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《大设计》读后感

 最近我又阅读了史蒂芬·威廉·霍金的《大设计》这本书。这本书与史蒂芬·威廉·霍金的《简要回答大问题》相似,都以科学的角度讨论一些与世界的创造及罚站的问题和解释这些科学原理是如何得出的,以及该怎么用这些科学原理继续在科学世界中发展。而在《简要回答大问题》中比较有讨论各种不同的超想象问题,在《大设计》中,则讨论着宇宙是如何产生的,科学家的定论是如何而来,而最重要的是,我们该如何确定这都是真的。现在我将简单的概述《大设计》的内容。

第一章:存在的奥秘

第一章中,所讨论的是科学家们的目标。科学,就是为了解释世界的运作方式,所以科学家们最想要得到的就是一个单独自己就可以简单又完整地解释宇宙的所有奥秘的方程式。这完美的方程式叫做M-theory,或是M方程。但世界实在是太复杂了,因此恐怕我们无法能用单一的一个方程,反而M方程是一系列联合在一起的方程。
为何会那么复杂呢,得从各相当近代的量子理论,说起。同时我们也会说说一些与我们的存在常有的问题,列如:
为何会有‘存在’?
我们为何存在? 
为何定律一定要是如此的?

第二章:定律中的规则

科学的定义与目的非常简单,就是为了解释世界的运作方式的方法,但所谓的‘科学’的却是改变了不少。一开始时由于人类认识的不多,有没有进行实验的方法,当是的人都使用神话或宗教以解释天然现象。列如希腊神话中宙斯是闪电的神、中国上古神话中女娲制造了人类、或是基督教中耶和华便是制造世界的神。直到约公元前600年爱奥尼亚的朝代才有能以科学、数学的角度制造定律判断世界运作的想法。他们有了人类历史中第一个定律:勾股定理,或是线的厚度是与当它被弹动时发出的声音有比例的。之后只有到阿基米德的杠杆原理、浮力定律及反射定理了。虽然如此,当时仍然已有不少人提出了些相当现代化的科学理论,例如亚诺芝曼德认为人类较可能进化来的,而恩培多克勒则早已在一个叫滴漏的器具中发现了空气能占据空间的概念,以及德谟克利特所先想出的原子原理,‘atom’(原子)的名字就是他取得,还有阿里斯塔克斯则是利用阳光及影子的角度算出了太阳其实比地球大很多,并做出是地球围绕着太阳转的想法。
可是,由于当时的人们仍然没有使用实验,因此虽然在古希腊时代有不扫思想家,当时仍然没有良好的科学定律。他们常已人性解释自然现象,也无法证明他们的定律。例如亚里士多德当时认为物品会停止运动是因为他们会像人类一样地感到累。之后的首个以实验及推理证明出科学定律的人物恐怕只有伽利略及牛顿了。不但如此,有一段期间欧洲受着基督教的控制时,因此科学发展被放慢了。
不过现在的科学已比以前比起来好得很多了,因此这是实验的重要性。不过仍有三个问题:

  1. 定律从何而来?
  2. 定律能受到破例吗?
  3. 是否只有一套的定律?
先说一声,对于第二个问题,我们可说是不对的,定律就是不该有破例的。

第三章:现实是什么

对于有看过《黑客帝国》的观众必定会有想过这个问题:我们是否也在一个假的世界中呢?或是我们其实有超过四种维度呢?这或许会代表我们的科学是不准的,但这问题有个简单的答案:只要我们没有这情况的证据,我们仍可以说我们找到的科学都是可靠的。
现在我们来谈一谈M方程的概念。一个好的方程有四个要求:
  1. 简单
  2. 尽少的变数
  3. 符合证据及实验结果
  4. 可用做出准确的预测
虽然1.和2.都很重要,3.及4.才是最重要的。打个比方,亚里士多德的四行理论(世界是由火、水、空气及土组成的)即简单又只有4个变数,它并不准测。而周期表里虽有上百个·威廉·霍金的《大设计》这本书。这本书与史蒂芬·威廉·霍金的《简要回答大问题》相似,都以科学的角度讨论一些与世界的创造及罚站的问题和解释这些科学原理是如何得出的,以及该怎么用这些科学原理继续在科学世界中发展。而在《简要回答大问题》中比较有讨论各种不同的超想象问题,在《大设计》中,则讨论着宇宙是如何产生的,科学家的定论是如何而来,而最重要的是,我们该如何确定这都是真的。现在我将简单的概述《大设计》的内容。

