宇宙史读后心得Word格式.docx
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作者的科學興趣著眼探尋宇宙奧祕，他的書為普通人鋪陳出一段精彩旅程，成功描繪出科學演進和科學求知的繁複進程。
這部廣博著述規模浩瀚，其中帶有某種令讀者自謙的成分，就像仰望夜空，欣賞星座，盤桓蒼穹，照亮黑暗……作者輕鬆把物理學、哲學、古人類學和普魯斯特編結在一起，構成一部壯闊綜論。
二、內文心得
26次方的差別
人是萬物的尺度：
是測知存在的事物存在的尺度，也是測知不存在的事物不存在的尺度。
要想得知我們在宇宙間的位置，我們就必須知道，宇宙間的哪處位置存有哪些事物。
科學家以公尺作為測量事物的單位，所以我們一開始就從米尺入手。
我們會見到我們能成就哪些發現，同時，假使我們總歸要被宇宙的尺寸壓垮，那麼至少我們也許能夠查明，引發暈眩的源頭是在哪裡。
如果我們採每次一公尺來量測宇宙，進度就會很慢。
這樣謹慎行事很快就會變得很無聊。
若是讓每個步驟都放大10倍，也就是科學家所說的提高一個「數量級」（orderofmagnitude），那麼我們就可以探勘得更深、更快。
量測得數為1-10公尺之間的所有物體，全都歸入同一個數量級，這就是我們的第一個等級。
我們在宇宙間漫步的下一個等級，是介於10-100公尺之間的長度，依此類推。
回顧童年時代，身量還不比米尺高出多少的時候寫出的地址，我們可以從住所這裡出發，去尋找那個地址的不同範圍。
從1公尺到10公尺（100－101公尺）
多數人的身高並沒有太大差別。
約翰‧濟慈（JohnKeats）身高1.54公尺，英國海軍上將納爾遜勳爵和瑪麗連‧夢露的身高都是1.65公尺。
史蒂芬‧金（StephenKing）和奧斯卡‧王爾德（OscarWilde）都是1.9公尺。
18和19世紀期間，就平均而言，歐裔美國人是世界上最高的族群。
如今，最高的族群見於赫塞哥維納（Herzogovina）*和蒙特內哥羅（Montenegro）**，那裡的男性平均身高為1.86公尺。
第二高的族群是荷蘭男子，身高1.85公尺。
19世紀末，荷蘭族群以身量短小著稱。
過去兩千年間的倫敦人以維多利亞時代的族群最為矮小。
20世紀之前的倫敦人以薩克遜時代的族群身材最高。
巨人症和侏儒症會造成罕見的極端身高變化，和平均值可以相差達20％。
就我們所知，歷來最高的人是個叫羅勃特‧瓦德羅（RobertWadlow,1918-1940）的美國人，身高2.72公尺。
我們日常生活接觸的物體，尺寸大半介於1公尺到10公尺之間。
現存最大的陸地動物，幾乎全都介於這個尺寸區間。
成年長頸鹿是最高的陸地動物，通常高可達4.8公尺到5.5公尺。
已知最高大的個體是5.87公尺。
從10公尺到100公尺（101－102公尺）
不過，現存最長的陸地動物是蟒蛇。
最長的一件樣本於1912年在印尼捕獲，測得長度10.91公尺。
藍鯨可以長到30公尺長，不過得活得夠久才行，由於受獵捕影響，多數藍鯨都長不了這麼大，而且全球現今種群數量，已經從20萬頭縮減到1萬頭。
最長的陸地動物是俗名靴帶蟲（bootlaceworm）的巨縱溝紐蟲（Lineuslongissimus）。
蘇格蘭聖安德魯斯（St.Andrews）海岸找到的一件樣本長約55公尺。
從前的陸地動物都比較大。
不久之前，雷克斯暴龍（Tyrannosaurusrex）還號稱最大型的肉食型恐龍。
迄今已發掘的雷克斯暴龍標本當中，最大的一件叫做蘇（比較正式的名稱是FMNHPR2081）。
蘇的身長12.8公尺，體重也許有6、7公噸。
據信蘇生存於6,700萬年前。
