「空间、时间和实在性——几百年来它们不仅有效运转，而且精确地表达了我们对世界的直觉——将不得不被丢弃了。」
书籍名称：《宇宙的结构》
基础信息：布赖恩•格林 (Brian Greene) / 2013 / 湖南科学技术出版社
豆瓣评分：9.3/10
豆瓣链接：https://book.douban.com/subject/10539147/
读完时间：2019-10-13 23:19:03
我的评分：4.0/5.0
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阅读笔记：
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空间、时间和实在性——几百年来它们不仅有效运转，而且精确地表达了我们对世界的直觉——将不得不被丢弃了。
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但功用性和实在性是完全不同的标准。我们将会看到，我们习以为常的空间和时间的性质只不过是错误的牛顿式臆想而已。
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我推崇费曼描述的：在所有可能的层面上体验生活、感知宇宙，而不仅仅停留在那些恰好符合人类感知能力的层面上。寻求对宇宙的深层次理解已经成为我活力的源泉。
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但绝对空间究竟是什么？在这个问题上，牛顿的回应是含混不清加武断。他首先在《原理》中写道“我并不定义时间、空间、位置与运动，因为（这些）是众所周知的”。
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马赫认为，在一个完全虚无的宇宙中，旋转与不旋转没有区别——如果没有比较作基准的话根本无所谓运动或加速——所以旋转与不旋转是完全一样的。
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不同于牛顿判定运动的基准——那个不可见的绝对空间——马赫的基准是让所有人都能看见的——那就是遍布于宇宙的物质。我确信马赫原理必是正确的答案。我也发现我并不是唯一一个有这样反应的人；在我之前的很多物理学家，包括阿尔伯特·爱因斯坦，在初次了解到马赫原理的时候便对其一见钟情。
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当我们说声波在房间中的速度是每小时767英里时（也就是通常所说的1马赫，这里的马赫就是我们在前面提到过的欧内斯特·马赫）。
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狭义相对论提出了一个适用于所有运动的简单原则：任何物体穿越空间和穿越时间的合速度总是精确的等于光速。
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当你刚才注视的那辆静止的车开走时，真正发生的情况是穿越时间的运动的一部分速度转换成了穿越空间的运动速度，但保持合速度不变。这样的转换无疑意味着汽车穿越时间的运动将会减慢。
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光所有速度都贡献于空间运动，而在时间上无运动。
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狭义相对论确实声称某些事情是相对的：速度是相对的；空间之间的距离是相对的；持续时间是相对的。但狭义相对论实际上引进了一种全新的、颠覆性的绝对概念：绝对时空。对于相对论而言，绝对时空是绝对的，正如对于牛顿而言，绝对的空间和绝对的时间是绝对的；部分由于这个原因，爱因斯坦并不建议使用或者特别喜欢“相对论”这个名字。相反，他和其他物理学家建议用不变性理论这个名字，以便强调这样的理论，究其本质，乃是与那些对于每个人都一样的事物，而不是相对的事物有关的理论。
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在一个空的宇宙中，桶是相对于什么旋转呢？根据牛顿的观点，答案是绝对空间；根据马赫的观点，讨论桶的旋转是没有意义的；根据爱因斯坦的狭义相对论，答案是绝对时空。
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狭义相对论告诉我们时空本身就是加速运动的最终仲裁者。时空为像旋转的桶一样的物体提供了背景，有了这样的背景，即使在空的宇宙中我们也可以说旋转的桶在加速。从这个角度来看，钟摆又回来了：从相对主义者莱布尼茨到绝对主义者牛顿再到相对主义者马赫，现在又到爱因斯坦，他的狭义相对论又一次展示了实在性的舞台——应该是时空，而不单是空间——足以为运动提供最终的判断标准。
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令爱因斯坦吃惊的正是你所感受到的力的平常性。比如说，当你的车急转弯时，为了避免身体被甩向一边，你需要系着安全带，因为这个力是不可避免的，所以只能做点防护措施。没有办法使我们不受这个力的影响，除非我们改变计划不转这个弯了。就是这点使爱因斯坦头脑一震。他意识到引力也具有类似的特点。只要你站在地球上你就会受到地球引力的作用。没有什么方法可以使你避免地球引力的作用。你可以使自己避免受到电磁力和核力的作用，但却没有方法逃脱引力的作用。1907年的一天，爱因斯坦意识到加速与引力之间根本就是相似的。这就是许多科学家们花了毕生精力试图得到的灵光一现，爱因斯坦最终意识到引力和加速运动是同一枚硬币的两面。 正如改变原计划的运动（以避免加速）你就可以避开被车座后背挤压或在车上被甩向一边的感觉，爱因斯坦意识到适当的改变运动，可以避免引力所带来的感觉。这个主意非常简单。为了便于理解，想象一下巴尼，他非常想赢斯普林菲尔德的比赛，所有参加腰带尺寸挑战赛的男性，要在一个月的时间里尽量减肥，最后看看谁减肥减得最多。
