读霍金的《大设计》,一,内容摘要

    个人认为,人们对问题的思考,演化为科学与哲学。我们作为普通人,当遇到困惑的人生问题时,哲学思想不一定是唯一解,物理世界似乎也存在我们正寻找的答案。不仅如此,相信如此惊艳的科学理论,也可以在当前的数据智能时代,完善我们看待数据的思想,指导我们的处理数据方式。

    由于时间有限,本文只是对《大设计》中一些结论的提取,将来将会进一步补充个人理解版的理论推导过程。(兴趣使然,如有错误,欢迎指正)

主题:理解生命、万物、宇宙的存在

    霍金的《大设计》介绍了在《时间简史》出版20多年后,其间物理界对科学、哲学的探索成果,译者为吴忠超,主题是“理解生命、万物、宇宙的存在”。似乎有望回答经常被我们当做玩笑来说的问题:我们从哪里来,又往哪里去。

    读《时间简史》时,书中提出了很多哲学(科学)上的问题,让人兴趣盎然,而这些问题都在《大设计》中进行了很好的解答。

    万物的终极理论唯一候选者,被叫作--M理论,认为时空是十一维的,当其中七维蜷缩成内空间后,留下各种四维时空及其表现规律;M理论可以预言存在极多个不同的宇宙与表现规律,但是只有极少数的宇宙适合我们人类的存在。且宇宙和万物的演化经历了所有可能的历史(根据双缝干涉实验演化出的量子理论),在观察者存在的条件下(人存理论),寻求最大概率的无边界解便是我们宇宙的历史,使得观察者不仅在创造未来,还创造了过去的历史(每一种测量过去的方式,就确定了一种历史)。

    实证主义哲学认为万物依赖模型而存在,科学与数学研究,既可以看作发现,也可以看作发明;根据实证主义这哲学,宇宙之所以存在是因为存在一个描述它的协调理论,我们正在寻找,因为如果不存在这样的理论,宇宙便不会存在。

第一章 存在之谜

    查理德.费恩曼认为,一个系统不仅具有一个历史,而是具有每种可能的历史,即宇宙本身没有单一的历史

    这个理论似乎违反常识,但是常识是建立在日常经验上的,而不是宇宙揭示的。【在宇宙面前,常识也是蝼蚁】

    近代物理认为,有关世界的一切知识都可以通过观测获取,事物就是它们看起来的样子【即日常经验】,现在物理基于诸如费恩曼的日常经验相抵触的概念之上

    为了调解两者观点的矛盾,霍金提出-依赖模型的实在论方法:我们的头脑以构造某种世界模型来解释来自感官的输入,如果模型成功解释事件,我们可以赋予它为【实在的,真理的】属性。如果存在多个模型可以解释同样的事件,就不能比较哪个模型更好,人们可以随意使用

    M理论是一族描绘不同场景的理论,认为众多宇宙从无中创生,但是仅有非常少宇宙适合我们存在,相当于我们成为了造物主

第二章 定律制约

    当人们无法理解规律时,开始发明神明来解释自然现象

    拉普拉斯提出科学决定论:给定宇宙在一个时刻的状态,定律的完备集合就能完全确定其未来和过去

    人是否拥有自由意志,是否可以脱离科学定律的讨论;生命过程由物理与化学定律制约,神经科学的观点:肉体的大脑依据已知的自然定律,来决定我们的行动【类似于给定条件下的概率选择】

    基础的物理定律预测人的行为不切实际,应采用有效理论,模拟被观察的对象,而不用仔细地描述所有基本过程,如化学理论,经济学理论

    三个问题:1.定律的起源是什么;2.定律存在任何奇迹吗;3.是否可能只存在一族定律

第三章 何为实在

    不存在与图像或理论无关的实在概念

    似乎不存在一个单一的数学模型或理论能够描述宇宙的各个方面

第四章 可择历史 【多重宇宙的证明】

    量子物理的波粒二象性、不确定性原理:一个粒子的位置和速度,没有能力同时测精确,例如,测量粒子用的电磁波,波长越短,粒子的位置越精确,但是速度越不精确;反之,则反(人们无法将粒子的位置精确到比波长还短)。