另一種肉食型恐龍叫做南方巨獸龍（屬名：
Giganotosaurus），化石1993年在阿根廷出土。
迄今發現的最大標本長13.2公尺。
據稱棘龍（屬名：
Spinosaurus）的體型舉世無匹，體長可以長到16公尺和18公尺之間，然而1910年在埃及出土的原始標本，已經在二戰期間遭戰火摧毀，後來又找到的化石只有一件顱骨。
＊一公噸相當於1,000公斤，英制所採英噸（「長噸」）則相當於1,016公斤，差距並不大。
我們可以假定，不論我們擁有哪種化石證據，都只代表曾經存活的眾多恐龍當中的少數。
此外，我們手中的證據，就連我們已知的那寥寥少數，往往也都只是根據少數骨頭推知。
有一件骨骼的完整程度相當罕見，那種恐龍名叫布氏腕龍（Brachiosaurusbrancai），或稱為長頸巨龍（屬名：
Giraffatitan），以好幾批出土物件拼湊而成。
那件骨骼身高12公尺，總長22.5公尺，體重有可能達60公噸，生存於侏羅紀末期約1.4億年前。
自從1970年代以來，其他屬於植食型的更大型恐龍紛紛出土，不過牠們的大小，都是根據不完整（往往非常不完整）的骨骼估計而得。
整個恐龍類群當中最長、最大的一種，相信就是易碎雙腔龍（Amphicoeliasfragillimus）了，長58公尺，重122公噸，然而這種恐龍的重建工作，卻只以一節脊椎骨的一幅素描為依據（骨頭實物已經遺失），所以這個尺寸充其量只能說是推測的。
納爾遜紀念柱高度約51.8公尺（含高5.5公尺的納爾遜像）。
在2006年之前，那根紀念柱還號稱高56.39公尺。
沒有人想到要去核驗。
對撞機是乾什麼用的？
對撞機好比透視微觀世界的『顯微鏡』，只是做法比較『極端』：
它用高速粒子去『打碎』被測物質，記錄碰撞產生的能量，搜索可能產生的新粒子。
“根據愛因斯坦的相對論，一個粒子質量越大，就需要越大的能量才能把它撞擊出來。
”金山介紹說，“當時正負電子對撞機已經把114GeV（10億電子伏特）以下的能區完全排除了。
”
當今能量最大的加速器──大型強子對撞機則不斷排除著更高的能區。
今年8月，歐洲核子研究中心的科學家宣布，他們已經把從145GeV到480GeV的能區搜了一遍，“有95%的可能性，希格斯粒子不在那裡”。
1980年代初期，歐洲核子物理研究中心CERN（EuropeanOrganizationforNuclearResearch）決定建造一個1000億電子伏特的正負電子對撞機，以研究弱作用力的媒介粒子。
此計畫名為大型正負電子碰撞計畫LEP（LargeelectronpositroncolliderProject）．
LEP當時是世界上最大的粒子加速器，於1989年開始運轉，位於瑞士西南與法國交界處，全長27公里的圓形環狀隧道，建於地底一百公尺下，在加速器內共有四個探測器分別進行不同的研究計畫，各進行有關反物質、正電子、高能碰撞等研究，其中最大之一組研究即為L3實驗組，由丁肇中所組織和領導。
目前LEP已拆解，在原隧道內正興建新的粒子加速器，名為大型強子碰撞器計畫LHC（Largehadroncollider）。
新的加速器將能量提昇
為14TeV，即1.4兆電子伏特，是原加速器能量的一百五十倍。
而原加速器內的進行碰撞的粒子主要為正負電子，新的加速器則以質子（強子）為主。
LHC預定於2007年開始運轉，預期粒子物理將可由此邁向新的里程
強交互作用是作用於強子之間的力，是所知四種宇宙間基本作用力最強的，也是作用距離第二短的（大約在10-15m範圍內，比弱交互作用的範圍大）。
另外三種交互作用分別是引力、電磁力及弱交互作用。
核子間的核力就是強交互作用，它抵抗了質子之間的強大的電磁力，維持了原子核的穩定。
