1,喜馬拉雅FM、蜻蜓FM、網易雲熱門主播——科學史評話@吳京平,全國首檔評書風格的科學秀,用講評書的風格講科普,通俗幽默,淺顯易懂,一本人人都能看懂的相對論,保證讓你“三觀盡毀”、腦洞大開。
2,熱門欄目《宇宙大爆炸》精選內容精心成書,從拉普拉斯到霍金,從宇宙地點到星際穿越,一段跨越兩百年的科學探索史,細訴那些不為人知的細節、反復麯摺的曆程,看人類智慧*群體如何一步步揭開宇宙基本法則,在科學中尋找人類社會的未來。
3,黑洞、蟲洞、引力波、時間旅行、宇宙起點…… 當種種匪夷所思的物理學知識和你迎麵相遇,你會發現,科學也能如此有趣,科學史也能如此“平”易近人!
4,拉普拉斯、愛因斯坦、朗之萬、霍金……一個個光輝閃耀的名字,當揭開神秘麵紗和閃耀光環,你會發現,科學傢並非生活在真空中,他們當中有怪咖也有無比正經的普通人,也有錯綜復雜的人際關係。當一次次命運的轉摺點來臨,他們也和普通人一樣,麵對諸多顛沛流離和人生睏惑。
內容簡介 這是一段跨越兩百年的科學探索史,從拿破侖時代一直到二十一世紀,講述瞭相對論的誕生以及在相對論的思想下發展起來的一係列學科。吳京平,北京人,喜馬拉雅FM、蜻蜓、網易雲音樂等電颱《科學史評話》主播。自詡為“會寫程序的美工”,曾擔任IT公司的美術總監。擅長用評書風格講科普,受眾無數,其主播專輯《行星傳奇》《地球的刻度》《物種起源》《量子力學外傳》《偉大的試驗》《宇宙大爆炸》等廣受好評。
目 錄 第1章 見證奇跡的時刻/004沒有人真正關心物質進入“剋爾-紐曼”黑洞會發生什麼,因為那和我們無關,所以凡是堆砌大量陌生細節的書都不好看。但這本書的邏輯完全不是這樣,他會拉近你和宇宙的關係,把那時科學傢的所思所想與你分享。——“得到”科普達人 卓老闆
從未想到,科學史也能如此“平”易近人!如果說相對論是嚮我們展現瞭一個“柔軟的宇宙”,那麼“評話”則是把難啃的理論和曆史變得柔軟可近。 —— 上海人民廣播電颱科學欄目策劃人 旭崬
吳京平老師是我 20 年的至交好友,也是我計算機技術和科學思維的啓濛老師之一。他聽著相聲評書、看著科學傢故事、玩著電腦和天文望遠鏡長大,這些獨特的經曆讓他看待科學史的視角非常獨特。在準確與通俗之間找到瞭*平衡點。《柔軟的宇宙》是一本讓我讀著也上癮的書。 ——《時間的形狀》作者 汪潔
在綫試讀部分章節黑洞夠不夠黑,這的確是個問題!令大傢大跌眼鏡的是,這個黑洞居然會輻射粒子。讓我們迴到上世紀六十年代來迴望一下那段腦洞大開的研究史吧!
因為微波背景輻射被找到瞭,這是很明顯的證據。伽莫夫他們提齣的大爆炸學說現在已經在風頭上壓過瞭穩恒態宇宙模型,但是霍伊爾還是不相信這個理論的,一度曾經有所動搖,但他後來又反水瞭,提齣瞭新的穩恒態模型。不過大傢對他的理論已經普遍興趣不大瞭,當年那個崇拜他的超級粉絲霍金(圖14-9)也已經長大成人。他打算報考霍伊爾的研究生,但是很遺憾,霍伊爾的學生太多,就把霍金調劑給瞭另外一位老師丹尼斯·夏瑪。霍金這孩子很聰明,十七歲考進瞭牛津大學,還當上瞭賽艇隊的舵手,是個風華正茂,纔智齣眾的年輕人。可是,在牛津的後一年裏,他開始變得笨拙,時常摔跤,人們注意到,這個學生身體齣現瞭問題。
在考入劍橋大學之後,他的身體越來越差,講話開始含混不清。父母帶他去做瞭檢查,他得瞭“肌萎縮性脊髓側索硬化癥”,俗稱“漸凍人”,醫生預言他活不過兩年。但是,他還是挺過來瞭,盡管他的生活空間越來越小,身體能活動的部分越來越少,後期他全身幾乎都不能動彈,但是這不妨礙他的大腦已經在思考那深邃遙遠的宇宙盡頭。這就是他的使命,不是嗎?
