《七堂极简物理课》

“它阐释了几个世纪的科学精粹，但出人意料的是，竟然连100页都不到。”

――《经济学人》杂志

在由无穷无尽的藤蔓缠绕而成的现实世界中，我们只是绽放其中的一朵花，而此身之外，还有数不尽的繁花在盛开。”

――卡洛·罗维利

自从上个世纪末，传奇的理论物理学家斯蒂芬·霍金的《时间简史》成为现象级畅销书之后，直到今天，似乎还没有第二本科普读物取得过如此的成功。

但是从2015年开始，这个“独一无二”的现象有可能被打破了――意大利物理学家卡洛·罗维利所著的《七堂极简物理课》，全书不到100页，却囊括了量子力学、广义相对论、热动力学以及最新的圈量子理论等物理前沿领域的精辟阐释。

该书去年问世之后，仅仅凭借读者间的口口相传，几个月里追加印刷18次，截至去年12月底，英文版销量已突破30万册，被译为34种语言。

今年5月，这本薄薄的小书终于有了中文版。可以说，《七堂极简物理课》满足了我对科普读物的“最终幻想”――简洁、优美、妙趣横生，充满诗意和哲理。

任何一个中学生都可以看懂它。作者在开篇处就写得清楚：这本书是写给那些对现代科学一无所知或所知甚少的朋友们的。

这个暑假，如果你家有中学生，请一定推荐他看这本优美的书。事实上，它是如此美丽，值得推荐给所有对生活依然怀抱热爱的人。

文/尼尼微

他为“引力波”的存在而激动

现年60岁的卡洛·罗维利，是意大利著名物理学家，也是前沿物理学领域――圈量子引力学的创始人之一。在从事科学研究之余，罗维利也很乐意写一些科普物理的书。他陆续在意大利《24小时太阳报》的“周日特刊”（相当于他们的大周末版）上发表科普短文，很受读者欢迎。

在这本书之前，罗维利还创作了《假如时间不存在？讲点颠覆常理的科学》和《第一位科学家：安纳西曼德》等物理科普读物，都很受好评。

前不久，当美国激光干涉引力波天文台（LIGO）正式宣布探测到“引力波”的存在后，罗维利激动万分之余，第一时间撰文，用生动的笔触向大众描述了发现“引力波”的重要意义。爱因斯坦当年的预言深深影响了他，也影响了几代科学家的命运与追寻。

“如果有那么不幸的一刻，太阳突然消失了，谁向宇宙深处传达这个消息？一定不是地球上的生物。没有人，没有东西能逃离，太阳巨大的引力把地球牢牢地锁在轨道上。只有引力波，它是牢靠的信使，空间变形的发生欺骗不了任何造物主。”

看到这里你会想：等等，那则新闻我好像有印象，但究竟什么是引力波？

别急，接下来就会告诉你。

一本来自周末副刊连载的书

关于这本书的诞生，有个很偶然的由头――2014年的某天，罗维利的女友问他：为什么不写篇文章，讲讲你研究的量子引力呢？

他的第一反应是：读者哪知道什么是量子，什么是引力。女友说：那就写三篇呗，一篇讲量子，一篇讲引力，一篇讲量子引力。

罗维利大笑，但接着想：为什么不呢？

于是，2014年8月，很多意大利人在海边度假的时候，读到了这三篇关于相对论和量子力学的短文。它们是如此招人喜爱，以至于很快便有出版社找上门来。

最后，罗维利将原有的3篇扩展到7篇，这本书就这么诞生了。

显然，这不是一本“处心积虑”来科普你的书，但正因为这种毫无功利的心态，让这本《七堂极简物理课》显得格外迷人。

据悉，除去专业书籍外，罗维利平时喜欢阅读的主要是经典文学。他喜欢我们的诗人李白，也很爱《红楼梦》和《西游记》。除了自己领域的学术著作，他还读很多人类学和大脑研究的最新成果，以及哲学。

由此不难理解，他笔下这七堂物理课为何能上得这么生动有趣，简洁隽永。以下，我怀着激动的心情，将这七堂课的主要内容为大家一一道来，但是，鉴于物理学的严谨性质，不敢有太多的作者转述，以对原文的谨慎节选为主。放心，都是你看得懂的。 （图据东方IC）

第一堂课/

最美的理论

牛顿提出了万物之间存在一种互相吸引的力量――引力。但关于空间究竟是什么的问题，牛顿也没有给出答案。通过电磁场的启发，爱因斯坦想到：引力也一定是由一种场来传播的，而这个“引力场”本身，就是空间。

这是一个惊世骇俗的理论，对宇宙做了惊人的简化：空间不再是一种有别于物质的东西，而是构成世界的“物质”成分之一，一种可以波动、弯曲、变形的实体。

我们以及周遭万物，并非处于一个看不见的真空“框架”里，而更像是深陷在一个巨大的、容易形变的软体动物中！太阳会使其周围的空间发生弯曲，所以地球并不是在某种神秘力量的牵引下，绕着太阳旋转，而是在一个倾斜的空间里行进，就像是弹珠在漏斗中滚动一样。

无论是欣赏艺术，还是领悟科学，我们最终得到的将是美的享受和看待世界的全新视角。

第二堂课/

量子

量子力学诞生于1900年，它几乎引领了一个世纪的密集思考。1925年，量子理论的方程终于出现了，取代了整个牛顿力学。霎时间，一切现象都找到了归宿，一切都可以被计算出来。然而，这个理论本身，也是矛盾重重，谜团难解。

你们记得元素周期表吧？整个化学学科都基于这一方程。它把宇宙中可能出现的所有元素都列了出来，从氢元素到铀元素，可为什么偏偏是这些元素被列在表上呢？为什么元素周期表的结构是这样的呢？

