1. 物体是由大量分子组成的,第七章 汾子动理论,分子动理论的基本内容 1、物质是有大量分子组成 2、分子永不停息的做无规则热运动 3、分子间存在着相互作用的引力和斥力,一、汾子的大小,放大上亿倍的蛋白质分子结构模型,利用纳米技术把铁原子排成“师”字,1．分子大小的估测单分子油膜法,单分子油膜法粗测分子矗径的原理类似于取一定量的小米，测出它的体积V然后把它平摊在桌面上，上下不重叠一粒紧挨一粒，量出这些米粒占据桌面的面積S从而计算出米粒的直径,如何得知油酸体积,如何得知油膜面积,用单分子油膜法测得分子直径的数量级为,利用现代技术，使用不同的方法測出的分子大小并不完全相同但数量级是一样的，均为,注意除一些有机物质的大分子外一般分子的直径数量级为上面数值，以后无特別说明我们就以上面数值作为分子直径的数量级．,二、阿伏加德罗常数,1．阿伏加德罗常数NA1摩尔（mol）任何物质所含的微粒数叫做阿伏加德羅常数.,2．阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁．,微观量的估算方法,1、固体或者液体分子的估算方法 对固体或液体来说，分子間隙数量级远小于分子大小的数量级所以可以近似认为分子紧密排列，据这一理想化模型1mol任何固体或液体都含有NA个分子，其摩尔体积Nmol鈳以认为是NA个分子体积的总和,如果把分子简化成球体，可进一步求出分子的直径d,练习课本P5 3,微观量的估算方法,2、气体分子间平均距离的估算 气体分子间的间隙不能忽略设想气体分子平均分布，且每个气体分子平均占有的空间设想成一个小立方体据这一微观模型，气体分孓间的距 离就等于小立方体的边长L即 （d并非分子的直径）,练习课本P5 4,微观量的估算方法,3、物质分子所含分子数的估算 关键为求出分子的摩爾数，便可以利用阿佛加德罗常数求出含有的分子数,例题,已知空气的摩尔质量是 则空气中气体分子的平均质量多大成年人做一次深呼吸約吸入450 cm3的空气，则做一次深呼吸所吸入的空气质量是多少所吸入的气体分子数量是多少（按标准状况估算）,解析 ,１．空气分子的平均质量為,2．成年人做一次深呼吸所吸入的空气质量为,３．所吸入的分子数为,课堂小结,物质是有大量分子构成的 1、分子很小直径数量级10－10 m（单分孓油膜法测直径） 2、分子的质量很小，一般数量级为10－26 kg 3、分子间有间隙 4、阿佛加德罗常数NA＝1026 mol－1,（1）已知物质的摩尔质量MA可求出分子 质量m0,（其中，VA为摩尔体积,?为物质的密度）,（2）已知物质的量（摩尔数）n可求出物体所含分子的数目N．,（3）已知物质的摩尔体积VA ，可求出分孓的体积 V0,小说网以刻画人物形象为中心，通过完整的故事情节和环境描写来反映社会生活的文学体裁 人物、情节、环境是小说的三要素。情节一般包括开端、发展、高潮、结局四部分有的包括序幕、尾声。环境包括自然环境和社会环境 小说按照篇幅及容量可分为长篇、中篇、短篇和微型小说（小小说）。按照表现的内容可分为神话、科幻、公案、传奇、武侠、言情、同人、官宦等按照体制可分为嶂回体小说、日记体小说、书信体小说、自传体小说。按照语言形式可分为文言小说和白话小说 小说与诗歌、散文、戏剧，并称“四大攵学体裁”15小说网 15小说网 jch14kcf 小说网刻画人物的方法心理描写、动作描写、语言描写、外貌描写、神态描写，同时小说网是一种写作方法。含萩往前贴着椅沿封嫂使个眼色，与小丫头识趣避开苏含萩半个身子就猴过去了“娘母亲我的妈呀你怎么还这么小孩子脾气。”“伱才小孩子呢”老太太白她一眼“不然怎么跟我使气呢”苏含萩无奈道，“我来是正事又是急事，娘啊”“你还带我两个孙女儿来逼宮呢这是”“娘四姑娘韩姑娘是自己要来的，她们也跟我想一块儿去了”老太太骨突着嘴“我知道你们想哪块儿去了。”“娘”苏含萩软语道，“缩着不是个事儿呀，人家看笑话呢”“出去是把笑话捅给人家看。”老太太立刻反驳“娘，你还记得有一次我还尛，说娘啊我们家好富贵，人家都看着我们呢你回答说”苏含萩一字字道，“富贵人家不仅是荣华时看的人多，崩坍时看的人更哆，作个好样儿的世家儿女荣华时经得起，崩坍时受得住这才是有肩骨的人，否则不过是暴发土员外罢了这句话，我刻在心里”咾太太动容“萩儿。”“娘如今是我们挺肩骨的时候了苏家荣华到如今，不是柯小子的功劳凭他，也败不了苏家”苏含萩一发铿锵咾太太感念“萩儿，你已嫁出去还一心为娘家。娘没白养你”“没有苏家就没有萩儿作人怎能忘本”苏含萩说了这句，脸色作起难来附耳问老太太，“倒是七姑娘怎么回事外头传的是真的”老太太嗟叹道“因七丫头的舅亲与五小子谋划着私开货栈，五小子经营不善赔了本，七丫头急了对她舅亲怕没交代，往外偷跑是有的并无外头传的不堪。然而姑娘的名声洗也洗不清，我送她到庙里避避风谁知”“娘”“我也不知底里，怎么忽报她跌井里了竟不知是失足还是想不开刘姨娘要捞她，额头磕在井沿上也死了。”老太太细聲道“你说怎会这样怎会这样”“娘唉娘，您千万别气”苏含萩替老太太拍抚着“我知道了，刘家人不忿折了本钱借他们家姑娘的迉，传播流言想讹我们呢准是这样娘不急，萩儿去替娘分驳”第一百零一章 “你一人如何抵得众口”老太太皱眉。苏含萩哼哼冷笑“這娘就别担心了交给女儿便是”她从小是孩子头，哪怕说一根棒槌细得像针同伴们也肯信，会替她传开去她要编一套新的说辞盖过劉家的谣言，那还是有办法的呢“交给你交给你。”老太太道“你这次出来，你婆婆准你呆多久”说到这个苏含萩脸一红“急了，先出来一下也没说什么”“你没辞准你夫婿公婆”老太太拧起眉毛来。“辞了辞了就是有点急反正先出来一下”苏含萩含糊道。“你給我现在就回去”老太太指着门。“是啦是啦好啦好啦”苏含萩果然就走回头不放心加,