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很难将你的思维训练成拥有量子力学式的直觉，因为量子力学打破了我们个人对于实在性的概念。
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1927年，马科斯·波恩提出了另一个看法，而这个观点的提出正是迫使物理学进入一个激进的新领域的过程中起决定性作用的一步。波恩提出，这种波既不是无影无踪的电子，也不是以前我们在科学中碰到的任何其他东西。波恩提出，这种波，是一种概率波。
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不确定性植根于量子力学的波动体系本身，不论我们是否做了笨拙的测量，它都一直存在。
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你可能正在被一个重要的问题烦扰着，即，不确定原理究竟是关于我们能够了解多少实在性呢，还是关于实在性本身呢？
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EPR认为，既然你没有对向左运动的粒子做任何事情，完全没有，那它就一定在那个位置上，你所做的只是确定它到底在哪儿，尽管只是间接的。然后，他们又巧妙地指出，你可以选择测量向右运动的粒子的速度。这样，你就可以完全不用打扰向左运动的粒子但却间接地测量出了它的速度。EPR再次指出，既然你没有对向左运动的粒子做任何事情，完全没有，它就一定以那个速度运动，你所做的只是确定这个速度是多少。将两者——你所做过的测量以及你可能已经完成的测量——结合起来，EPR得出结论：在任何给定的时刻，向左运动的粒子都有明确的位置和速度。
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塌缩并不能由量子理论的数学推出；它是人为放进理论中的，而且也没有妥当的实验方法来验证。
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实验数据虽然排除了定域性宇宙，但并未排除粒子具有这样的隐性质。
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如果你的目光贯穿整个大峡谷19，你所看到的是它万分之一秒之前的样子；当你看月亮时，你看到的是它一秒半之前的情形；当你看太阳时，你看到的是它8分钟之前的情形。
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虽然对于接近光速时相对论效应会变得非常明显这一事实，我们已经习以为常；但还需要知道，对于低速运动，如果空间上能够相距很远，那么相对论效应也会得以放大。
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然从不同的视角来看事件发生的时间不同，但它们总是存在的。它们永远占据了时空中的某一点。它们并没有流动。如果你在1999年新年除夕的午夜度过了非常愉快的时光，你一直都会拥有它们，因为那是时空中不可变的一个点。
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鲁道夫·卡那夫8叙述了他和爱因斯坦之间就这个问题展开的精彩对话：“爱因斯坦说有关现在的问题困扰着他。他解释说有关现在的体验对人类来说意味着某种特殊的东西，一种从本质上不同于过去和未来的东西，但这种重要的不同却不会也不能出现在物理中。这种无法被科学理解的体验似乎让他很头疼但却不得不顺从。”
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究竟是科学不能像解释肺可以吸入空气那样，轻易地解释存在于人们意识中的时间的基本特性呢？还是人类意识强加给时间一种人为的特性，因而无法用物理定律来解释呢？如果你在工作日问我这个问题，我将赞成后一种观点，但夜幕降临，当重要的思想都变为日常生活惯例时，就很难完全抵制前一种观点了。
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时间流动的感觉在我们的生活体验里根深蒂固，并且遍布于我们的思想和语言中。我们已经而且将继续误入用习惯性的口语描述时间的流动这样的歧途。但不要把语言和实在性搞混淆了。比起深刻的物理定律，人类语言更善于描述人们的体验。
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事物在时间中的发展演变是否有一个可以用物理原理来辨认的方向。
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熵这个概念其实就是该观点的一种具体表述，可以通过数清在物理定律制约下，实现任意给定物理条件的方式的数目来确定相应物理系统的熵的大小。
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热力学第二定律似乎为我们带来了时间之箭。
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因为运动定律着眼点在于事物的改变——既可以朝向所谓的未来，也可以朝向所谓的过去——热力学第二定律背后的统计或概率推演同时适用于两个时间方向。因此，一个物理系统的熵，不仅存在很大的概率在所谓的未来会变高，也有很大的概率在所谓的过去曾非常高。
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第二定律实际上是说，在任一给定时刻，如果物理系统碰巧没有拥有最大的熵，那它很可能在下一刻会拥有且在前一刻曾拥有更高的熵。
