7堂极简物理课

第一课 最美的理论

爱因斯坦(看待世界的全新的视角)的广义相对论：空间＝引力场

时间并不是普适的，空间是可以弯曲的。

第二课 量子

量子力学认为，微观世界的粒子运动都是随机的。

在量子力学中，没有一样东西拥有确定的位置，除非它撞上了别的东西。

是否意味着，我们要接受，所谓的真是只不过是相互作用造成的？

第三课 宇宙的构造

科学首先是视觉活动。科学思想得益于以新的方式“看”事物的能力。

第四课 粒子

光子的消失和重现遵循量子力学的奇特定律：存在的每样东西都是不稳定的，永远都在从一种相互作用跃迁到另一种相互作用。

量子力学和粒子实验告诉我们，世界是物体连续的、永不停歇的涌动，是稍纵即逝的实体不断地出现和消失，是一系列的振荡，就像20世界60年代时髦的嬉皮世界，一个由事件而非物体构成的世界。

所以我们现在还只能依赖标准模型。它可能不太优美，但是用来

解释我们周围的世界却很好用。谁知道呢，仔细想想，或许并不

是这个模型不优美，而是我们还没有学会从正确的角度看待它，

没有发现隐藏其中的简洁。如今，这就是我们对物质的认识：

屈指可数的几种基本粒子，不断地在存在和不存在之间振动、起

伏，充斥在似乎一无所有的空间中。它们就像宇宙字母表里的字

母，以无穷无尽的组合，讲述星系、繁星、阳光、山川、森林、田

地，以及节日里孩子脸上的笑容和星光璀璨的夜空的漫长历史。

第五课　空间的颗粒

物理学已经不是第一次面对两个看起来完全对立的伟大理论了

。而过去每一次成功地将相互矛盾的两个理论统一时，我们的世

界观都产生了巨大的飞跃。牛顿整合了伽利略的抛物线运动和

开普勒的天体椭圆运动，发现了万有引力。麦克斯韦将电和磁的

理论结合起来，提出了电磁场方程。爱因斯坦在解决电磁学和经

典力学的明显冲突时，发现了相对论。因此，物理学家发现这种

伟大理论之间的矛盾时只会兴奋不已：这是一个难得的机会。我

们是否可以建立一个思考世界的概念框架，来兼容上述两种理

论呢？

圈量子引力试图把广义相对论和量子力学结合起来。这个尝试

很谨慎，它只使用这些理论中已有的假设，适当改写这两个理论

，使它们相容。但它的结论相当激进：它又一次深刻地改变了我

们看待现实世界的结构的方式。

这些空间的量子在哪里？它们不存在于任何地方，也不在“空间

之中”，因为它们本身就是空间。空间就是一个个引力量子相互

勾连而成的。世界又一次显得更接近关系的集合，而非物质的集

合。

时间的流逝发生在世界之内，从构成世界的量子事件之间的相互关系中产生，这

些量子事件本身就是时间的源头。？？？？？？？

第六课　概率、时间和黑洞的热

能将过去和未来区分开来的基本现象就是热量总是从热的物体跑到冷的物体上。

茶匙和气球的运动遵从物理规律，具有必然性，与我们知道与否

毫不相干；它们行为的可预测性或不可预测性，与它们的具体状

态无关，只与它们和我们相互作用的那一部分属性（如温度、压

力）有关。具体是哪些属性，取决于我们与茶匙、气球相互作用

的方式。因此，概率同物体自身的演化无关，只与物体跟我们相

互作用的特定属性的变化有关。这又一次表明，我们用以组织这

个世界的概念之间有着深刻的关联。

冰凉的茶匙在热茶里面变热，因为在无数个可以标示茶匙和茶

的微观状态的变量中，它们只通过有限的变量与我们发生相互

作用。这些变量的值虽然不足以准确推断未来（例如气球的运动

轨迹），但是对于预测茶匙变热绰绰有余。

所以，不要贪，只取一瓢即可。这就足够了。

些问题把我们引向时间问题的核心：时间的流动究竟是什么？

经典物理学中已经提到了这个问题，19、20世纪的哲学家十分重

视它，但在现代物理学中，这个问题变得更加棘手。物理学通过

公式来描述世界，告诉我们物体是如何随“时间”而变化的。但是

