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英国科学促进协会前副会长,卢瑟福·阿普尔顿实验室(RAL)理论物理部部长,欧洲核子中心(CERN)公众推广部主任,著名粒子物理学家、作家,英国牛津大学物理学院弗兰克·克洛斯教授科普。
所有科学都是基于存在的研究,但是存在并非理所当然。
存在即有,有生于无,无又生于何?
科学与佛道学的完美契合。
我们时间和空间可能并非我们所感受的如此简单,时空概念其实更加深刻。
宇宙之前的虚空世界,是人类研究的极科学领域。
由浅入深,为读者打开通往虚空世界的大门,
这可能是你一生遇到过的,对晦涩难懂的科学领域的科普回答!
内容简介
世间万物从何而来?时间和空间是如何从无到有的?假设我们从一个空间范围内移走了所有的物质,那么这个空间会回到原始的“无”的状态吗?真空是真的空吗?学术界关于“无”的认识和讨论经历哪些变革呢?波、电磁场、以太、相和组织、力和希格斯真空等众多重要物理概念的出现带来哪些意义?本书将打开一扇宇宙之前的虚空之门,从浅入深带领读者进入玄妙的虚空世界。
作者简介
弗兰克·克洛斯(Frank Close),英国人,牛津大学物理学教授,埃克塞特大学研究员,曾任卢瑟福·阿普尔顿实验室的理论物理学部门负责人,曾荣获了大英帝国官佐勋章(OBE)、英国物理学会开尔文奖。他还担任过欧洲核子研究中心公共教育和通讯部的负责人,因其在促进物理学的公众理解和科普写作方面的突出贡献,他获得了英国媒体评出的2007年佳科普写作奖(“Sygenta Prize”)。他的其他作品有:《路西法的遗产》(2000)、《奥德赛粒子》(2002)、《虚空》(2007)等。
羊奕伟,四川人,博士,毕业于清华大学工程物理系。现就职于中国工程物理研究院,研究领域主要为核物理及高能物理。
目录
1 庸人自扰
对虚空的早期理解 /5
憎恶从何而来? /11
空气/13
制作真空 /15
布莱斯· 帕斯卡( Blaise Pascal) : 水
与酒的博弈/19
真空长什么样? /20
大气压强 /22
2 原子内部何其空旷
电子/27
原子到底有多空旷? /32
场 /36
场是否有大小 /39
重力场和平方反比定律/42
波 /45
3 空间
创世纪 /49
牛顿 /52
空间及运动的概念/56
4 波在何处
电磁场与波 /65
波的载体/69
以太难题/72
5 随光束旅行
空间、时间及时空 /82
时空 /86
6 自由空间的代价
时空扭曲 /89
引力和弯曲 /98
宇宙膨胀/102
7 无限之海洋
量子世界/107
波和量子不确定/112
沸腾的真空 /118
无限的海洋/126
8 希格斯真空
相和组织 /133
相变和真空 /139
改变真空中的力 /143
希格斯真空 /146
9 新的虚空
宇宙的状态/151
爆胀/155
更高维度 /161
搜寻虚空
前言/序言
我们当中很多人在年少时都会突然遇到这样一个问题:“世间万物从何而来?”我们可能也好奇于在我们出生之前,我们的意识委身何处。你能识别你最早的记忆吗?当我刚开始上学时,清楚地记得之前两到三年发生的事情,特别是那些暑假在海边的美好时光,但当我试图回忆更早发生的事情时,印象就更加模糊了,直到消失。我被告知那是因为我太年幼,仅仅5岁(生于1945年)。我父母谈及的战争,以及战前发生在他们身上的诸多事情,对于我来说毫无意义。我所知的世界似乎是随着我的诞生而出现的,在那时并不存在。那么在我意识世界开始“之前”,它们在哪里呢?
这种1945年前所有事物构成的奇幻的虚无世界持续困扰着我;接着在1969年,一件事情将要带给我关于这个问题的新的想法。
这一年,阿波罗10号掠过月球表面,展示给人类一个充满岩石和沙砾的不毛之地。这片灰色荒原一直延伸到月球的地平线,弧形地平线衬托出黑暗幽深的宇宙,其间点缀着星罗棋布的、闪烁的群星,以及无数无生命氢球聚变发出的恒定光芒。突然间,在这贫瘠的画面中出现了一颗绮丽的蓝色星球,拥有白色云朵和充满植物的绿洲:人类历史性地第一次见证了地球的升起。在这宇宙中至少有一处生命之所,巨量的原子在那里有序地聚集在一起,从而具有自我意识并能带着求知欲凝视这个宇宙。
如果没有智慧,生命会怎样?如果没有生命来了解,所有的存在有何意义?百亿年前的景象可能会是这样:一个无生命的虚无世界在广阔的空间中盘旋,体内杂乱地充斥着等离子体云和贫瘠的岩石块。参照我个人的“1945年前”时期,那时重力舞动也在进行只是没人意识到;这个“意识前”时期正如我的“1945年前”时期的一个巨大的扩展,虽然没有生命,但那时就存在的原子却构成了我们今天的身体。一旦参与进来,这些原子之间复杂的契合就变得有序,从而创造出所谓意识并且可以看到宇宙远处“意识前”无生命时期发出的光。现在的我们可以接受见证早期的无生命时期,它在这个事件之后已经成为了一种现实。我们还不是从虚无中被创造出来的,而是源自原始的“粗糙物质”以及亿万年前形成的原子,它们的有序排列聚集就形成了我们。
这就引出了我的终极问题:如果没有生命,没有地球,没有太阳和星星,没有用于聚集的原子,而只有虚无的空旷会怎么样?首先我删除了我头脑中对宇宙的惯性思维印象,来尽力想象剩下的一无所有的世界。接着我发现了一个哲学家们早就明白的事情:思考虚无是极其困难的。年少无知时的我一直好奇在我出生前宇宙在何处,现在我考虑的是如果我压根没有出生,宇宙会如何。“我们是幸运的因为我们终将死亡”①,因为所有可能的DNA组合是无限的,而其中有几十亿种永远无法引发出意识。对于那些永远无法出生或者已经死亡的东西,宇宙又该如何?所有文明都创造了关于人死后的神话,所以很难接受当脑死亡之后意识只能消亡。但是对于那些永远没有开始也不会开始的DNA组合,意识又意味着什么呢?
要理解意识的出现和消亡,和理解宇宙万物如何从无到有一样困难。物质是被凭空创造出来还是原来就有某种原始的东西?如果没人知道这里空无一物,那么这里还能空无一物吗?我越努力想解开这些谜团,就越感觉自己处在启蒙和癫狂的边缘。若干年后,作为一个资深宇宙学科学家,我又重新回到这些问题上,开启了一段寻找答案的新的旅程。而所有的结果就是这一本薄薄的书。我为我之前问过自己这些问题而感到骄傲,因为数百年来这些问题一直被无数大哲学家提及,并且还没有公认的答案。在不同时期,当一种哲学力压群芳,人们接受到的智慧也在进化。
可以存在一种真空吗,一种一无所有的虚无状态?正如上帝是否存在的问题,这些答案似乎要看你怎么定义虚无了。考虑到逻辑的巨大力量,古希腊哲学家们持有相反的观点。亚里士多德就曾断言不可能有一个完全虚空的地方。甚至出现了一个公理称为“自然界憎恶真空”。我首先需要研究的问题之
一就是这个公理意味着什么,以及为什么它会在过去两千多年里被奉为真理。
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