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从概率的立场看，我们今天所看到的宇宙不可能从遥远的过去更加有序的状态（这种可能性就更小了）慢慢地演化成今天的样子。实际上，由于宇宙的组成部分如此之多，有序和无序状态的规模就被放大了。因此酒吧里的真实状况就是整个宇宙状况的真实写照：更有可能的是——毫无疑问极有可能——我们今天所见的整个宇宙来自于一种正常的、毫不出奇的、高熵的、完全混乱的状态的统计学涨落。
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我们所了解的每一件事物，我们所看重的每一件东西，不过是稀有但却意料之内会偶尔发生的统计涨落，这种涨落会暂时打破近似永恒的无序状态。
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如果大爆炸从未发生，我们所看到的数千亿之多的星系只不过是朝向低熵的反常涨落，那么，星系的数目只有500亿，5000，或是更少，甚至只有一个的话就会使反常涨落没那么严重。所以，如果有人认为我们的宇宙只不过是统计学涨落这样的想法——一次幸运的偶然事件——正确的话，那他就需要解释清楚宇宙怎样以及为什么会走得如此之远，以至于达到了今天这种极低熵的状态。
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概率的好处并不仅仅在于我们能够对付得了其中的计算，还在于使用概率方法时我们讨论的是宏观性质——有序还是无序。
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经典物理学所描述的现在有一个独一无二的过去，而量子力学的概率波扩大了历史的含义：在费曼的体系里，我们所观测到的现在代表了一种混合——一种特殊的平均——与我们现在所看到的一切相符的所有可能的过去的混合。
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你可能想知道历史求和这种说法的准确含义到底是什么。电子真的是踏遍了所有可能的路径才撞到探测器上的吗？还是说费曼的说法只是一种能够得到正确答案的巧妙数学设计？这是评价量子实在性本质的关键问题之一，因此我希望我能给出一个明确的答案。但是我做不到。
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对于大个物体而言，经典路径是平均过程中的主导贡献，而且远大于其他贡献之和，因此经典路径才是我们最熟悉的路径。
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后你可能会问：为什么观测和测量的作用如此特别，以至于会迫使所有可能的历史结合到一起，导致单独的一个结果？我们的观测行为又是如何告诉粒子该什么时候将历史求和起来，平均一下并得出一个明确结果的呢？为什么我们人类和我们制作出的机器有这种特殊的力量呢？这特殊吗？又或者，人类的观测行为只不过是更为广义的环境影响的一个子集，我们根本就不特殊？
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不管探测器什么时候打开——即使迟至某个光子通过分束器后再打开探测器——光子仍然像个粒子那样运动。
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似乎光子会根据未来新探测器是打开还是关闭来调整它们过去的行为；似乎光子可以预先得知它们在下面的路途中会遇到何种实验条件并提前做出相应的行为一样。似乎一段可靠确定的历史只有在其所导向的未来完全定下来之后才会变得清楚。
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日常生活的世界看起来就像不真实的魔术，哄骗它的观众相信普通的为人所熟知的空间和时间概念。
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既然组成实验者及其所用仪器的原子、质子和电子与实验者要研究的原子、质子和电子没有什么不同，那么究竟为什么量子力学会区别对待它们？
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通过一些富于创造性的工作，人们已经取得了一些量子测量问题方面的重大进展，但彻底的解决之道还没有找到。许多人认为这个问题是我们的量子定律中最重要的单独缺陷。
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人们还是忍不住会想，量子力学神奇的预言能力意味着它非常接近隐藏在宇宙表面规律之下的实在性。人们会忍不住想要更进一步，弄清量子力学是怎样与日常经验联系起来的——量子力学是怎样在波函数与观测之间架起一座桥梁的？观测背后的隐秘实在性究竟是什么？
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对于玻姆而言，不确定性代表的只是我们认知上的局限性，而非粒子本身的属性。
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就像吉拉蒂、里米尼、韦伯和其他人论证的那样，一个大物体中所有单个波函数的纠缠性质使得该种粒子的波函数的塌缩引起了量子的多米诺效应：所有组分粒子的波函数都发生了塌缩。
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基本物理为什么非得与人类意识联系得如此紧密？
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其他3种方案的情况就更加糟糕了，因为它们更加明确地抗拒实验检验。它们都与标准方法一致，因此对可进行的观测和测量，都只能给出同样的预言。它们之间的区别只在于幕后发生的事情不同。
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在日常例子中，各种与概率有关的结果——正面与反面，红与黑，一个抽奖数字与另一个抽奖数字——都可以这样理解：最终一定会出现这种或那种结果，而每一种结果都是一段独立而又确定的历史的最终产物。