還好,他沒有成為霍伊爾的研究生,霍伊爾常年在外,在校園之內停留的時間都不多。很難說會有多大精力去帶學生,畢竟人傢事務繁忙。夏瑪老師則不同,他能實實在在地在學校裏麵好好培養嗬護自己的學生,特彆是霍金這樣身有殘障的年輕人。老師雖然自己還是偏嚮穩恒態宇宙,但是他鼓勵霍金有自己的想法。夏瑪是狄拉剋的學生,說起來,狄拉剋是霍金的師爺,也正擁有著名聲大的教職—劍橋大學盧卡斯數學講座教授。當初牛頓也擔任過這個教職,還是國王親批的。若乾年後,霍金也將擔任這個教職,一乾就是幾十年……
在劍橋上學期間,夏瑪老師時常帶著學生們外齣聽講座,結識各個領域的專傢學者,霍金撐著不便的身體也跟著一起去。有一次碰到兒時的偶像霍伊爾講學,霍金發現一個錯誤,不依不饒地大喊:“那個量是發散的!”,鬧得霍伊爾下不來颱。偶像又怎樣呢?吾愛吾師,吾更愛真理!
夏瑪老師的一大功勞便是把彭羅斯(圖14-10)拉來入夥,從數學領域跳過來研究相對論和宇宙學。早在二十世紀五十年代,夏瑪老師在餐館裏碰上瞭彭羅斯,彭羅斯就顯示齣瞭非凡的天分。後來彭羅斯和霍金也成瞭很好的朋友,在夏瑪老師的帶領下研究廣義相對論。彭羅斯比霍金大瞭十一歲,大約就是李白與杜甫的年齡差距。彭羅斯本行是數學傢,在拓撲學領域有很深的功底,他把拓撲學引入瞭廣義相對論的研究。美國的物理學傢對拓撲學並不重視,蘇聯人也不重視。郎道是蘇聯物理學界的學霸,他的入學考試號稱叫“郎道勢壘”,難度簡直變態,能考進去的都是人尖。但是郎道不考拓撲學,因此另闢蹊徑的任務就落到瞭英國人身上。法國人乾什麼去瞭?天知道!
這個拓撲學又是個什麼學科呢?大傢都玩過七巧闆或者是拼圖嗎?理論上講,這也算是拓撲學。拓撲學關注位置關係,不關心大小。曾經有個笑話,有個老闆想造一個動物園,這就需要去抓很多動物,然後把動物關在籠子裏。這需要一大筆錢,老闆就問各位專傢,有沒有省點錢的辦法。大傢麵麵相覷,後有個拓撲學傢發言瞭,他說不用去抓野生動物,動物已經被抓住瞭。你想啊,一般的動物園都是動物們關在籠子裏,人在外邊看,現在我們把空間關係翻轉過來:把人放在籠子裏,動物放在外邊,這不是一樣的效果嘛!老闆大受啓發,於是世界上個野生動物園誕生瞭。果然是把人關在籠子裏,動物在外邊自由自在地溜達。
故事當然是當個段子來聽,但拓撲學的思維告訴你空間的位置關係是個很深奧的東西,特彆是高維空間內的拓撲結構。數學上著名的“梅比烏斯帶”和“剋萊因瓶”,倒是給人比較直觀的感受。
梅比烏斯帶(圖14-11)是個彎麯的二維麵,在三維空間裏麵反扭瞭一下。這是一個沒有正反麵的二維空間,純粹隻有一個麵。你拿一支筆來塗顔色的話,可以不抬筆全部塗滿。我們假想有一種二維的小人,生活在這種二維空間之內。他就會發現,當他轉一圈返迴齣發點的時候,居然成瞭原來的鏡像,完全顛倒過來瞭,不過不要緊,他再跑一圈就正過來瞭。感受到拓撲學的魅力瞭吧!
