讀書筆記1709-讀極簡宇宙史

03-17

抱著了解天文的心思讀起了這本書，完後不禁感慨，明明就是一本高階物理的科普書啊。內容主題與時間簡史頗有相似之處（事實上作者是霍金的學生），如果順著標題捋，倒確實是圍繞著宇宙展開。這或許是現代天文學的最終歸宿吧。

全書分為七部分，每一部分內容各有側重點，思路清晰。第一部分講宇宙之大，以光年量程，自地球的形成逐漸到銀河系甚至更大；第二部分講宇宙之間的四種基本作用力；第三部分講宇宙間最快的速度——光速；第四部分講最小的粒子——夸克；第五部分講從無中生有推測出反物質的存在；第六部分講暗物質與暗能量；第七部分講弦的理論。整本書的難度也是層層遞進，第一部分單講宇宙之大十分容易理解，到了後面沒有點量子物理的常識就很難理解，到了五六七三部分我想如果不是物理學專業的學生來閱讀，大概是難以想像的。

我姑且盡量把自己能理解到的，試著用自己的語言描述出來。自愛因斯坦發表廣義相對論，將牛頓提出的萬有引力歸結為時空的一種幾何屬性（曲率）來看待後，關於引力是力的概念並沒有完全消絕（書中作者甚至一直相信引力子的存在）。引力與另外三種力並稱為宇宙的四種基本作用力：強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用。之所以稱為四種基本作用力，是宇宙間的所有物質的形成姿態依賴且只依賴於這四種力。電磁相互作用大家都十分了解，它的相對強度僅次於強相互作用，大小與距離的平方成反比，作用的距離無限大，可惜自然界大多數物質的電荷相互抵消，所以宏觀層面電磁作用力不體現。事實上除了引力作用外，其他三種基本作用力在宏觀層面均不體現。強作用力、弱作用力不體現的原因，是他們的作用範圍極小。強作用力與距離的5次方成反比，超出10的-15次方米不作用；弱作用力與距離的5到7次方成反比，超過10的-18次方米不作用。在原子微觀結構中，電磁作用力構成原子核與核外電子的分布形式，強作用力和弱作用力構成原子核內部質子與中子的結構形式。質子和中子均由夸克結合而成。夸克是唯一一種能經受全部四種作用力的基本粒子，因此我們認為夸克是宇宙中最小且不可分的粒子。弱作用力作用於單個夸克，使夸克由一味變為另一味（夸克共六種味，上下兩味的夸克質量最低，最為穩定，最為常見）。強作用力作用於夸克之間，夸克有一種叫「色荷」的性質，標示為「藍」「綠」「紅」（這個標示不表示實際的顏色，只是一個標記，因為它們與顏色的某些特性相似而命名如此，你甚至可以自己命名為甲乙丙），每種色荷都有對應的反色荷。每一個夸克都帶一種色，每一個反夸克都帶一種反色（反夸克就是夸克的反物質，第五部分講無中生有，不存在什麼都沒有的空間存在的規範場論，主角就是這兩個，但這裡不細說了）。夸克形成的複合粒子稱為強子，其中由三種不同顏色夸克或反夸克組成的稱為重子，又稱費米子，質子和中子都是費米子；由一個夸克和一個反色反夸克組成的稱為介子，又稱玻色子，譬如膠子。原子核內部的諸多特性，都與夸克這些特性的，如導致核裂變的放射性原子，或是氫離子的聚變等。

講到這裡我已是捉襟見肘。許多理論如果能夠明白，對於這些知識理解當會更加深刻，如泡利不相容原理。而理解這些知識，還需要深刻的數學基礎，可惜我現在是做不到，就不再以其昏昏使人昭昭了。