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环境中的成分持续不断地撞击物体也有消除干涉现象的可能性。
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如果我们用非孤立的、日常大小的实验仪器来测量电子位置，将会发生什么呢？这个嘛，与电子不确定的位置相对应，测量仪器上的指针也会有50%的概率指向这个值，50%的概率指向另一个值。但由于退相干性，指针不会指向两个值的混合值；由于退相干性，我们可以从通常的、传统的、日常的意义上来诠释这些概率。
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人类的意识、实验者和人类的观测不再起特殊作用，因为它们（我们）只不过是像空气分子或光子一样的环境元素，这些东西在给定物理系统中可以相互作用。在观测对象的演化和做观测的实验者之间，也不再会有阶段一、阶段二的划分。每一样事物——被观测者和观测者——处于同等的地位。每一件事物——被观测者和观测者——都可由薛定谔方程所决定的一模一样的量子力学定律掌控。测量行为不再特别，它只不过是与环境发生作用的一个特殊例子而已。 就这样吗？
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理论上讲，你可以预言它是正面落地还是反面落地。进一步思考发现，每一个结果都是由你最初忽略的细节所精确决定的。
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辐射温度的均匀性提供了观测证据，证明宇宙在其早期并非由巨大的、高熵的物质团——比如黑洞之类——占据，因为这样参差不齐的物质环境只能留下同样参差不齐的辐射烙印。
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用精准的数据以及奇妙的对称性来解释实验观测，这样的阐释正是那种物理学家们会因其太过优美而不相信其可能出错的理论。空间结构正在膨胀这一猜想本质上符合全部观测。
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在大尺度上，宇宙中所有的位置和所有的方向都是相对于彼此对称的，那你就很好地回答了询问者的问题。理由是，差不多所有的形状都不可能满足这一对称性的标准。
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大爆炸并不是发生于某一点，而是爆发于整个无限大的空间范围内的所有地方。
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由于热与对称性之间的相互依赖关系，我们今日所看到的对称性很可能是远远丰富于今日的对称性的残存部分，而正是这些更为丰富的对称性铸就了早期宇宙并且决定了有关宇宙的某些我们最熟悉且具有本质意义的性质。
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随着宇宙温度降低得足够多，希格斯场会在整个空间中凝聚成一个特别的非零场值。
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为整个空间中的希格斯场假定一个非零值——形成希格斯海——的这种程序被称为对称性自发破缺45，是20世纪后几十年中理论物理学界出现的最重要的思想。
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一个物体的质量代表的是它抗拒运动状态的改变的能力。
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要不是有希格斯海的存在，所有的基本粒子都应该像光子一样无质量。
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很多物理学家相信，要不是有希格斯海的存在，所有的基本粒子都应该像光子一样无质量。
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样的结论令人非常吃惊。在今天的温度下看起来完全不同的两种力——与光、电和磁这些现象有关的电磁力；以及与辐射衰变有关的弱核力——在本质上竟然是同一种力的两个不同方面，而之所以看起来不同的原因竟然是非零的希格斯场遮盖了这两种力之间的对称性。
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这样的结论令人非常吃惊。在今天的温度下看起来完全不同的两种力——与光、电和磁这些现象有关的电磁力；以及与辐射衰变有关的弱核力——在本质上竟然是同一种力的两个不同方面，而之所以看起来不同的原因竟然是非零的希格斯场遮盖了这两种力之间的对称性。
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将温度提到足够高从而使希格斯场被蒸发掉——也就是说，希格斯场在整个空间中的平均值为零——潜藏在大自然中的完整对称性才会显现出来。 格拉肖、温伯格与萨拉姆发展这些想法的时候，人们还没能在实验上发现W粒子和Z粒子。带着对理论的力量和对称性的美的坚定信念，这3位物理学家满怀信心地向前推进理论。他们的勇敢得到了回报。实验适时地发现了W粒子和Z粒子，从而确证了电弱理论的正确性。格拉肖、温伯格与萨拉姆透过肤浅的表面现象——他们克服了一无所有造成的障眼法——发现了将自然界中4种力中的两种联系起来的深妙对称性。由于成功统一了电磁力和弱核力，这3位物理学家于1979年被授予诺贝尔物理学奖。
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希格斯海对任何匀速运动的东西都没有任何影响。
