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老子和霍金,量子和宇宙,有關係嗎?

量子和宇宙,是人類認知尺度的兩個極端,一個極小,一個極大,二者似乎並沒有直接的關聯,但是,千萬不能想當然,有一個人居然發現了這二者的聯繫,他就是霍金。

老子和霍金,量子和宇宙,有關係嗎?


作為當代最知名的科學家與科普作家,霍金坐在輪椅上的形象已經被每一個人所熟知,他是身殘「智」堅的典型代表,雖然身體不能動彈,但卻擁有一個異常活躍的大腦,而且這個大腦思考的還是人類的永恆之問:宇宙是如何起源的?


早在兩千五百年前,中國就有一個哲人思考過這個問題,並作出了回答,這個人就是老子。他的宇宙起源觀是——無中生有。正如《從量子到宇宙》一書中所述:



老子在《道德經》中開篇就指明:「無,名天地之始;有,名萬物之母。」這就是一種樸素的宇宙「無中生有」的哲學思想,竟和現在的宇宙起源理論不謀而合。

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無中生有?是不是太玄妙了?現代與老子思想不謀而合的宇宙起源理論是誰提出來的呢?我想你一定猜到了,那就是霍金。


宇宙大爆炸理論中,宇宙誕生時那個煩人的「奇點」讓科學家們苦惱不已。

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但是霍金卻發現了其中的奧妙:宇宙誕生於極小,那就要用量子理論來解釋;宇宙承載於時空,那就要用愛因斯坦的引力理論來解釋——那麼把二者結合起來不就行了嗎?於是他提出了量子引力理論。正如《從量子到宇宙》一書中所述:



1982年,霍金等人提出了將量子力學和廣義相對論結合在一起的量子引力理論來研究宇宙起源問題,這一理論的特徵是用費曼的路徑積分方法處理愛因斯坦的引力理論。霍金用宇宙波函數來描述宇宙的量子狀態,這個波函數給出宇宙按照特徵量分布的概率幅,因此在量子力學的意義上,這種描述是完備的。霍金的量子宇宙學可以從「無」中生「有」(to give everything from nothing),避免了「奇點」的出現。在霍金的宇宙里,時間和空間構成了一個四維閉合球面。

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「to give everything from nothing」用「無中生有」來解釋最恰當不過了,2500年前的老子終於找到了知音,雖然來得太晚了一些。

波函數、路徑積分、概率幅,這些量子力學中的概念竟然出現在宇宙起源中,真是讓人吃驚。量子和宇宙的聯繫,也許就像老子和霍金的聯繫一樣,看似遙遠,實則緊密。


看來,要想了解宇宙,就得先了解量子,《從量子到宇宙》一書就為讀者提供一個很好的渠道來打通量子與宇宙的關聯

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《從量子到宇宙》的作者高鵬,是哈爾濱工業大學的專業化學教師,他取得的是應用化學碩士學位和材料學博士學位。既然不是物理學專業的學生,他怎麼會寫出這樣一本書呢?其實,化學和物理是結合很緊密的。原子、分子的結合與分解是化學,而原子、分子本身屬於物理的研究對象,在化學專業里有專門的《物理化學》課程,也有以量子力學為基礎的《結構化學》、《量子化學》課程。

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高鵬在哈爾濱工業大學上學期間是同學們眼中的非典型學霸,學習對他來說是一件輕鬆快樂的事,他知道如何用最簡捷的方式抓住知識的重點。典型的學霸每天晚上在自習室和圖書館泡著,而高鵬卻總是參與寢室里打撲克、下象棋等娛樂活動,儘管如此,他還是以優異的成績被保送為研究生。在研究生期間,他的《量子化學》課程考了全系最高的97分,得到了授課教師徐崇泉教授(黑龍江省教學名師)的讚許。從那時起,高鵬就對量子力學產生了興趣,開始涉獵一些科普作品。


後來,高鵬去威海校區任教,講授的是《結構化學》這門課,第一次授課時,徐崇泉教授專門從哈爾濱趕來對他進行指導,為他講授這門課奠定了良好的基礎,而他授課過程中進一步認識到了量子力學的奇妙之處,對量子力學產生了濃厚的興趣,開始潛心研究量子與宇宙。興趣是最好的老師,十餘年來,他藉助圖書館的資源優勢,研讀量子物理專業和科普書籍近百本,終於打通了量子的任督二脈,並為大眾奉上了這本《從量子到宇宙》。

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也許正是因為高鵬不是物理專業出身,他才更知道普通讀者理解量子物理的難點與疑點所在,《從量子到宇宙》就是他為大眾搭建的一座通向量子與宇宙的橋樑。

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物理學家們研究的量子論是和深奧的數學聯繫在一起的,而且有各種複雜的術語、概念以及理論,如何將它呈現在大眾面前,讓普通讀者讀懂並理解其中奧妙,是量子科普的難點,《從量子到宇宙》就比較好的做到了這一點。這本書最大的特點就是內容全面、概念清晰。本書每章都分幾個小節,每個小節論述一個概念或一個專題,全書把量子力學的全貌清晰地呈現在讀者面前,上文提到的波函數、路徑積分、概率幅等概念都在書中有專門的章節論述。讀完這本書後,普通讀者也能展開想像,思考宇宙的前世今生,思考從量子到宇宙這其中的奇妙景象……


清華社推薦圖書:

老子和霍金,量子和宇宙,有關係嗎?



書名:《從量子到宇宙》


作者:高鵬


出版時間:2017年1月


內容簡介:本書以各種不可思議的量子現象為主線,以物理學家們所做的各種令人驚奇的實驗為脈絡,循序漸進地介紹了人類探索量子世界的整個過程。


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