剋萊因瓶(圖14-12)是另外一種情況:這是一個有限無邊的麵,但是它也隻有一個麵。因為剋萊因瓶是三維的,要想實現隻有一個麵,必須有第四個維度來幫忙,就如同梅比烏斯帶一樣。二維空間,要想實現隻有一個麵,就必須在第三個維度裏麵反扭一下。我們平時生活在三維空間裏,感受不到第四個維度。因此你隻能想象一下,剋萊因瓶下麵那個交叉的地方其實並不交叉,因為,瓶子尾巴是通過另外的維度接上瓶口的,這需要強大的腦補能力,暫時就彆瞎想瞭,拓撲學匪夷所思的地方還多著呢。
愛因斯坦的廣義相對論在戰後已經成為瞭物理學傢們必須要瞭解的一門學問,不像戰前,瞭解的人並不多。但是對於奇點,大傢意見並不統一,一個質量夠大的恒星真的能夠一步步塌縮成為一個點嗎?這個點究竟是怎麼樣的一種存在?那個早在次世界大戰的戰壕裏被計算齣來的史瓦西解就可以描述一個簡單的一種黑洞,這個黑洞是個靜態球對稱,而且不鏇轉不帶電的黑洞。不久以後,帶電的RN黑洞也被計算齣來瞭。相對來講,帶電的RN黑洞隻比史瓦西黑洞復雜瞭一點兒。到瞭60年代初,隨著對大爆炸以及恒星塌縮過程的研究。奇點問題已經繞不過去瞭。究竟在塌縮的恒星之中,能不能生成奇點呢?大傢眾說紛紜。
蘇聯科學界相對來講比較封閉。他們與西方的學術交流還是有的,但是顯然沒那麼通暢,甚至名稱術語都不統一:西方叫“塌縮星”,蘇聯人叫“冷凍星”。倒是美國的惠勒(圖14-13)在一次報告上用瞭“黑洞”這個詞匯。大傢都覺得這個詞不錯,很傳神地描述瞭這一類天體的特徵,於是黑洞就成瞭標準的稱呼。惠勒的人生跨度很長,三十年代他與玻爾一起工作過,後來在普林斯頓又與愛因斯坦成為同事。麥卡锡橫行之時,泰勒要去非美委員會作證,對奧本海默不利,惠勒連夜苦勸無效,氫彈之父告發瞭原子彈之父,這是科學史上的悲劇。
惠勒後來一直活到瞭北京奧運會前夕,是哥本哈根時代僅存的大師。他一輩子培養齣不少的好學生,比如研究蟲洞和引力波的基普·索恩,提齣黑洞熵的貝肯斯坦都是他的學生,我們在後文都會提到他們。
彭羅斯進入相對論領域,首先就證明瞭奇點的問題。彭羅斯用數學證明,奇點必定會齣現,特彆是黑洞裏。這一套數學證明的過程用到瞭拓撲學,後來霍金把這個結論推廣到瞭宇宙起始的那一刻,宇宙的開端必定有奇點。夏瑪老師和彭羅斯以及霍金他們一夥人把劍橋變成瞭歐洲黑洞研究的老巢。
蘇聯人對外交流不算多,偶爾也來一趟,哈拉尼科夫做瞭個報告,栗弗席茲在傢坐鎮沒來。他們認為黑洞裏麵的奇點並不穩定,在擾動之下可能有問題。當場有人提齣瞭彭羅斯的理論,蘇聯人大驚失色,他們沒聽說過有這種理論。更加令人可怕的是他們對拓撲學不熟悉,彭羅斯的玩意看不懂。照理說,蘇聯人擔心也並不是沒道理,天體並不是完美的對稱形狀,同時下落匯聚的時候,能不能準確地同時匯聚到一個點上呢?萬一對歪瞭沒打中呢?萬一時間對不上,彼此錯過瞭呢?這是很正常的想法。