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质子之间大量的正面对撞可能将一些希格斯粒子撞出希格斯海，这就好像水下的高能碰撞可能将某个H2O分子敲出大西洋一样。
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人们通常会认为大爆炸是关于宇宙起源的理论，这是一种错误的认识。
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大爆炸理论描述的是宇宙在某一瞬间突然诞生之后的演化情况，至于在那个瞬间到底发生了什么，不是大爆炸理论能够回答得了的问题。
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早期宇宙中，引力的排斥性如此之强，远远超出了人们以前想象的大爆炸强度。
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1磅（1磅≈0.4526千克）重的金块温度升高10摄氏度，重量增加千万亿分之一，其效应非常之小。
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爱因斯坦告诉我们，任何多余的能量都会影响引力，从而使物体具有额外的重量。
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许多年来，宇宙学家们一直只把空间开始向外膨胀当成解释不了的初始条件，然后用方程来研究之后发生的事情。
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标准的大爆炸模型假定爆炸发生在零时刻——宇宙开始的时刻，因而爆炸是一次创生事件。暴涨理论中的爆炸发生在条件齐备的情况下——必须存在暴涨子场，这样排斥性万有引力的向外大爆发才能有原料——并且不必去符合宇宙的“创生”。这也就是说，我们最好将暴涨大爆炸想成是已经存在的宇宙所经历的一次事件，而不必将其视为就是创造宇宙的事件。
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研究Ia型超新星首先要知道白矮星。白矮星——耗光了自己的核燃料但自身却没有足够的质量来触发一场超新星爆发的星体——会从附近的伴星中吸收表面物质。当白矮星的质量达到一个特定的临界值——大约是太阳质量的1.4倍，它就会通过核反应变为超新星。这样的超新星爆发总是发生在白矮星达到其临界质量的情况下，所以这种爆发的特性，比如其固有亮度等，总是大体上趋于同一个值。而且，因为超新星的亮度远远不是100瓦的灯泡所能比拟的，所以你不但可以有一个准确可靠的亮度源，还能在宇宙中够清楚地看到它。故而它们可以称为标准烛光的最佳候选者。
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Ia型超新星爆发每几百年才出现一次。不过，通过利用视野广阔的望远镜同时观测数千个星系的这一革命性技术，两组天文学家在距离地球不同远近的地方发现了将近50次Ia型超新星爆发。耐心地从实验数据中计算出每一个超新星距离地球的远近及其远离速度后，两组天文学家得出了完全出乎意料的结论：宇宙在大约70亿岁后，膨胀率从未减速过。这也就相当于说，膨胀率一直在加速。
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如果真的是这样，那么我们就不仅仅有普通物质带给宇宙的那无足轻重的5%的物质或能量，以及现在还无法确知其成分的暗物质带给宇宙的25%的物质或能量，我们还将拥有遍布于整个空间的宇宙常数所导致的那全然不同又神秘莫测的暗能量所贡献的宇宙的大部分物质或能量。如果这些想法真的正确的话，那么哥白尼的学说将会神奇的扩充：不但我们所在的位置不是宇宙的中心，就连组成我们的物质也只是沧海一粟。
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有关超新星的实验测量与暴涨宇宙学形成了美妙的互补关系。两者彼此印证，分别是对方的佐证。
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距今大约100亿年的时候，除了离我们最近的一些星系，大部分星系都随着空间的膨胀而离我们远去，它们的速度快到超越了光速，所以我们无论使用什么样的望远镜都无法看到那些飞走的星系。如果这些理论真的是正确的话，那么到了遥远未来的某一天，宇宙将会变成巨大、空荡、毫无生气之所。
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因为平均说来熵是在增加的，所以玻尔兹曼的论证表明，我们所见的一切很有可能才刚刚得自于向着低熵态的偶然统计跃迁。回忆一下这是为什么：越靠近统计发生之时，所必须有的熵就越低（熵，一旦落到很低的位置，就要开始上涨，如图6.4所示。因而，如果涨落昨天发生，熵就落到昨天该有的位置，如果涨落10亿年前发生，熵就落到10亿年前该有的更低位置）。因而，时间越靠后，所需要的涨落就越不可思议、越不可能。所以，向着低熵态的跃迁很有可能才刚刚发生。但是，如果我们接受了这种结论，我们就没法再相信记忆、记录，甚至当前讨论背后的物理定律——而这是我们无法忍受的。