現在物理學家認為強交互作用的產生與夸克、膠子有關。
電磁力，是一種相當強的作用力，在宇宙的四個基本的作用力（萬有引力、電磁力、強核作用力、弱核作用力）中，它的強度僅次於強核作用力。
弱交互作用（又稱弱力或弱核力）是自然的四種基本力中的一種，其餘三種為強核力、電磁力及萬有引力。
次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的，恆星中一種叫氫融合的過程也是由它啟動的。
弱交互作用會影響所有費米子，即所有自旋（一種所有粒子都有的性質）為半奇數的粒子。
電弱交互作用是將在粒子物理中的電磁作用與弱交互作用統一成單一作用的理論。
雖然在低能量的情形下，電磁作用與弱作用有很大的差異，然而在超過約100
GeV的情況下，兩種作用力會統合成
單一的電弱作用力。
從古典力學到廣義相對論
牛頓引力的幾何學
古典力學的一個基本原理是：
任何一個物體的運動都可看作是一個不受任何外力的自由運動（慣性運動）和一個偏離於這種自由運動的組合。
這種偏離來自於施加在物體上的外力作用，其大小和方向遵循牛頓第二定律（外力大小等於物體的慣性質量乘以加速度，方向與加速度方向相同）。
而慣性運動與時空的幾何性質直接相關：
古典力學中在標準參考系下的慣性運動是勻速直線運動。
用廣義相對論的語言說，慣性運動的軌跡是時空幾何上的最短路徑（測地線），在閔考斯基時空中是直的世界線。
小球落到正在加速的火箭的地板上（左）和落到地球上（右），處在其中的觀察者會認為這兩種情形下小球的運動軌跡沒有什麼區別
相對論的概括
光錐
在勞侖茲對稱性下可以引入光錐的概念（見左圖），光錐構成了狹義相對論中的因果結構：
對於每一個發生在時空中的事件A，原則上有能夠通過傳播速度小於光速的信號或交互作用影響到事件A或被事件A影響的一組事件（具有因果聯繫），例如圖中的事件B；
也有一組不可能互相影響的事件（不具有因果聯繫），例如圖中的事件C；
而這些事件間有無因果聯繫都與觀測者無關。
將光錐和自由落體的世界線聯繫起來可以導出時空的半黎曼度規，或至少可以得到一個正的純量因子，在數學上這是共形結構的定義。
定義和基礎應用
廣義相對論是引力的度規理論，其核心是愛因斯坦場方程式。
場方程式描述的是用四維半黎曼流形所描述的時空幾何學，與處在時空中物質的能量-動量張量之間的關係。
古典力學中由引力引起的現象（例如自由落體、星體軌道運動、太空飛行器軌道等），在廣義相對論中對應著在彎曲時空中的慣性運動，即沒有所謂外來的引力使得物體的運動偏離它們原本的自然直線運動路徑。
引力本身是時空屬性的幾何學改變，使處在其中的物體沿著時空中最短的路徑作慣性運動；
而反過來時空的曲率是由處在時空中的物質的能量-動量張量改變的。
用約翰·
惠勒的話來解釋說：
時空告訴物體如何運動，物體告訴時空如何彎曲。
物理模型的建立
廣義相對論性的模型建立的核心內容是愛因斯坦場方程式的解。
在愛因斯坦場方程式和一個附加描述物質屬性的方程式（類似於馬克士威方程組和介質的本構方程式）同時已知的前提下，愛因斯坦場方程式的解包含有一個確定的半黎曼流形（通常由特定坐標下得到的度規給出），以及一個在這個流形上定義好的物質場。
物質和時空幾何一定滿足愛因斯坦場方程式，因此特別地物質的能量-動量張量的協變散度一定為零。
當然，物質本身還需要滿足描述其屬性的附加方程式。
因此可以將愛因斯坦場方程式的解簡單理解為一個由廣義相對論制約的宇宙模型，其內部的物質還同時滿足附加的物理定律。
引力時間膨脹和引力紅移
光波從一個大質量物體表面出射時頻率會發生紅移
如果等效原理成立，則可得到引力會影響時間流逝的結論。
