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李伊迅的博客

我的网络书架,我的自语自乐:探赜钩深,海纳百川,金石良言。

 
 
 

日志

 
 

万物皆空唯有音乐——读汪洁《时间的形状(相对论史话)》  

2014-03-19 18:16:02|  分类: 自然科学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        大约两年前差不多也就是这个时候,我和夫人去参观位于松江的中国科学院上海天文台佘山站——一座在清光绪二十六年(公元1900年)、由法国传教士所建、我国最早的现代意义上的天文台。
2014年03月19日 - 探海石 - 李伊迅的博客
          接待我们这批参观者并担任讲解员的是中科院上海天文台“天文系列科普讲坛” 讲者、上海天文博物馆首席志愿者讲解员汪洁先生。
2014年03月19日 - 探海石 - 李伊迅的博客
         汪先生那渊博的天文学知识,诙谐风趣的话语,不仅把奇幻奥妙的外太空星云解说得绚丽多彩,而且把浩瀚寂静的宇宙深处也讲解得引人入胜。参观结束前,汪先生向听他讲解的参观者提问了一个问题,这个问题是要回答与他这场解说有关的一个天文数字,回答正确的可以得到由他本人撰写、并有他本人签名的一本科普读物——《时间的形状(相对论史话)》。这个答案碰巧被我蒙对了。
2014年03月19日 - 探海石 - 李伊迅的博客回到家后阅读这本“获奖赠书”,刚翻几页就又被汪先生那深入浅出、轻松幽默的写作文笔所吸引。这是一本介绍相对论的书,但它不同于传统意义上的科学知识普及类图书,却像是一本可以用来当做茶余饭后休闲翻阅的书。书中避开了那些复杂的数学公式,读起它来就像读一本很有意思的小说,晦涩高深的相对论概念在书里被诠释得浅显易懂,有高中物理知识的人都可以轻松地阅读,如果你是大学物理专业的学生,读起来也不至显得乏味。阅后受益不浅。
        前几天我整理完《被誉为“中国爱因斯坦”束星北之坎坷自强的人生》的日志后,利用闲暇又翻阅了这本书,又有一番感悟。
        全书17万字,想全面介绍这本书有一定的困难。下面引用的是书中“万物皆空唯有音乐”的一节,这一节前半部从物理学的角度让我们领略了我们这个世界的物质构成,即回到原子的深处见识一下不可思议的微观世界,那就是:万物皆空;这一节后半部展示了当今物理学研究的新进展,即“万物理论”
TOE(theory of everything)
的候选理论——
超弦理论,
那就是:唯有音乐。
         
这一节也有哲学思考,或许带给你一个崭新的宇宙观。
           
一杯清茶,细细品尝。
                               

                                  万物皆空唯有音乐

       我们这个世界的万物到底是由什么构成的?

       这个朴素的问题从2000多年前的古希腊就开始不断地被人类追问,德谟克利特第一个提出了原子说,他认为世间万物都是由一种叫做原子(希腊文愿意就是不可分割的意思)的小球构成的,每个小球都是一模一样的,他们的不同组合构成了万物的不同形态,包括你和我。2000多年弹指一挥间,人类对世界的认识就像爆炸一样增长,很快,化学元素被发现,门捷列夫发现了元素周期表,再后来,现代的原子理论发展起来,卢瑟福发现原子也不是不可分割的,可以分解为原子核和电子,再往下,原子核又可以分割为质子和中子,质子和中子又继续可以分割为夸克,然后又是形形色色的“子”被发现,什么费米子,玻色子等等,似乎物质没有尽头,可以无限分割下去……

       但是,终于有到头的一天了,根据现代最新的物理理论,到头来,一切都是——空。

       “拜托,刚才还一本正经的给我们上科学史课,怎么突然跟我们玩起哲学概念了。”我已经听到了你心里面的嘀咕声。

        NO,这次我是很认真的告诉你,真的,到头来一切都是空。比如,你拿起一杯水,仰头一口气喝下去了,我来问你,你喝到的是什么?