，我们也可以用另一些公式解释物体如何随“位置”的改变而变化

，或者，烩饭的口味如何随“黄油的用量”而变化。时间看起来是

在“流动”，但是黄油的量和空间中的位置不会“流动”。那么区别

在哪里？

或者我们可以问问自己：什么是“现在”？我们说存在的事物是“

现在”的事物：过去不再存在了，未来还不存在。但是，在物理学

中，没有东西对应“现在”这个概念。对比一下“此刻”和“此处”。“

此处”是指说话人所在的位置：如果有两个不同的人，“此处”就是

指两个不一样的地方。因此，“此处”的意思取决于说话的地点，

用术语表达就叫作指示性。“此刻”指说话的这一瞬间，也具有指

示性。没有人会说“此处”的东西是存在的，不在“此处”的东西就

不存在。那么，为什么我们可以说“此刻”的东西是存在的，不在“

此刻”的东西就不存在呢？究竟“此刻”是客观的，它的“流动”让

物体一个接着一个地“存在”，还是，它和“此处”一样，是主观的

？

这似乎是个深奥的脑力题，但解决这个问题却是现代物理学的

当务之急，因为狭义相对论告诉我们“现在”的概念也是主观的。

物理学家们和哲学家们得出结论：全宇宙共有同一个“现在”的观

念是种幻觉，时间在宇宙中同步“流逝”这种概括也是行不通的。

爱因斯坦在他的意大利好友米凯莱·贝索（Michele Besso）去世后

给他的妹妹写了一封感人至深的信：“米凯莱从这个奇怪的世界

离开了，比我先走一步，但这没什么。像我们这样相信物理的人

都知道，过去、现在和未来之间的分别只不过是持久而顽固的幻

觉。”

一些哲学家，其中不乏海德格尔忠实的追随者，认定物理没有能

力描述现实最根本的面向，甚至斥之为误导人的知识。但是历史

已经多次证明，我们的直觉是不准确的。如果被困在直觉中，我

们还想着地球是平的，太阳绕着地球转呢。直觉建立在我们有限

的经验之上。当我们能够看得更远时，我们会发现世界并不是原

先看上去那样：地球是圆的，开普敦的人是头朝下、脚在上的。

相信直觉而罔顾科学家们理性、严谨、智慧的集体验证，是不明

智的。这就像那种老头子的偏见：他不相信外面的大千世界跟自

己住的小村庄有什么差别，不相信那里生活着他从未见过的人。

那么，时间流逝这个鲜活的经验从何而来？

我们建构的宇宙图像存在于我们心中，在我们的思维之中。在这

些图像——我们能够借助有限的手段重构和理解的事物——和我

们身为其组成部分的真实世界之间，存在着无数滤镜：我们的无

知，感官和智力的局限。正因为我们是主体，而且是特殊的主体

，才会让这些条件影响了我们的经验。但这些条件并不像康德认

为的那样具有普适性，他由此错误推导出，欧几里得的空间和牛

顿力学都应该是先验为真的。其实，对我们这一物种的心智进化

来说，这些东西是后验的，而且还在不断演进。我们不仅要学习

，还要逐渐更新我们的概念框架，使之与我们的认知相匹配。我

们尝试了解的是我们身处其中的这个真实世界，尽管这一过程

缓慢而又犹疑。我们构建的宇宙图景存在于我们心中，在我们的

概念空间里，但它们多多少少描绘了我们所处的这个真实世界。

我们要循迹前行，以便更好地描绘这个世界。

通过观察真实世界中的蛛丝马迹来发现那些我们无法直接看到却有迹

可循的东西。认识到我们可能会不断犯错，因此，一旦有新的迹

象出现，我们要能随时改变方向，同时我们也清楚，如果我们足

够聪明，就会做出正确的判断，找到我们追寻的东西。这就是科

学的本质。

我们的爱与真诚与生俱来，我们天生就渴望懂得更多，渴望不断

学习。我们对世界的认知在不断增长。在知识的边界，我们的求

知欲在燃烧。我们渴望探索空间纹理的细微之处，探索宇宙的起

源，时间的本质，黑洞的现象，以及我们思维的运行。

现在，在人类已知事物的最前沿，我们将要航行于未知的海洋，

世界的奥秘与美丽熠熠生辉，让我们目眩神迷。