射入引力勢阱中的光會發生藍移，而相反從勢阱中射出的光會發生紅移；
歸納而言這兩種現象被稱作引力紅移。
更一般地講，當有一個大質量物體存在時，對於同一個過程在距離大質量物體更近時會比遠離這個物體時進行得更慢，這種現象叫做引力時間膨脹。
光線偏折和引力時間延遲
從光源（圖中藍點表示）發射出的光線在途徑一個緻密星體（圖中灰色區域表示）時發生的光線偏折。
廣義相對論預言光子的路徑在引力場中會發生偏折，即當光子途徑一個大質量物體時路徑會朝向物體發生彎曲。
這種效應已經通過對來自遙遠恆星或類星體的光線途徑太陽時的路徑觀測得到證實[52]。
軌道效應
對於作軌道運動的物體，廣義相對論和古典力學的預言在很多地方有所不同。
廣義相對論預言公轉星體的軌道會發生總體的旋轉（進動），而軌道本身也會由於引力輻射而發生衰減。
近星點的進動
行星繞恆星作公轉的古典力學軌道（紅）和廣義相對論軌道（藍）比較
廣義相對論中，任意軌道的拱點（軌道上最接近或最遠離系統質心的點）會發生進動，這使得軌道不再是橢圓，而是一個繞著質心旋轉的准橢圓軌道，其總體上看接近於玫瑰線的形狀。
愛因斯坦最早通過近似度規來表示牛頓力學的極限，並將軌道運動的物體看作一個測試質點從而在理論上得到了這一結果。
軌道衰減
對脈衝雙星PSR1913+16的周期變化長達三十年的觀測，其周期變化在秒量級內。
根據廣義相對論，一個雙星系統會通過引力輻射的形式損失能量。
儘管這種能量損失一般相當緩慢，卻會使得雙星間的距離逐漸降低，同時降低的還有軌道周期。
在太陽系內的兩體系統或者一般的雙星中，這種效應十分微弱因此難以觀測。
然而對於一個密近脈衝雙星系統而言，在軌道運動中它們會發射極度規律的脈衝信號，地球上的接收者從而能夠將這個信號序列作為一個高度精確的時鐘。
天體物理學上的應用
引力透鏡
愛因斯坦十字：
同一個天體在引力透鏡效應下的四個成
引力場中光線的偏折效應是一類新的天文現象的原因。
當觀測者與遙遠的觀測天體之間還存在有一個大質量天體，當觀測天體的質量和相對距離合適時觀測者會看到多個扭曲的天體成像，這種效應被稱作引力透鏡。
引力透鏡已經發展成為觀測天文學的一個重要工具，它被用來探測宇宙間暗物質的存在和分布，並成為了用於觀測遙遠星系的天然望遠鏡，還可對哈柏常數做出獨立的估計。
引力透鏡觀測數據的統計結果還對星繫結構演化的研究具有重要意義。
重力波天文學
藝術家的構想圖：
雷射空間干涉重力波探測器LISA
對脈衝雙星的觀測是間接證實重力波存在的有力證據（參見上文軌道衰減一節），然而對來自宇宙深處的重力波的直接觀測始終未能實現，這也成為了相對論前沿研究的主要課題之一。
現在已經有相當數量的地面重力波探測器投入運行，最著名的是GEO600、LIGO（包括三架雷射干涉重力波探測器）、TAMA300和VIRGO[89]；
而美國和歐洲合作的空間雷射干涉探測器LISA現在正處於開發階段，其先行測試計劃LISA探路者（LISAPathfinder）將於2009年底之前正式發射升空。
黑洞和其它緻密星體
基於廣義相對論理論的計算機模擬一顆恆星塌縮為黑洞並釋放出重力波的過程。
廣義相對論預言了黑洞的存在，即當一個星體足夠緻密時，其引力使得時空中的一塊區域極端扭曲以至於光都無法逸出。
在當前被廣為接受的恆星演化模型中，一般認為大質量恆星演化的最終階段的情形包括1.4倍左右太陽質量的恆星演化為中子星，而數倍至幾十倍太陽質量的恆星演化為恆星質量黑洞。
具有幾百萬倍至幾十億倍太陽質量的超大質量黑洞被認為定律性地存在於每個星系的中心，一般認為它們的存在對於星系及更大的宇宙尺度結構的形成具有重要作用。
黑洞也是重力波探測的重要目標之一：
