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宇宙与时间的奥秘(套装全6册)-电子书下载

人文社科 4个月前 (07-15) 231次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

简介

宇宙、生命、时间……这些基本而又复杂的问题,如果用目前深刻的理论—量子物理学、计算机科学、进化论和认识论—去解释,那将会编织成一幅什么样的图景呢?作者戴维 ? 多伊奇在这里提出了一种思维模式,顺着这一思维模式,我们的新世界观将日趋明朗。 科学的目的是从问题出发寻求解释还是从观察出发寻求预言?令人匪夷所思的“影子”是否揭示了多重宇宙的存在?虚拟现实描绘的东西是不是真的?真实性的判断标准是什么?是不是只有我们的感觉、听觉或实验装置探测到的东西才是真实的?数学的本质是抽象的还是物理的?人类的知识是怎样发生发展的?时间是均匀流逝的还是量子的?人的活动是否能反作用于宇宙演化的进程?对这些“大”问题,《真实世界的脉络:平行宇宙及其寓意(第2版)》这本书将给您一些启迪。
量子这个想法于 20 世纪早期诞生在物理学的一个偏远角落里,它说能量是一份一份具有有限大小的而不是无限可分的。这在大众的想象中植入了丰富的比喻和象征。量子意象和语言现在就像一连串无穷无尽的光子一样轰击着我们。诸如平行宇宙、量子跃迁、不确定性原理以及薛定谔猫这样的说法不断出现在漫画、电影、小说、哲学、艺术以及日常生活中,被每一代新的艺术家和作家重新解释。 量子跃迁是大还是小?不确定性原理有多不确定?这种量子词汇的密集轰击是做作古怪的,抑或是我们思考方式的一个根本改变?在这本开创性的图书中,哲学家罗伯特·P. 克里斯和物理学家阿尔弗雷德·沙夫·戈德哈伯把量子从科学理论到公众理解的艰难之路生动地展现在我们面前。他们追溯了量子理论的发展历程,对比分析了量子领域和传统领域的不同之处,探讨了量子在每件事物中的表现形式,揭示了量子世界的奇异之处及其对科学和当代世界的影响。科学和人文领域的读者都可以从中受到启发。
空间是什么?我们大多数人一般不会问这个问题。空间是物理学的“住所”,物理学只能在空间里“玩耍”;事物在空间中存在,在空间中运动和形成。然而在过去的几十年里,物理学家发现了一个奇特现象,它超越了空间和时间的管辖范围。这个现象称为“非定域性”,即两个粒子无论相距多么遥远却同步共舞,看起来像魔法。爱因斯坦看到这种现象时惊讶得找不出一个合适的词,便称之为“幽灵般的超距作用”。 **近这个现象显得更加神秘,因为其他形式的非定域现象相继被发现。在黑洞里、在粒子碰撞中甚到在引力的运作中,都发现了这种“幽灵般的超距作用”,潜在地它威胁了我们对物理现实的**基本的理解。如果空间不是我们以为的那个样子,那么空间到底是什么? 在《幽灵般的超距作用:重新思考空间和时间》中,科学作家乔治 ? 马瑟试着回答这一问题。马瑟对非定域性问题进行了大胆探索,采访了试图解释这个问题的科学家。他带领我们踏上史诗般崎岖漫长之旅,走进观察粒子的实验物理学家的生活,走进观察星系各向均匀性的天文学家的生活,走进揭开大爆炸之谜的宇宙学家的生活。他考察了 20 世纪科学的重大发现和重大混乱,跟踪了非定域性这个非常有争议的话题,展示了尽管实验证据无可争议,但科学家们却提出了截然不同的解释。科学家们的结论不仅挑战我们对空间和时间的理解,而且也挑战宇宙起源的解释。那些卓有见识的物理学家提出了新的物理学大统一理论。
生命来自哪里?或者说,生命是如何起源的?千百年来,这个问题一直困扰着人们。在本书中,作者从古埃及时代开始讲起,追溯了关于生命起源的种种传说、假说及理论,一直到全新的细胞学和基因科学。我们可以从中看到科学发展的曲折历程,可以看到技术手段如何促进科学的发展,可以看到一代代哲学家和科学家是如何思考这一重大问题的。也许探求生命起源的意义在于进一步理解生命的意义,但愿你在阅读本书的过程中能够接近这一问题的本质。