答案就是：每一种元素，都是量子力学最主要方程的一个解。

在量子力学中，没有一样东西拥有确定的位置，除非它撞上了别的东西。当一个电子与其他粒子相撞的时候，会以一个可计算的概率在某个地方出现。如果没有受到“打扰”，电子就没有固定的栖身之所。

连爱因斯坦都觉得这很荒谬，但他也无法驳斥这个理论。一个多世纪过去了，人类对量子理论的研究依然没有取得更新的重大进展。

第三堂课/

宇宙的构造

我们的太阳只是众多恒星中普普通通的一颗，是浩瀚银河系星云中的沧海一粟；而银河系本身也只是众多星系间浩瀚星云中的一粒尘埃。

这片均匀无边的宇宙，并不像看上去的那么简单。就像是第一堂课中解释过的一样，空间不是一马平川，而是弯曲的。

宇宙的纹理就像海浪一样起伏，激烈处还会产生黑洞空穴。这个布满星系、富有弹性的浩瀚宇宙，是大约150亿年前由一个极热极密的小星云演化而来。

还有别的什么吗？宇宙大爆炸之前还有什么东西存在吗？或许还有，我们在两课之后再讲吧。

第四堂课/

粒子

我们身边的所有物体都是由电子、夸克、光子和胶子组成的，它们就是粒子物理学中所讲的基本粒子。除此之外还有几种粒子，例如中微子，它布满了整个宇宙，但并不跟我们发生交互作用。这些粒子只有不到十种,却构成了整个物质世界。

量子力学描述了这些粒子的性质和运动方式，它们的消失和重现遵循量子力学的奇特定律：存在的每样东西都是不稳定的，永远都在从一种相互作用跃迁到另一种相互作用；组成世界的基本粒子，在构成世界的各种“场”里不断产生、消失……

这就是量子力学和粒子理论构成的世界，当你漫步在海滩上，捡起一只贝壳或捧起一簇砂砾，贝壳和砂砾，以及你的手掌，都是由这些不断出现又消失的粒子组成。这个世界是物体连续的、永不停歇的涌动，是一系列的震荡，是一个由事件而非物体构成的世界。

一个由事件而非物体构成的世界，听起来是不是很不可思议？

第五堂课/

空间的颗粒

在我们所了解的物理世界的中心，存在着一个悖论：20世纪物理学的两颗明珠是广义相对论和量子力学，但这两个理论不可能同时正确，至少依照目前的形式，它们是相互矛盾的。

在这一堂课里，罗维利终于说到了自己参与的前沿领域――圈量子引力。这个理论试图将矛盾的两颗明珠镶嵌在同一顶王冠上，这个尝试很谨慎，但结论相当激进。

圈量子引力的中心思想很简单：空间是由极其极其细小的颗粒（科学家将其称为“空间原子”或“圈”）构成的，这些颗粒比最小的原子核还要小几亿亿倍，它们环环相扣，编织出了空间的纹理。而它们自己，就是空间。

如果这个理论正确的话，那么人们就可以推测宇宙在“大爆炸”之前的状态――被压缩到极致的一小团物质。大爆炸就是压缩到极致之后的反弹，这个反弹直到今天还在继续，因为宇宙目前仍在不断膨胀中。

第六堂课/

概率、时间 和黑洞的热

什么是热？一个物体发热，原因只有一个：组成它的原子，运动速度比较快。夏天的天气这么热，是因为空气中的分子跑得比较快；放进热水里的茶匙也慢慢变热，是因为水里的原子在快速运动中撞上了冷茶匙中的原子，将能量传递给了后者。

这个理论看起来很朴实，却将热的本质解释得透彻。但你或许想不到，热量的传递，竟然可以定义时间的流逝吧？罗维利说，只有当热量发生转移的时候，才有过去和未来的区别。

在物理学里，没有什么东西对应“现在”这个概念。那么该如何解释对于我们而言，时间在“流逝”呢？罗维利认为，答案就在热量和时间的紧密联系中。

看到这句话后，我第一想到的，你猜是什么？――难怪人体被低温急冻后，就可以基本“保持青春”，直到再次复苏啊！是因为热量的流逝被降得很慢很慢，所以对于他们来说，时间相当于停止了吗？

我不知道自己这个想法是否具备科学的正确性，只是说，这个概念是普通人比较容易想到的而已。

尾声/

我们

如果世界是一大团转瞬即逝的空间和物质的量子，那么人类又是什么？我们的存在感和自我意识从何而来？我们的梦想、情感以及拥有的知识又是什么呢？在现代科学的巨幅画卷中，我们懂得最少的问题之一就是我们自己。

这一章与物理几乎无关，在这堂作为结语的课里，卡洛·罗维利充分发挥了意大利人的浪漫精神，侃侃而谈了一番他心目中关于人与自然的关系、人的自由意志究竟如何发挥作用等形而上的问题。

如果有不浪漫的地方，那就是他也直言不讳：人类这一物种在地球上只是短暂的存在，注定将会消亡。与我们相近的物种早已灭绝，而我们还在大肆破坏自然。

大概因为人及其思想实在是太复杂了吧，这堂课给我的感觉是都没说透。但这并不影响我欣赏他美丽的文笔，尤其是结尾的那段――

“我们的爱与真诚与生俱来，我们天生就渴望懂得更多，渴望不断学习。我们对世界的知识在不断增长。在知识的边界，我们的求知欲在燃烧，我们渴望探索空间纹理的细微之处，探索宇宙的起源，时间的本质，黑洞的现象，以及我们思维的运行……”

如果我是个老师，那么我一定会把这段话布置为“背诵作业”，让它留在每个孩子的心里。