好奇改變世界——《宇宙的構造》

2021-01-08 孟飛爆料

這部紀錄片以一種酷炫的方式展示了空間、時間、量子躍遷、多重宇宙方面的科普知識,雖然它提出了一些與顛覆我們認知的迥異觀點、猜想或者結論,但主講人將這些以一種深入淺出的方式表達了出來。影片大體上以時間為順序講述科學家們提出的問題、思考的結果、提出新的問題或者建立新的假設,這些思考不僅僅是在科學層面上,很多都涉及到了哲思。我覺得歸根結底是在問「是什麼」這個問題,空間是什麼,時間是什麼,量子層面的一切是什麼等等。

影片從經典物理學開始,因為經典物理學可以被大家的直覺所理解,它描述了我們平時所處的這個現實世界的運行規律。在此基礎上,用比喻和可視化圖形的方式,儘量淺顯的解釋空間和時間的可變性。巨大的質量會導致它周圍空間的扭曲,以此來解釋引力。空間運動會引起時間的變化,導致時間變快或變慢。某種程度上我們可能穿越到未來或者回到過去。不過有一點,即使回到過去,我們應該也不可能改變什麼,只能做一個觀察者,因為這一切已經發生了。

然後是量子理論,粒子的波粒二象性。現代科技基本都是構築在量子理論之上的,例如雷射、集成電路,感光。微觀的一切都是被概率支配的,而宏觀的我們卻不是。最有趣的是糾纏粒子可能實現超遠距離傳輸,因為糾纏粒子之間的相互影響與距離無關。遠程傳輸本質上就是一次複製,用一組粒子提取原件的信息,幾乎同時,複製件就在對應的糾纏粒子所在的位置出現了,而且,當複製完成的時候,原件也消失了,變成了普通的粒子。最後,是多重宇宙(平行宇宙),因為大爆炸理論有一點解釋不通的地方,宇宙膨脹的速度不是逐漸減慢,而是越來越快,物理學家假設存在一種暗能量在推動宇宙膨脹。經過計算,暗能量是一個極小極小的數值。而為什麼是這樣一個數值?如果我們假設我們的宇宙之外還存在無數個源自大爆炸的宇宙,即多重宇宙理論,就可以解釋了。這種解釋類似於達爾文的物競天擇,存在無數個宇宙,他們都有各不相同的四大原力的數值,可能很多只是差了一點點。而我們這個宇宙,就是恰好各種力達到平衡,能夠誕生恆星、行星、星系和生命的那個宇宙。這有點像人擇理論。

同時微觀研究的弦理論,會推演出極多種形狀,如果要用一個公式解釋一切的話,這個極多種形狀恰好與多元宇宙的無數個宇宙類似。也許每一種弦理論的解法就可以描述一個宇宙。無限膨脹、弦理論和暗能量三個理論共同支撐了多元宇宙理論。所以,多元宇宙理論雖然是未經證明的,但是很多人都開始相信這個理論。它同時也為我們提出了平行宇宙的美好設想,因為宇宙有無數個,也許存在某個宇宙與我們的宇宙相同,而又只差一點點。也許我未了的心願在那個宇宙中的另一個我身上得到了滿足。影片到此為止,不過這些內容已經很接近現在物理研究的前沿了。已經極大的滿足了我的好奇心。

影片為了講清楚理論,除了用各種方式講解理論本身,還介紹了發現和證明他們的過程,這個研究和發現的過程,其實對於各種人類活動而言都是通用的。例如弦理論要用一個等式解釋世界上的一切,類似於生物的DNA,一切表象來自本質,而且這個本質可能極為簡單。一切表象上的複雜性都來自於本質上的那一點點區別。例如愛因斯坦發明相對論是源於他解決時間同步問題時的思考,看來無論是偉大如相對論的理論,還是iphone這種神一樣的產品設計,其實都來自於人類要解決的實際問題,即使這些理論或產品是前所未有的,甚至不被世人理解,它們也是來自於現實,不可能是憑空靠天才的頭腦就能產生的。例如科學研究的基本方法,無數個科學家提出各種猜想,然後進行理論推演和證明,最後靠觀測或者實驗通過事實證明,能夠被反覆證明的那個,才是真的理論。這也是一種物競天擇。

科學不是靠信仰,而是靠證據前進的。這種方式跟現在做創業的方式如出一轍。不過影片中展示出的最偉大的還不是這些,而是數學和邏輯——人類文明史上最偉大的發明,沒有之一。人類剛剛開始逐一發現九大行星的時候,前幾個是靠觀測發現的,而海王星和冥王星(已被取締)是靠計算發現的,然後才在計算出的軌道上觀測到。已被證明的理論加上嚴謹的數學計算,能幫助我們發現我們還沒有發現的東西。多元宇宙理論就是為了解釋宇宙膨脹計算中出現的誤差才提出來的。弦理論也類似,對它的研究工作大部分是推演和計算,形成理論,然後再想辦法證明。這不僅是科學研究的通用方法,這種方法也適用於解決程序中的bug,解決現實中的問題,甚至創業。

解決實際問題,大道至簡,物競天擇,加上數學和邏輯這兩大工具,就是指引人類前進的明燈。

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