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質疑是物理學發展的動力-《新物理狂想曲》讀後感

這本書是英國數學物理學家 Roger Penrose 在 2016 年寫的,之前看過他寫的《通向實在之路》和《皇帝新腦》,都挺難看懂,內容很多很深,有不少獨特的觀點,適合有一定數學和物理基礎的人仔細研讀。

這本書主要內容包括對弦論的質疑、對量子力學的深入介紹、對宇宙學的一些暢想和獨創的扭量理論簡介。

之前我看過不少弦論科普文章和視頻,確實很時尚吸引人,是可能的大一統理論,但最大的问题是很難觀測並用試驗驗證,更多的維度主要是數學上的需要,在現實中很難體會。

量子力學相對好懂一些,之前看過很多科普文章,雖然很多反直覺,但很多可以用實驗觀測驗證,也在生活中大量應用,事物不是確定的而是概率的觀點也符合我對自由意志存在的信仰。

宇宙學的重點是大爆炸理論、黑洞的演變和奇點定理,Penrose 因為 “發現黑洞的形成是廣義相對論的強健預言” 獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。廣義相對論在理論上允許黑洞存在,彭羅斯在廣義相對論框架中證明,在很寬泛的條件下(主要條件是要求塌縮物質的能量是非負的),黑洞確實能夠形成,包圍一個奇點,這就是奇點定理。在彭羅斯的拓撲學證明中,囚禁面不需要具有球面對稱。一旦囚禁面出現,物質就向奇點塌縮,奇點和視界不可避免。黑洞和奇點幾乎是廣義相對論下的必然,意味著在複雜的現實中,足夠大質量的引力塌縮必然導致黑洞。

扭量理論是彭羅斯開創的一門主要用於解決廣義相對論和量子力學結合的數學工具,是將四維時空(閔可夫斯基空間或歐幾里得空間)中的點表示為三維複空間,即扭量空間中的複數。這部分對數學要求超出我的理解,需要重新學習射影幾何和複數理論,實在沒有辦法再深入了。

總的來看,近些年物理學在理論上並沒有重大突破,更多的是在量子理論和廣義相對論上修修補補。要想有大的發展,不能把大部分資源都集中在弦論等少數流行理論,而需要更多的人提出新的觀點,新的質疑,通過細致的計算和縝密的試驗觀察來推動物理學的發展。

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