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質疑是物理學發展的推動力 - 閱讀《宇宙新物理中的時尚、信仰與幻想》後的思考

這本書是由英國數學物理學家羅傑・彭羅斯於 2016 年撰寫的,我之前讀過他的幾本書《通往現實之路》和《皇帝的新腦》,這兩本書都相當難讀,內容深奧且有許多獨特的觀點,適合具備一定數學和物理基礎的人仔細研究。

這本書的主要內容包括對弦理論的質疑、對量子力學的深入介紹、一些關於宇宙學的想法以及對原始扭子理論的介紹。

我之前看過不少弦理論的科學文章和視頻,作為一種可能的統一大理論,它確實具有時尚的吸引力,但最大問題在於難以觀察和實驗驗證,更多的維度在數學上是必要的,但在現實中難以理解。

量子力學相對較為易懂,我之前讀過很多科普文章,雖然其中很多內容違反直覺,但許多可以通過實驗觀察來驗證,並且在生活中有很多應用,事物不是確定性的而是概率性的觀點也符合我對自由意志存在的信念。

宇宙學專注於大爆炸理論、黑洞的演化和奇點定理,彭羅斯因 “發現黑洞的形成是廣義相對論的一個穩健預測” 而獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。廣義相對論理論上允許黑洞的存在,彭羅斯在廣義相對論的框架下證明,在非常寬泛的條件下(主要是要求塌縮物質的能量為非負),黑洞確實可以形成,圍繞著一個奇點,這被稱為奇點定理。在彭羅斯的拓撲證明中,囚禁表面不必具有球對稱性。一旦囚禁表面出現,物質就會朝向奇點塌縮,奇點和視界是不可避免的。在廣義相對論下,黑洞和奇點幾乎是不可避免的,這意味著足夠大質量的引力塌縮必然會在複雜的現實中導致黑洞的形成。

扭子理論是彭羅斯首創的一種數學工具,主要用於解決將廣義相對論和量子力學結合的問題,它將四維時空(閔可夫斯基空間或歐幾里得空間)中的點表示為三維複數空間,即扭子空間中的複數。這部分在數學上超出了我的理解,需要重新學習射影幾何和複數理論,實際上也沒有辦法更深入。

總的來說,近年來物理學並沒有重大理論突破,更多的是對量子理論和廣義相對論的微調。要有大的發展,我們不能將大部分資源集中在幾個流行的理論上,如弦理論,而需要更多的人提出新想法、新質疑,並通過仔細的計算和細緻的實驗觀察來促進物理學的發展。

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