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通过普通的高熵原初态所常有的涨落中的某一瞬间机会，一块小小的20磅重的空间达到了能引发暴涨的条件。猛烈地向外膨胀将空间拉扯得极其巨大且极为平滑，随着暴涨趋近结束，暴涨子场将其因暴涨而被瞬间放大的能量以物质和辐射的形式均匀地填充到空间之中。随着暴涨子场的排斥性引力逐渐消失，普通的吸引性引力变得重要起来。而且，如我们所见，引力充分地利用了由量子涨落造成的微小不均匀性，使物质聚集成星系以及恒星，并最终形成了太阳、地球、太阳系中的其他天体，以及我们看到的宇宙所具有其他特点（如我们讨论过的那样，大爆炸之后差不多70亿年的时候，排斥性引力再次取得主导地位，不过这只与最大的宇宙尺度上的事情有关；对于较小的实体，比如单独的星系或者我们的太阳系没有直接影响。对于这些小的天体来说，引力只具有普通的吸引性）。太阳那相对低熵的能量，被地球上低熵的植物以及动物生命形式利用，产生出更为低熵的生命形式，这些低熵的生命形式通过热与消耗慢慢地引起总的熵增。最终，这一链条上产生出了母鸡、母鸡下蛋，剩下的故事你都知道了：鸡蛋从你的厨房中的台子上滚落摔碎不过是宇宙不可抗拒的走向高熵状态过程中的小小一部分。暴涨拉伸使空间结构具有低熵、高度有序、均匀平滑的性质；这种性质类似于《战争与和平》中的页码按照正确的序号排列。正是这早期的有序状态——没有厉害的聚团或蜷曲，也没有庞大的黑洞——为宇宙接下来向着高熵方向的演化做好了准备，并带来了我们所感受到的时间之箭。以我们现在的理解水平，这就是所能获得的对时间之箭最完备的解释。
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但是再进一步，我们需要一个能对付得了模糊地带的极端特性——极端的热以及巨大的密度——的理论，那样我们才能对宇宙的最初时刻有一个清楚的、毫不含糊的认识。
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两块扑克牌大小的铁板如果间距为万分之一厘米，其间的卡西米尔力就相当于一滴眼泪的重量。
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尽管大部分的事物要么又大又重，要么又小又轻，因而从实践的角度看，可以利用广义相对论或者量子力学分别加以描述。不过，这个不是绝对的。黑洞就是一个很好的特例。
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1968年，加布里埃尔·维尼齐亚诺还是CERN的一位年轻的博士后研究员。和当时的许多物理学家一样，他致力于通过研究世界范围内各种原子对撞机上高能粒子的对撞结果来探索强核力。对数据中具有的模式和规律性经过数月的分析研究后，维尼齐亚诺神奇地发现这些数据同某一深奥的数学领域有着令人意想不到的联系。他发现有关强核力的这些数据同著名的瑞士数学家利昂纳德·欧拉在200多年前发现的一个公式（欧拉贝塔函数）可以精确匹配。也许这听起来没什么特别的——物理学家们总是使用不可思议的公式来研究问题——但在这里却着实是一个带有超前意味的意外发现，就像马车和缰绳跑到了马的前面一样。虽然并不总是，但大部分时候，物理学家都是先对所研究的问题有一个直观的物理图像，充分理解了他们正在探讨的物理问题之下掩盖的基本原理之后，物理学家们才寻求正确的方程来给他们的直观物理图像建立一个坚实严格的数学基础。维尼齐亚诺则不是这样，他直接就得到了方程；维尼齐亚诺的天才之处在于从纷繁复杂的数据中发现了特别的规律性，并将这一规律性同200年前纯粹来自于数学的公式联系起来了。 不过，维尼齐亚诺虽然得到了公式，但他却不知道如何解释这一公式为什么会有效。为什么欧拉贝塔函数会和影响粒子的强核力有关？维尼齐亚诺没有想清楚其中的物理图像。接下来的两年情况仍未改观。直到1970年，斯坦福的莱昂纳德·萨斯金、尼尔斯·玻尔研究所的霍奇·尼尔森，芝加哥大学的南部阳一郎等人才分别弄清了维尼齐亚诺发现的物理基础。这些物理学家证明，如果将两个粒子之间的强核力用一根连接粒子的极其细小的如橡胶管一样的绳子来解释的话，那么维尼齐亚诺和其他人所共同关注的量子过程就可以用欧拉公式描述。这些很小的弹性绳子就是所谓的“弦”。终于，马又跑到了马车的前面，弦论正式诞生了。 但先别忙庆祝。对于那些参与了这次研究的人来说，想清楚维尼齐亚诺公式的起源实在非常的有成就感，因为那表明物理学家们正在一步步解开强相互作用的神秘面纱。不过，这一发现并未掀起普遍性的狂热情绪，而且还差得很远。
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引力子的这两个性质启发了施瓦茨和谢尔克——引力子的这两个性质正是弦论预言的那个讨厌粒子所具有的性质——促使他们迈出了大胆的一步；于是，看似失败了的弦论取得了梦幻般的成功。
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弦论不仅仅是第一个成功将引力和量子理论合并起来的理论，还是一个能够统一描述所有物质和所有力的理论体系。这就是为什么20世纪80年代中期上千名理论物理学家从他们的老本行中抽出身来，投入到弦论的研究中的原因。
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弦论主要的新特征在于其基本成分不再是一个点粒子——没有尺寸的点——而是有空间延展性的客体。这一点正是弦论能够成功合并引力与量子力学的关键。
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普朗克长度（弦的长度）和普朗克时间（光走过弦长所用掉的时间）。
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基本粒子所具有的性质为什么恰好可以使核反应过程发生，恒星发光，行星得以围绕恒星而形成，而且其中至少有一颗行星上出现了生命？ 标准模型完全回答不了这些问题，因为粒子性质只不过是标准模型的一部分输入参数。如果粒子性质不能确定下来，标准模型就无法运作，也给不出任何答案。而在弦论中，粒子的性质是由弦的振动决定的，因而弦论可以为粒子的种种性质提供一个解释。
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卡鲁扎发现，爱因斯坦的广义相对论方程在数学上可以相当容易的推广到具有更高空间维度的宇宙中。卡鲁扎进行了这样的扩充；然后很自然地发现，扩充后的广义相对论的高维版本并不仅仅包括了原始的广义相对论方程，还因为更多的维度而有了一些新的方程。仔细研究这些多出来的方程后，卡鲁扎发现了一些非常奇特的东西：这些方程居然是19世纪麦克斯韦发现的用以描述电磁场的方程！