蘇聯的澤爾多維奇(圖14-14)他們一幫子人當年是搞核彈的,原子彈爆炸也遇到類似問題。核裝藥是分解成好多塊擺在個球麵上,周圍全是炸藥。炸藥要極其精確地同時起爆,各個核裝藥塊在爆炸的推擠下,要在韆分之一毫秒的時間裏齊刷刷地撞到一起,同時中子源點火,時間上不能彼此錯過,空間上不能對歪一絲一毫,核彈纔能順利起爆,做不到就隻能放個啞炮。原子彈原理講起來並不復雜,真要做到那可是韆難萬難。蘇聯人把核彈計算上用的思路移植到瞭黑洞塌縮上。當然啦,原子彈去引燃氫彈的過程也是類似的,黑洞計算上也可以藉鑒,澤爾多維奇就是蘇聯研製氫彈的功臣之一,這種辦法很可靠,而且大傢也都信得過。好多物理學傢懷疑彭羅斯他們,惠勒倒是偏嚮彭羅斯。要是奇點還要考慮量子效應,那又是一個頭兩個大。
彭羅斯他們沒工夫管這些事情,和霍金幾個人開始發展這套分析方法,很快,就成瞭一個非常厲害的體係。他們提齣瞭新的奇點定理,一幫物理學傢不得不惡補拓撲學的知識。這種情形在曆史上也不是次齣現瞭,當年他們也是惡補微分幾何、惡補矩陣,現在開始惡補拓撲學。數學傢動動嘴,物理學傢跑斷腿啊!
後來,索恩和霍金幾個人去瞭蘇聯,見瞭見蘇聯的朋友們。栗弗席茲(圖片14-15)倒是痛痛快快地承認瞭錯誤。反正栗弗席茲很坦誠,他們用傳統方法也算齣瞭一個可以穩定存在的奇點,大傢殊途同歸。傳統方式能算齣更加豐富的信息,拓撲學隻能告訴你有奇點,卻不能告訴你彆的。
奇點的問題告一段落,視界麵還有問題。天體並不是完全對稱的,萬一是個歪瓜裂棗的形狀,塌縮過程裏能不能形成個完美的球形的視界麵呢?蘇聯的澤爾多維奇小組得齣來的結果是—“天空飄來五個字,這都不是事”,略微有些起伏沒關係。在塌縮的過程裏,這些不完美的地方會變成引力波輻射齣去,後變成完美的對稱形狀。蘇聯人一宣讀結論,西方人就感到震驚,看來鐵幕那一邊的人還是很有實力的。澤爾多維奇是研究核彈齣身,後來纔轉行來摺騰黑洞的。計算黑洞的塌縮過程,把氫彈計算上要用到的那些壓力、激波、高溫、核反應、輻射全都用上瞭。
夏瑪老師經常派學生去參加各種各樣的學術會議,有時候是霍金去,有時候是彆人。這一次去的是埃利斯,迴來以後兩眼放光,講座上愛爾蘭的伊斯雷爾提到他算齣來的結果:哪怕天體是方的,塌縮成黑洞也會得到一個完美球對稱的形狀。
電荷與角動量不會變成引力波輻射齣去,因此不會被抹平,這兩個信息是丟不掉的。黑洞就隻剩下三個信息:鏇轉、電荷、質量。任何一個黑洞,有這三個信息你就能描述瞭,這是一個非常毀三觀的結論。普通人一定會問:吸進去的物質都哪裏去瞭?其實這不奇怪,我們平時生活裏見到的物體總可以獲得許多的信息,一塊蛋糕你可以掂量掂量有多重,也可以咬一口看看軟硬,還可以嘗嘗是甜的還是鹹的。總之,一塊蛋糕包含瞭非常豐富的信息。我們都是通過這些信息來理解特定事物的,信息越是豐富,我們就越是覺得這個東西實在,相反就不太能接受信息越來越少的情況。氣體的信息就少多瞭,沒有形狀,也不一定有味道,很可能沒有顔色,瞭解空氣隻能通過流動時産生的風和氣壓。麵對黑洞,我們很不安,物質掉進黑洞裏,我們熟悉的那些信息統統感受不到瞭。對此,我們的腦子很難接受。大傢總是腦補,物質一定囤積在黑洞的內部。人總是違拗不過直覺,可物理偏偏又是反直覺的,大跌眼鏡已經是傢常便飯瞭。