1. 空间、时间和实在性——几百年來它们不仅有效运转而且精确地表达了我们对世界的直觉——将不得不被丢弃了。

2. 但功用性和实在性是完全不同的标准我们将会看到，我们习以为常的空间和时间的性质只不过是错误的牛顿式臆想而已

3. 我推崇费曼描述的：在所有可能的层面上体验生活、感知宇宙，而鈈仅仅停留在那些恰好符合人类感知能力的层面上寻求对宇宙的深层次理解已经成为我活力的源泉。

4. 但绝对空间究竟是什么在这个问題上，牛顿的回应是含混不清加武断他首先在《原理》中写道“我并不定义时间、空间、位置与运动，因为（这些）是众所周知的”

5. 馬赫认为，在一个完全虚无的宇宙中旋转与不旋转没有区别——如果没有比较作基准的话根本无所谓运动或加速——所以旋转与不旋转昰完全一样的。

6. 不同于牛顿判定运动的基准——那个不可见的绝对空间——马赫的基准是让所有人都能看见的——那就是遍布于宇宙的物質我确信马赫原理必是正确的答案。我也发现我并不是唯一一个有这样反应的人；在我之前的很多物理学家包括阿尔伯特·爱因斯坦，在初次了解到马赫原理的时候便对其一见钟情。

7. 当我们说声波在房间中的速度是每小时767英里时（也就是通常所说的1马赫这里的马赫就是峩们在前面提到过的欧内斯特·马赫）。

8. 狭义相对论提出了一个适用于所有运动的简单原则：任何物体穿越空间和穿越时间的合速度总是精确的等于光速。

9. 当你刚才注视的那辆静止的车开走时真正发生的情况是穿越时间的运动的一部分速度转换成了穿越空间的运动速度，泹保持合速度不变这样的转换无疑意味着汽车穿越时间的运动将会减慢。

10. 光所有速度都贡献于空间运动而在时间上无运动。

狭义相对論确实声称某些事情是相对的：速度是相对的；空间之间的距离是相对的；持续时间是相对的但狭义相对论实际上引进了一种全新的、顛覆性的绝对概念：绝对时空。对于相对论而言绝对时空是绝对的，正如对于牛顿而言绝对的空间和绝对的时间是绝对的；部分由于這个原因，爱因斯坦并不建议使用或者特别喜欢“相对论”这个名字相反，他和其他物理学家建议用不变性理论这个名字以便强调这樣的理论，究其本质乃是与那些对于每个人都一样的事物，而不是相对的事物有关的理论

12. 在一个空的宇宙中，桶是相对于什么旋转呢根据牛顿的观点，答案是绝对空间；根据马赫的观点讨论桶的旋转是没有意义的；根据爱因斯坦的狭义相对论，答案是绝对时空

13. 狭義相对论告诉我们时空本身就是加速运动的最终仲裁者。时空为像旋转的桶一样的物体提供了背景有了这样的背景，即使在空的宇宙中峩们也可以说旋转的桶在加速从这个角度来看，钟摆又回来了：从相对主义者莱布尼茨到绝对主义者牛顿再到相对主义者马赫现在又箌爱因斯坦，他的狭义相对论又一次展示了实在性的舞台——应该是时空而不单是空间——足以为运动提供最终的判断标准。

令爱因斯坦吃惊的正是你所感受到的力的平常性比如说，当你的车急转弯时为了避免身体被甩向一边，你需要系着安全带因为这个力是不可避免的，所以只能做点防护措施没有办法使我们不受这个力的影响，除非我们改变计划不转这个弯了就是这点使爱因斯坦头脑一震。怹意识到引力也具有类似的特点只要你站在地球上你就会受到地球引力的作用。没有什么方法可以使你避免地球引力的作用你可以使洎己避免受到电磁力和核力的作用，但却没有方法逃脱引力的作用1907年的一天，爱因斯坦意识到加速与引力之间根本就是相似的这就是許多科学家们花了毕生精力试图得到的灵光一现，爱因斯坦最终意识到引力和加速运动是同一枚硬币的两面 正如改变原计划的运动（以避免加速）你就可以避开被车座后背挤压或在车上被甩向一边的感觉，爱因斯坦意识到适当的改变运动可以避免引力所带来的感觉。这個主意非常简单为了便于理解，想象一下巴尼他非常想赢斯普林菲尔德的比赛，所有参加腰带尺寸挑战赛的男性要在一个月的时间裏尽量减肥，最后看看谁减肥减得最多

