◆ 引言：岸邊漫步
>> 世界的基本結(jié)構(gòu)正在顯現(xiàn)，它由一群量子事件生成，其中時(shí)間和空間都不存在。量子場(chǎng)繪制了空間、時(shí)間、物質(zhì)與光，在事件之間交換信息。實(shí)在（Reality）是由獨(dú)立事件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，概率使它們相互關(guān)聯(lián)，在兩個(gè)事件之間，空間、時(shí)間、物質(zhì)與能量消融在一團(tuán)概率云中。
>> 科學(xué)由實(shí)驗(yàn)、假設(shè)、公式、計(jì)算與討論組成，但這些只是工具，就如樂(lè)手的樂(lè)器。正如音樂(lè)中重要的是音樂(lè)本身，科學(xué)里真正重要的是科學(xué)所提供的對(duì)世界的理解。
◆ 第一部分 源頭
>> 米利都派領(lǐng)悟到，通過(guò)靈活運(yùn)用觀察與推理，而不是在幻想、古代神話或宗教中尋找答案——最重要的是以敏銳的方式運(yùn)用批判性思維——才有可能不斷修正我們的世界觀，發(fā)現(xiàn)隱藏在普遍觀點(diǎn)之中的實(shí)在的新面向，才有可能發(fā)現(xiàn)新事物。
>> 德謨克利特體系的理念極其簡(jiǎn)單：整個(gè)宇宙由無(wú)限的空間構(gòu)成，其中有無(wú)數(shù)原子在運(yùn)動(dòng)?？臻g沒(méi)有界限；沒(méi)有上也沒(méi)有下；沒(méi)有中心，也沒(méi)有邊界。原子除了形狀以外別無(wú)特性。它們沒(méi)有重量、顏色與味道。“甜是從俗約定的，苦是從俗約定的，熱是從俗約定的，冷是從俗約定的，顏色也不例外，實(shí)際上只有原子和虛空”。
>> 原子是不可分割的；它們是實(shí)在的基本微粒，無(wú)法繼續(xù)被分割，萬(wàn)物都由它們組成。它們?cè)诳臻g中自由移動(dòng)，相互碰撞；它們彼此勾連在一起，互相推拉。相似的原子彼此吸引。這就是世界的構(gòu)成，這就是實(shí)在。其他一切只不過(guò)是這種運(yùn)動(dòng)和原子結(jié)合的副產(chǎn)物，隨機(jī)且偶然。組成世界的無(wú)窮多種物質(zhì)只是源自原子的結(jié)合。
>> 德謨克利特的道德理想是通過(guò)節(jié)制與平衡，通過(guò)信任理性來(lái)讓自己不被情緒主導(dǎo)，達(dá)到心靈的寧?kù)o。
>> 德謨克利特發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)不可能是一個(gè)連續(xù)的整體，因?yàn)椤拔镔|(zhì)是連續(xù)的整體”這一命題中包含矛盾。
>> 德謨克利特推斷，唯一的可能性就是，任何物質(zhì)都是由數(shù)量有限的不連續(xù)物質(zhì)構(gòu)成的，它不可再分，大小有限：即原子。
>> 理性可以向我們揭示事物的本來(lái)面目，而非它們顯現(xiàn)的樣子。巴門(mén)尼德探索出了一種借由純粹理性抵達(dá)真理的方法，他宣稱(chēng)一切表象都是幻象，從而揭示了一種逐步趨向形而上學(xué)的思考方式。
>> 盧克萊修的話，提供了原子概念的鮮活證據(jù)：關(guān)于我在這里所描寫(xiě)的這個(gè)事實(shí)，有一種相似的情形時(shí)常出現(xiàn)在我們眼前：瞧，每當(dāng)太陽(yáng)的光線投射進(jìn)來(lái)，斜穿過(guò)屋內(nèi)黑暗的廳堂的時(shí)候，你就會(huì)看見(jiàn)許多微粒以許多方式混合著。在光線所照亮的那個(gè)空間里面，它們像在一場(chǎng)永恒的戰(zhàn)爭(zhēng)中，不停地互相撞擊，一團(tuán)一團(tuán)地角斗著，沒(méi)有休止，時(shí)而遇合，時(shí)而分開(kāi)，被推上推下。從這景象你就可以猜測(cè)到：在那更廣大的虛空里面，有怎樣一種永恒不停的運(yùn)動(dòng)。至少就一件小事能夠暗示大道理而言，這例子可以把你引去追尋知識(shí)的蹤跡。也正是因?yàn)檫@個(gè)緣故，你應(yīng)該更用心地注意這些物體。它們?cè)陉?yáng)光下舞蹈著，互相推撞著，而這些推撞正足以標(biāo)示，還有秘密而不可見(jiàn)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，隱藏在下面，在它們背后。因?yàn)樵谶@里你將看見(jiàn)許多微粒，在不可見(jiàn)的力量之下退開(kāi)又撞擊，從而改變了它小小的路線，被迫向后又再回來(lái)，時(shí)而這里，時(shí)而那邊，彌漫在四面八方。要知道，所有它們這些轉(zhuǎn)移的運(yùn)動(dòng)，都是從最初的原子開(kāi)始的，因?yàn)檎鞘挛锏脑幼钕茸约哼\(yùn)動(dòng)，接著，那些由原子的小型結(jié)合所構(gòu)成、并且最接近原子的物體，也由著那些不可見(jiàn)的撞擊而騷動(dòng)起來(lái)，之后這些東西又刺激更大些的東西：這樣，運(yùn)動(dòng)就由原子開(kāi)始逐步上升，最終出現(xiàn)在我們的感覺(jué)里，直至那些能在陽(yáng)光中見(jiàn)到的粒子也動(dòng)起來(lái)，雖然看不出是什么撞擊在推動(dòng)它們。愛(ài)因斯坦重現(xiàn)了最初由德謨克利特設(shè)想、后來(lái)由盧克萊修呈現(xiàn)的“鮮活證據(jù)”，并且把它轉(zhuǎn)述成了數(shù)學(xué)語(yǔ)言，從而能夠計(jì)算原子的大小。
◆ 2．經(jīng)典
>> 哥白尼對(duì)托勒密的《至大論》進(jìn)行了修改，天體不再?lài)@地球運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽(yáng)取而代之成為中心，地球和其他天體圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。
>> 約翰尼斯·開(kāi)普勒（Johannes Kepler）證明了哥白尼體系真的可以運(yùn)轉(zhuǎn)得比托勒密體系更出色。通過(guò)仔細(xì)分析新的觀察結(jié)果，開(kāi)普勒證明，只需借助幾個(gè)新的數(shù)學(xué)定律就可以精確描述圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星的運(yùn)動(dòng)，甚至可以達(dá)到前所未有的精度。
>> 實(shí)驗(yàn)科學(xué)就源于伽利略。實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)單：他讓物體自由下落，使物體做亞里士多德的自然運(yùn)動(dòng)，并嘗試精確測(cè)量其下落速度。
>> 在這個(gè)過(guò)程中，保持不變的并非下落的速度，而是加速度，即速度增大的快慢。并且神奇的是，對(duì)所有物體來(lái)說(shuō)這個(gè)加速度都是相同的。它是個(gè)常量，其大小大約是9.8米每秒的平方。
>> 這是人們發(fā)現(xiàn)的描述地球上物體的第一個(gè)數(shù)學(xué)定律：自由落體定律
>> 牛頓領(lǐng)悟到，宇宙是一個(gè)巨大的空間，物體通過(guò)力的方式相互吸引；并且存在一種統(tǒng)一的力——萬(wàn)有引力，任何物體都會(huì)吸引其他物體。