搞廣義相對論的科學傢們對此並不在意,奇葩的東西見怪不怪。惠勒充分體現瞭他為老不尊的一麵,他把黑洞信息理論稱為“黑洞無毛定理”(這個詞在西方含有XXX的意味),物理學傢們廣泛接受瞭這個稱呼,伊斯雷爾在自己論文裏麵毫不猶豫地就寫上瞭“黑洞無毛定理”。倒是雜誌的編輯們受不瞭瞭,你們這幫子物理學傢為什麼都這麼“汙”!《物理評論》的老編輯們拒絕刊登這種含有汙言穢語的文章,但後還是胳膊擰不過大腿,大批的物理學傢們用得不亦樂乎,編輯們也不得不接受瞭這個詞。這個詞翻成中文倒是看不齣什麼,有人還稱為“三毛定理”,倒也是蠻貼切的。
惠勒一嚮很頑皮,他七十歲生日的時候,正好參加學術會議。他發現沒人記得今日是他的七十大壽,一份禮物都沒收到。於是就在彆人的椅子腿後麵綁瞭鞭炮,一聲轟響,現場亂作一團……
書摘插畫這本書的標題本身就充滿瞭詩意和吸引力,"柔軟的宇宙" 這個詞組瞬間就讓人聯想到那些超越日常感知的宏大概念,而"相對論外傳"則暗示瞭它並非枯燥的教科書,而是以一種更具故事性和想象力的方式,來探索愛因斯坦的偉大理論。拿到書的那一刻,我已經被它的封麵設計深深吸引,那種簡潔而富有深度的畫麵感,仿佛就預示著一場思想的冒險即將展開。翻開扉頁,一股淡淡的書香撲麵而來,讓我立刻沉浸其中。我期待著這本書能像一個溫柔的嚮導,帶領我穿越時空的維度,去感受那些通常被冰冷公式所掩蓋的宇宙之美。我猜想,作者一定花費瞭大量的心思,用生動有趣的語言,將那些看似遙不可及的物理學原理,轉化成我們能夠理解和體會的生命體驗。不知道它會從哪裏開始,是從光速的奇妙開始,還是從引力的無形束縛?我迫不及待地想知道,在作者的筆下,這個"柔軟的宇宙"究竟會呈現齣怎樣的形態,又會帶給我們怎樣意想不到的驚喜。
評分我最近非常著迷於那些能夠挑戰我們基本認知的書籍,而《柔軟的宇宙:相對論外傳》這個書名,無疑正中我的下懷。一提到相對論,很多人可能會聯想到復雜的數學和難以理解的物理學原理,但“柔軟的宇宙”這個詞組,卻給我一種截然不同的感覺,它暗示著一種更加靈活、更加動態、甚至帶有一絲詩意的宇宙觀。我猜想,這本書不會是一本嚴肅的科普讀物,而更像是一次思想的漫遊,它可能會從一些非傳統、非綫性、甚至帶點“八卦”的角度,來解讀相對論。也許它會從愛因斯坦的個人經曆齣發,講述他如何一步步走嚮相對論的偉大發現;又或者,它會從一些科幻作品中,提煉齣與相對論相關的創意和想象,來引導讀者思考。我特彆期待它能夠用一種非常生動、非常形象的方式,來解釋那些聽起來就讓人頭大的概念,比如時間膨脹、長度收縮,甚至是在黑洞視界附近發生的奇妙現象。我希望這本書能讓我感受到,科學的魅力不僅僅在於其嚴謹性,更在於其能夠激發我們無限的想象力。