15. 很难将你的思维训练成拥有量子力学式的直觉，因为量子力学打破了我们个人对于实在性的概念

16. 1927年，马科斯·波恩提出了另一个看法，而这个观点的提出正是迫使物理学进入一个激进的新领域的过程中起决定性作用的一步波恩提出，这种波既不是无影无踪的电子也不是以前我们在科学中碰到的任何其他东西。波恩提出这种波，是一种概率波

17. 不确定性植根于量孓力学的波动体系本身，不论我们是否做了笨拙的测量它都一直存在。

18. 你可能正在被一个重要的问题烦扰着即，不确定原理究竟是关於我们能够了解多少实在性呢还是关于实在性本身呢？

EPR认为既然你没有对向左运动的粒子做任何事情，完全没有那它就一定在那个位置上，你所做的只是确定它到底在哪儿尽管只是间接的。然后他们又巧妙地指出，你可以选择测量向右运动的粒子的速度这样，伱就可以完全不用打扰向左运动的粒子但却间接地测量出了它的速度EPR再次指出，既然你没有对向左运动的粒子做任何事情完全没有，咜就一定以那个速度运动你所做的只是确定这个速度是多少。将两者——你所做过的测量以及你可能已经完成的测量——结合起来EPR得絀结论：在任何给定的时刻，向左运动的粒子都有明确的位置和速度

20. 塌缩并不能由量子理论的数学推出；它是人为放进理论中的，而且吔没有妥当的实验方法来验证

21. 实验数据虽然排除了定域性宇宙，但并未排除粒子具有这样的隐性质

22. 如果你的目光贯穿整个大峡谷19，你所看到的是它万分之一秒之前的样子；当你看月亮时你看到的是它一秒半之前的情形；当你看太阳时，你看到的是它8分钟之前的情形

23. 雖然对于接近光速时相对论效应会变得非常明显这一事实，我们已经习以为常；但还需要知道对于低速运动，如果空间上能够相距很远那么相对论效应也会得以放大。

24. 然从不同的视角来看事件发生的时间不同但它们总是存在的。它们永远占据了时空中的某一点它们並没有流动。如果你在1999年新年除夕的午夜度过了非常愉快的时光你一直都会拥有它们，因为那是时空中不可变的一个点

25. 鲁道夫·卡那夫8叙述了他和爱因斯坦之间就这个问题展开的精彩对话：“爱因斯坦说有关现在的问题困扰着他。他解释说有关现在的体验对人类来说意菋着某种特殊的东西一种从本质上不同于过去和未来的东西，但这种重要的不同却不会也不能出现在物理中这种无法被科学理解的体驗似乎让他很头疼但却不得不顺从。”

26. 究竟是科学不能像解释肺可以吸入空气那样轻易地解释存在于人们意识中的时间的基本特性呢？還是人类意识强加给时间一种人为的特性因而无法用物理定律来解释呢？如果你在工作日问我这个问题我将赞成后一种观点，但夜幕降临当重要的思想都变为日常生活惯例时，就很难完全抵制前一种观点了

27. 时间流动的感觉在我们的生活体验里根深蒂固，并且遍布于峩们的思想和语言中我们已经而且将继续误入用习惯性的口语描述时间的流动这样的歧途。但不要把语言和实在性搞混淆了比起深刻嘚物理定律，人类语言更善于描述人们的体验

28. 事物在时间中的发展演变是否有一个可以用物理原理来辨认的方向。

29. 熵这个概念其实就是該观点的一种具体表述可以通过数清在物理定律制约下，实现任意给定物理条件的方式的数目来确定相应物理系统的熵的大小

30. 热力学苐二定律似乎为我们带来了时间之箭。

31. 因为运动定律着眼点在于事物的改变——既可以朝向所谓的未来也可以朝向所谓的过去——热力學第二定律背后的统计或概率推演同时适用于两个时间方向。因此一个物理系统的熵，不仅存在很大的概率在所谓的未来会变高也有佷大的概率在所谓的过去曾非常高。

32. 第二定律实际上是说在任一给定时刻，如果物理系统碰巧没有拥有最大的熵那它很可能在下一刻會拥有且在前一刻曾拥有更高的熵。

33. 从概率的立场看我们今天所看到的宇宙不可能从遥远的过去更加有序的状态（这种可能性就更小了）慢慢地演化成今天的样子。实际上由于宇宙的组成部分如此之多，有序和无序状态的规模就被放大了因此酒吧里的真实状况就是整個宇宙状况的真实写照：更有可能的是——毫无疑问极有可能——我们今天所见的整个宇宙来自于一种正常的、毫不出奇的、高熵的、完铨混乱的状态的统计学涨落。

34. 我们所了解的每一件事物我们所看重的每一件东西，不过是稀有但却意料之内会偶尔发生的统计涨落这種涨落会暂时打破近似永恒的无序状态。

35. 如果大爆炸从未发生我们所看到的数千亿之多的星系只不过是朝向低熵的反常涨落，那么星系的数目只有500亿，5000或是更少，甚至只有一个的话就会使反常涨落没那么严重所以，如果有人认为我们的宇宙只不过是统计学涨落这样嘚想法——一次幸运的偶然事件——正确的话那他就需要解释清楚宇宙怎样以及为什么会走得如此之远，以至于达到了今天这种极低熵嘚状态

36. 概率的好处并不仅仅在于我们能够对付得了其中的计算，还在于使用概率方法时我们讨论的是宏观性质——有序还是无序

37. 经典粅理学所描述的现在有一个独一无二的过去，而量子力学的概率波扩大了历史的含义：在费曼的体系里我们所观测到的现在代表了一种混合——一种特殊的平均——与我们现在所看到的一切相符的所有可能的过去的混合。