>> 一個(gè)偉大的設(shè)想形成了。一千年以后，突然間，天與地不再分離。不存在亞里士多德假定的“自然等級(jí)”；世界的中心并不存在；物體在不受約束時(shí)不再返回其自然位置，而是永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)。
>> 牛頓推導(dǎo)出了萬(wàn)有引力的大小隨距離的變化關(guān)系注，其比值我們今天稱(chēng)為牛頓引力常數(shù)，用字母G表示，代表“引力”（Gravity）。
>> 牛頓參考了古代原子論，他用常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了表述：在我看來(lái)，也許上帝最初是用實(shí)心、堅(jiān)實(shí)、堅(jiān)硬、無(wú)法穿透、可移動(dòng)的粒子來(lái)構(gòu)造物質(zhì)的，它們具有特定的大小與形狀，及其他特定屬性，與空間成一定的比例……牛頓力學(xué)的世界十分簡(jiǎn)單，可以總結(jié)為圖2.1和圖2.2。它是重獲新生的德謨克利特的世界。
>> 牛頓的世界是德謨克利特世界的數(shù)學(xué)化。
>> 牛頓明白，他的方程無(wú)法描述自然界中存在的所有力，除了引力，還有其他力作用在物體上。
>> 第一件意想不到的事是，我們可見(jiàn)的所有現(xiàn)象，都由萬(wàn)有引力以外的另一種力支配：今天我們稱(chēng)之為電磁力。是這種力使物質(zhì)聚集在一起，形成固體；是這種力使分子中的原子結(jié)合在一起，使原子中的電子結(jié)合，使化學(xué)物質(zhì)和生命體可以運(yùn)轉(zhuǎn)；是這種力使我們大腦中的神經(jīng)元運(yùn)轉(zhuǎn)，主宰我們接收外界信息的過(guò)程，以及我們的思維方式；是這種力創(chuàng)造了阻礙滑動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的摩擦力，給跳傘運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)以緩沖；是這種力制造了電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)[插圖]，使我們可以打開(kāi)電燈，聽(tīng)收音機(jī)。
>> 第二件事是最令人意想不到的，那就是，要理解這種力需要對(duì)牛頓的世界進(jìn)行重要的修正：現(xiàn)代物理學(xué)由此誕生。
>> 需要關(guān)注的最重要的概念就是場(chǎng)的概念。
>> 理解電磁力的工作由兩位英國(guó)人完成：科學(xué)史上最奇特的兩位——邁克爾·法拉第（Michael Faraday）與詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）。
>> 他的直覺(jué)是這樣的：我們不應(yīng)該像牛頓假設(shè)的那樣，認(rèn)為物體之間是直接相互作用的。我們應(yīng)該認(rèn)為，存在某種電磁體激發(fā)的實(shí)體布滿(mǎn)空間，并且作用在物體上（推或拉）。法拉第憑直覺(jué)知道的這種實(shí)體，今天我們稱(chēng)之為“場(chǎng)”。
>> 場(chǎng)線充滿(mǎn)空間。兩個(gè)帶電物體通過(guò)它們相互作用，兩個(gè)物體的力通過(guò)場(chǎng)的力線“傳遞”。
>> 帶電物體（比如摩擦過(guò)的玻璃棒）會(huì)使它周?chē)碾姶艌?chǎng)（線）彎曲，這些場(chǎng)反過(guò)來(lái)會(huì)對(duì)其中的帶電物體產(chǎn)生力的作用。兩個(gè)帶電物體不會(huì)直接互相吸引或排斥，而要經(jīng)由它們之間的媒介。
>> 牛頓對(duì)于他本人所引入的超距作用也感到困惑。
>> 引力是物質(zhì)內(nèi)在固有、必不可少的，因此一個(gè)物體可以穿越真空對(duì)遠(yuǎn)處的另一物體產(chǎn)生影響，在沒(méi)有任何媒介的情況下，其作用和力可以從一個(gè)物體傳到另一物體，這一點(diǎn)對(duì)我來(lái)說(shuō)十分荒謬，我相信任何有能力進(jìn)行哲學(xué)思考的人都不會(huì)如此認(rèn)為。引力一定是由某一媒介根據(jù)特定法則持續(xù)產(chǎn)生作用的，至于這種媒介是物質(zhì)還是非物質(zhì)，就留給我的讀者思考了。
>> 愛(ài)因斯坦之后將會(huì)把法拉第的絕妙辦法應(yīng)用到牛頓的引力理論中。引入新的實(shí)體——場(chǎng)——使法拉第完全背離了牛頓簡(jiǎn)潔優(yōu)美的本體論：世界不再只由在空間中隨時(shí)間流逝而運(yùn)動(dòng)的粒子組成。
>> 麥克斯韋方程組，它們描述了電磁場(chǎng)的特征，是法拉第力線的數(shù)學(xué)表達(dá)。
>> 法拉第和麥克斯韋的世界：隨著時(shí)間流逝，粒子和場(chǎng)在空間中運(yùn)動(dòng)。
>> 這些方程還需要解釋原子如何運(yùn)動(dòng)（它們被電磁力結(jié)合在一起），形成石頭的物質(zhì)微粒為何會(huì)黏合在一起，以及太陽(yáng)如何活動(dòng)。它們可以描述各種各樣的現(xiàn)象。
>> 我們所見(jiàn)的幾乎一切——除了引力以外——都可以用麥克斯韋方程組很好地進(jìn)行描述。
>> 麥克斯韋意識(shí)到，他的方程預(yù)言法拉第的力線可以振動(dòng)起伏。法拉第力線波動(dòng)的傳播速度，結(jié)果竟然……與光速相同！
>> 我們看到的世界是多彩的，那么顏色是什么呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是光作為電磁波的頻率（振動(dòng)的速率）。如果波振動(dòng)得更快，顏色就會(huì)偏向藍(lán)色；如果振動(dòng)得慢一些，就會(huì)偏向紅色。我們感知的顏色是由視覺(jué)神經(jīng)產(chǎn)生的反應(yīng)信號(hào)，可以辨別不同頻率的電磁波。
>> 世界已經(jīng)改變，它不再只是由空間中的粒子組成，而是由空間中的粒子和場(chǎng)組成。
◆ 第二部分 革命的開(kāi)端
>> 重新審視關(guān)于世界的傳統(tǒng)觀念：相對(duì)論中的時(shí)間與空間；量子理論中的物質(zhì)與能量。
>> 在一個(gè)事件的過(guò)去與未來(lái)之間（例如，你正在閱讀的此時(shí)此刻與你的過(guò)去與未來(lái)之間），存在一個(gè)“中間區(qū)域”，一個(gè)“延展的現(xiàn)在”，一個(gè)既非過(guò)去亦非未來(lái)的區(qū)域。這就是狹義相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)。
>> 這個(gè)既不在過(guò)去也不在未來(lái)的中間區(qū)域[插圖]時(shí)間非常短，取決于相對(duì)你而言事件發(fā)生的位置，就像圖3.2中畫(huà)的那樣。事件離你的距離越遠(yuǎn)，延展的現(xiàn)在持續(xù)的時(shí)間就越長(zhǎng)。
>> 愛(ài)因斯坦領(lǐng)悟到“絕對(duì)的同時(shí)性”并不存在：宇宙中并不存在“現(xiàn)在”發(fā)生的事件。