黑洞雙星的合并過程可能會輻射出能夠被地球上的探測器接收到的某些最強的重力波信號，並且在雙星合并前的啁啾信號可以被當作一種「標準燭光」從而來推測合并時的距離，並進一步成為在大尺度上探測宇宙膨脹的一種手段。
而恆星質量黑洞等小質量緻密星體落入超大質量黑洞的這一過程所輻射的重力波能夠直接並完整地還原超大質量黑洞周圍的時空幾何信息。
宇宙學
威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）拍攝的全天微波背景輻射的溫度漲落。
現代的宇宙模型是基於帶有宇宙常數的愛因斯坦場方程式建立的，宇宙常數的值對大尺度的宇宙動力學有著重要影響。
這個經修改的愛因斯坦場方程式具有一個各向同性並均勻的解：
弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規，在這個解的基礎上物理學家建立了從一百四十億年前熾熱的大爆炸中演化而來的宇宙模型。
只要能夠將這個模型中為數不多的幾個參數（例如宇宙的物質平均密度）通過天文觀測加以確定，人們就能從進一步得到的實驗數據檢驗這個模型的正確性。
這個模型的很多預言都是成功的，這包括太初核合成時期形成的化學元素初始丰度、宇宙的大尺度結構以及早期的宇宙溫度在今天留下的「迴音」：
宇宙微波背景輻射。
視界
在全局幾何下可以證明有些時空中存在被稱作視界的分界線，它們將時空中的一部分區域隔離起來。
這樣的最著名例子是黑洞：
當質量被壓縮到空間中的一塊足夠小的區域中後（相關長度為史瓦西半徑），沒有光子能從內部逸出。
而由於任何有質量的粒子速度都無法超過光速，黑洞內部的物質也被封閉在視界內。
不過，從視界之外到視界之內的通道依然是存在的，這表明黑洞的視界作為一種分界線並不是物理性質的屏障。
一個旋轉黑洞的能層，在從旋轉黑洞抽取能量的過程中扮演著重要角色。
早期的黑洞研究主要依賴於求得愛因斯坦場方程式的精確解，著名的解包括球對稱的史瓦西解（用來描述靜態黑洞）和反對稱的克爾解（用來描述旋轉定態黑洞，並由此引入了能層等有趣的屬性）。
而後來的研究通過全局幾何揭示了更多的關於黑洞的普適性質：
研究表明經過一段相當長的時間後黑洞都逐漸演化為一類相當簡單的可用十一個參數來確定的星體，包括能量、動量、角動量、某一時刻的位置和所帶電荷。
這一性質可歸納為黑洞的唯一性定理：
「黑洞沒有毛髮」，即黑洞沒有像人類的不同髮型那樣的不同標記。
例如，星體經過引力塌縮形成黑洞的過程非常複雜，但最終形成的黑洞的屬性卻相當簡單。
彎曲時空中的量子場論
作為現代物理中粒子物理學的基礎，通常意義上的量子場論是建立在平直的閔考斯基時空中的，這對於處在像地球這樣的弱引力場中的微觀粒子的描述而言是一個非常好的近似。
而在某些情形中，引力場的強度足以影響到其中的量子化的物質但不足以要求引力場本身也被量子化，為此物理學家發展了彎曲時空中的量子場論。
這些理論藉助於古典的廣義相對論來描述彎曲的背景時空，並定義了廣義化的彎曲時空中的量子場理論。
通過這種理論，可以證明黑洞也在通過黑體輻射釋放出粒子，這即是霍金輻射，並有可能通過這種機制導致黑洞最終蒸發。
如前文所述，霍金輻射在黑洞熱力學的研究中起到了關鍵作用。
量子引力
物質的量子化描述和時空的幾何化描述之間彼此不具有相容性，以及廣義相對論中時空曲率無限大（意味著其結構成為微觀尺度）的奇異點的出現，這些都要求著一個完整的量子引力理論的建立。
這個理論需要能夠對黑洞內部以及極早期宇宙的情形做出充分的描述，而其中的引力和相關的時空幾何需要用量子化的語言來敘述。