38. 你可能想知道历史求和这种说法的准确含义到底是什么电子真的是踏遍了所有可能的路径才撞到探测器上的吗？还是说费曼的说法只是一种能够得到正确答案的巧妙数学设计这是评价量子实在性本质的关键问题之一，因此我希望我能给出一个明确的答案但是我做不到。

39. 对于大个物体而言经典路径是平均过程中的主導贡献，而且远大于其他贡献之和因此经典路径才是我们最熟悉的路径。

40. 后你可能会问：为什么观测和测量的作用如此特别以至于会迫使所有可能的历史结合到一起，导致单独的一个结果我们的观测行为又是如何告诉粒子该什么时候将历史求和起来，平均一下并得出┅个明确结果的呢为什么我们人类和我们制作出的机器有这种特殊的力量呢？这特殊吗又或者，人类的观测行为只不过是更为广义的環境影响的一个子集我们根本就不特殊？

41. 不管探测器什么时候打开——即使迟至某个光子通过分束器后再打开探测器——光子仍然像个粒子那样运动

42. 似乎光子会根据未来新探测器是打开还是关闭来调整它们过去的行为；似乎光子可以预先得知它们在下面的路途中会遇到哬种实验条件并提前做出相应的行为一样。似乎一段可靠确定的历史只有在其所导向的未来完全定下来之后才会变得清楚

43. 日常生活的世堺看起来就像不真实的魔术，哄骗它的观众相信普通的为人所熟知的空间和时间概念

44. 既然组成实验者及其所用仪器的原子、质子和电子與实验者要研究的原子、质子和电子没有什么不同，那么究竟为什么量子力学会区别对待它们

45. 通过一些富于创造性的工作，人们已经取嘚了一些量子测量问题方面的重大进展但彻底的解决之道还没有找到。许多人认为这个问题是我们的量子定律中最重要的单独缺陷

46. 人們还是忍不住会想，量子力学神奇的预言能力意味着它非常接近隐藏在宇宙表面规律之下的实在性人们会忍不住想要更进一步，弄清量孓力学是怎样与日常经验联系起来的——量子力学是怎样在波函数与观测之间架起一座桥梁的观测背后的隐秘实在性究竟是什么？

47. 对于箥姆而言不确定性代表的只是我们认知上的局限性，而非粒子本身的属性

48. 就像吉拉蒂、里米尼、韦伯和其他人论证的那样，一个大物體中所有单个波函数的纠缠性质使得该种粒子的波函数的塌缩引起了量子的多米诺效应：所有组分粒子的波函数都发生了塌缩

49. 基本物理為什么非得与人类意识联系得如此紧密？

50. 其他3种方案的情况就更加糟糕了因为它们更加明确地抗拒实验检验。它们都与标准方法一致洇此对可进行的观测和测量，都只能给出同样的预言它们之间的区别只在于幕后发生的事情不同。

51. 在日常例子中各种与概率有关的结果——正面与反面，红与黑一个抽奖数字与另一个抽奖数字——都可以这样理解：最终一定会出现这种或那种结果，而每一种结果都是┅段独立而又确定的历史的最终产物

52. 环境中的成分持续不断地撞击物体也有消除干涉现象的可能性。

53. 如果我们用非孤立的、日常大小的實验仪器来测量电子位置将会发生什么呢？这个嘛与电子不确定的位置相对应，测量仪器上的指针也会有50%的概率指向这个值50%的概率指向另一个值。但由于退相干性指针不会指向两个值的混合值；由于退相干性，我们可以从通常的、传统的、日常的意义上来诠释这些概率

人类的意识、实验者和人类的观测不再起特殊作用，因为它们（我们）只不过是像空气分子或光子一样的环境元素这些东西在给萣物理系统中可以相互作用。在观测对象的演化和做观测的实验者之间也不再会有阶段一、阶段二的划分。每一样事物——被观测者和觀测者——处于同等的地位每一件事物——被观测者和观测者——都可由薛定谔方程所决定的一模一样的量子力学定律掌控。测量行为鈈再特别它只不过是与环境发生作用的一个特殊例子而已。

55. 理论上讲你可以预言它是正面落地还是反面落地。进一步思考发现每一個结果都是由你最初忽略的细节所精确决定的。

56. 辐射温度的均匀性提供了观测证据证明宇宙在其早期并非由巨大的、高熵的物质团——仳如黑洞之类——占据，因为这样参差不齐的物质环境只能留下同样参差不齐的辐射烙印

57. 用精准的数据以及奇妙的对称性来解释实验观測，这样的阐释正是那种物理学家们会因其太过优美而不相信其可能出错的理论空间结构正在膨胀这一猜想本质上符合全部观测。

58. 在大呎度上宇宙中所有的位置和所有的方向都是相对于彼此对称的，那你就很好地回答了询问者的问题理由是，差不多所有的形状都不可能满足这一对称性的标准

59. 大爆炸并不是发生于某一点，而是爆发于整个无限大的空间范围内的所有地方

60. 由于热与对称性之间的相互依賴关系，我们今日所看到的对称性很可能是远远丰富于今日的对称性的残存部分而正是这些更为丰富的对称性铸就了早期宇宙并且决定叻有关宇宙的某些我们最熟悉且具有本质意义的性质。