    决定论的新形式:给定系统在某一瞬间的状态,自然定律确定各种将来和过去的概率

    日常生活中的概率是我们无知的反映,量子理论的概率反映了 自然界基本的随机性

    条纹干涉实验:多个粒子的路径相互影响,粒子的历史就是路径,粒子达到给定点的机会依赖于所有路径

    一个系统,任何观察的概率由所有可能将其导致那个观察的历史构成,称为历史求和或可择历史

    观测系统必然改变其过程:例如肉眼可见的南瓜,需要光照射物体,在粒子级别,会产生光电效应

    宇宙正如粒子一样,没有单一的历史,而是具有每一可能的历史,每个历史都具有自身的概率;我们对现状的观测会影响它的过去并确定宇宙不同的历史,正如同在双缝实验中观察粒子会影响到粒子的过去

第五章 万物理论

    电磁场能够作为波,通过空间传播,光本身就是一种电磁波,差别在波长

    光速不变原理

    花费时间的测量,正如距离的测量,依赖于测量的观察者,被称为狭义相对论;没有绝对时间

    牛顿引力需要绝对时间去确定物体间的距离,继而计算引力,与狭义相对论矛盾

    广义相对论:时空不是平坦的,而是被质量和能量弯曲变形的

    在原子与亚原子水平,广义相对论与引力不符合观测,需要建立量子理论

    量子理论认为,宇宙具有任何可能的历史,每个历史都具有自己的强度或概率幅度

    已知的自然力分为:引力、电磁力、弱核力、强核力

    弦理论,认为粒子是一根没有高度和宽度,无限长的弦的振动模式,与超引力理论相似,认为是一种更基本的理论的近似,该基本理论为M理论

    M理论具有11维时空,有10^500个宇宙,每个宇宙有不同的定律,我们只是其中之一

第六章 选择宇宙

    为什么存在我们这样的宇宙,哈勃望远镜观测到宇宙正在膨胀,引出大爆炸理论,可以拿吹气球来比喻宇宙的膨胀,任意的星系都在离我们远去

    宇宙膨胀下为什么万物能维持原状,因为度量的尺子也膨胀了,导致我们的环境相对来讲没有变化

    宇宙存在暴涨,体积迅速增大,速度超越光速,使得广义相对论失效,需要量子理论来进一步解释

    烧开水时,可以认为每个蒸汽泡代表一个宇宙,也许一直在创生无数个宇宙,部分宇宙足够大,部分宇宙早就消失了

    我们的宇宙也是多个宇宙中的一个

第七章 表观奇迹

    弱人择原理:正是我们的存在赋予了我们从何处何时可能观测宇宙的规则,且一定发现周围的环境是满足他们要求的存在条件的

    宇宙的年龄正好适合我们的生存,我们是炭基生物,碳必须由更轻的元素变化而成,这个变化过程大约为100亿年,而我们的生存需要热量,因此宇宙的年龄不能太大;实测宇宙的年龄大约为137亿年

    太初物质为氢,根据现有的物理定律演化为碳;实际上,也可能存在硅基生命

    若非在物理定律上精确细节的巧合,生命的形式就不可能形成

    由于我们的宇宙只是众多的宇宙的一个,物理定律也就可以微调,继而出现不同的生命形式

第八章 伟大设计

    一个生命游戏。康威宇宙设计,定义简单的物理规则,在计算机中进行演化,观察该方块形状能否自我繁殖(想起了细胞自动机)

    如果宇宙的能力总和为0,物质是正能量,引力是负能量,才能对称平衡

    人类只不过是基本粒子的聚集,却能够这么接近的理解制约我们和宇宙的定律,这本身就是一场胜利

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