2022年8月7日星期日

今日立秋，上海依然炙热。中午发布了阅读笔记之三，下午一鼓作气将此书剩余的部分全部录入完毕。

《概率、时间和黑洞的热》让我的常识得到升华，《我们》使自己对生命有顿悟，对死亡能释然，对我而言是超越性的体验，也是我跟父亲阅读此书的最大收获。我们的知识反映了真实。无论多寡，知识都反映了我们栖居的这个世界。在知识的边界，我们的求知欲在燃烧。

接续阅读笔记之三，以下为之四：

第六课  概率、时间和黑洞的热

一个热的物质并不会包含热质，它发热仅仅是因为其中的原子运动速度更快。原子和原子团组成的分值处在不断运动的状态中，它们快速移动、振动、跳跃。。。冷空气之所以冷是因为空气中的原子，更确切地说是分子，跑得比较慢；热空气之所以热是因为空气中的分子跑得比较快。

在所有不发生热交换、或热交换可以忽略不计的情况下，我们看到的未来和过去是一模一样的。太阳系行星的运转而言，热量几乎是无关重要的，所以行星即使逆向运转，也不会违反任何物理规律。一旦有热量存在，未来和过去不同了。如果没有摩擦，钟摆可以永远摆动下去。把这个摆动过程录下来，倒着播放，也不会觉得有任何问题。如果存在摩擦，钟摆微微加热了底座，损失了能量，运动速度就会减慢。这就是摩擦生热，这时我们立刻就能分辨未来（钟摆变慢的方向）和过去。我们从来没有看到过一个钟摆吸收了底座的热量，从静止突然开始摆动。

只有存在热量的时候，过去和未来才有区别。能将过去和未来区分开来的基本现象就是热量总是从热的物体跑到冷的物体上。

玻尔兹曼发现：一个快速运动的热物体的原子更有可能撞上一个冷物体的原子，传递给它一部分能量；而相反过程发生的概率则很小。在碰撞的过程中能量是守恒的，但当发生大量偶然碰撞时，能量倾向于平均分部。相互接触的物体温度会趋向于相同。

量子力学认为，微观世界的粒子运动都是随机的。这里也引入了概率。玻尔兹曼提出的和热有关的概率另有渊源，和量子力学没有关系。

对于绝大多数物体，我们都是略知一二，并非完全了解，所以只能基于概率做出预测。比如一个充满气的气球，我可以测量它的形状、体积、压力、温度。。。但是气球中的空气分子正在快速运动，而我不知道其中每一个分子的确切位置。

当分子发生碰撞时，热量从热的物体传递到冷的物体上的概率是可以计算的，这个概率比热量从冷的物体传递到热的物体的概率要大得多。

统计物理学就是从玻尔兹曼开始研究的热量和温度的概率特性，也就是热力学。

茶匙和气球的运动遵从物理规律，具有必然性，与我们知道与否毫不相干；它们行为的可预测性或不可预测性，与它们的具体形状无关，只与它们和我们相互作用的那一部分属性（如温度、压力）有关。具体是哪些属性，取决于我们与茶匙、气球相互作用的方式。概率同物体自身的演化无关，只与物体跟我们相互作用的特定属性的变化有关。

在20世纪的进程中，热力学和统计学都延伸到了电磁场和量子现象的领域。

引力场会如何变化，仍是一个未解的难题。我们知道电磁场加热后会发声什么：比如在用烤箱时，馅饼会被热的电磁辐射加热，我们知道怎样描述它—电磁波会振动，随即分配能量。我们可以把电磁波想象成由光子组成的气体，这些光子像热气球里面的分子一样运动。但是热引力场是什么？引力场就是空间本身，或者说是时空，当热量在引力场扩散开来的时候，空间和时间也应该发生振动。。。但是我们还不知道如何描述它，我们还没有发现可以描述热时空的热振动的方程。

时间的流动究竟是什么？

什么是“现在”？我们说存在的事物是“现在”的事物；过去不再存在了，未来还不存在。在物理学中，没有东西对应“现在”这个概念。对比一下“此刻”和“此处”。“此处”是指说话人所在的位置：如果有两个不同的人，“此处”就是指两个不一样的地方。因此，“此处”的意思取决于说话的地点，用术语表达就叫做指示性。“此刻”指说话的这一瞬间，也具有指示性。为什么我们可以说“此刻”的东西是存在的，不在“此刻”的东西就不存在呢？究竟“此刻”是客观的，它的“流动”让物体一个接着一个地“存在”，还是，它和“此处”一样，是主观的？