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从远处看，拉紧的绳索好像是一维的。只有用很强的望远镜才能看到它蜷曲的第二维。
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弦论的方程只在十维时空——九维空间加一维时间——中才起作用。
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弦论的方程首次预言了空间维度的数目。在弦论中，是计算——而不是假定、假设，甚至充满灵感的猜测——决定了空间维度的数目。
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弦论方程选中的则是一类极其复杂的六维形，所谓的卡拉比丘形或卡拉比丘空间。这类形状是根据两位数学家尤金尼奥·卡拉比和丘成桐的名字命名的，这两位数学家早在弦论出现之前就在数学上发现了这类形状。
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弦论告诉我们，熟悉的空间和时间概念不能被推广到亚普朗克尺度，这就意味着我们目前理解的空间和时间很可能只是某种我们现今尚未明晰的基本概念的近似。
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弦论是零碎发展起来的，而不是基于某种深刻的洞察力。
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希格斯场，当前或未来的对撞机实验将给予答案。
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子只能在我们的三维空间中运动。因为光子为电磁场的信使粒子，因而对光子的限制也就意味着电磁力——光——只能被囿于我们的三维世界。
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空间的维数越多，引力线延展开来的余地就越大。而引力线展开得越厉害，引力随距离变大而衰减的速度就越快。如果空间维数是4，牛顿定律就应该是立方反比率。
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因为引力就是曲率，所以引力波就是曲率波。
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不同于电磁波、声波和水波这些穿行于空间传播的波，引力波就通过空间自身传播。引力波传播的就是空间本身的扭曲波动。
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就算在10000光年远的距离上有一颗恒星变成了超新星，传到地球上的引力波的强度也就只能使1米长的杆拉伸千万亿分之一厘米——大约只是原子核尺度的百分之一。所以，除非在距离我们相对近些的位置上发生了某种出人意料的超大规模天体物理事件，否则的话，我们就只能通过发展能够探测在难以置信的小尺度上的尺寸变化的实验装置才能探测到引力波。 设计并建造了激光干涉仪引力波探测器（LIGO）（由美国国家科学基金出资，加州理工学院和麻省理工学院联合运作）的科学家们接受了这一挑战。LIGO受人瞩目，具有令人难以相信的精度。它由两个空心管组成，每一个有4千米长，1米多宽，这两个管排成巨大的L形。激光在每一个管内的真空通道中同时照射，并被高度抛光的镜子反射，人们就用这样的装置高精度地测量相对长度。这一装置的设计思想在于，经过的引力波会使某一根管子相对于另一根有所拉伸，一旦这种拉伸足够大，科学家们就能探测到引力波的存在。
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因为万物都受引力掌控（其他的力则并非如此，比如电磁力就只对带电物体有作用），所以世间的一切都有可能产生引力波以及可观测的信号。在这种意义上，LIGO可算是人类探索宇宙的转折点。
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第一个是标准但却棘手的哲学难题：如果真的可能的话，究竟从什么时候开始，我们才可以将副本识为、称为、认为是原始的物体，并像对待原始物体一样对待副本？
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当我们观测一个粒子的时候，我们所观测到的当然是某一确定的性质，但这一性质并不能反映我们观测之前该粒子所具有的杂烩式量子性质。1因而，一旦我们想要复制一个物体，我们就将面对量子的第二十二条军规83。要想复制我们就必须知道要复制些什么，要想知道复制些什么我们就必须观测，而观测又会造成改变，所以我们要是按照我们所看到的进行复制的话，那复制的产物就不是观测之前的那个物体了。
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任何一种基本粒子都会彼此全同。
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传送过去的车究竟是原来的那辆还是精确的副本这一问题无关紧要。
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人们无法利用纠缠粒子来实现两个不同位置之间的信息超光速传输。要是我们在相隔很远的位置上分别放置纠缠光子，然后分别连续测量这些纠缠光子，那么我们就会发现每一台探测器所收集到的数据只是一些随机序列（与粒子的概率波相一致的粒子自旋指向）。只有当我们对比不同的探测器上收集到的结果时，我们才会清楚地看到这些结果惊人的一致。但要实现这种对比的话，我们必须首先通过某种常规的、低于光速的通信方式交换彼此所得到的结果。既然进行结果对比之前人们无法获知任何可以表明不同位置的光子处于量子纠缠的证据，人们实际上就没法通过量子纠缠实现超光速通信。
