目錄
第一部分
近代天文史話
第二部分
時間、空間與引力
第三部分
量子主導的宇宙
第四部分
宇宙大爆炸與自組
第五部分
上帝粒子
第六部分
人類文明的未來
作者的話
我們生存的宇宙之所以這樣存在,必然有它的理由,我們在尋找它這樣存在的證據時,我們就會發現隱藏在宇宙深處那不為人知的秘密。
宇宙是浩瀚的,相對於地球上渺小的人類,人類就像地球上的一粒塵埃。然而人類是擁有智慧的,可以進行思索,思索周圍的一切現象,並找到這些現象背後的運作機制,發現一些什麼東西。
宇宙並不是純粹物質性的,它是一個非常複雜的系統,但是卻遵循著最廉價的設計方案,因為在宇宙這個複雜的系統中,所有的現象都遵循著簡單的規律。
這就好比一個設計師設計房子一樣,一個好的設計師會非常注重簡單與協調,而不是設計出看上去美觀,沒有一點用處的東西,這種作品充其量只能稱之為華麗而又臃腫的垃圾品,不能稱為真正的設計。與宇宙相比不同的是,宇宙不需要設計者,它的內部設計來自於自組系統,根據物質的種種特性,自動自發地進行組織,並呈現出一般規律。
《宇宙密碼》是一本揭示宇宙原理和秘密的書,它可以告訴你一個物質性宇宙中,物質如何有條不紊的進行組織,看起來好像上帝在操控,但是又不是,通過本書,你可以明白宇宙的一切自然現象,自然規律是如何展現以及如何運轉的。
序言
在古代,人們通常認為地球是靜止的,所有的星體都在圍繞著地球運轉。然而事實卻相反,我們腳下的地球並不是靜止不動的,地球在動,並且圍繞著太陽旋轉。
地球靜止不動的觀念,曾經統治著人類古老的文明,它不是一個世紀或者兩個世紀的事情,而是統治了很長一段時間,直到天文學家哥白尼在1543年出版了《天體運行論》,才有人慢慢的意識到地球在動,並且圍繞著太陽旋轉,而這些人也只是一小撮人。
當時,哥白尼的這種思想是和宗教的教義嚴重衝突的,是被認為極端的,十分危險的思想,對於根深蒂固的宗教思想來說。因此,哥白尼這種思想的發展和傳播受到了極大的限制,後來,又經過許多科學家的努力,偉大的科學家布魯諾,伽利略以及克卜勒的奮鬥,並提供出大量可信的證據,人們的思想才逐漸地扭轉過來,驚呼:“喔,原來我們腳下的地球在運動啊!”
當鐘錶上的秒針每跳動一下,地球已經隨著自身的轉動移動了幾百米,除了南北兩級外,而地球圍繞著太陽已經移動了30千米,太陽系又圍繞著銀河系的中心移動了220千米。如果在今天,你對這些物理常識一無所知的話,那么你真的要充充電了。
隨著一代又一代科學家的不斷努力,就像是一場接力長跑賽。克卜勒在前人探索的基礎上,總結出了行星的三大運動定律,克卜勒的這一發現,使得牛頓最終發掘出了影響深遠的萬有引力定律。
牛頓用引力理論成功的解釋了星體之間的運動現象以及規律,但是對於引力的本質究竟是什麼,它的作用機理是什麼?牛頓直到離開人世也沒能給出一個合理的解釋,直到愛因斯坦的出現,愛因斯坦另闢蹊徑,他闡明了星體之間的引力,是如何通過彎曲的時空來實現,但是這種解釋只局限在惟像的層面。引力的本質究竟是什麼?這恐怕要到發展出成功的量子引力理論,引力的確切作用機理才能真正得到解釋。
在引力的描述上,愛因斯坦把奇妙的時間和奇妙的空間統一起來,形成時空,並作為一個具體的實體看待,他把引力的生成歸咎於時空的彎曲。時間是什麼?生活中,它就是一個衡量物體運動快慢的物理量,幫助人們理解事物演變發展的快慢,它根本沒有個實在。空間是什麼?生活中理解為可以容納物質的東西。誰也無法相信時間和空間在統一起來後會形成一個實體,然而愛因斯坦卻這么做了,並且在引力的解釋上獲得了成功。