千百年来,人们一直试图破解宇宙的奥秘以及理解我们身在其中的位置,一代代科学家和哲学家为此付出了巨大的努力和代价。尤其是在过去的数百年间,我们对于宇宙的认识发生了极为显著的变化,人类的目光逐渐超越了太阳系、银河系,直到宇宙的边缘。 在这本书中,耶鲁大学的宇宙学和物理学教授普里亚姆瓦达·那塔拉印带领我们追溯了人类探索宇宙的历程,生动地展示了宇宙膨胀、黑洞、暗物质、暗能量、宇宙微波背景辐射等变革式理念的产生、碰撞以及确立,并介绍了人类在探索地外生命方面所做的探索和努力。这些科学进程从根本上扭转了我们对世界的看法,因而改写了我们是谁、我们来自哪里以及我们要去向哪里这些问题所特有的含义。我们从中不仅可以了解到人类关于宇宙的全新认识,而且能够体会到科学的曲折发展历程。
从亚里士多德到牛顿再到爱因斯坦,从行星运动三大定律到经典力学再到相对论和量子力学……这些伟大的人物不断探索物质世界的规律,一次又一次革新人类对世界的认知,由此我们才得以不断接近事物的本质。然而,物理学的每一次进步都需要人类付出巨大的努力。本书以时间为主线,通过一段段生动的故事展现物理学的发展历程,以历史的眼光看待这些正确的理论以及已被抛弃的错误理论对物理学的发展所起的作用。同时,书中也介绍了一些物理学家之间的恩怨纠葛,力图还原历史人物的真实面貌。 本书可供对物理学感兴趣的读者阅读。
图解宇宙的尺度 将带领读者踏上一段旅程,去探索宇宙中那些或轻如鸿毛、或重于泰山,或风驰电掣、或蜗行牛步,或折胶堕指、或铄石流金,或动如脱兔、或静如处子的事物与现象。 金伯莉·阿坎德和梅甘·瓦茨克这两位科学界的杰出女性是美国国家航空航天局(NASA)钱德拉X射线天文台科学传播团队的成员。她们在工作中经常与世界上或巨大或微小的事物打交道——从原子结构中的无限小的粒子到存在于我们星系中心的深邃浩渺的大黑洞。这些以及其他类似事物的尺度几乎无法用我们相对中等规模的人类大脑来概念化。在本书中,阿坎德和瓦茨克将这些我们难以理解的事物变得简单易懂。 书中有4个主要部分,包括:大小和数量(涵盖距离、面积、体积、质量、时间和温度)、率和比率(涵盖速度、加速度、密度和转速)、现象和过程(涵盖能量、压强和声音)以及计算。本书所呈现的数量级让我们一步步地接近宇宙的极限。通过插图、信息化图形以及对数刻度的巧妙组合,作者向我们阐明,想要理解极端情况下的数量级,只需借助合适的工具。
《无穷的开始 :改变世界的解释》是一次大胆的、包罗万象的智力探险。戴维?多伊奇是《真实世界的脉络》一书广受好评的作者,他探索那些使我们理解现实世界怎样运转的重大问题。《真实世界的脉络》描述了我们当前知识中深刻的4条支线——进化、量子物理学、知识和运算,以及它们带来的世界观。《无穷的开始 :改变世界的解释》将这种世界观应用于许多不同的话题和未解问题,涉及到自由意志、创造力 与自然规律、人类的未来与起源、现实与表象、解释与无穷。 多伊奇秉持坚定的理性和乐观态度,对人类选择、科学解释和文化进化的性质得出了惊人的新结论。他的立场并非来自充满希望的格言,而来自关于现实世界怎样运转的事实。他的核心结论是,“解释”在宇宙中有着基础性的地位。解释的范围和造成改变的能力是无穷无尽的。它们的创造者—诸如人类这样能够思考的生物—是宇宙万物中重要的实体。一切事物都在理性的延伸范围内,不仅是科学和数字,还有道德哲学、政治哲学和美学。在通用物理规律允许的情况下,进步没有限制。 这是一本改变思维模式的书,必定会成为同类书籍之中的经典之作。

部分摘录:
第3章 思想的火花 对于超出日常生活经验的现实,大部分的古代描述不仅是错误的,而且有着一个与现代描述截然不同的特征:它们是以人类为中心的。也就是说,它们的核心是人类,以及更广泛意义上的人——有意图、有着与人类相似的思想的实体。这些古代描述里有着强大的超自然人物,例如神祇。于是,冬天源于某人的悲伤,丰收源于某人的慷慨,自然灾难源于某人的愤怒,如此这般。这类解释通常涉及宇宙层面上很重要的人物,他们关注着人类的举动,或对人类有意图。地心说还将人类置于宇宙的物理中心。这两种人类中心主义——解释上的和几何上的——互相使对方看起来更可信,结果,启蒙运动之前的思想比我们现今能轻易想象到的更加以人类为中心。