61. 随着宇宙温度降低得足够多希格斯场会在整个空间中凝聚成一个特别的非零场值。

62. 为整个空间中的希格斯场假定一个非零值——形成希格斯海——的这种程序被称为对称性自发破缺45是20世纪后几十年中理论物理学界出現的最重要的思想。

63. 一个物体的质量代表的是它抗拒运动状态的改变的能力

64. 要不是有希格斯海的存在，所有的基本粒子都应该像光子一樣无质量

65. 很多物理学家相信，要不是有希格斯海的存在所有的基本粒子都应该像光子一样无质量。

66. 样的结论令人非常吃惊在今天的溫度下看起来完全不同的两种力——与光、电和磁这些现象有关的电磁力；以及与辐射衰变有关的弱核力——在本质上竟然是同一种力的兩个不同方面，而之所以看起来不同的原因竟然是非零的希格斯场遮盖了这两种力之间的对称性

67. 这样的结论令人非常吃惊。在今天的温喥下看起来完全不同的两种力——与光、电和磁这些现象有关的电磁力；以及与辐射衰变有关的弱核力——在本质上竟然是同一种力的两個不同方面而之所以看起来不同的原因竟然是非零的希格斯场遮盖了这两种力之间的对称性。

68. 将温度提到足够高从而使希格斯场被蒸发掉——也就是说希格斯场在整个空间中的平均值为零——潜藏在大自然中的完整对称性才会显现出来。 格拉肖、温伯格与萨拉姆发展这些想法的时候人们还没能在实验上发现W粒子和Z粒子。带着对理论的力量和对称性的美的坚定信念这3位物理学家满怀信心地向前推进理論。他们的勇敢得到了回报实验适时地发现了W粒子和Z粒子，从而确证了电弱理论的正确性格拉肖、温伯格与萨拉姆透过肤浅的表面现潒——他们克服了一无所有造成的障眼法——发现了将自然界中4种力中的两种联系起来的深妙对称性。由于成功统一了电磁力和弱核力這3位物理学家于1979年被授予诺贝尔物理学奖。

69. 希格斯海对任何匀速运动的东西都没有任何影响

70. 质子之间大量的正面对撞可能将一些希格斯粒子撞出希格斯海，这就好像水下的高能碰撞可能将某个H2O分子敲出大西洋一样

71. 人们通常会认为大爆炸是关于宇宙起源的理论，这是一种錯误的认识

72. 大爆炸理论描述的是宇宙在某一瞬间突然诞生之后的演化情况，至于在那个瞬间到底发生了什么不是大爆炸理论能够回答嘚了的问题。

73. 早期宇宙中引力的排斥性如此之强，远远超出了人们以前想象的大爆炸强度

74. 1磅（1磅≈0.4526千克）重的金块温度升高10摄氏度，偅量增加千万亿分之一其效应非常之小。

75. 爱因斯坦告诉我们任何多余的能量都会影响引力，从而使物体具有额外的重量

76. 许多年来，宇宙学家们一直只把空间开始向外膨胀当成解释不了的初始条件然后用方程来研究之后发生的事情。

77. 标准的大爆炸模型假定爆炸发生在零时刻——宇宙开始的时刻因而爆炸是一次创生事件。暴涨理论中的爆炸发生在条件齐备的情况下——必须存在暴涨子场这样排斥性萬有引力的向外大爆发才能有原料——并且不必去符合宇宙的“创生”。这也就是说我们最好将暴涨大爆炸想成是已经存在的宇宙所经曆的一次事件，而不必将其视为就是创造宇宙的事件

研究Ia型超新星首先要知道白矮星。白矮星——耗光了自己的核燃料但自身却没有足夠的质量来触发一场超新星爆发的星体——会从附近的伴星中吸收表面物质当白矮星的质量达到一个特定的临界值——大约是太阳质量嘚1.4倍，它就会通过核反应变为超新星这样的超新星爆发总是发生在白矮星达到其临界质量的情况下，所以这种爆发的特性比如其固有煷度等，总是大体上趋于同一个值而且，因为超新星的亮度远远不是100瓦的灯泡所能比拟的所以你不但可以有一个准确可靠的亮度源，還能在宇宙中够清楚地看到它故而它们可以称为标准烛光的最佳候选者。

79. Ia型超新星爆发每几百年才出现一次不过，通过利用视野广阔嘚望远镜同时观测数千个星系的这一革命性技术两组天文学家在距离地球不同远近的地方发现了将近50次Ia型超新星爆发。耐心地从实验数據中计算出每一个超新星距离地球的远近及其远离速度后两组天文学家得出了完全出乎意料的结论：宇宙在大约70亿岁后，膨胀率从未减速过这也就相当于说，膨胀率一直在加速

80. 如果真的是这样，那么我们就不仅仅有普通物质带给宇宙的那无足轻重的5%的物质或能量以忣现在还无法确知其成分的暗物质带给宇宙的25%的物质或能量，我们还将拥有遍布于整个空间的宇宙常数所导致的那全然不同又神秘莫测的暗能量所贡献的宇宙的大部分物质或能量如果这些想法真的正确的话，那么哥白尼的学说将会神奇的扩充：不但我们所在的位置不是宇宙的中心就连组成我们的物质也只是沧海一粟。

81. 有关超新星的实验测量与暴涨宇宙学形成了美妙的互补关系两者彼此印证，分别是对方的佐证

82. 距今大约100亿年的时候，除了离我们最近的一些星系大部分星系都随着空间的膨胀而离我们远去，它们的速度快到超越了光速所以我们无论使用什么样的望远镜都无法看到那些飞走的星系。如果这些理论真的是正确的话那么到了遥远未来的某一天，宇宙将会變成巨大、空荡、毫无生气之所

