读书笔记 |《极简宇宙史》克里斯托弗•加尔法德：宇宙版“格列佛游记”
文化
2024-08-16 09:15
浙江
假如科普作品也像科幻小说一样有所谓软硬之分，那么我想这本书可被归为“软科普”。 而我的愿望是，在这本书里，我将不会放弃任何一个读者。」读完全书的我可以向你保证，作者绝对是信守承诺之人，也在用他的方式努力让愿望成真（但效果似乎因人而异）。作者将科普变得浅显有趣的方式，就是虚构一个故事主人公，用他经历一系列亦真亦幻的旅程的方式，身临其境地展现相对论、量子场论、宇宙暴胀论、弦论等等最前沿的物理理论所呈现的宇宙图景。例如，在阐述量子理论时，我们的主人公就在厨房的冰箱前缩小到了量子尺度，通过某种“瑜伽”的方式看到了电子和光子、夸克和胶子等量子，看到他们如何从各自的量子场中诞生，如何相互作用，又如何展现出令人匪夷所思的现象。除了微小到极致的量子世界，主人公还去了遥远到极致的宇宙尽头，去了古老到极致的宇宙起点，去了快到极致的99.9999%光速世界，去了空到极致又满到极致的真空，去了吞噬一切又重启一切的黑洞……作者称这些旅程为「想象实验」：「在这本书中，你所体验的就是一系列这样的想象实验。它们让你神游今天已知的宇宙，探索未知的尽头。」而我觉得比起实验，这些体验更像是《格列佛游记》。我是宇宙版的格列佛，游历了宇宙版的小人国（量子场论的世界）、大人国（广义相对论的世界）、飞岛国（黑洞）和惠骃国（平行宇宙）等等。我遭遇的尽是些奇形怪状、不按常理出牌的“居民”，它们按照与我们所在的宏观日常世界如此不同的规则行事，然而这些规则却是宇宙的物理法则，是宇宙真正运行的方式。
完成这场游历，读者能够对我们的宇宙从空间到时间、从宏大到微小、从过去到未来有一个粗略的把握。若是从未接触过现代物理理论的读者，应该能从书中获得许多刷新三观的概念。不过，对于更习惯“硬科普”的我来说，读这本书却总有种莫名的违和感。作者为了增强故事性，加入了许多不明所以的桥段，比如在小岛度假昏了过去，比如有个阿姨总喜欢送花瓶。我没有参透这些情节意义何在，只觉得在作者文学性欠佳的描写下徒增尴尬。作者喜欢用比喻或者拟人化的方式介绍物理作用的发生方式，并且不恰当地省略一些必要的理论依据。一个很典型的例子是写强核力的作用过程时，作者将胶子拟人为监狱守卫，看守狱中的三个夸克，接着两个胶子守卫变成一对夸克离开夸克监狱去了邻近的夸克监狱，然后又变回胶子，以此完成强相互作用力，而在监狱之间来回跑的一对夸克叫做介子。相信许多看完这段话的人，都会和我一样感到莫名其妙，脑海中蹦出许多问号吧？实际上，作者完全省略了色荷相关的理论，导致三个夸克为什么必须被囚禁在一起，看守为什么要在监狱之间跑来跑去，为什么突然出现了介子等等都没法解释。事实上，色荷有红、绿、蓝三种，是夸克的一个属性，就像电荷分正负，是电子等带电粒子的一个属性。正如电磁力让正负电荷的粒子相吸形成电中性，强力的作用之一就是使粒子形成色中性的强子。稳定的强子结构要么包含一个夸克和一个反夸克，要么包含三个自行紧紧束缚在一起的红、绿、蓝夸克。因此，三个夸克被囚禁在监狱里的原因就是这种被称作“色禁闭”的强力的性质。这种三夸克的结合体就是质子或中子，也就是上文中的“夸克监狱”和”邻近的夸克监狱”。所谓胶子守卫在监狱之间跑来跑去的具象描述，多少有些奇怪。因为同样是强力，发挥作用的胶子却似乎一下在看守，一会儿在跑动，仿佛是两种不同的作用过程似的。实际上，无论是束缚夸克形成质子和中子的强力，还是将质子和中子束缚成为原子核的强力，都是通过夸克吸收或发射胶子来实现的，并不存在本质的区别，也不存在静态的看守和动态的跑动的区别。唯一区别是，质子和中子之间的强力弱于强核力，可以看作是强核力的一种“副产品”。另外，两个胶子凭空变成介子（一个夸克和一个反夸克的组合），介子（由于正反物质作用）又迅速湮灭回归胶子的过程，频繁地发生在原子核内部，可以说，原子核内部就是一片由”无中生有”的夸克构成的海洋，质子和中子只是漂浮其间的岛屿。但这其实与质子和中子间的强力没有直接关联，作者将它们混在一起讲，难免造成误解。例如，作者将量子跃迁和量子隧穿作为同义词来使用：「它能够自顾自地随意跳跃。这个现象本身被称为“量子隧穿”或“量子跃迁”，而且不仅仅是电子，你在量子世界见到的所有粒子都能量子跃迁或隧穿，与电子一样。」此处很明显是形容量子隧穿效应，表示量子从真空“借”得能量，穿过本无法穿过的势垒，就像你穿越了墙壁。而量子跃迁则完全是另一个物理过程，指的是量子由能态突然跳跃到另一个能态的过程，比如电子在光的照射下从高能态放出一个光子而跃迁到低能态。又如，作者将电磁力形容为超距反应：「你刚才见证的正是一场超距反应……毋庸置疑，你看到的是那让两个磁性物体互相作用的神秘力量——电磁力，这种作用力由虚光子所携带，这种粒子非常独特，它们的存在只有一个目的：携带电磁力。」超距反应指的是相隔一定距离的两个物体之间存在直接、瞬时的相互作用，目前尚属于超距反应的是量子纠缠。而电磁力通过电磁场以光速传播，显然不是瞬时的，因此不属于超距反应。总体而言，对于渴望了解前沿物理知识的小白来说，这是一本可以一读的作品。但对于有能力阅读更“硬”的科普作品的读者来说，或许还有更好的选择。
