李·斯莫林讲量子引力

#科学大师书系：李·斯莫林讲量子引力 上一本李·斯莫林所著的《量子力学的真相》，写的是量子力学主流的哥本哈根诠释及其局限，以及非主流几个观点。这本书则是写结合了量子力学与广义相对论的“大统一理论” (Theory of Everything) 可能依托的三条路径，本书原标题为Three Roads to Quantum Gravity (通往量子引力的三条路）。作者认为，第一条途径是从量子力学出发发展的超弦理论；第二条途径是从广义相对论出发发展的圈量子引力理论；以及其他一些小众的尝试。 这本书信息量很大，挑几个重点说一下。 第一，圈量子引力理论的代表学者是意大利的卡洛·罗韦利，去年三月读过几本他的书，代表作是《现实不似你所见》。在圈量子引力理论中，时间只是我们的错觉，实际并不存在。 第二是超弦理论，曾被誉为“应该是21世纪的发现落到了20世纪”，“生活大爆炸”中的谢尔顿就是从事超弦理论的研究。该理论认为现实是十一维时空，其中有一维时间、三维展开的空间，以及七个卷曲在普朗克长度(10^-35m) 的维度。去年读过物理学家布莱恩·格林的著作《宇宙的琴弦》，就是向大众介绍超弦理论。超弦理论与圈量子引力理论研究的都是普朗克长度的对象，目前还无法通过实验进行证明或证伪。 第三，作者认为一些迹象表明我们对物理学的认知存在根本的局限，如伽利略和爱因斯坦的“相对性原理”以及海森堡的“不确定性原理”，描述这两个原理的表述都是“我们无法……”，这里面可能隐藏着更深层的含义。 第四，作者指出热力学中描述系统混乱程度的“熵”与计算机科学的“信息”直接关联，“熵是信息缺失度的测量”，这是一个非常新的观点（对我而言）。以前读霍金讲“黑洞辐射”，提到过黑洞视界面积与黑洞熵的关系，以及物体进入黑洞是否导致“信息守恒定律”被破坏。 此外，大型计算机服务器运行产生大量的热，主要就是计算过程中信息的丢失导致熵增产生的。这部分得通读香农的《信息论》，才能有更好的理解。 最后，作者提到“全息原理”也许是解决宇宙学问题的终极之道。我们自身就是宇宙的产物，置身其中看宇宙，看宇宙熵不断增加，由有序走向无序。同时宇宙却又自发组织形成高度有序的生命和意识，能够研究宇宙及自身的起源。

把晦涩的前沿物理讲得通透易懂。清晰梳理弦理论、圈量子引力等核心学说，兼具硬核深度与科普温度，看懂人类追寻宇宙终极答案的滚烫征途

在过去100多年，人们已经知道物质是由原子构成的，而原子是由电子、质子和中子构成的。这给我们上了重要的一课——人类的感知能力尽管有时令人惊异，但大多数时间相当粗糙，以至无法直接看到大自然的构成要素。人们总是需要新的工具才能看到最微小的东西。显微镜让我们看到构成人类和其他生物的细胞，但是要想看到原子，还需要放大1 000倍。现在，电子显微镜可以做到这一点。并且借助其他工具，如粒子加速器，我们还可以看到原子核，甚至是构成质子和中子的夸克。而电子和夸克是构成物质的最小单位吗？或者它们本身也是由更小的实体组成的？人们继续探索的时候，是否总能找到更小的东西，或者是否存在最小的单元？我们可能会以同样的方式探索空间：空间似乎是连续不断的，但这是真的吗？一定体积的空间能被划分成任意多个部分吗？或者存在一个最小的空间单位吗？有最小的距离吗？同样，我们也想知道，时间是无限可分的吗？有最小的时间单位吗？存在一个最简单的事件吗？ 我们的世界不能被理解为一个固定的、静态的时空背景中的独立实体的集合。相反，它是一个关系网络，其中每个部分的属性都是由它与其他部分的关系决定的。构成世界的关系是因果关系。意味着世界不是由物质构成的，而是由事件发生的过程组成的。基本粒子不是静态的，而是事件相互作用、传递信息的过程，信息传递又产生新的过程。它们更像计算机中的基本操作，而不像传统的永不停止的原子图像。 我们通常无法在很小的尺度上看到发生了什么，因为我们不能用光来观察比光的波长还要小的东西。 到目前为止，想要制造一个黑洞的想法仍然是不切实际的，所以没有人能够做这个实验。自20世纪70年代初以来，人们已经做出了一些不同寻常的预测，即如果能够探测到来自黑洞外区域的光，我们将会看到什么。这些预测就是将相对论和量子力学结合起来的第一个理论体系。 围绕“时间和空间的本质是什么”以及“观察者与他们观察到的系统有着怎样的关系”这两个问题，李·斯莫林介绍了目前宇宙学研究领域对于量子引力理论的三条主要研究路径：相对论（产生了圈量子引力理论）、量子理论（产生了弦理论）和从基本原理出现形成新的理论（黑洞热力学）。量子引力理论是人类试图构建“万物理论”的一个重要尝试。虽然不好理解，但值得一读！