第一章:存在的奥秘
第一章中,所讨论的是科学家们的目标。科学,就是为了解释世界的运作方式,所以科学家们最想要得到的就是一个单独自己就可以简单又完整地解释宇宙的所有奥秘的方程式。这完美的方程式叫做M-theory,或是M方程。但世界实在是太复杂了,因此恐怕我们无法能用单一的一个方程,反而M方程是一系列联合在一起的方程。

为何会那么复杂呢,得从各相当近代的—量子理论,说起。同时我们也会说说一些与我们的存在常有的问题,列如:

为何会有‘存在’?

我们为何存在? 

为何定律一定要是如此的?

第二章:定律中的规则
科学的定义与目的非常简单,就是为了解释世界的运作方式的方法,但所谓的‘科学’的却是改变了不少。一开始时由于人类认识的不多,有没有进行实验的方法,当是的人都使用神话或宗教以解释天然现象。列如希腊神话中宙斯是闪电的神、中国上古神话中女娲制造了人类、或是基督教中耶和华便是制造世界的神。直到约公元前600年爱奥尼亚的朝代才有能以科学、数学的角度制造定律判断世界运作的想法。他们有了人类历史中第一个定律:勾股定理,或是线的厚度是与当它被弹动时发出的声音有比例的。之后只有到阿基米德的杠杆原理、浮力定律及反射定理了。虽然如此,当时仍然已有不少人提出了些相当现代化的科学理论,例如亚诺芝曼德认为人类较可能进化来的,而恩培多克勒则早已在一个叫滴漏的器具中发现了空气能占据空间的概念,以及德谟克利特所先想出的原子原理,‘atom’(原子)的名字就是他取得,还有阿里斯塔克斯则是利用阳光及影子的角度算出了太阳其实比地球大很多,并做出是地球围绕着太阳转的想法。

可是,由于当时的人们仍然没有使用实验,因此虽然在古希腊时代有不扫思想家,当时仍然没有良好的科学定律。他们常已人性解释自然现象,也无法证明他们的定律。例如亚里士多德当时认为物品会停止运动是因为他们会像人类一样地感到累。之后的首个以实验及推理证明出科学定律的人物恐怕只有伽利略及牛顿了。不但如此,有一段期间欧洲受着基督教的控制时,因此科学发展被放慢了。

不过现在的科学已比以前比起来好得很多了,因此这是实验的重要性。不过仍有三个问题:

定律从何而来?
定律能受到破例吗?
是否只有一套的定律?
先说一声,对于第二个问题,我们可说是不对的,定律就是不该有破例的。

第三章:现实是什么
对于有看过《黑客帝国》的观众必定会有想过这个问题:我们是否也在一个假的世界中呢?或是我们其实有超过四种维度呢?这或许会代表我们的科学是不准的,但这问题有个简单的答案:只要我们没有这情况的证据,我们仍可以说我们找到的科学都是可靠的。现在我们来谈一谈M方程的概念。一个好的方程有四个要求:
  1. 简单
  2. 尽少的变数
  3. 符合证据及实验结果
  4. 可用做出准确的预测
虽然1.和2.都很重要,3.及4.才是最重要的。打个比方,亚里士多德的四行理论(世界是由火、水、空气及土组成的)即简单又只有4个变数,它并不准测。而周期表里虽有上百个元属,原子的概念也不简单,但它是最准确的,所以它才是受科学家通用的。
但是现实却往往不如想象的简单。例如牛顿一开始认为光是有例如原子一样的粒子组成的,但之后被发现它们其实是由波组成的。但爱因斯坦发现它们也有像粒子的特征。不但如此,在量子理论中粒子也有波的特征。因此科学就是那么复杂的。