按照愛因斯坦的描述,我們周圍的時空是彎曲的,但是我們無法感覺到,因為它的彎曲度非常的小。這就像地球上的一隻螞蟻,它永遠也無法知道地球是一個球體,因為它實在太緲小了,螞蟻走過的路線,在它看來,只不過是一條直線,而在我們看來它所走過的路線卻是一條曲線。我們周圍的時空彎曲度非常小,基本上是平坦的,這是我們感覺不到的原因,此時,我們就相當於那隻螞蟻。因此,只有在大的天文尺度上,才能觀察到這種效應。
生活中,如果一個蘋果從樹上落下,基本是走一條直線的,我們無法看出這條路線是彎曲的,因為在近距離我們無法察覺蘋果從樹上落下的路徑和直線相比產生的偏移效應。但如果放大這種效應,把這個蘋果放到更遙遠的空中,然後讓它自由落到地面上,你就會發現它的路徑儼然是一條曲線,因為時空是彎曲的,這種效應已經在光線經過大質量的天體附近會產生偏折中得到了證明。
我們通常在認識宇宙諸多現象的時候,都是從惟像的層次上開始認識的,然後才去理會它的本質,也就是現象背後的作用機理,先從巨觀認識再到微觀的本質揭示,這是對於我們而言,認識事物的一般規律。然而,現實卻不是這樣,宇宙的發展是先從微觀開始的,然後由微觀主導宇宙的巨觀現象。
拿引力的發展過程來講,我們認識它時,必須先從巨觀的、惟像的層次上去認識引力,對於它的本質認識,我們就必須深入到量子的層次上,才能找到它背後的真正作用機理,我們對於諸多現象的認識,總是先巨觀的後微觀的。
當我們在深入探索認識量子世界的時侯,意外卻出現了,量子世界對於我們人類而言,存在著模糊性,這個世界好像有意不讓我們去看透它。從物理層面上細究起來,這種模糊性是由於人類引進觀測系統時,所帶來的不可避免的擾動造成的,這種擾動對於微小的量子而言,是如此之甚以至於無法忽略。因此,我們在描述量子行為時,通常會把觀測者的行為也考慮進去,作為真理的一部分,於是就發展出了一套非常有意義的量子描述,幫助我們認識那看不見的量子世界。
量子世界之所以非常的難以理解,是因為它與經典的世界大相逕庭。在經典的世界裡,物體是以連續的形式變化著的,比如大小不等的蘋果之間並無顯著的等級區別,它們的變化是連續的,而量子世界卻不同,物體不再以連續的形式變化著,而是相差一些離散的量,比如原子粒子的能量。
我們認識世界的時候,總是先巨觀後微觀,如果違背常理一次,我們先從微觀開始認識量子世界,然後再去認識巨觀,此時,我們反而會發現經典的世界會有很多矛盾之處,反而經典的世界變得難以理解了。
經典世界與量子世界是相互矛盾又相互統一的,也就是說巨觀與微觀是矛盾而又統一的,然而我們常常只注意到了它們矛盾的一面,卻忽視了它們統一的一面。從德布羅意的波長計算公式可以看出,這個公式不僅適用於微觀,還適用於巨觀,巨觀物體同樣具有波動的性質,因此,可以這樣認為,經典的世界和量子的世界是統一的。
在21世紀裡,物理學界出現最多,並且最受關注的物理名詞就是上帝粒子,在粒子前加了一個“上帝”的前綴,並不是因為它和上帝有關,而是它的重要性堪比創造一切的上帝,正是由於這個粒子的存在,萬物才擁有質量,它可以解釋萬物的質量起源。
上帝粒子俗名為希格斯粒子,是由希格斯提出的,正是這個粒子的提出,才使他本人名揚全球,人們對於這一假想的神秘粒子探索了30多年,仍然不見它的蹤影。著名的物理學家霍金最近曾下賭注100美元,打賭人類永遠不可能找到上帝粒子,最後,引來許多人不斷追問霍金是否在這場打賭中贏了,如果知道了霍金的輸贏,就知道了人類是否發現了深藏在黑暗深處的這一神秘粒子——上帝粒子。