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果壳中的宇宙的读书笔记

果壳中的宇宙的读书笔记1

你或许很难理解爱因斯坦的《相对论》，但读过《果壳中的

宇宙》的前两章后，你便可了解它所基于的哲学原理。读完这本

书之后，你就了解了建立一个统一“量子理论”和“相对论”的

理论的重要性，以及物理学家为之所进行的探索。

在众多的理论中，弦理论被认为是最有希望的理论，因而霍

金的这本书中投入了大量的篇幅来解释什么是弦理论。弦论假设

不存在粒子，而只有弦在空间中运动，一条弦就是一个画在空间

中的圈，各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。当一

条弦随时间运动时，它的轨迹不是一条线而是一根管子。两条弦

还可以结合形成一条新弦，一条弦也可以分裂成两条。自然界中

的一切相互作用，包括电子和光子的相互作用，都可以用弦的分

裂和结合来解释。从某种程度来说，弦论已经统一了强力、弱力、

电磁力和引力，因而弦论也被称为大一统理论。

在研究的过程中，存在着五个不同种类的自洽弦理论，这与

弦论追求一种单一理论的初衷相左。经过数年努力，物理学家终

于找到解决问题的钥匙。尽管目前这一理论还未得到一个大家一

致赞同的形式，但至少已为它起了一个名字：M理论。

在M理论中，时空是10维或者是11维的，为什么日常生活

中所见的时空是4维的呢？霍金认为，存在着两种可能的解释：

一可能是所有额外维的尺度非常小，甚至如普朗克尺度那样小，

实在难以观察到；二可能是额外维的尺度相当大，甚至可达无穷

大，只是在目前的观察条件下尚未观测到。霍金认为，大的额外

维是新理论探索中的激动人心的进展，它蕴涵着我们生活在一个

胚世界中。强力、弱力和电磁力将被限制在这个胚中，所以任何

与引力不相关的物理问题就会和在4维时空中的一样。与此相

反，引力则会弥散到整个高维空间中去。

考虑到大的额外维度，起初的弦理论（认为时空包含4个展

开的时空维度和6到10个卷曲维度）中弦的概念可以被可以进

一步推广到p胚，即高维空间的p维客体。霍金认为，时空就是

一张推广了的“膜”，不过这张膜不是2维的，而是4维的（不

同于起初一维的弦）。

霍金认为，在4维“膜”世界中，人类生活在一个胚中，邻

近还有另一个“影子”胚。因为光被限制在胚中，不能传播到另

一个胚，所以人类不能看到影子世界。但是人类会感觉到影子胚

中的物质的引力影响。这种引力在人类所在的胚世界中会显示成

一种“暗”源（暗物质）。检测“影子”胚的仅有办法是通过引

力的途径。

按照霍金的无边界设想，胚世界的自发创生有一段“虚时间”

的历史。在这段历史中，宇宙像一个果壳：一个4维球面（不妨

想像成是一个多了两维的核桃壳）。只是果壳是空的，在这胚世

界图像中的4维果壳是满的：人类生活其中的胚在虚时间中的历

史是一个4维球，它是一个5维泡泡的边界，而余下的5维或6

维是卷曲的，并且卷得非常小。

以上是对霍金的最新科普书籍《果壳里的宇宙》的简述，其

中每一段的内容都是很多科学家多年研究的结果，因而在短时间

内理解这些内容是不可能的。老实地说，到目前为止我也只能理

解这本书的前两章。虽然我也读过有关弦理论的其它科普读物

（如《宇宙的琴弦》），我仍不能理解弦理论当前发展的状况。

据我所知，弦理论发展的初衷是解决量子理论和相对论之间的矛

盾，之后由于标准模型的成功（统一了强力、弱力、电磁力并与

狭义相对相容，但不能包括引力，即与广义相对论不相容）以及

其弦理论给出的预言在实验中不能被验证，弦理论受到冷落。之

后弦理论的发展是基于小的卷曲维度（小于普朗克长度，对其探

测超出当前实验条件，或许永远不能被探测）来弥补之前理论的

缺陷以及预言，后来为囊括多种版本的弦理论，M理论被提出。

考虑弦理论的这个发展历程，我有中云里雾里的感觉，并对这个

研究方向感到极大地担忧。由于它的发展脱离了实验验证，因而

我很怀疑发展这种理论的意义所在。

果壳中的宇宙的读书笔记2

怀着对这个有趣的题目的好奇心，我阅读了著名的物理学家

史蒂芬·霍金的《果壳中的宇宙》这本书，说实在的，很多地方

总要一遍又一遍地看，最终却还是一知半解，但对其大概还是知

道了一些，在这里谈谈我的一些感想。

通过了解，本书的题目乃出自莎士比亚的《哈姆雷特》。哈

姆雷特认为，即使把他关在果壳中，仍然自认为是无限空间之王。

作者把我们广阔的宇宙隐喻成一颗果壳，认为在广义上，粒子、

生命和星体的处境都