狭义相对论告诉我们“现在”的概念也是主观的。全宇宙共有同一个“现在”的观念是种幻觉。爱因斯坦：“米莱卡从这个奇怪的世界离开了，比我先走一步，但这没什么。像我们这样相信物理的人都知道，过去、现在和未来之间的分别只不过是持久而顽固的幻觉。”

我们“栖息于时间之中”。

时间流逝这个鲜活的经验从何而来？

答案就在于热量和时间的紧密联系中：只有当热量发生转移时，才有过去和未来的区别。

“时间的流逝”便在物理学中出现了，但并不是在精确地描述物体的真实状况时，而是更多地出现在统计学与热力学中。“此刻”并不比“此处更加客观”，但是世界内部微观的相互作用促使某系统（比如我们自己）内部出现了时间性的现象，这个系统只通过无数变量相互作用。

我们的记忆和意识都建立在这些概率性的现象之上。假如存在一种超感觉的生物，那么对它来说，就不存在时间的“流逝”，宇宙会是没有过去、现在、未来之分的一整块。由于我们意识的局限性，我们只能看到一幅模糊的世界图景，并栖居于时间之中。“看不清的比看得清的更广阔。”正是这种对世界的模糊观察孕育了我们时光流逝的观念。

在引力、量子力学的热力学三者的交叉地带，许多问题纠缠在一起，而时间就位于这团乱麻的中心。我们还没有找到一个理论，把我们对世界的这三块基本理解拼到一起。

霍金利用量子力学成功地证明了黑洞总是“热的”，像火炉一样放热。这是关于“热空间”性质的第一个具体迹象。从来没有人观测到这种热，因为在我们观测到的真实的黑洞中，这种热非常微弱。但是霍金的计算令人信服，在各种场合被人们引用，黑洞的热也被普遍认为是真实存在的。

黑洞的热是发生在黑洞这种物体上的量子效应，而黑洞本质上是引力性的。一个个空间量子，空间的基本颗粒，即那些振动的“分子”加热了黑洞表面，使黑洞放热。这个现象同时涉及问题的三个方面：量子力学、广义相对论和热力学。

黑洞的加热同物理学中的罗塞塔石碑，它用量子、引力和热力学三种语言写就，仍在等待解读，以告诉我们时间的本质。

尾声  我们

我们由原子和光信号构成，同山上的青松和星系中的群星间交换的原子和光信号并无区别。

我们与蝴蝶和落叶松有着共同的祖先。我们就像独生子一样，在长大的过程中逐渐懂得，我们必须接受自己只是万事万物中的一员这个事实，参照他者来认识自己。

我们的知识反映了真实。无论多寡，知识都反映了我们栖居的这个世界。

所有事物都在不断地交换信息。

通过新的科学仪器我们可以观察大脑的活动，并且非常精确地绘制出大脑中错综复杂的网络。

描述我们清醒（有意识）时和睡着但无梦（无意识）时，大脑物理层面究竟发生了什么变化。我们身上并没有违背事物自然表现的东西。

以上都是父亲阅读时留着的下划线。

而以下的文字非父亲关注，却是我非常在意的内容：

我们的生死如同星辰的生灭，个体如此，全人类也是如此。这就是我们的现实。生命正是因为短暂才宝贵。诚如顾罗马哲学家卢克莱修所言：“我们对生命的胃口是贪得无厌的，我们对生命的渴求是永不满足的。”

自然塑造了我们，指引着我们，我们沉浸其中，并非无家可归，并非悬在两个世界之间，以为自己只有一部分属于自然，眷恋着旁的东西。不，我们就在家中。

自然是我们的家，在自然中我们就是在家。我们探索的这个奇妙世界，五光十色，令人惊异，在这里空间是颗粒状的，时间是不存在的，物体也可能不在任何地方，但它并未使我们远离真实的自我，只是与生俱来的好奇心向我们展示了我们的栖居之地，展示我们由什么构成。我们与世间万物一起，是由同样的星尘塑造的，无论我们沉浸在痛苦之中，还是焕发出喜悦的光芒，我们都必须承认，我们是世界的一部分。

我们的爱与真诚俱来，我们天生就渴望懂得更多，渴望不断学习。我们对世界的认知在不断增长。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。