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《果壳中的宇宙》读书笔记
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《果壳中的宇宙》读书笔记
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《果壳中的宇宙》是史蒂芬·霍金为其成名著作《时间简史》在2001年写的续篇。
你或许很难理解爱因斯坦的《相对论》，但读过《果壳中的宇宙》的前两章后，你便可了解它所基于的哲学原理。读完这本书之后，你就了解了建立一个统一“量子理论”和“相对论”的理论的重要性，以及物理学家为之所进行的探索。
在众多的理论中，弦理论被认为是最有希望的理论，因而霍金的这本书中投入了大量的篇幅来解释什么是弦理论。弦论假设不存在粒子，而只有弦在空间中运动，一条弦就是一个画在空间中的圈，各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。当一条弦随时间运动时，它的轨迹不是一条线而是一根管子。两条弦还可以结合形成一条新弦，一条弦也可以分裂成两条。自然界中的一切相互作用，包括电子和光子的相互作用，都可以用弦的分裂和结合来解释。从某种程度来说，弦论已经统一了强力、弱力、电磁力和引力，因而弦论也被称为大一统理论(Theory ofEverything)。
在研究的过程中，存在着五个不同种类的自洽弦理论，这与弦论追求一种单一理论的初衷相左。经过数年努力，物理学家终于找到解决问题的钥匙。尽管目前这一理论还未得到一个大家一致赞同的形式，但至少已为它起了一个名字：M理论。
在M理论中，时空是10维或者是11维的，为什么日常生活中所见的时空是4维的呢?霍金认为，存在着两种可能的解释：一可能是所有额外维的尺度非常小，甚至如普朗克尺度那样小，实在难以观察到;二可能是额外维的尺度相当大，甚至可达无穷大，只是在目前的观察条件下尚未观测到。霍金认为，大的额外维是新理论探索中的激动人心的进展，它蕴涵着我们生活在一个胚世界中，
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《《果壳中的宇宙》读书笔记》(https://www.unjs.com)。强力、弱力和电磁力将被限制在这个胚中，所以任何与引力不相关的物理问题就会和在4维时空中的一样。与此相反，引力则会弥散到整个高维空间中去。考虑到大的额外维度，起初的弦理论(认为时空包含4个展开的时空维度和6到10个卷曲维度)中弦的概念可以被可以进一步推广到p胚，即高维空间的p维客体。霍金认为，时空就是一张推广了的“膜”，不过这张膜不是2维的，而是4维的(不同于起初一维的弦)。
霍金认为，在4维“膜”世界中，人类生活在一个胚中，邻近还有另一个“影子”胚。因为光被限制在胚中，不能传播到另一个胚，所以人类不能看到影子世界。但是人类会感觉到影子胚中的物质的引力影响。这种引力在人类所在的胚世界中会显示成一种“暗”源(暗物质)。检测“影子”胚的仅有办法是通过引力的途径。
按照霍金的无边界设想，胚世界的自发创生有一段“虚时间”的历史。在这段历史中，宇宙像一个果壳：一个4维球面(不妨想像成是一个多了两维的核桃壳)。只是果壳是空的，在这胚世界图像中的4维果壳是满的：人类生活其中的胚在虚时间中的历史是一个4维球，它是一个5维泡泡的边界，而余下的5维或6维是卷曲的，并且卷得非常小。
以上是对霍金的最新科普书籍《果壳里的宇宙》的简述，其中每一段的内容都是很多科学家多年研究的结果，因而在短时间内理解这些内容是不可能的。老实地说，到目前为止我也只能理解这本书的前两章。虽然我也读过有关弦理论的其它科普读物(如《宇宙的琴弦》)，我仍不能理解弦理论当前发展的状况。据我所知，弦理论发展的初衷是解决量子理论和相对论之间的矛盾，之后由于标准模型的成功(统一了强力、弱力、电磁力并与狭义相对相容，但不能包括引力，即与广义相对论不相容)以及其弦理论给出的预言在实验中不能被验证，弦理论受到冷落。之后弦理论的发展是基于小的卷曲维度(小于普朗克长度，对其探测超出当前实验条件，或许永远不能被探测)来弥补之前理论的缺陷以及预言，后来为囊括多种版本的弦理论，M理论被提出。考虑弦理论的这个发展历程，我有中云里雾里的感觉，并对这个研究方向感到极大地担忧。由于它的发展脱离了实验验证，因而我很怀疑发展这种理论的意义所在。
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