>> 宇宙中發(fā)生的事件不能用一系列的、一個(gè)接一個(gè)的“現(xiàn)在”來(lái)描述；它有著如圖3.2中的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這幅圖描繪了物理學(xué)中的時(shí)空：一組過(guò)去與未來(lái)的事件，以及既不是過(guò)去也不是未來(lái)的事件；這些事件并不在一瞬間形成，它們本身要持續(xù)一段時(shí)間。
>> 對(duì)牛頓力學(xué)的巧妙重建由愛(ài)因斯坦在1905年和1906年迅速完成。這個(gè)重建的第一個(gè)成果就是，正如空間與時(shí)間融合成了統(tǒng)一的時(shí)空概念，電場(chǎng)與磁場(chǎng)也以同樣的方式融合，合并為一種單一的實(shí)體，我們今天稱(chēng)之為電磁場(chǎng)。
>> 在新的力學(xué)中，“能量”與“質(zhì)量”合二為一，如同時(shí)間與空間合二為一，電場(chǎng)與磁場(chǎng)合二為一。
>> 質(zhì)量守恒定律與能量守恒定律。第一個(gè)定律已經(jīng)被化學(xué)家廣泛證實(shí)了：質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)中不發(fā)生改變。第二個(gè)——能量守恒定律——直接由牛頓方程推導(dǎo)出來(lái)，被認(rèn)為是最沒(méi)有爭(zhēng)議的定律之一。
>> 愛(ài)因斯坦意識(shí)到能量與質(zhì)量是同一實(shí)體的兩面，就如電場(chǎng)和磁場(chǎng)是同一種場(chǎng)的兩個(gè)面向，空間和時(shí)間是同一事物即時(shí)空的兩個(gè)面向。這表明，質(zhì)量本身并不守恒；能量——按照當(dāng)時(shí)理解的那樣——也不守恒。一種可以轉(zhuǎn)化為另一種，只存在一個(gè)守恒定律，而非兩個(gè)。守恒的是質(zhì)量與能量的總和，而非其中任意一個(gè)。一定存在某個(gè)過(guò)程，可以把能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，或把質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。
>> 愛(ài)因斯坦快速計(jì)算出了通過(guò)轉(zhuǎn)化一克物質(zhì)可以得到多少能量，結(jié)果就是著名的公式E=mc2。
>> 我們對(duì)現(xiàn)在的直觀理解——所有事件“現(xiàn)在”都在宇宙中發(fā)生——是我們由于無(wú)知而做出的判斷，因?yàn)槲覀儫o(wú)法感知到短暫的時(shí)間間隔。
>> 廣義相對(duì)論是物理學(xué)家創(chuàng)造的最美的理論，也是量子引力的第一大支柱，是本書(shū)的核心。20世紀(jì)物理學(xué)的真正神奇之處由此展開(kāi)。
>> 德謨克利特說(shuō)空白空間是某種“介于存在與不存在之間”的東西：“德謨克利特假定了滿(mǎn)與空，把一個(gè)稱(chēng)為存在，另一個(gè)稱(chēng)為不存在?！毙疗绽锴穑⊿implicius）如此評(píng)論說(shuō)。原子存在，空間不存在——然而是個(gè)存在的不存在。沒(méi)有比這更難理解的了。
>> 牛頓復(fù)興了德謨克利特關(guān)于空間的觀念，他宣稱(chēng)空間是上帝的感官，嘗試以此來(lái)解決空間問(wèn)題。沒(méi)人能夠理解牛頓的“上帝的感官”是什么含義，也許牛頓自己也不明白。
>> 愛(ài)因斯坦的非凡天才就體現(xiàn)于此，這也是人類(lèi)思想史上最閃亮的時(shí)刻之一：如果引力場(chǎng)實(shí)際上就是牛頓神秘的空間呢？如果牛頓的空間只不過(guò)是引力場(chǎng)呢？這個(gè)極其簡(jiǎn)單、優(yōu)美、智慧的想法就是廣義相對(duì)論。
>> 世界并不是由空間、粒子、電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)組成，而只是由粒子與場(chǎng)組成，除此之外別無(wú)其他，沒(méi)有必要把空間作為附加要素加進(jìn)來(lái)。牛頓的空間就是引力場(chǎng)，或者反過(guò)來(lái)說(shuō)也一樣：引力場(chǎng)就是空間。
>> 與牛頓平直、靜止的空間不同，由于引力場(chǎng)是一種場(chǎng)，它會(huì)運(yùn)動(dòng)與起伏，并遵循一定的方程。
>> 這是對(duì)世界的極大簡(jiǎn)化?？臻g不再與物質(zhì)有所分別，它也是世界的一種物質(zhì)組成部分，與電磁場(chǎng)類(lèi)似。它是一種會(huì)波動(dòng)起伏、彎折扭曲的真實(shí)實(shí)體。
>> 愛(ài)因斯坦的方程描述了星體附近空間如何彎曲，由于這種彎曲，光線會(huì)偏折。愛(ài)因斯坦預(yù)言說(shuō)太陽(yáng)會(huì)使其周?chē)墓饩€彎曲。實(shí)驗(yàn)測(cè)量在1919年完成，光線的偏折被測(cè)出，結(jié)果與預(yù)言完全一致。
>> 這一切都來(lái)自一個(gè)基本的直覺(jué)——那就是：時(shí)空與引力場(chǎng)是一回事。
◆ 4．量子
>> 20世紀(jì)物理學(xué)的兩大支柱——廣義相對(duì)論與量子力學(xué)——二者大相徑庭。廣義相對(duì)論是一塊堅(jiān)實(shí)的寶石，它由愛(ài)因斯坦一人綜合過(guò)往的理論構(gòu)思而成，是關(guān)于引力、空間和時(shí)間簡(jiǎn)潔而自洽的理論。
>> 愛(ài)因斯坦論證說(shuō)光確實(shí)是由小的顆粒，即光的粒子組成的。他考察了一個(gè)已經(jīng)被觀測(cè)過(guò)的現(xiàn)象：光電效應(yīng)。有些物質(zhì)在被光照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的電流，也就是說(shuō)，有光照射時(shí)它們會(huì)發(fā)射出電子?，F(xiàn)象是否發(fā)生取決于光的顏色（頻率）而非其強(qiáng)度（能量）。
>> 即使光很強(qiáng)——實(shí)際上是有很多光包——可是單個(gè)光微粒太小，也就是光的頻率太低的話，電子也不會(huì)從原子中被激發(fā)出來(lái)。這就解釋了為何是顏色而非強(qiáng)度決定了光電效應(yīng)是否會(huì)發(fā)生。
>> 光子是光的微粒，光的量子。愛(ài)因斯坦在文章中寫(xiě)道：在我看來(lái)，如果我們假設(shè)光的能量在空間中的分布是不連續(xù)的，我們就能更好地理解有關(guān)黑體輻射，熒光，紫外線產(chǎn)生陰極射線，以及其他一些有關(guān)光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。根據(jù)這個(gè)假設(shè)，從點(diǎn)光源發(fā)射出的一束光線的能量，并不會(huì)在越來(lái)越廣的空間中連續(xù)分布，而是由有限數(shù)目的“能量量子”組成，它們?cè)诳臻g中點(diǎn)狀分布，作為能量發(fā)射和吸收的最小單元，能量量子不可再分。
>> 要理解光如何可以同時(shí)是電磁波和一群光子，需要建構(gòu)全部量子力學(xué)。但這個(gè)理論的第一塊基石已然奠定：在一切物體，包括光之中，存在著基本的分立性。
