万物原理

作者: 原理君

来源: 微信公众号文章搜索助手

发布日期: 2022-01-17

本文探讨了从普朗克长度到可观测宇宙的科学原理,包括海森堡的不确定性原理、量子场论、人类大脑神经元的复杂连接、科学革命的历史影响、爱因斯坦的广义相对论以及诺贝尔奖得主弗兰克·维尔切克的最新作品《万物原理》。

普朗克长度是1.6×10³米,是目前已知的物理定律的尺寸极限。可观测宇宙的跨度达9.3×10¹光年,是自大爆炸以来光可触达的范围极限。在1.6×10³米和9.3×10¹光年之间,是科学告诉我们的万物原理。

在我们这个宇宙中,并不存在真正的静止。海森堡很早就意识到,在微观世界中,位置和速度无法同时被精确测量,换句话说,我们越是精确地知道一个粒子的位置,对其动量的了解就越少,他称之为不确定性原理。这一原理还有其他不同的表达形式,比如能量和时间之间的关系。

在我们认识世界的过程中,最深刻的颠覆在于我们学会了否认经验的客观事实,比如味觉、冷暖和颜色,而通过不甜、不苦、不热、不冷也没有颜色的基本单元来理解物理现实。从古希腊的德谟克利特开始,我们就逐渐形成了“粒子”的想法,尽管当时的粒子和如今所说的基本粒子大相径庭。

人类大脑的基本单位是神经元,每个神经元都是一个小型信息处理装置,单独的神经元之间通过许多连接相连。如果要考虑那么多神经元通过各种各样的方式连接起来的可能性,那我们将会得出一个令人眼花缭乱的数字,它远远超过银河系中恒星的数量。

直到17世纪,被称作科学革命的一系列鼓舞人心的突破才真正说明了人类心灵创造性地参与到物理世界中能实现什么,而且产生这些突破的方法和态度也为人类未来的探索提供了清晰的模型。有了这种推动力,我们所知的科学才真正开始,再也没有回头。

牛顿引力理论建立在那些关于力的简单定律的基础之上,它在200多年的时间里一次又一次取得新的成果,但它从一开始就包含着许多无法解释的巧合。直到1915年,爱因斯坦提出了他的引力理论,也就是广义相对论,它重新想象了空间、时间和引力,以一种前所未有的方式圆满地解释了牛顿所认为的巧合,并最终取代了牛顿的理论。

从最小到最大,科学理论不仅向我们展示了万物运转的原理,它们还是重要的提示,告诉我们应该遵循它们的指引找到更广泛的定律,从而看见世界的全貌。我们已经取得了很多成就,但是仍然有很多工作等着去完成。

一位当代最具创造力的物理学家,非常乐于与更多的人分享他对世界的见解,他就是诺贝尔奖得主弗兰克·维尔切克。在他的最新作品《万物原理》中,维尔切克讲述了我们可以从对物理世界的研究中,学到哪些最基本的道理。

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