一个值得注意的例外是几何学本身,特别是由古希腊数学家欧几里得开发出来的系统。它那涉及点与线等非人格实体的优美公理和推理方式,后来激发了许多启蒙运动先驱的灵感。但在此之前,它对于流行的世界观影响不大。例如,大多数的天文学家同时也是占星家:尽管他们在研究中运用复杂的几何学,却相信星星能预言地球上的政治事件和个人活动。
在人们对世界的运作方式有任何了解之前,尝试用有目的、与人类相似的想法和行为来解释物理现象,可能曾经是一种合理的做法。毕竟,就算到今天,我们也还是这样去解释大部分日常体验:如果一件珠宝从紧锁的保险柜里神秘消失了,我们会寻求人类水平的解释,比如说弄错了,或者被偷走了(或者有些时候是变魔术),而不是去寻找新的物理规律。但这种以人类为中心的方法从来不曾对人类事务以外的东西给出过什么好解释。对整个物质世界而言,它是个非常错误的想法。我们现在知道,夜空中的恒星和行星的运行模式对人类事务没有什么影响。我们知道人类并不位于宇宙的中心——而且宇宙根本就没有一个几何中心。我们还知道,虽然我描述的某些规模巨大的天体物理现象曾经在我们的过去扮演重要角色,但我们对它们从来就不曾重要过。如果狭隘理论不足以解释一种现象,或者该现象存在于许多其他现象的解释里,我们就称这一现象为重要的(或者基础的)。这样一来,人类及其愿望和行动似乎对整个宇宙极端不重要。
以人类为中心的错误观念在其他基础科学领域里也被推翻了:我们现在的物理知识,是用与欧几里得的点和线一样非人格化的实体来表达的,例如基本粒子、力和时空,后者是一个有三维空间和一维时间的四维连续统。这些实体相互之间的影响,不是用感觉或意图之类的东西来解释,而是用表述自然法则的数学方程来解释。在生物学上,人们一度认为生物是由某种超自然人物设计出来的,必定包含某种特殊成分,或说“至关重要的法则”,使它们表现得具有明显的目的性。但生物科学通过化学反应、基因和进化之类的非人格事物找到了新的解释模式。于是我们知道,包括人类在内的生物,与石头和恒星包含同样的成分、遵循同样的规律,不是由什么人设计出来的。现代科学完全不用看不见的人物的想法和意图来解释物理现象,而认为我们自己的想法和意图是大脑里看不见(但并不是没有办法看到)的微小物理过程的集合体。
放弃以人类为中心的理论,所得的收获非常丰硕,这对更大范围的思想史是如此重要,以至于反人类中心主义越来越被提升到普适法则的地位,它有时被称为“平庸原则”,其主张是:人类(在宇宙万物中)完全不重要。如物理学家史蒂芬·霍金所说,人类“只是一个典型星系外缘绕着一颗典型恒星运转的一颗典型行星上的一堆化学渣滓”。“在宇宙万物中”这个附带条件是必需的,因为根据化学渣滓们应用于自身的价值观(如道德观),他们的确显然有着特殊的重要性。但平庸原则认为,所有这类价值观本身都是以人类为中心的:它们只能对“化学渣滓”们的行为进行解释,而这类行为本身是不重要的。
把一个人自己的癖好、所熟悉的环境或个人观察(例如夜空的旋转)当作正在观察的事物的客观属性,把经验法则(例如预测每天的日出)当作普遍规律,这样的错误是非常容易犯的。我把这类错误称为狭隘主义。
以人类为中心的错误就是狭隘主义的例证,但并非所有的狭隘主义都是以人类为中心的。例如,预测季节在世界各地都一样,是一个狭隘的错误,但不是一个以人类为中心的错误:它并不是从人的角度去解释季节。
另一个与人类处境有关的重要观念,有时被戏剧性地称为宇宙飞船地球号。想象一艘“世代飞船”,它的旅途是那么长久,很多代的乘客一辈子都生活在旅途中。已有人提出用这一手段去殖民其他恒星系统。在宇宙飞船地球号的观念中,世代飞船比喻生物圈——由地球上所有生物以及它们的栖息地构成的系统。乘客就代表着地球上所有的人类。飞船外的宇宙环境极其恶劣,但飞船内部是一个庞大、复杂的生命支持系统,能够给乘客提供使他们繁荣发展所需要的一切。像这艘飞船一样,生物圈能回收所有废物,利用它巨大的核电厂(太阳),完全自给自足。