>> 研究原子發(fā)射的光，很明顯物質(zhì)都有特定的顏色。由于顏色是光的頻率，光由物質(zhì)以特定的頻率發(fā)射。描繪特定物質(zhì)頻率的集合被稱(chēng)為這種物質(zhì)的“光譜”，光譜就是不同顏色光線的集合，其中特定物質(zhì)發(fā)出的光會(huì)被分解（比如被棱鏡分解）。
>> 顏色是法拉第力線振動(dòng)的速度，它由發(fā)射光的電荷的振動(dòng)決定，這些電荷就是原子內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子。因此，通過(guò)研究光譜，我們可以搞清楚電子如何繞原子核運(yùn)動(dòng)。反過(guò)來(lái)講，通過(guò)計(jì)算環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子的頻率，我們可以預(yù)言每種原子的光譜。
>> 電子可以在能量允許的情況下從一個(gè)軌道“跳躍”到另一個(gè)軌道，這就是著名的“量子躍遷”。電子在這些軌道運(yùn)動(dòng)的頻率決定了發(fā)出的光的頻率。由于電子只能處于特定的軌道，因此只能發(fā)射特定頻率的光。
>> 他得到了一個(gè)令人不安的理論：在對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行基本描述時(shí)，并不能描述粒子在任意時(shí)刻的位置，而只能描述它在某些瞬間的位置——粒子與其他物質(zhì)相互作用的那些瞬間。
>> 這就是量子力學(xué)的第二塊基石，其最難理解的要點(diǎn)是事物之間相關(guān)性的那一面。電子不是始終存在，而是在發(fā)生相互作用時(shí)才存在，它們?cè)谂c其他東西碰撞時(shí)才突然出現(xiàn)。從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道的量子躍遷實(shí)際上是它們真實(shí)的存在方式：電子就是從一個(gè)相互作用到另一個(gè)相互作用躍遷的集合。當(dāng)沒(méi)有東西擾動(dòng)它時(shí)，電子不存在于任何地方。
>> 現(xiàn)在，狄拉克的量子力學(xué)是所有工程師、化學(xué)家、分子生物學(xué)家都要使用的數(shù)學(xué)理論，其中每個(gè)物體都由抽象空間[插圖]來(lái)定義，除了那些不變量如質(zhì)量外，物體自身沒(méi)有其他屬性。其位置、速度、角動(dòng)量、電勢(shì)等，只有在碰撞——與另一個(gè)物體相互作用時(shí)才具有實(shí)在性。
>> 理論也提供了信息，告訴我們?cè)谙乱淮蜗嗷プ饔弥凶V可以取哪些值，但只能以概率的形式。我們無(wú)法確切知道電子會(huì)在哪里出現(xiàn)，但我們可以計(jì)算它出現(xiàn)在這里或那里的概率。這與牛頓理論相比是一個(gè)根本性的變化，在牛頓理論中，原則上我們可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)。量子力學(xué)把概率帶入了事物演化的核心。這種不確定性是量子力學(xué)的第三塊基石：人們發(fā)現(xiàn)概率在原子層面起作用。
>> 而在量子力學(xué)中，即使我們能夠進(jìn)行計(jì)算，也只能計(jì)算出事件的概率。這種微小尺度上決定論的缺失是大自然的本質(zhì)。電子不是由大自然決定向左還是向右運(yùn)動(dòng)，它是隨機(jī)的。宏觀世界表面上的決定論只是由于微觀世界的隨機(jī)性基本上會(huì)相互抵消，只余微小的漲落，我們?cè)谌粘Ｉ钪懈緹o(wú)法察覺(jué)到。
>> 與狹義相對(duì)論相容的量子理論的一般形式被稱(chēng)為量子場(chǎng)論，它構(gòu)成了今日粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)。粒子是場(chǎng)的量子化，正如光子是光的量子化。所有的場(chǎng)都在相互作用中表現(xiàn)出分立的結(jié)構(gòu)。
>> 世界并不是由粒子和場(chǎng)組成的，而只有一種實(shí)體：量子場(chǎng)。再也沒(méi)有隨著時(shí)間流逝在空間中運(yùn)動(dòng)的粒子了，存在的只有量子場(chǎng)，其基本事件發(fā)生在時(shí)空之中。
>> 量子力學(xué)揭示了事物本性的三個(gè)面向：分立性、不確定性與世界結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。
>> 首先是自然界中基本分立性的存在。物質(zhì)與光的分立性是量子理論的核心。
>> 量子力學(xué)的第一個(gè)含義就是，系統(tǒng)內(nèi)部能夠存在的信息有一個(gè)上限：系統(tǒng)所處的可區(qū)分狀態(tài)的數(shù)量是有限的。無(wú)窮是有限的，是理論的第一個(gè)重要方面，這正是德謨克利特窺見(jiàn)的自然的分立性。普朗克常量h衡量了這一分立性的基本尺度。
>> 世界是一系列分立的量子事件，這些事件是不連續(xù)的、分立的、獨(dú)立的；它們是物理系統(tǒng)之間的相互作用。
>> 量子力學(xué)把不確定性引入了世界的核心。未來(lái)真的無(wú)法預(yù)測(cè)。這就是量子力學(xué)帶來(lái)的第二個(gè)重要經(jīng)驗(yàn)。由于這種不確定性，在量子力學(xué)所描述的世界中，事物始終都在隨機(jī)變化。所有變量都在持續(xù)“起伏”，因?yàn)樵谧钚〉某叨壬?，一切都在不停振?dòng)。
>> 量子力學(xué)為我們揭示出，我們觀察的世界越細(xì)微，就越不穩(wěn)定。世界并非由小石子構(gòu)成，它是振動(dòng)，是持續(xù)的起伏，是一群微觀上轉(zhuǎn)瞬即逝的事件。
>> 在基本層面上隨機(jī)性與概率的出現(xiàn)，是量子力學(xué)表達(dá)的第二個(gè)關(guān)于世界的重要發(fā)現(xiàn)。
>> 量子力學(xué)理論并沒(méi)有描述事物本來(lái)如何：它描述的是事物如何出現(xiàn)和事物之間如何相互作用。它沒(méi)有描述哪里會(huì)有一個(gè)粒子，而是描述了粒子如何向其他粒子展現(xiàn)自己。存在的事物被簡(jiǎn)化為可能的相互作用的范圍。實(shí)在成了相互作用，實(shí)在成了關(guān)聯(lián)。
>> 速度不是物體本身的屬性，它是一個(gè)物體相對(duì)于另一物體運(yùn)動(dòng)的屬性。愛(ài)因斯坦把相對(duì)性的概念拓展到了時(shí)間：只有相對(duì)于某一特定的運(yùn)動(dòng)，我們才能說(shuō)兩個(gè)事件是同時(shí)的。
>> 量子力學(xué)以一種根本的方式擴(kuò)展了相對(duì)性：一個(gè)物體的所有變量都只相對(duì)于其他物體而存在。自然只是在相互作用中描繪世界。
>> 在量子力學(xué)描述的世界中，實(shí)在只存在于物理系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)之中。并不是事物進(jìn)入關(guān)聯(lián)，而是關(guān)聯(lián)是“事物”的基礎(chǔ)。量子力學(xué)的世界不是物體的世界，它是事件的世界。
>> 哲學(xué)家尼爾森·古德曼說(shuō)：“物體是一個(gè)不變的過(guò)程”。一塊石頭是在一定時(shí)間內(nèi)保持其結(jié)構(gòu)的量子振動(dòng)，就像海浪再次融入大海前會(huì)暫時(shí)維持其形態(tài)一樣。