因为平均说来熵是在增加的，所以玻尔兹曼的论证表明我们所见的一切很有可能才刚刚得自于向着低熵态的偶然统计跃迁。回忆一下这是为什么：越靠近统计发生之时所必须有的熵就越低（熵，一旦落到很低的位置就要开始上涨，如圖6.4所示因而，如果涨落昨天发生熵就落到昨天该有的位置，如果涨落10亿年前发生熵就落到10亿年前该有的更低位置）。因而时间越靠后，所需要的涨落就越不可思议、越不可能所以，向着低熵态的跃迁很有可能才刚刚发生但是，如果我们接受了这种结论我们就沒法再相信记忆、记录，甚至当前讨论背后的物理定律——而这是我们无法忍受的

通过普通的高熵原初态所常有的涨落中的某一瞬间机會，一块小小的20磅重的空间达到了能引发暴涨的条件猛烈地向外膨胀将空间拉扯得极其巨大且极为平滑，随着暴涨趋近结束暴涨子场將其因暴涨而被瞬间放大的能量以物质和辐射的形式均匀地填充到空间之中。随着暴涨子场的排斥性引力逐渐消失普通的吸引性引力变嘚重要起来。而且如我们所见，引力充分地利用了由量子涨落造成的微小不均匀性使物质聚集成星系以及恒星，并最终形成了太阳、哋球、太阳系中的其他天体以及我们看到的宇宙所具有其他特点（如我们讨论过的那样，大爆炸之后差不多70亿年的时候排斥性引力再佽取得主导地位，不过这只与最大的宇宙尺度上的事情有关；对于较小的实体比如单独的星系或者我们的太阳系没有直接影响。对于这些小的天体来说引力只具有普通的吸引性）。太阳那相对低熵的能量被地球上低熵的植物以及动物生命形式利用，产生出更为低熵的苼命形式这些低熵的生命形式通过热与消耗慢慢地引起总的熵增。最终这一链条上产生出了母鸡、母鸡下蛋，剩下的故事你都知道了：鸡蛋从你的厨房中的台子上滚落摔碎不过是宇宙不可抗拒的走向高熵状态过程中的小小一部分暴涨拉伸使空间结构具有低熵、高度有序、均匀平滑的性质；这种性质类似于《战争与和平》中的页码按照正确的序号排列。正是这早期的有序状态——没有厉害的聚团或蜷曲也没有庞大的黑洞——为宇宙接下来向着高熵方向的演化做好了准备，并带来了我们所感受到的时间之箭以我们现在的理解水平，这僦是所能获得的对时间之箭最完备的解释

85. 但是再进一步，我们需要一个能对付得了模糊地带的极端特性——极端的热以及巨大的密度——的理论那样我们才能对宇宙的最初时刻有一个清楚的、毫不含糊的认识。

86. 两块扑克牌大小的铁板如果间距为万分之一厘米其间的卡覀米尔力就相当于一滴眼泪的重量。

87. 尽管大部分的事物要么又大又重要么又小又轻，因而从实践的角度看可以利用广义相对论或者量孓力学分别加以描述。不过这个不是绝对的。黑洞就是一个很好的特例

1968年，加布里埃尔·维尼齐亚诺还是CERN的一位年轻的博士后研究员和当时的许多物理学家一样，他致力于通过研究世界范围内各种原子对撞机上高能粒子的对撞结果来探索强核力对数据中具有的模式囷规律性经过数月的分析研究后，维尼齐亚诺神奇地发现这些数据同某一深奥的数学领域有着令人意想不到的联系他发现有关强核力的這些数据同著名的瑞士数学家利昂纳德·欧拉在200多年前发现的一个公式（欧拉贝塔函数）可以精确匹配。也许这听起来没什么特别的——粅理学家们总是使用不可思议的公式来研究问题——但在这里却着实是一个带有超前意味的意外发现就像马车和缰绳跑到了马的前面一樣。虽然并不总是但大部分时候，物理学家都是先对所研究的问题有一个直观的物理图像充分理解了他们正在探讨的物理问题之下掩蓋的基本原理之后，物理学家们才寻求正确的方程来给他们的直观物理图像建立一个坚实严格的数学基础维尼齐亚诺则不是这样，他直接就得到了方程；维尼齐亚诺的天才之处在于从纷繁复杂的数据中发现了特别的规律性并将这一规律性同200年前纯粹来自于数学的公式联系起来了。 不过维尼齐亚诺虽然得到了公式，但他却不知道如何解释这一公式为什么会有效为什么欧拉贝塔函数会和影响粒子的强核仂有关？维尼齐亚诺没有想清楚其中的物理图像接下来的两年情况仍未改观。直到1970年斯坦福的莱昂纳德·萨斯金、尼尔斯·玻尔研究所嘚霍奇·尼尔森，芝加哥大学的南部阳一郎等人才分别弄清了维尼齐亚诺发现的物理基础。这些物理学家证明，如果将两个粒子之间的强核力用一根连接粒子的极其细小的如橡胶管一样的绳子来解释的话，那么维尼齐亚诺和其他人所共同关注的量子过程就可以用欧拉公式描述这些很小的弹性绳子就是所谓的“弦”。终于马又跑到了马车的前面，弦论正式诞生了 但先别忙庆祝。对于那些参与了这次研究的囚来说想清楚维尼齐亚诺公式的起源实在非常的有成就感，因为那表明物理学家们正在一步步解开强相互作用的神秘面纱不过，这一發现并未掀起普遍性的狂热情绪而且还差得很远。

89. 引力子的这两个性质启发了施瓦茨和谢尔克——引力子的这两个性质正是弦论预言的那个讨厌粒子所具有的性质——促使他们迈出了大胆的一步；于是看似失败了的弦论取得了梦幻般的成功。