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我常常会吃惊于竟然没有多少人注意到有一种时间旅行——向着未来去的旅行——的理论基础早在上个世纪早期就已经诞生了。
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事实上，没人能够证明物理定律已经将回到过去的时间旅行排除掉了。正相反，倒是有几个物理学家列出了几条建造时间机器的理论方法。要是你拥有无限的技术能力，可以任意的运用已知的物理学定律，那么你就有可能建造出一台时间机器。
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哥德尔的分析之所以令人惊奇在于他认识到：如果你的火箭在旋转的宇宙中按照某一适当的轨迹运行，那你就有可能在你出发之前回到火箭升空之处。因而，旋转的宇宙本身就是一台时间机器。
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乘坐时间机器并不能回到第一台时间机器建造出来以前的时代。对于蠕虫洞时间机器来说，仔细看看图15.5就会明白这一点。尽管蠕虫洞的两个端口之间有时间差，尽管这种时间差使得我们可以向未来或向过去做时间旅行，但你却不能去一个早在时间差建立起来之前的时刻。
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我们凭直觉认定未来的某一天利用时间机器回到过去的可能性将会被物理定律排除掉。但在明确的证明出现之前，我们最好公正客观的保持着开放式思维。
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在一切具有给定尺寸的任意可能组成的物理系统中，黑洞包含着最高可能性的熵。
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至于黑洞，虽然我们并不知道在其内部究竟有些什么——因为我们根本不知道物质撞进黑洞后会发生些什么——我们却可以心安理得地说黑洞内部成分的重新排列组合并不会对黑洞的质量、电荷和自旋产生影响，就像把《战争与和平》的页码打乱重拍不会影响这本书的重量一样。既然质量、电荷以及自旋完全决定了一个黑洞展现给外部世界的面貌，那么所有的那些重拍组合我们可以统统无视，于是我们说黑洞具有最大可能的熵。
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如果你继续往黑洞里打气，其中的熵将会怎样增加呢？熵当然会继续增加，只不过游戏规则却需要变一变。当有物质跃入黑洞贪婪的视界内时，黑洞的熵毫无疑问会增加，但是其大小也会增加。黑洞的大小正比于其质量，因而，只要你往里注入更多的物质，黑洞自身就会变得更重更大。所以，一旦你通过制造黑洞的办法使某一区域内的熵达到了最大值，那就再也找不到什么增加这个区域内的熵的办法了。这一区域内的混乱度再也不能增加了。其中的熵已经满了。无论你做什么，不管你是充进更多的气还是扔进去一辆悍马，你都只能使黑洞所占据的空间增加。因而，黑洞中所包含的熵的多少告诉我们的不仅仅是黑洞的基本性质，还会告诉我们空间自身的某种基本性：某一空间区域——任何空间区域内，不分地点、时间——内所能容纳的最大的熵等于与该区域等大小的黑洞中所能容纳的熵。
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20世纪70年代，雅克布·贝肯斯坦与史蒂芬·霍金发现这种猜测并不正确。他们的数学分析证明黑洞的熵并非正比于其体积，而是正比于其视界的面积——粗略说来是正比于其表面积。
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因而，一个区域内所能容纳的最大熵就是一块简单但却锋利的试金石：物理学家们期望真正意义上的基本理论应该能够完美的匹配出任意空间区域的最大熵。这个真正的基本理论应该几乎不需要调节参数就能与大自然相符，其所能记录的最大混乱度应该正好等于一个区域所能有的最大无序度，既不多也不少。
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贝肯斯坦与霍金的结果告诉我们，在某种意义上，一个包括了引力的理论将比一个没有包括引力的理论简单些。包括了引力的理论所必须描述的“自由度”将更少——能够变化因而会对混乱度有贡献的东西更少。这一认识本身就非常有趣，而假如我们沿着这种思路更进一步的话，我们就将发现一些极为古怪的事情。如果任意给定的空间区域内的熵的最大值正比于空间的表面积而不是体积的话，那么或许真正基本的自由度——那些能够带来混乱度的特性——或许存在于区域的表面而不是内部。
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正如我们在上一节中所讨论过的，空间中某块区域所能容纳的最大熵由该区域的表面积而不是体积决定。于是自然就会想到，宇宙最基本的组成，其最基本的自由度——携带着整个宇宙的熵的那些东西，就像携有《战争与和平》的熵的书页——就应该在宇宙的边界面上而不是在宇宙的内部。我们在宇宙的“体内”——用物理学家常说的话即为“在体空间（bulk）中”——所体验的一切，实际上是由发生在边界面上的物理所决定的，正如我们在全息投影中看到的一切是由刻蚀在塑料板信息编码决定的一样。物理定律如同宇宙的激光，照亮宇宙的真实过程——发生在远方薄薄的表面上的过程——并产生出我们日常生活的全息幻象。
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对深层次物理前沿理论的检验可能需要能够重新创造出大爆炸之后从未再现过的猛烈瞬间的强力加速器。但对我来说，比起确证我们有关超小尺度上的理论——我们有关超小尺度上的空间、时间，以及物质组成的理论——没有什么其他的理论能更具诗情画意，也没有什么其他结果更为优雅，更不会有什么其他的统一理论会更加完备了。