一种没法改变的神秘存在
因为引力场啊
是一种场
它会运动
也会起伏
用爱因斯坦的比喻来说啊
我们并非被容纳在一个无形固定的脚手架内
我们是活在一个巨大的活动的软体动物的内部
太阳使其周围的空间弯曲
地球啊
并不是因为什么神秘的力量才围着太阳转
而是在倾斜的空间当中沿直线运动
行星环绕太阳运动
物体下落
都是因为啊
它们周围的空间就是弯曲的
就像是在漏斗当中转动的珠子
不存在啊
漏斗中心产生的什么神秘的力
就是漏斗壁啊
那个弯曲的特点就能让珠子旋转
你看啊
这是对世界的极大简化
空间不再与物质有分别
而是成了物质产生的一种效应
就像是一枚吸铁石摆在那里啊
周围就会有磁场一样
任何一个物质旁边就会产生引力场
空间呢
就成了物质自带的一种属性
广义相对论的诞生啊
终于把物质和空间之间的关系给捋清楚了
但是另外啊
还有一笔糊涂账
让爱因斯坦和之后的几代物理学家都头疼不已
这就是广义相对论和量子力学之间的巨大矛盾
罗伟丽啊
在书里边就调侃说
如果一名大学生啊
上午听了相对论的课
下午又听了量子力学的课
然后这个学生得出结论说教授们啊
都是糊涂蛋
他这么想啊
都是可以被原谅的
因为广义相对论和量子力学之间啊
有太多不一致或者说是相互矛盾的内容
更诡异的是啊
两个理论都非常好用
从各种实验上来看啊
大自然就像是一个两面派
一边对着广义相对论说你是正确的
一边又对着量子力学说你也是正确的
可是这两个理论啊
有很多地方都是相反的
前面咱们说过啊
科学家们一直想找到一个可以解释一切的万有理论
目前来看啊
万有理论最大的障碍就是怎么把广义相对论还有量子力学给揉到一起去
比如在空间的问题上
广义相对论和量子力学两种理论就打起来了
广义相对论说啊
空间是一种场
就像是一个巨大的软体动物
可以弯曲
可以伸展
那这个场啊
就是连续不断的
但是量子力学告诉我们
连长度都有最小的不可分割的单位
所以根本啊
就没有连续不断的东西
你看
这就是矛盾
那这种矛盾要怎么调和呢
这就要说到咱们一开始提到的那个量子引力理论了
虽然量子引力理论啊
目前还是一种猜想
但是啊
却是最能解决这个矛盾的理论
实话实说啊
量子引力这个理论很深
而且啊
很多地方确实是反常识的
但是罗维利找到一种比喻
用一种极简的方式帮助我们快速理解这个理论的核心
罗威利打了个比方说
引力场啊
其实更像是一块布料
你乍一看呢
它是一大片
连绵不断的
但是如果你更细致的观察
你会发现啊
这一片布料是由无数根线编织出来的
空间啊
也是如此
它看起来呢
是连续的
只不过啊
是因为我们无法感知更细小的尺度
看不到那些细小的线
而那些细小的线啊
其实就是微小的粒子形成的微小的场
叠加在一起呢
就形成了大的引力场
这就是空间的本质
说到这儿啊
咱们往回倒一倒
你还记得第一个问题
物质的本质是什么吗
物质的本质啊
是微小粒子相互作用的过程
你看啊
物质的本质是微小粒子相互作用的过程
空间的本质呢
是微小粒子形成的微小的场
于是啊
从量子引力这个理论也能导出那个结论
那就是空间和物质没有区别
都是微小粒子产生出来的
于是啊
量子引力理论就提出来
其实无论是光
能量
还是空间物质
世间的万事万物
其实都只不过啊
是一种实体的不同表现形式
物理学家给这个实体起了一个名字
叫协变量子场
这个结论啊
看起来很奇特
非常反常识
但是呢
却有严密的物理学还有数学可以支持
有越来越多的证据在支持量子引力理论
虽然啊
它仍然只是一种猜想
但是已经是当下最能揭示物质和空间本质的猜想了
最后啊
我们再来看第三个问题
时间的本质是什么
你会发现啊
刚才我们聊了这么多空间的本质
物质的本质
但是罗维利啊
根本就没有谈到时间
是的
罗维利在这本书当中啊
又给出了一个惊人的论断
时间
其实是不存在的
或者换一种说法
时间啊
不过是我们人类在理解世界的过程当中
产生了一种幻觉
这个听起来可太像风化了
但是你别着急啊
这个罗伟丽可不是说梦话
它是有科学推导的依据的
如果你问一个物理学家
到底什么是时间呢
到底哪个物理概念能决定时间呢
这个物理学家大概率会回答你
是热量
为什么这么说呢
因为其实啊
时间流逝的一切现象
都与温度有关
时间的显著特点啊
是向前移动
不会向后移动
也就是不可逆的
但是大多数物理现象啊
其实都是可逆的
比如说啊
我们拍摄一个摆动的钟摆
或者是一个被向上抛出又落下的石头
然后我们倒着放影片啊
看起来也没有问题
那个钟摆啊
是从左到右还是从右到左
那个石头啊
是向上还是向下
都是合情合理的
你可能会提出质疑
不对吧
石头落地会咣当一声
如果你倒过来放
石头咣当一声
然后自己飞到天上去
这就不科学了吧
那我们就来看看啊
这咣当一声到底是个什么样的物理现象
石头接触了地面
并且停了下来
那石头的能量去哪儿了呢