此外，这本书让我重新认识了黑洞。很多热力学理论实际上是普适的。比如，一个热力学系统的熵是什么意思？我们妄图用几个热力学量，温度,体积，化学势来描述一个体系。但实际体系的自由度是远多于这里的几个热力学量的，需要用一个量描述这种多对一的关系。如果是一对一，说明热力学描述是完备的。如果是多对一，说明利用这几个热力学量不能唯一确定一个态。由于这种多对一的数目大多是随粒子数指数多的，为了定义一个广延量，所以取多对一的log。这一个物理量我们定义为熵。黑洞也是如此。我们试图用质量，面积，角动量等几个量来描述黑洞，但这可能也是不完备的，我们也可以同样的定义一个熵。黑洞的面积与熵成正比。为了和玻尔兹曼一样，得到一个有限的熵，则必须假定面积有一最小的单元，即量子化的。

对于量子理论最新发展其实是与广义相对论结合起来，也就是所谓的量子引力理论，形成我们对于宇宙以及微观尺度的认知，因为在我们感觉之外的尺度都是发直觉的，最为典型的就是量子理论和广义相对论，也就是微观尺度物质存在的状态不能用我们所见的规律来进行描述，特别是在小于纳米尺度一下的状态，这个就是物质存在的本质，当然在比电子尺度更小的尺度使用改造过的尺度还是可能用来表达的比较典型的就是超弦理论或者 M 理论来进行，几乎完全与我们想象的世界完全不同，所谓的简并以及需要描述存在状态的参数，也就是比我们正常理解的时空四维体系之外，还是需要更多的参数才能进行描述，所以就与我们形成的理论基础完全是基于数学的表达，在这个过程中，很对数学家推动了理论物理的发展，因为如同相对论和量子理论的尽头是数学非常类似的状态，最近理论物理的发展也是这样的，只是作为普通人来说理解这些内容挑战还是非常之难，为了刻意进行的简化反而失去了物理本质的含义，比如多维空间以及维度退化等概念，至少自己认为是不够准确的物理概念，因为本源如此，非常类似于牛顿力学，本质如此。尽管发展这些理论，但是对于理论的验证似乎几乎是不可能的，因为人类所能够产生的能量不足以完成这样的分析，能量本身就是一种放大镜的基础，通过能量输入发生与粒子的相互作用，我们根据相互作用的结果就可以知道微观尺度的秘密，当然作为知名数学家丘成桐先生数学难以理解，但是能够与基础物理建立起来联系，而且为了实现自己的理论，跑到中国忽悠建设超级对撞机，经过了争议之后，我们的选择与美丽国类似把钱用在了空间站的建设之中了。

当思想改变你的思想，那就是哲学。 当宗教改变你的思想，那就是信仰。 当事实改变你的思想，那就是科学。 当一个人既没有思想，也没有信仰，还罔顾事实的时候，……远离它，不要浪费你的时间 ——李·斯莫林

没有相关知识的储备或以往此类书籍的铺垫，若想一遍读懂弄通本书所述量子引力理论是不太容易的。这样说不是认为作者的这本书太专业化理论化，而是因为量子引力本身就很深奥，宇宙、时空、黑洞、光速等等知识与我们普通人相距遥远，所以，有兴趣并不能代替有能力完全了解或掌握这方面的知识，再读一遍多读几本或许能帮助你逐渐接近量子引力以至宇宙空域。

量子引力学，伟大的思想，颠覆传统物理认知！ 我们从小就生活在一个经典物理的世界，受生理感官的观察限制，很容易形成根深蒂固的思维模式，认为事物本来就应该是那样，但量子理论告诉我们何为现象与本质，所见并非所得，我们的观察是局限的，在视界之外仍有未知宇宙。 认识量子引力学需要摆脱传统思维模式的束缚，要用量子的世界观来看待事物之间的关系，如果学会了这种思维模式，那么就不会觉得量子理论有多么神奇，因为世界本来可能就是那样的。

《通向量子引力的三条途径》二十年前就出版了，为了圈钱站撸文化又换了个名重译。但是你翻译的什么几把玩意啊？把非局域性翻成非本地？机翻也不至于这样吧？ 再次验证了我之前的看法：站撸文化纯纯大沙比垃圾公司，赶紧倒闭滚蛋吧！ 谁买粘卤文化的实体书谁就是给骗子捐款，给不要脸添砖加瓦。

李斯莫林这本书写得就像是剥离了数学公式的综述文章。对专业人士来说，不如去看正规教材；对于非专业的读者，除了增加了几个酷炫的名词外，并没有提供多少实质性的信息。翻译也很差，把“局域非局域”翻译成“本地非本地”，显然是外行。