>> 我們體內(nèi)的原子，也在飛入與飛離我們。我們就像波浪和一切物體一樣，是流動(dòng)的事件；我們是過(guò)程，在很短的時(shí)間內(nèi)保持不變……
>> 量子力學(xué)描述的不是物體：它描述的是過(guò)程，以及過(guò)程之間連接點(diǎn)的事件。
>> 量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)了世界的三個(gè)特征：● 分立性。系統(tǒng)狀態(tài)的信息是有限的，由普朗克常數(shù)限定。● 不確定性。未來(lái)并非完全由過(guò)去決定。我們所見(jiàn)的嚴(yán)格的規(guī)律性最終是統(tǒng)計(jì)學(xué)上的。● 關(guān)聯(lián)性。自然的事件永遠(yuǎn)是相互作用。系統(tǒng)的全部事件都相對(duì)于另一系統(tǒng)而出現(xiàn)。
>> 量子力學(xué)教會(huì)我們，不要以處在某一狀態(tài)的“物體”的角度來(lái)思考世界，而應(yīng)該從“過(guò)程”的角度來(lái)思考。過(guò)程就是從一次相互作用到另一次相互作用的歷程。物體的屬性只有在相互作用的瞬間才以分立的方式呈現(xiàn)，也就是只在這些過(guò)程的邊緣，只在與其他物體發(fā)生關(guān)聯(lián)時(shí)才出現(xiàn)。無(wú)法對(duì)其做出完全確定的預(yù)測(cè)，只能進(jìn)行概率性的預(yù)測(cè)。
◆ 第三部分 量子空間與關(guān)聯(lián)的時(shí)間
>> 量子力學(xué)無(wú)法處理時(shí)空的彎曲，廣義相對(duì)論無(wú)法解釋量子。這就是量子引力的問(wèn)題。
>> 愛(ài)因斯坦明白，空間和時(shí)間是一種物理場(chǎng)即引力場(chǎng)的表現(xiàn)形式。玻爾、海森堡和狄拉克很清楚，物理場(chǎng)具有量子特性：分立性、概率性、通過(guò)相互作用顯現(xiàn)。由此可見(jiàn)，空間與時(shí)間一定也是具有這些奇特屬性的量子實(shí)體。
>> 當(dāng)把量子力學(xué)與廣義相對(duì)論結(jié)合在一起時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)空間的分割是有極限的。在某一特定尺度以下，沒(méi)有東西能夠進(jìn)入。更準(zhǔn)確地說(shuō)，那里什么都不存在。
◆ 6．空間的量子
>> 在惠勒-德維特方程的解中出現(xiàn)的閉合線就是引力場(chǎng)的法拉第力線。
>> 現(xiàn)在有兩個(gè)新的要素要加進(jìn)法拉第的理念之中。第一個(gè)就是我們正在處理的量子理論。在量子理論中，一切都是不連續(xù)的。 第二個(gè)新的方面，也是最關(guān)鍵的一個(gè)，在于我們正在討論引力。我們并不是在討論侵入空間的場(chǎng)，而是在討論空間結(jié)構(gòu)本身。量子引力場(chǎng)的法拉第力線就是編織空間的線。
>> 法拉第力線的量子版本，像相互連接的環(huán)（圈）的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)編織成的空間。
>> 理解這些解的物理學(xué)關(guān)鍵在于這些線的交叉點(diǎn)。這些點(diǎn)被稱(chēng)為“節(jié)點(diǎn)”，節(jié)點(diǎn)之間的線被稱(chēng)為“連線”，一組相交線形成了“圖”，也就是由連線連接的節(jié)點(diǎn)的組合。
>> 空間的體積存在于圖中的節(jié)點(diǎn)，而非存在于線中。這些線把位于節(jié)點(diǎn)處的單個(gè)體積“連在一起”。
>> 闡明圖形物理含義的關(guān)鍵就在于計(jì)算體積和面積的范圍。
>> 體積譜：自然界中可能存在的正四面體的體積是有限的。底部最小的那個(gè)是實(shí)際存在的最小體積。
>> 體積譜計(jì)算完成于20世紀(jì)90年代中期，結(jié)果和預(yù)期的一致（費(fèi)曼曾說(shuō)過(guò)，在知道結(jié)果以前，我們不應(yīng)該進(jìn)行計(jì)算）：體積譜是離散的。也就是說(shuō)，體積只能由“離散的小包”組成。這與電磁場(chǎng)的能量有些相似，電磁場(chǎng)也是由離散的光子構(gòu)成的。
>> 節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成物理空間的基本量子，圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)“空間的量子粒子”。
>> 如果你把兩個(gè)節(jié)點(diǎn)想象為兩塊小的“空間區(qū)域”，這兩個(gè)區(qū)域會(huì)被一個(gè)微小表面分開(kāi)，這個(gè)表面的大小就是其面積。繼體積之后的第二個(gè)量，就是與每條線有關(guān)的面積，標(biāo)示出空間量子網(wǎng)絡(luò)的特征。
>> 空間看起來(lái)是連續(xù)的，只不過(guò)是因?yàn)槲覀儫o(wú)法感知這些單個(gè)空間量子極其微小的尺度。就像我們仔細(xì)去看一件T恤的布料時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它是由很細(xì)的線編織而成的。
>> 圈量子引力的核心預(yù)言是空間不是連續(xù)體，不是無(wú)限可分的，它由“空間原子”組成，比最小的原子核的十億分之十億分之一還要小。
>> 圈理論特別強(qiáng)調(diào)體積（比如給定立方體的體積）不能任意小，存在一個(gè)最小的體積，比這個(gè)最小體積還小的空間不存在。存在一個(gè)最小體積的量子，即最基本的空間原子。
>> 數(shù)學(xué)已經(jīng)證明無(wú)窮多個(gè)逐漸減小的間隔之和等于有限的間隔。
>> 任意小的空間并不存在，空間的可分性有個(gè)下限，它雖然是非常小的尺度，但確實(shí)存在。這就是馬特維·布朗斯坦在20世紀(jì)30年代憑直覺(jué)領(lǐng)悟到的。體積譜與面積譜的計(jì)算證實(shí)了布朗斯坦的想法，并且用精確的數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來(lái)。
>> 物理學(xué)中半整數(shù)被稱(chēng)為“自旋”，因?yàn)樗鼈兂霈F(xiàn)在自旋物體的量子力學(xué)中。
>> 自旋網(wǎng)絡(luò)表示引力場(chǎng)的量子態(tài)：空間的量子態(tài)；面積與體積是離散的分立空間。
>> 光子（電磁場(chǎng)的量子）和圖中節(jié)點(diǎn)（引力的量子）的重要差別在于光子存在于空間之中，而引力子構(gòu)成空間本身。光子由它們所在的位置來(lái)描述。[插圖]空間的量子沒(méi)有存在的位置，因?yàn)樗鼈兙褪俏恢帽旧?。只有一條信息可以描述它們的空間特征：它們相鄰的也就是緊挨著的其他空間量子的信息。
>> 這一信息由圖中的連線表示。由連線連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是鄰近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們是互相接觸的兩個(gè)空間微粒，這種“接觸”建造了空間的結(jié)構(gòu)。