撞击啊
产生了热量
加热了地面
你看啊
就是在热量产生的那个时刻
这个过程啊
就不可逆转了
所以啊
视热量的变化
把过去和未来区别开来
你再想想啊
其他不可逆的事情
是不是都伴随着热量的变化
燃烧的木炭会转化为烟
但是烟没有办法变回木炭
这中间就是热量的变化
旧自行车呀
会随着时间磨损
所谓磨损呢
也就是通过摩擦产生热量
太阳内部啊
也发生着剧烈的核聚变
不停向外释放着热量
就连我们活着慢慢变老
其实也是一个产生热量的过程
所以你看
无论何时
当你要给时间找一个箭头的时候
你就会发现
这个箭头永远和热量有关系
没有热量
时间就没有方向
但是我们再往深处想一层
什么是热量
什么是温度呢
其实啊
也是一个极其粗糙的概念
从微观上讲
温度表示的是一大群分子运动的剧烈程度
也就是说啊
温度其实是我们人类造出来的一个概念
我们懒得深入进微观层面去探究每一个分子的运动
所以用温度这个概念去笼统的概括这些分子的状态
那反过来讲
只要我们深入进去
看的仔细了
能看到每一个分子
温度的概念就消失了
从这个角度来讲
所谓温度
所谓热量
只不过是我们在信息不够精确的时候
对世界的一种粗糙的认识
只要我们的信息足够精确
温度和热量的概念自然就消解了
既然刚才我们聊到
时间的方向是由热量决定的
那我们自然啊
也可以得出结论
时间也是在我们信息不够精确的时候
对世界的一种粗糙的认识
因此啊
时间并不是这个世界的基本组成部分
打个比方啊
我们在上学的时候
都做过几何题
为了更好的能理解问题
求解答案
我们会在题目上画那个辅助线
但是辅助线啊
并不是那个图形的组成部分
那个圆形是真实存在的
那个三角形是真实存在的
但是那条辅助线并不是真的在题目里边
只是我们为了更好的理解题目
在后来啊
加上去的
如果有个特别聪明的学霸
单靠想就能把这道几何题想明白
那在他的草稿纸上就没有这道辅助线
我们人类啊
认识世界也是
如果我们可以细致的观察
进入量子的世界
看到更细微的粒子是怎样运行的
看到物质和空间的本质
时间的概念自然也就消解掉了
所以啊
罗维利在这本书中
为时间做了一个惊人的定义
时间是我们忽略了事物微观物理状态的结果
时间是我们所没有的信息
时间是我们的无知
到这里啊
这本现实不似你所见
其中精华的部分
我就为你解读完了
总结一下啊
罗伟丽在这本书当中
给我们展示了理论物理学最新的成果
为我们介绍了量子引力理论
这个理论啊
可以帮助我们更清晰的认识物质
空间还有时间的本质
量子引力这个理论教会我们
不要从物体的角度来思考世界
而是应该从过程的角度来思考世界
过程啊
就是粒子从一次相互作用到另一次相互作用的历程
世间的万事万物
是由不可分割的微小粒子构成的
但是物体的属性啊
只有在这些粒子发生相互作用的那个瞬间
才能让我们分别出来
物质的本质啊
就是微小粒子相互作用的过程
空间的本质呢
是微小粒子形成的微小的场
于是啊
从量子引力理论就能导出结论
物质和空间其实是没有区别的
都是微小粒子产生出来的
于是呢
量子引力理论提出了一个惊人的猜想
无论是光
能量
空间还是物质
世间的万事万物啊
其实都不过是一种实体的不同表现形式
物理学家啊
给这种实体起了一个名字
叫做协变量子场
而时间呢
并不是世界的基本组成部分
只不过是我们在信息不足的情况下
为了更好的理解这个世界
我们自己想象出来的一个概念
如果我们可以细致的观察
进入量子的世界
看到更细微的粒子
它们是如何运行的
看到空间和物质的本质
时间的概念自然就消解掉了
读完这本书啊
我还有一个感受
我们刚才一起进行了一场颠覆认知的烧脑之旅
空间的本质
时间的本质
物质的本质
每一个答案啊
都和我们的常识格格不入
如果不是听过这二十多分钟的音频
而是直接看到书中的结论
你我都会觉得这大概啊
是一个疯子的胡言乱语
但是
如果我们回想一下
人类认识世界的过程
就是不停的和自己的常识做斗争的过程
地球是圆的
人类不是宇宙的中心
运动的物体如果不再受力
会一直运动下去
没有空气阻力的时候
羽毛和铁球会同时落地
光速永远不变
而时间和空间反而是相对的
你看
每一个物理上的新发现
都在挑战我们的常识
我们接近真理的过程
也就是和常识做斗争的过程
现在
人类对于世界的认识又往前走了一步
是固守着自己的常识
还是拥抱新的真理
这是我们每个走在求知路上的人都要做出的选择
最后啊
我想把罗维利写过的一段话送给你
我们的爱与真诚与生俱来
我们天生就渴望懂得更多
渴望不断学习
我们对世界的认知在不断增长
在知识的边界
我们的求知欲在燃烧
我们渴望探索空间纹理的细微之处
探索宇宙的起源
时间的本质
黑洞的现象
以及我们思维的运行
现在
在人类已知事物的最前沿
我们将要航行于未知的海洋
世界的奥秘与美丽熠熠生辉
让我们目眩神迷