       你说:“水啊,化学分子式为H2O,两个氢原子,一个氧原子组成了水。”

       我说:“好,我承认你喝下了无数的氢原子和氧原子。那你知道原子又是怎样的一番情景吗?让我来告诉你,原子是由原子核和电子组成,原子核只占到整个原子体积的几千亿分之一,而电子比原子核还要小1000倍。我给你打个比方,整个原子就像一个足球场那么大的一个气泡,原子核就是当中的一粒沙子,而电子就像一小颗灰尘一样在里面飞来飞去,如果你看到这样的一个气泡,你会认为这是完全空无一物的气泡,你再仔细也无法找到原子核和电子。你喝下去的一杯水,就是由无数个这样的气泡组成的,你看起来满满一杯水,其实里面99.9999999999999% 是空的,如果把这杯水中所有原子中空的部分全部抽走,只留下原子核和电子,那么这杯水剩下来的东西你要用现在全世界最强大的电子显微镜放大差不多一亿倍才能看到,现在你还认为你喝下的是一杯水吗?” 

       你说:“好吧,我承认我其实只喝下了很小很小的一点东西,但你也不能就认为我喝下的是空,好歹还有点原子核和电子嘛。”

       我说:“很遗憾,我的话还没说完。那么原子核和电子又是由什么组成的呢?由一些更小更小的基本粒子组成,这些基本粒子又是什么东西构成的,我告诉你,这些基本粒子到头来都是一根根的‘橡皮筋圈’,就像吉他弦一样在空间中振动着,构成这些橡皮筋的材料不是别的,也正是空间本身,一段弯曲的6维空间,到头来什么也没有,只有一段弯曲的6维空间蜷缩在你无法想象的小的三维空间中,构成一个橡皮筋圈,以不同的频率振动着。”

       这下你该明白,你其实喝下去的什么也没有,只是空间本身而已。

       慧能禅师诗云:

       “菩提本无树,明镜亦非台。心本无一物,何处惹尘埃。”

       没想到,物理学到头来变成了哲学,这个宇宙除了空间本身真的是什么也没有,你和我,世间万物,到头来,一切都是空。

       以上,我所说的一切都不是笔者的胡思乱想。上面这些,正是最近一二十年在物理学界迅猛发展起来的“超弦理论”,也是谢耳朵的专业方向,它是现在是TOE“万物理论”的候选理论,而且是唯一的候选理论。

       在超弦的世界中,一个个振动着的橡皮筋圈就是构成物质的最小单位,不同的振动频率构成了不同的基本粒子,不同的基本粒子组合又构成了质子、中子和电子,质子和中子组合在一起构成了原子核,原子核和电子一起构成了原子,原子构成分子,分子构成材料,材料构成了世间万物,包括你和我。

       上帝就像是一个神奇的魔术师,在空无一物的空间中,随手这么一抓,然后在手中一撮,一段空间被搓成了一根弦,然后他捏起弦的两头,在空中打了一个结,再用手指这么轻轻一弹,于是,弦振动了起来,这就是夸克,接着上帝又用同样的手法制作了胶子、中微子、费米子、玻色子……最后,他用眼花缭乱的迅捷手法不知怎么地就用这些“子”组成了质子、中子、电子、原子、分子、金子、银子……

       如果上帝可以听见振动着的弦发出的声音,那么每一个基本粒子就是一个音符,原子就是乐句,分子就是乐段,世间万物、你和我就是乐章,整个宇宙就是一首恢宏的交响乐。这首交响乐从宇宙诞生的那天起就开始演奏,直到宇宙消失的那天为止,永不停歇。

      宇宙是一首永不停歇的交响乐,我们都是这首交响乐的华美乐章!

      这些听起来美妙但又不可思议的事情到底是怎么被发现的?物理学家何以敢向世人宣布“到头来一切都是空”这样的哲学宣言的呢?超弦理论家们到底有些什么样的线索?未来我们又需要怎样去证明它?

       这就让我带你去了解一下他们是如何探索隐藏在物质最深处的秘密的,你一定会被人类所展现出来的惊人智慧而折服,宇宙让我们敬畏,但是物理学家们也同样值得我们敬畏。

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