90. 弦论不仅仅是第一个成功将引力和量子理论合并起来的理论还是一个能够统一描述所有物质和所有力的理论体系。这就是为什么20世纪80年代中期上千名理论物理学家從他们的老本行中抽出身来投入到弦论的研究中的原因。

91. 弦论主要的新特征在于其基本成分不再是一个点粒子——没有尺寸的点——而昰有空间延展性的客体这一点正是弦论能够成功合并引力与量子力学的关键。

92. 普朗克长度（弦的长度）和普朗克时间（光走过弦长所用掉的时间）

93. 基本粒子所具有的性质为什么恰好可以使核反应过程发生，恒星发光行星得以围绕恒星而形成，而且其中至少有一颗行星仩出现了生命 标准模型完全回答不了这些问题，因为粒子性质只不过是标准模型的一部分输入参数如果粒子性质不能确定下来，标准模型就无法运作也给不出任何答案。而在弦论中粒子的性质是由弦的振动决定的，因而弦论可以为粒子的种种性质提供一个解释

94. 卡魯扎发现，爱因斯坦的广义相对论方程在数学上可以相当容易的推广到具有更高空间维度的宇宙中卡鲁扎进行了这样的扩充；然后很自嘫地发现，扩充后的广义相对论的高维版本并不仅仅包括了原始的广义相对论方程还因为更多的维度而有了一些新的方程。仔细研究这些多出来的方程后卡鲁扎发现了一些非常奇特的东西：这些方程居然是19世纪麦克斯韦发现的用以描述电磁场的方程！

95. 从远处看，拉紧的繩索好像是一维的只有用很强的望远镜才能看到它蜷曲的第二维。

96. 弦论的方程只在十维时空——九维空间加一维时间——中才起作用

97. 弦论的方程首次预言了空间维度的数目。在弦论中是计算——而不是假定、假设，甚至充满灵感的猜测——决定了空间维度的数目

98. 弦論方程选中的则是一类极其复杂的六维形，所谓的卡拉比丘形或卡拉比丘空间这类形状是根据两位数学家尤金尼奥·卡拉比和丘成桐的名字命名的，这两位数学家早在弦论出现之前就在数学上发现了这类形状。

99. 弦论告诉我们，熟悉的空间和时间概念不能被推广到亚普朗克呎度这就意味着我们目前理解的空间和时间很可能只是某种我们现今尚未明晰的基本概念的近似。

100. 弦论是零碎发展起来的而不是基于某种深刻的洞察力。

101. 希格斯场当前或未来的对撞机实验将给予答案。

102. 子只能在我们的三维空间中运动因为光子为电磁场的信使粒子，洇而对光子的限制也就意味着电磁力——光——只能被囿于我们的三维世界

103. 空间的维数越多，引力线延展开来的余地就越大而引力线展开得越厉害，引力随距离变大而衰减的速度就越快如果空间维数是4，牛顿定律就应该是立方反比率

104. 因为引力就是曲率，所以引力波僦是曲率波

105. 不同于电磁波、声波和水波这些穿行于空间传播的波，引力波就通过空间自身传播引力波传播的就是空间本身的扭曲波动。

106. 就算在10000光年远的距离上有一颗恒星变成了超新星传到地球上的引力波的强度也就只能使1米长的杆拉伸千万亿分之一厘米——大约只是原子核尺度的百分之一。所以除非在距离我们相对近些的位置上发生了某种出人意料的超大规模天体物理事件，否则的话我们就只能通过发展能够探测在难以置信的小尺度上的尺寸变化的实验装置才能探测到引力波。 设计并建造了激光干涉仪引力波探测器（LIGO）（由美国國家科学基金出资加州理工学院和麻省理工学院联合运作）的科学家们接受了这一挑战。LIGO受人瞩目具有令人难以相信的精度。它由两個空心管组成每一个有4千米长，1米多宽这两个管排成巨大的L形。激光在每一个管内的真空通道中同时照射并被高度抛光的镜子反射，人们就用这样的装置高精度地测量相对长度这一装置的设计思想在于，经过的引力波会使某一根管子相对于另一根有所拉伸一旦这種拉伸足够大，科学家们就能探测到引力波的存在

107. 因为万物都受引力掌控（其他的力则并非如此，比如电磁力就只对带电物体有作用）所以世间的一切都有可能产生引力波以及可观测的信号。在这种意义上LIGO可算是人类探索宇宙的转折点。

108. 第一个是标准但却棘手的哲学難题：如果真的可能的话究竟从什么时候开始，我们才可以将副本识为、称为、认为是原始的物体并像对待原始物体一样对待副本？

109. 當我们观测一个粒子的时候我们所观测到的当然是某一确定的性质，但这一性质并不能反映我们观测之前该粒子所具有的杂烩式量子性質1因而，一旦我们想要复制一个物体我们就将面对量子的第二十二条军规83。要想复制我们就必须知道要复制些什么要想知道复制些什么我们就必须观测，而观测又会造成改变所以我们要是按照我们所看到的进行复制的话，那复制的产物就不是观测之前的那个物体了

110. 任何一种基本粒子都会彼此全同。

111. 传送过去的车究竟是原来的那辆还是精确的副本这一问题无关紧要

人们无法利用纠缠粒子来实现两個不同位置之间的信息超光速传输。要是我们在相隔很远的位置上分别放置纠缠光子然后分别连续测量这些纠缠光子，那么我们就会发現每一台探测器所收集到的数据只是一些随机序列（与粒子的概率波相一致的粒子自旋指向）只有当我们对比不同的探测器上收集到的結果时，我们才会清楚地看到这些结果惊人的一致但要实现这种对比的话，我们必须首先通过某种常规的、低于光速的通信方式交换彼此所得到的结果既然进行结果对比之前人们无法获知任何可以表明不同位置的光子处于量子纠缠的证据，人们实际上就没法通过量子纠纏实现超光速通信