正如飞船的生命支持系统是设计出来供养乘客的,生物圈也有着“设计的表象”:(飞船的比喻声称)生物圈看上去高度适合供养我们,因为我们通过进化适应了它。但它的能力是有限的:如果我们使它超载,它就会崩溃,不管超载原因是人口太多,还是人们采用了与进化出来的生活方式(生物圈“设计”出来支持的方式)过于不同的方式。就像飞船上的乘客一样,我们不会有第二次机会:如果我们的生活方式变得过于粗心或挥霍,就会毁掉我们的生命支持系统,无处可去。
宇宙飞船地球号的比喻和平庸原则,这两种说法都在有科学头脑的人中间得到了广泛的接受——成了众所周知的道理。尽管事实是,乍看起来这两种观念在某种意义上背道而驰:平庸原则强调地球和它的化学渣滓是多么典型(在其存在甚为平凡的意义上),而宇宙飞船地球号强调它们有多么不典型(在独特地彼此适应的意义上)。但如果用广泛的哲学方法对这两种观念进行解释(通常也就是这样解释的),两者就很容易殊途同归。它们都认为自己纠正了同样一些狭隘错误观念,诸如我们对地球生活的体验在宇宙中有代表性,地球广阔、静止并且永世长存。相反,它们都强调说,地球非常渺小,而且寿命短暂。两者都反对傲慢:平庸原则反对启蒙运动之前的傲慢,这种傲慢认为我们在世界上很重要;宇宙飞船地球号反对启蒙运动的傲慢,这种傲慢是立志掌控世界。两者都包含同一个道德元素:我们不应该认为自己很重要,我们不应该指望世界无限度地屈服于我们的掠夺。
这样一来,这两种观念产生了丰富的概念框架,可以为一整套世界观提供信息。然而,就像我接下来要解释的那样,它们都是错的,甚至在直白的实际意义上就是错的。而在更广泛的意义上,它们实在太具误导性了,以至于如果你想要找点格言来刻在石头上,或者每天吃早饭之前念诵一下,选择这两种观点的反面要好得多。也就是说,事实真相是:
人在宇宙万物中是重要的;
地球生物圈不适合支持人类生活。
重新考虑一下霍金的说法。确实,我们处在一个典型星系里绕着一颗典型恒星运转的一颗(有点儿)典型的行星上。但我们绝不是宇宙中的典型物质。原因之一是,据认为宇宙中约80%的物质是不可见的“暗物质”,既不发光也不吸收光。我们现在只能通过暗物质对星系的间接引力影响来探测到它。只有余下的20%的物质,才是我们狭隘地称为“普通物质”的东西,其特点是会持续发光。通常我们并不认为自己在发光,但这又是我们的感官局限导致的一种狭隘错误观念:我们发出辐射热(即红外线),也发出微弱到眼睛看不到的可见光。
像我们自己、我们的行星和恒星一样致密的物质集合,也不是典型的,虽然数量庞大。这样的物质集合是孤立、罕见的现象,宇宙的绝大部分是真空(加上辐射和暗物质)。我们之所以对普通物质很熟悉,只是因为我们由普通物质组成,并且处在大量普通物质集合附近这么一个非典型的位置上。
而且,我们是普通物质的罕见形式。普通物质最常见的形式是等离子体(原子电离成带电的部分),通常会发出明亮的可见光,因为它们位于炽热的恒星内部。我们这些化学渣滓主要发出红外线,因为体内有液体和复杂化学分子,而这些物质只能存在于低得多的温度范围里。
宇宙中弥漫着微波辐射——大爆炸的余晖,其温度大约是2.7开,即比可能的最低温度——绝对零度高2.7摄氏度,或比水的冰点低270摄氏度。只有在极不寻常的情况下,才能达到比这些微波更低的温度。宇宙中已知事物的温度没有比1开更低的——除了在地球上的某些物理实验室里。人们在实验室中获得了低于10亿分之一开的创纪录低温。在这样的超低温度下,普通物质不再发光。通过这种方法在地球上得到的“不发光的普通物质”,在整个宇宙中都是极端怪异的一种东西。而且,物理学家造出来的冰箱内部也许是宇宙中最冷最黑暗的地方。一点儿都不典型。

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