儘管物理學家為此做出了很多努力，並有多個有潛質的候選理論已經發展起來，至今人類還沒能得到一個稱得上完整並自洽的量子引力理論。
一個卡拉比-丘流形的投影，由弦論所提出的緊化額外維度的一種方法
量子場論作為粒子物理的基礎已經能夠描述除引力外的其餘三種基本交互作用，但試圖將引力概括到量子場論的框架中的嘗試卻遇到了嚴重的問題。
在低能區域這種嘗試取得了成功，其結果是一個可被接受的引力的有效（量子）場理論，但在高能區域得到的模型是發散的（不可重整化）。
迴圈量子重力中的一個簡單自旋網路
試圖克服這些限制的嘗試性理論之一是弦論，在這種量子理論中研究的最基本單位不再是點狀粒子，而是一維的弦。
弦論有可能成為能夠描述所有粒子和包括引力在內的基本交互作用的大統一理論，其代價是導致了在三維空間的基礎上生成六維的額外維度等反常特性。
在所謂第二次超弦理論革新中，人們猜測超弦理論，以及廣義相對論與超對稱的統一即所謂超引力，能夠構成一個猜想的十一維模型的一部分，這種模型叫做M理論，它被認為能夠建立一個具有唯一性定義且自洽的量子引力理論。
三、結語
建議本書能夠結合更多古人的智慧結晶，如易經、五行、陰陽、太極及無極，使觸角能夠全方位，且全世界更多人能接受及明瞭，人們得以更加知道自己的定位，由內心再向外發展至全身、家人、社會、國家、全世界及宇宙；
使大家能夠逐漸改變、淨化人生觀，不僅自身在其中，更以天下為公，為他人、為大家、為社會，以萬事萬物為親，大家和平相處，世界太平。
（一）易經結構
易經的內容以「卦」組成，共有六十四卦。
每一卦由六層組成，每一層稱為「爻」（yao2）。
後人以「無極生太極、太極生兩儀、兩儀生四象、四象生八卦、八卦生六十四卦」來解釋的卦的構成。
太極（☯）代表一，傳統的太極圖代表了陰陽互補；
一分為二，分開了陰和陽，即是兩儀；
二分為四，即是四象：
太陽、少陽、少陰、太陰；
四分為八，即是八卦；
兩個八卦相疊，即成八八六十四卦。
（二）五行
五行是中國古代的一種物質觀。
多用於哲學、中醫學和占卜方面。
五行指：
金、木、水、火、土。
認為大自然由五種要素所構成，隨著這五個要素的盛衰，而使得大自然產生變化，不但影響到人的命運，同時也使宇宙萬物循環不已。
五行學說認為宇宙萬物，都由木火土金水五種基本物質的運行（運動）和變化所構成。
它強調整體概念，描繪了事物的結構關係和運動形式。
如果說陰陽是一種古代的對立統一學說，則五行可以說是一種原始樸素五元分形集的普通系統論。
相生相剋
黑色箭頭指向相生之物，粉紅色箭頭指向剋制之物。
∙五行相剋：
金剋木，木剋土，土剋水，水剋火，火剋金。
∙五行相生：
金生水，水生木，木生火，火生土，土生金。
∙五行任一行與其他四行的關係為：
生我、我生、克我、我克。
（三）陰陽
陰陽的概念，源自古代中國人民的自然觀。
古人觀察到自然界中各種對立又相聯的大自然現象，如天地、日月、晝夜、寒暑、男女、上下等，以哲學的思想方式，歸納出「陰陽」的概念。
中國的傳統學術中，有所謂「孤陰不生，獨陽不長」及「無陽則陰無以生，無陰則陽無以化」的觀念。
老子在《道德經》中說：
「道生一，一生二，二生三，三生萬物。
萬物負陰而抱陽，沖氣以為和」。
陰陽的特性如下：
1.兩者互相對立：
萬物皆有其互相對立的特性。
如熱為陽，寒為陰；
天為陽，地為陰，說明了宇宙間所有事物皆對立存在。
然這種相對特性並非絕對，而是相對。
如上為陽，下為陰，平地相對於山峰，山峰為陽，平地為陰；
但平地若相對於地底，則平地屬陽、地底屬陰，可見陰陽的相對性關係。
2.兩者相互依靠、轉化、消長：
陰陽存在著互根互
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