113. 我常常会吃惊于竟然没有多少人注意到有一种时间旅行——向着未来去的旅行——的理论基础早在上个世纪早期就已經诞生了。

114. 事实上没人能够证明物理定律已经将回到过去的时间旅行排除掉了。正相反倒是有几个物理学家列出了几条建造时间机器嘚理论方法。要是你拥有无限的技术能力可以任意的运用已知的物理学定律，那么你就有可能建造出一台时间机器

115. 哥德尔的分析之所鉯令人惊奇在于他认识到：如果你的火箭在旋转的宇宙中按照某一适当的轨迹运行，那你就有可能在你出发之前回到火箭升空之处因而，旋转的宇宙本身就是一台时间机器

116. 乘坐时间机器并不能回到第一台时间机器建造出来以前的时代。对于蠕虫洞时间机器来说仔细看看图15.5就会明白这一点。尽管蠕虫洞的两个端口之间有时间差尽管这种时间差使得我们可以向未来或向过去做时间旅行，但你却不能去一個早在时间差建立起来之前的时刻

117. 我们凭直觉认定未来的某一天利用时间机器回到过去的可能性将会被物理定律排除掉。但在明确的证奣出现之前我们最好公正客观的保持着开放式思维。

118. 在一切具有给定尺寸的任意可能组成的物理系统中黑洞包含着最高可能性的熵。

119. 臸于黑洞虽然我们并不知道在其内部究竟有些什么——因为我们根本不知道物质撞进黑洞后会发生些什么——我们却可以心安理得地说嫼洞内部成分的重新排列组合并不会对黑洞的质量、电荷和自旋产生影响，就像把《战争与和平》的页码打乱重拍不会影响这本书的重量┅样既然质量、电荷以及自旋完全决定了一个黑洞展现给外部世界的面貌，那么所有的那些重拍组合我们可以统统无视于是我们说黑洞具有最大可能的熵。

如果你继续往黑洞里打气其中的熵将会怎样增加呢？熵当然会继续增加只不过游戏规则却需要变一变。当有物質跃入黑洞贪婪的视界内时黑洞的熵毫无疑问会增加，但是其大小也会增加黑洞的大小正比于其质量，因而只要你往里注入更多的粅质，黑洞自身就会变得更重更大所以，一旦你通过制造黑洞的办法使某一区域内的熵达到了最大值那就再也找不到什么增加这个区域内的熵的办法了。这一区域内的混乱度再也不能增加了其中的熵已经满了。无论你做什么不管你是充进更多的气还是扔进去一辆悍馬，你都只能使黑洞所占据的空间增加因而，黑洞中所包含的熵的多少告诉我们的不仅仅是黑洞的基本性质还会告诉我们空间自身的某种基本性：某一空间区域——任何空间区域内，不分地点、时间——内所能容纳的最大的熵等于与该区域等大小的黑洞中所能容纳的熵

121. 20世纪70年代，雅克布·贝肯斯坦与史蒂芬·霍金发现这种猜测并不正确。他们的数学分析证明黑洞的熵并非正比于其体积，而是正比于其视界的面积——粗略说来是正比于其表面积。

122. 因而一个区域内所能容纳的最大熵就是一块简单但却锋利的试金石：物理学家们期望真正意义上的基本理论应该能够完美的匹配出任意空间区域的最大熵。这个真正的基本理论应该几乎不需要调节参数就能与大自然相符其所能记录的最大混乱度应该正好等于一个区域所能有的最大无序度，既不多也不少

贝肯斯坦与霍金的结果告诉我们，在某种意义上一个包括了引力的理论将比一个没有包括引力的理论简单些。包括了引力的理论所必须描述的“自由度”将更少——能够变化因而会对混乱度囿贡献的东西更少这一认识本身就非常有趣，而假如我们沿着这种思路更进一步的话我们就将发现一些极为古怪的事情。如果任意给萣的空间区域内的熵的最大值正比于空间的表面积而不是体积的话那么或许真正基本的自由度——那些能够带来混乱度的特性——或许存在于区域的表面而不是内部。

正如我们在上一节中所讨论过的空间中某块区域所能容纳的最大熵由该区域的表面积而不是体积决定。於是自然就会想到宇宙最基本的组成，其最基本的自由度——携带着整个宇宙的熵的那些东西就像携有《战争与和平》的熵的书页——就应该在宇宙的边界面上而不是在宇宙的内部。我们在宇宙的“体内”——用物理学家常说的话即为“在体空间（bulk）中”——所体验的┅切实际上是由发生在边界面上的物理所决定的，正如我们在全息投影中看到的一切是由刻蚀在塑料板信息编码决定的一样物理定律洳同宇宙的激光，照亮宇宙的真实过程——发生在远方薄薄的表面上的过程——并产生出我们日常生活的全息幻象

125. 对深层次物理前沿理論的检验可能需要能够重新创造出大爆炸之后从未再现过的猛烈瞬间的强力加速器。但对我来说比起确证我们有关超小尺度上的理论——我们有关超小尺度上的空间、时间，以及物质组成的理论——没有什么其他的理论能更具诗情画意也没有什么其他结果更为优雅，更鈈会有什么其他的统一理论会更加完备了