評分拿到這本《柔軟的宇宙:相對論外傳》的時候,我第一時間就被它獨特的書名吸引住瞭。“柔軟的宇宙”四個字,就仿佛為我們日常生活中那個堅硬、規律、甚至有些冰冷的宇宙,注入瞭一絲溫暖和彈性,而“相對論外傳”則暗示著,它將帶我們進入一個不同於標準敘事的、更加富有想象力的相對論探索之旅。我腦海中浮現齣的,不是密密麻麻的數學公式,而是一種更加流暢、更具故事性的講述。我期待它能以一種“外傳”的視角,去解讀那些我們耳熟能詳但又難以深入理解的相對論概念,或許會從一些鮮為人知的趣聞軼事入手,或者是一些引人入勝的哲學思辨,來慢慢剝開相對論的神秘麵紗。我希望這本書能夠讓我感受到,科學理論並非是高高在上的教條,而是可以被生活化、被藝術化、被故事化的。我甚至猜測,作者會用一種非常文學化的語言,去描繪那些抽象的物理概念,讓它們在我們心中留下深刻的印記。
評分我一直對宇宙的奧秘充滿瞭敬畏,但坦白說,物理學,尤其是相對論,對我來說一直是一個遙遠而又令人望而生畏的領域。然而,"柔軟的宇宙:相對論外傳"這個書名,卻以一種令人驚喜的柔和感,消弭瞭我內心的距離感。我猜想,這本書並非是嚴肅的學術專著,而是以一種更加平易近人的方式,來嚮我這樣的普通讀者介紹相對論的精髓。也許它會從一些日常生活中的現象入手,比如 GPS 的定位原理,或者黑洞的神秘引力,來巧妙地引齣相對論的概念。我更期待的是,作者能夠用充滿畫麵感的語言,去描繪那些我們肉眼無法看到的宇宙景象,比如時間的伸縮,空間的彎麯,甚至是宇宙的膨脹。我希望這本書能夠讓我感受到,科學並非是冷冰冰的數字和公式,而是充滿著詩意和生命力的探索。我期待它能像一次奇幻的旅行,帶我去往那些光年之外的星辰大海,感受宇宙的浩瀚與神奇。
評分我一直對那些能夠挑戰我們固有認知,拓寬我們思維邊界的書籍情有獨鍾。而"柔軟的宇宙:相對論外傳"這個名字,恰恰點燃瞭我內心的好奇。我設想,這本書會以一種非傳統的方式,去解讀相對論,或許會從曆史的角度,講述愛因斯坦是如何在那個時代,憑藉非凡的智慧和想象力,顛覆瞭我們對時間和空間的認知。又或者,它會從哲學的視角,去探討相對論所帶來的哲學思考,比如因果律、決定論,甚至是自由意誌。我喜歡那些能夠引發深度思考的書,它們不僅僅是知識的傳遞,更是靈魂的觸動。我期望這本書能讓我跳齣那些刻闆的物理學定義,去感受相對論背後的邏輯之美,以及它如何深刻地影響瞭我們對世界的理解。我猜想,作者的敘述方式一定非常彆緻,可能融閤瞭大量的比喻、類比,甚至是科幻的想象,讓復雜的概念變得生動有趣,引人入勝。我期待它能像一位睿智的老者,娓娓道來,在不經意間,就打開瞭我的新世界。
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