第四章:多重历史

在这一章中,我们将大概的解释量子理论的概念。
当我们将光线射过一个只有两个非常小的缝时它会有这个现象:Image result for two slit experimentImage result for wave interference

这就是光是波的特性。波会重叠及干扰,而造成黑白的现象。而假如我们用粒子进行这实验的话,我们应有这个结果吧?
但根据实验,我们却得到这个现象:
这与光的现象几乎一模一样,所以科学家们也只好判定说,在量子的世界中粒子会像波一样,会因为太困乱而因此是无法收到预测的。这是因为根据普朗克常数,我们是无法判断或预测量子世界中的粒子是不能像正常的物件一样操作的。

第五章:万物理论

在科学中,科学家将所有的‘力’分成了四类:
  1. 重力:重力是这四类中最弱的,但它是唯一能随着大小变强,并重叠起来,因此它是最容易在日常生活中观察的。
    1. 电磁力:根据研究,我们其实可以用电产生磁力,也能用磁力产生电。
    2. 弱力:弱力会造成原子分裂。
    3. 强力:强力让原子里的粒子粘在一起。
    由于量子世界的特性与正常世界的特性差很多,科学家们也尝试制造量子版的理论解释这些力的理论。但是,科学家们无法将重力和粒子融合在一起。因此M理论的制作才有那么大的阻碍。
    不但如此,近期也有不少其他理论对这万物理论照成不少麻烦:就例如弦理论提出了我们的世界中其实有十个维度!根据弦理论,这些维度一直都存在,只是他们太小了,就像一个三维的吸管从远处看像一条线,这些维度太小了。总而言之,根据科学上的进步,要写出一个万物理论反而越来越难。

    第六章:选择我们的宇宙

    大家应很熟悉大爆炸的概念,根据爱因斯坦的推测以及观察,我们的宇宙越来越大,因此宇宙一开始一定是如一点的那么小。但是,在那时候,时间是否纯在呢?这问题难以回答,但科学家们认为有可能当时的世界没有时间的维度,而只有空间的维度。但这也不是重点,根据量子理论,那么小的空间中所有的事物都应是无法预测的,因此这才造就了多宇宙理论的概念。宇宙产生时,不是只有一个宇宙,而产生了上万个宇宙,而每一个宇宙都有可能有不同的规则、特征及历史,而它们会慢慢地以自己的方向发展,而其中一个就有了我们人类。

    第七章:明显的奇迹

    虽然到现在科技发展的时代,仍有人不信科学,认为世界是神造出的。其中一个说法就是:根据科学解释出的历史,人类的产生太不可能了。但就那么说吧,跟据多宇宙理论,宇宙存在了那么长的时间再加上世界是如此阔大这几个因素,要有智慧的生命并非不可能的。就像想连续10次将硬币弹出正面朝上或许很难,但并非不可能的,只要弹超过1000次,几乎必定能得到这结果,也不需有神灵的帮助。

    第八章:大设计

    好,我们终于能谈到为何科学家那么沉迷于这万物理论,M方程了。不知大家是否听说过一个叫Conway's Game of Life的模拟游戏。在这模拟中,使用一个非常大的一个交叉板,而每一个空的格子如果有三个或以上个满着的邻居,它也会变满的。但满着的,只有在只有2-3个满着的邻居才能生存,不然它会变空。
    在这游戏中,我们或许能找到不少不同的规律,如下:
    Image result for conway's game of life patterns list gif
    但是,到最后,游戏就是那两三个规则,而科学家们就是希望能得到呢么一个简单的结论。

    A werewolf/mafia story

    If you have never heard of a game which is commonly known as werewolf or mafia, the rules are simple. There are a number of people in a group with some of them being werewolves/mafia and those people will kill a civilian each night, with the only way which civilians can use to save themselves being to vote and execute someone each day. However what you may not know is the story this game is based on.

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