科普｜《极简宇宙史》：霍金亲传弟子带你穿越50亿年，一本书读懂宇宙学的一切

霍金亲传弟子带你穿越50亿年，一本书读懂宇宙学的一切。

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精华笔记 

《极简宇宙史》这本书带领我们探索了宇宙的历史，介绍了四个研究宇宙的理论——万有引力定律、广义相对论、量子力学理论和量子引力理论。

第一，万有引力定律。

牛顿提出了万有引力定律。在当时，这个公式几乎适用于整个世界，它不仅能计算出各种物体的运动轨迹，还能计算出地球和月球的公转轨道。经过科学家的检验，太阳系中有七大行星都是按照牛顿的公式运行的，只有水星的运行轨道与计算之间出了一点点误差。

第二，广义相对论。

1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，大质量的星体会引起时空弯曲，时空弯曲产生了引力。以这种“弯曲”理论进行的几何计算，成功地消除了水星轨道的误差！广义相对论完美地解释了大尺度天体的运动规律，为宇宙学的研究提供了正确的科学框架，爱因斯坦的科学成就也进入了全盛时期。

第三，量子力学理论。

宏观世界中，时空是光滑、连续、稳定的。但是在微观的量子世界，一切都是离散的、不连续的、不固定的。量子世界有三个特点。

第一个特点，状态叠加。在日常世界里，一个物体只能有一个状态；可是在量子世界里，一个粒子可以有无数的状态同时存在。

第二个特点，瞬间感应。这里有一个专业词语，叫“量子纠缠”。是说当两个粒子组成一对儿的时候，即使相隔遥远的距离，它们之间也可以瞬间影响彼此的行为。

第三个特点，测量不准。你永远都无法同时知道一个粒子准确的位置和速度。当你观察它的位置时，它的速度就变得很模糊；而速度确定时，位置又无法测量。仅仅是观察和测量这个动作本身，就会影响粒子原有的状态。所以量子世界不是一个精确的世界，我们只能用概率来描述 。 

第四，量子引力理论。

要理解“量子引力理论”，先要了解一个概念——奇点。奇点主要有两种，一个是大爆炸奇点，一个是黑洞奇点。一个对应着宇宙的诞生，一个对应着星体的死亡。

大爆炸奇点是宇宙的开始点。这个点既是空间的起点，也是时间的起点。它致密而炽热，在经历过一次大爆炸后不断膨胀至今，形成了今天的宇宙。

黑洞奇点位于黑洞的中心地带，那里同样是一个密度无限大、体积无限小、热量无限高的地方。黑洞的引力大到光都无法逃脱。1975年，霍金发表了一个令人震惊的结论，他说，掉入黑洞中的一切未必永远被禁锢其中，它们能逃出来！这一理论被称为“霍金辐射”，它指出，黑洞是会向外辐射能量的，黑洞向外发射出粒子，把吞噬在黑洞内的能量一点点地还给太空，当黑洞散尽所有的能量之后就会蒸发消失。这违反了信息守恒定律。

于是科学家开始向“量子引力理论”进军，它的研究对象是量子引力，它的目的是将广义相对论和量子力学统一起来，这或许能成为适用于整个宇宙的“万物理论”。

目前，在量子引力的研究中，有一个最有力的学说，叫做“弦理论”。它认为，宇宙的基本单位不是粒子，而是一根根像琴弦一样的细线，粒子只不过是弦的振动而已。虽然所有的弦都是相同的，但不同的振动对应着不同的粒子、不同的性质。就是用了这样一种理论，世间万物的存在都统一到“弦”这个概念上，包括引力和基本粒子间的作用力，这才调和了广义相对论和量子力学之间的矛盾，完成了大统一。

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫

播音 | 张煜