>> 如果我沿著連線從一個(gè)點(diǎn)走到另一個(gè)點(diǎn)，直到完成一個(gè)回路，回到出發(fā)點(diǎn)，我就完成了一個(gè)“圈”，這就是圈理論最初的那些圈。
>> 物質(zhì)不是它本身的樣子，而是它們相互作用時(shí)的樣子。自旋網(wǎng)絡(luò)不是實(shí)體，它們描述了空間對(duì)物體的作用。
>> 在極其微小的尺度上，空間是一群漲落的引力子，它們之間相互作用，一起對(duì)物體產(chǎn)生作用，在這些相互作用中以自旋網(wǎng)絡(luò)和相互關(guān)聯(lián)的微粒來(lái)顯現(xiàn)自己。
>> 物理空間就由這些永不停息的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)織就。這些線本身不在任何地方；它們不在任何位置，而是通過(guò)相互作用創(chuàng)造位置?？臻g由引力子之間的相互作用創(chuàng)造。
◆ 7．時(shí)間不存在
>> 時(shí)間不是自己獨(dú)立存在的，應(yīng)該承認(rèn)，離開(kāi)了事物的活動(dòng)，人們就不能感受到時(shí)間本身?！R克萊修《物性論》
>> 物體（量子）并不占據(jù)空間，它們彼此依存，空間由量子間的相鄰關(guān)系織就。正如我們放棄了空間是固定不變的容器這一觀念，類(lèi)似地，我們也必須放棄時(shí)間是固定不變的，實(shí)在隨時(shí)間展開(kāi)這一觀念。物體存在的連續(xù)空間消失了，現(xiàn)在，現(xiàn)象發(fā)生于其中的流動(dòng)的時(shí)間也要消失了。
>> 在某種意義上，空間不再存在于基礎(chǔ)理論之中；引力場(chǎng)的量子不在空間之中。同樣，時(shí)間也不再存在于基礎(chǔ)理論之中，引力的量子不在時(shí)間之內(nèi)演化，時(shí)間只計(jì)算它們的相互作用。
>> 一旦我們把量子力學(xué)考慮進(jìn)來(lái)，就會(huì)意識(shí)到時(shí)間也具有任何實(shí)在所共有的那些面向：如概率的不確定性、分立性和關(guān)聯(lián)性。
>> 時(shí)間在世界各地并不以相同的方式流逝。在有些地方流逝得更快些，有些地方會(huì)慢些。你距離地表越近，引力越大[插圖]，時(shí)間流逝就越慢。
>> 我們不能把時(shí)間看作一個(gè)記錄宇宙生命的巨大宇宙時(shí)鐘。
>> 我們應(yīng)該把時(shí)間看成局部的現(xiàn)象：宇宙中的每個(gè)物體都有它自己的時(shí)間之流，其速度由當(dāng)?shù)氐囊?chǎng)決定。
>> 在普朗克尺度上，量子事件不再按照時(shí)間的流逝先后發(fā)生。在某種意義上，時(shí)間不再存在。
>> 首先，時(shí)間變量從基本方程中消失并不意味著一切都是靜止的，不表示改變不會(huì)發(fā)生。剛好相反，這表明變化是普遍存在的。
>> 時(shí)間的流逝是世界所固有的，是世界與生俱來(lái)的，從量子事件之間的關(guān)系中產(chǎn)生。這些量子事件正是世界本身，產(chǎn)生它們自己的時(shí)間。
>> 伽利略發(fā)現(xiàn)鐘擺的擺動(dòng)都具有相同的持續(xù)時(shí)間（與振幅無(wú)關(guān)）。因此，有可能通過(guò)數(shù)鐘擺的擺動(dòng)次數(shù)來(lái)測(cè)量時(shí)間。這主意看似顯而易見(jiàn)，卻是伽利略發(fā)現(xiàn)的；在他之前沒(méi)有任何人發(fā)現(xiàn)過(guò)。科學(xué)就是如此。
>> 時(shí)間變量的存在是個(gè)有用的假設(shè)，并不是觀測(cè)的結(jié)果。
>> 在脈搏和蠟燭吊燈的例子里，我們不會(huì)有在時(shí)間中演化的脈搏和吊燈，而只有告訴我們這兩個(gè)變量相對(duì)彼此如何演化的方程。也就是說(shuō)，方程會(huì)直接告訴我們?cè)谝淮螖[動(dòng)中脈搏跳動(dòng)了多少次，而不涉及時(shí)間。
>> 我們必須學(xué)會(huì)不以事物在時(shí)間中變化而是以其他方式來(lái)思考世界。事物只是相對(duì)于另一事物發(fā)生變化。在基本層面，時(shí)間不存在。我們通常對(duì)時(shí)間流逝的感覺(jué)只是在宏觀尺度上的一種有效近似，這主要是源于我們只能以粗糙的方式感知世界。
>> 理論所描述的世界與我們熟知的世界大相徑庭。再?zèng)]有包含世界的空間，也沒(méi)有事件發(fā)生于其中的時(shí)間，有的是空間量子和物質(zhì)不停相互作用的基本過(guò)程。
>> 沒(méi)有作為容器的空間，沒(méi)有世界隨之流逝的時(shí)間，我們?nèi)绾蚊枋鲎兓兀?/span>時(shí)光的流逝只是過(guò)程本身的量度，正如引力量子不在空間內(nèi)，它們本身構(gòu)成空間。
>> 量子力學(xué)并沒(méi)有告訴我們?cè)谶^(guò)程中發(fā)生了什么，而是告訴了我們把過(guò)程的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)結(jié)合到一起的概率。
>> 費(fèi)曼圖與格點(diǎn)近似——是研究量子場(chǎng)論最有效的兩種技巧。
>> 在量子引力中用來(lái)計(jì)算物理過(guò)程的時(shí)空泡沫，既可以用費(fèi)曼圖解釋?zhuān)部梢杂酶顸c(diǎn)近似來(lái)解釋。[插圖]因此，標(biāo)準(zhǔn)模型的這兩種計(jì)算方法原來(lái)是一種通用方法的特殊情況：對(duì)量子引力自旋泡沫求和。
>> 空間是個(gè)自旋網(wǎng)絡(luò)，它的節(jié)點(diǎn)代表基本微粒，連線描述其相鄰關(guān)系。時(shí)空在這些自旋網(wǎng)絡(luò)相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中產(chǎn)生，這些過(guò)程由對(duì)自旋泡沫求和來(lái)描述。自旋泡沫表示自旋網(wǎng)絡(luò)的歷史，圖中的節(jié)點(diǎn)相互結(jié)合與分開(kāi)，形成分立時(shí)空。
>> 空間的背景消失了，時(shí)間消失了，經(jīng)典粒子和經(jīng)典場(chǎng)也消失了。那么世界到底由什么構(gòu)成呢？粒子是量子場(chǎng)的量子；光由場(chǎng)的量子形成；空間也只不過(guò)是由量子構(gòu)成的場(chǎng)；時(shí)間也在這個(gè)場(chǎng)的過(guò)程中形成。換句話說(shuō)，世界完全由量子場(chǎng)構(gòu)成
>> 世界由什么構(gòu)成？只有一種要素：協(xié)變量子場(chǎng)。這些場(chǎng)不在時(shí)空之內(nèi)，它們一個(gè)疊著一個(gè)：場(chǎng)疊加著場(chǎng)。我們?cè)诖蟪叨壬细兄目臻g與時(shí)間是其中一種量子場(chǎng)——引力場(chǎng)模糊近似的景象。
>> 有些場(chǎng)本身就能存在，無(wú)須時(shí)空作為基礎(chǔ)和支撐，可以自行產(chǎn)生時(shí)空，這些場(chǎng)被稱(chēng)作“協(xié)變量子場(chǎng)”。
>> 世界、粒子、光、能量、空間和時(shí)間，所有這些都只不過(guò)是一種實(shí)體——協(xié)變量子場(chǎng)的表現(xiàn)形式。
>> 一旦人們認(rèn)識(shí)到空間和時(shí)間是量子場(chǎng)的不同面向，量子場(chǎng)甚至可以無(wú)須基于外在空間而存在，這二者就相容并聯(lián)合在一起，成了同一枚硬幣的兩面。這幅物理世界基本結(jié)構(gòu)的精練圖景就是現(xiàn)在量子引力提供的實(shí)在圖景。
◆ 第四部分 超越時(shí)空
>> 讓時(shí)間倒流，溫度會(huì)升高，物質(zhì)的密度和能量也增大。到一百四十億年前的某一點(diǎn)達(dá)到了普朗克尺度。
>> 在那一點(diǎn)，廣義相對(duì)論的方程不再適用，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)法忽略量子力學(xué)。
>> 如果我們把量子力學(xué)考慮進(jìn)來(lái)，宇宙就不會(huì)被無(wú)限壓縮，量子斥力會(huì)使其反彈。收縮的宇宙不會(huì)坍縮成一個(gè)點(diǎn)：它會(huì)反彈并開(kāi)始膨脹，好像是由爆炸形成的一樣
◆ 9．實(shí)驗(yàn)上的證據(jù)？
>> 理論會(huì)對(duì)我們尚未觀測(cè)到的東西做出預(yù)測(cè)，我們可以驗(yàn)證這些預(yù)測(cè)正確與否。這就是科學(xué)的力量，其可靠性有牢固的基礎(chǔ)。
>> 缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)的理論是還沒(méi)通過(guò)檢驗(yàn)的理論。檢驗(yàn)永不會(huì)結(jié)束，一個(gè)理論不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)、兩個(gè)或三個(gè)實(shí)驗(yàn)就被徹底證實(shí)，但隨著它的預(yù)言被證明為真，理論的可信度會(huì)逐步增加。
>> 量子引力理論還處在嬰兒階段，其理論構(gòu)件正在變得堅(jiān)實(shí)，基礎(chǔ)理念正在被闡明：線索是好的，并且很具體——但仍然缺少被證實(shí)的預(yù)測(cè)，這個(gè)理論還沒(méi)有通過(guò)檢測(cè)。
>> 這些年在基礎(chǔ)物理學(xué)中有三個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第一個(gè)是日內(nèi)瓦歐洲核子研究組織發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子。第二個(gè)是由普朗克衛(wèi)星做出的觀測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)在2013年公之于眾，證實(shí)了標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型。第三個(gè)是在2016年的頭幾個(gè)月公布的首次探測(cè)到引力波。這些是自然最近給我們的三個(gè)信號(hào)。
>> 希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)有力地證明了基于量子力學(xué)的基本粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的正確性，這是對(duì)三十年前做出的預(yù)言的驗(yàn)證。對(duì)基于廣義相對(duì)論和宇宙常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型而言，普朗克衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果是個(gè)堅(jiān)實(shí)的證據(jù)。對(duì)已經(jīng)誕生了一百年的廣義相對(duì)論來(lái)說(shuō)，探測(cè)到引力波是個(gè)驚人的證據(jù)。
>> 引力場(chǎng)，也就是空間本身，肯定像海面一樣振動(dòng)。
>> 與電磁場(chǎng)相比，引力波受到物質(zhì)的影響要小，甚至當(dāng)宇宙太致密而無(wú)法讓電磁波穿過(guò)時(shí)，引力波也可以不受影響地通過(guò)。
◆ 10．量子黑洞
>> 量子引力對(duì)黑洞的第一個(gè)應(yīng)用涉及史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）發(fā)現(xiàn)的一個(gè)奇特事實(shí)。20世紀(jì)70年代早期，他從理論上推導(dǎo)出黑洞是“熱的”，它們的表現(xiàn)像熱的物體：它們會(huì)放熱。
>> 圈理論提供了一種可能的答案。給黑洞帶來(lái)溫度的、振動(dòng)的基本原子是其表面單個(gè)的空間量子。
>> 量子力學(xué)的核心就是物體不可能始終完全靜止在一個(gè)位置。黑洞的熱量與圈量子引力中空間原子的振動(dòng)直接相關(guān)。
>> 還有另一種理解黑洞熱量來(lái)源的方式。量子漲落會(huì)在黑洞的內(nèi)部和外部之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)（我會(huì)在第十二章中詳細(xì)說(shuō)明關(guān)聯(lián)與溫度）。貫穿黑洞視界的量子不確定性產(chǎn)生視界的幾何漲落，而漲落意味著概率，概率意味著熱力學(xué)，即溫度。
>> 圈量子引力對(duì)黑洞物理學(xué)的第二個(gè)應(yīng)用更加驚人。恒星一旦坍縮，就會(huì)從外部視野中消失：它就在黑洞內(nèi)部了。
>> 廣義相對(duì)論預(yù)言，一切都會(huì)在中心被擠壓成一個(gè)體積無(wú)窮小、密度無(wú)窮大的點(diǎn)。
>> 如果我們考慮量子引力，這個(gè)預(yù)言就不正確了——因?yàn)榇嬖诹孔映饬Α褂钪嬖诖蟊〞r(shí)反彈的同樣的斥力。
>> 我們預(yù)期的是，在靠近中心的過(guò)程中，墜入的物質(zhì)的速度會(huì)被這種量子壓力減慢，密度會(huì)非常大但有限。物質(zhì)會(huì)被壓縮，但不會(huì)一直壓縮成一個(gè)無(wú)窮小的點(diǎn)，因?yàn)槲镔|(zhì)的大小存在一個(gè)下限。
◆ 11．無(wú)窮的終結(jié)
>> 當(dāng)把量子引力考慮進(jìn)來(lái)時(shí)，這些無(wú)窮就會(huì)消失，原因很明顯：空間不是無(wú)限可分的，沒(méi)有無(wú)窮多的點(diǎn)；沒(méi)有無(wú)窮多的東西可以加起來(lái)?？臻g的分立離散結(jié)構(gòu)解決了量子場(chǎng)論的困難，消除了讓人苦惱的無(wú)窮大。
>> 為無(wú)窮設(shè)定限度在現(xiàn)代物理學(xué)中是個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的主題。狹義相對(duì)論也許可以總結(jié)為發(fā)現(xiàn)了一切物理系統(tǒng)都存在一個(gè)最大速度。量子力學(xué)可以總結(jié)為發(fā)現(xiàn)了每個(gè)物理系統(tǒng)都存在信息的最大值。最小的長(zhǎng)度是普朗克長(zhǎng)度Lp，最大速度是光速c，信息的總和由普朗克常數(shù)h決定。
>> 長(zhǎng)度、速度、作用量的最小值和最大值的存在確定了單位的自然系統(tǒng)。
>> “無(wú)窮”根本上是我們給予尚未了解之物的名字。自然似乎在告訴我們，沒(méi)有什么是真正無(wú)窮的。
>> 目前的測(cè)量表明，宇宙的大小肯定比一千億光年要大。這是我們無(wú)法直接觸及的宇宙的數(shù)量級(jí)。它大約是普朗克長(zhǎng)度的10的120次方。巨大，極其巨大，但是有限。
◆ 12．信息
>> 為何信息的概念如此有用，甚至可能是理解世界的基礎(chǔ)呢？原因很微妙：它衡量了一個(gè)物理系統(tǒng)與另一物理系統(tǒng)交流的能力。
>> 世界不只是碰撞的原子網(wǎng)絡(luò)，它也是成組的原子之間關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，物理系統(tǒng)之間交互信息的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)。
>> 熵的總量只能增加，因?yàn)樾畔⒅荒軌驕p少。
>> 量子力學(xué)的整個(gè)結(jié)構(gòu)都可以根據(jù)信息按照如下方式來(lái)解讀和理解。一個(gè)物理系統(tǒng)只有在與其他物理系統(tǒng)相互作用時(shí)才顯現(xiàn)。于是，對(duì)物理系統(tǒng)的描述也是相對(duì)于另一與之相互作用的物理系統(tǒng)給出的。因此，對(duì)系統(tǒng)的任何描述都是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)所具有的關(guān)于另一系統(tǒng)的信息的描述，即兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)。
>> 量子力學(xué)的整個(gè)形式結(jié)構(gòu)很大程度上可以表述為兩條簡(jiǎn)單的基本原理：1．任何物理系統(tǒng)中的相關(guān)信息是有限的。2．你永遠(yuǎn)能夠得到一個(gè)物理系統(tǒng)的新信息。
>> 第一條基本原理表示了量子力學(xué)的分立性特征：只存在數(shù)量有限的可能性。第二條表示了其不確定性特征：總是存在一些無(wú)法預(yù)測(cè)的事，讓我們能得到新的信息。
>> 在量子力學(xué)中，當(dāng)我們與一個(gè)系統(tǒng)相互作用時(shí)，我們不僅是了解到一些內(nèi)容，也“刪去”了關(guān)于系統(tǒng)的一部分相關(guān)信息。
>> 為了理解世界的基本原理，我們需要把三個(gè)基本要素融合在一起，而不止是兩個(gè)：不只是廣義相對(duì)論與量子力學(xué)，還包括熱理論，也就是統(tǒng)計(jì)力學(xué)與熱力學(xué)，我們也可以稱(chēng)之為信息理論。
>> 時(shí)間的顯著特點(diǎn)是向前移動(dòng)，不會(huì)向后移動(dòng)，也就是不可逆的。
>> 在熱量產(chǎn)生的那個(gè)時(shí)刻，過(guò)程就不可逆轉(zhuǎn)了：過(guò)去與未來(lái)區(qū)分開(kāi)來(lái)。一直是熱量并且只有熱量才能把過(guò)去與未來(lái)區(qū)別開(kāi)。
>> 無(wú)論何時(shí)，當(dāng)你去思考一個(gè)要證明時(shí)間流逝的現(xiàn)象時(shí)，都會(huì)發(fā)現(xiàn)是通過(guò)熱量的產(chǎn)生來(lái)證明的。沒(méi)有熱量，時(shí)間就沒(méi)有選定的方向。
>> 知識(shí)本質(zhì)上是關(guān)聯(lián)性的，它同時(shí)取決于主體與客體。系統(tǒng)“狀態(tài)”的概念，不管是否顯而易見(jiàn)，都涉及另一個(gè)系統(tǒng)。
>> 為了理解實(shí)在，我們必須牢記在心，實(shí)在就是編織成世界的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、交互信息網(wǎng)絡(luò)。
>> 我們把周?chē)膶?shí)在切割成客體，但實(shí)在不是由離散的客體組成的，它是變化的，流動(dòng)的。
>> 這些界限是任意劃分、約定俗成的，使用起來(lái)很方便：
>> 我們可以使用各種其他的約定，它們都很有用，但是很隨意。它們是思考的方式，可以在復(fù)雜的實(shí)在中為我們指明方向。
>> 在一個(gè)多變的環(huán)境中持續(xù)生存的有效方式就是與外在世界維持更好的關(guān)聯(lián)，其關(guān)鍵就是信息——去收集、存儲(chǔ)、傳遞、精練信息。
>> 由于這個(gè)原因，DNA、免疫系統(tǒng)、感覺(jué)器官、神經(jīng)系統(tǒng)、復(fù)雜的大腦、語(yǔ)言、書(shū)籍、亞歷山大圖書(shū)館、電腦與維基百科才得以存在：它們把信息處理的效率最大化——處理對(duì)生存有利的關(guān)聯(lián)。
>> 原子就像是字母表中的字母：一個(gè)不同尋常的字母表，異常豐富，甚至可以閱讀、反思與思考自身。我們不是原子，我們是原子排列的順序，能夠映射出其他原子與我們自身。
>> 德謨克利特給出了一種奇特的“人”的定義：人是我們所知的一切。
>> 德謨克利特留給我們的不是陳詞濫調(diào)。人的本性不是他的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，而是他置身其中的個(gè)人、家庭、社會(huì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)。
>> 是這些“造就”了我們，保護(hù)著我們。作為人類(lèi)，我們是他人了解的我們，我們了解的自己，以及他人所了解的我們的信息。我們是交互信息的豐富網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)。
◆ 13．秘密
>> 意識(shí)到我們知識(shí)的局限也就是意識(shí)到我們所了解的也許會(huì)是錯(cuò)誤的或不準(zhǔn)確的。只有記住我們的信念有可能是錯(cuò)的，才有可能把我們從錯(cuò)誤的概念中解放，并且學(xué)習(xí)到正確的觀念。要學(xué)習(xí)某件事，必須要有勇氣接受我們自認(rèn)為知道的，即使最根深蒂固的信念都有可能是錯(cuò)的，或至少是不成熟的：只不過(guò)是柏拉圖洞穴墻上的影子。
>> 科學(xué)是不可靠的，因?yàn)樗峁┐_定性。但它又是可靠的，因?yàn)樗峁┙o我們目前所能擁有的最好的答案。科學(xué)是目前為止關(guān)于我們所面對(duì)的問(wèn)題的最大已知。恰恰是因其開(kāi)放性，因其不停對(duì)當(dāng)前知識(shí)提出疑問(wèn)，才保證了它所提供的答案是目前為止最好的
>> 因?yàn)槲覀冋J(rèn)為它們不是確定的，而是存在改進(jìn)的可能性。正是意識(shí)到我們的無(wú)知，科學(xué)才變得可靠。
>> 科學(xué)思想的本質(zhì)就是批判、反抗與不滿(mǎn)于先前的概念，崇高、神圣或不可觸摸的真理。
>> 科學(xué)和宗教頻繁發(fā)現(xiàn)它們?cè)谂鲎病２皇且驗(yàn)榭茖W(xué)宣稱(chēng)掌握了終極答案，而是恰好相反：因?yàn)榭茖W(xué)精神質(zhì)疑任何宣稱(chēng)掌握終極答案或是對(duì)真理有特權(quán)的人。
2019.3.9
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