第一推动丛书物理系列:物理学的困惑 epub pdf mobi txt 电子书下载 2024

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[美] L.，斯莫林著，李泳译

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发表于2024-11-26

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商品介绍

出版社：湖南科学技术出版社

ISBN：9787535795120

版次：1

商品编码：12304354

包装：平装

开本：32开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

正文语种：中文

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书籍描述

产品特色

编辑推荐

如果你读过“弦理论”、“平行宇宙”的书（弦理论经典著作《宇宙的琴弦》同样收录在《第*推动丛书》中），那么应该读这本——《物理学的困惑》，因为这是一本唱反调的书。在这本书中，我们可以看“弦论之争”，穷“万物之理”。书中的另一个主题是关于科学的伦理的探讨，对科研领域的工作者不无启发。

《物理学的困惑》是《第*推动丛书》物理系列其中之一，本书适合有一定基础的物理学爱好者和研究者。物理学专业学生必读书目。

2018年新版的《第*推动丛书》全新设计了版式、封面，提升了阅读体验，让读科普不再艰难。随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平掰开揉碎,带你懂科学好书的《经典科普解读课》6折券。

内容简介

这是一本破天荒的书，著名物理学家斯莫林在书中指出作为所有其他科学的基础的物理学迷失了方向。为什么物理学突然陷入了困境？我们能为它做些什么？
在斯莫林看来，一个主要问题出在弦理论：一个野心勃勃的“万物之理”的蓝图。想要解释自然的所有粒子和力，解释宇宙的起源和演化。弦理论凭它新奇的新粒子和平行宇宙抓住了公众的想象力，也赢得了很多物理学家的心。但这是理论的陷阱：弦理论没有一点曾被证实，也没人知道如何去证实它。实际上，理论出现了无限多个形式，意味着没有实验能否定它。作为一个科学理论，它失败了。但是因为它吸引了大量的资源，招揽了优秀的头脑，严重伤害了在其他路线上追求的年轻物理学家，所以它也拖累了其他物理学的前进步伐。

作者简介

L. 斯莫林，在哈佛大学获物理学博士学位，曾在耶鲁大学和宾夕法尼亚州州立大学教学，后来去加拿大帮助建立了圆周理论物理研究所。他的作品有《宇宙的生命》和《通向量子引力的三条路》。

精彩书评

超弦理论形成了一个动人的数学大框架，提出了大量论断，可实验证据在哪儿呢？如果直觉告诉你这个在量子力学的模糊包裹下的精致结构不能代表完整的真理，你会作何感想？斯莫林保持了清醒的头脑，提出了尖锐的问题，令我们欣喜地看到了他作为一个权*人士的深刻洞察。
——Gerard't Hooft，诺贝尔奖获得者，乌得勒支大学教授
物理学当前面临的世大障碍——和机会——清晰呈现在我们眼前。即使那些不赞同斯莫林多数观点的人，也会欢迎他以引人入胜的笔调和发人深省的思路。把物理学家从黑暗的探索带进了光明。
——Tim Ferry，《银河时代的到来》的作者
斯莫林的物理学理解博大精深，他的批判性判断入木三分。他说弦理论对基础物理学在过去四分之一世纪缺乏真正的进步负有责任，这话值得我们深思用你自己的判断力来读这本书吧。
——Roger Penrose，《通向实在之路》和《皇帝的新脑》的作者
对我们这些隔着玻璃看理论物理学的人来说，最近几十年似乎是在喧哗与狂躁中过去的，没有什么我们可以紧跟的东西……是啊，他们好像还没有学会友好相处。读《物理学的困惑》，就像端一杯红酒，与一个沉静的哲人坐在一起——不论他的知识在弦内还是弦外——听他用透明而优美的语言讲过去发生的故事，指点我们面前的道路。
——Neal Stephenson，科幻作家，《雪崩》、《编码宝典》和《怪人》的作者

? 第1篇未完成的革命
第1章理论物理学的五大问题
第2章美的神话
第3章几何世界
第4章统一成为科学
第5章从统一到超统一
第6章量子引力：岔路
第2篇弦论简史
第7章孕育革命
第8章第一次超弦革命
第9章第二次革命
第10章万物之理
第11章人类的选择
第12章弦理论解释了什么
第3篇弦论之外
第13章真实世界的惊奇
第14章站在爱因斯坦肩头
第15章弦论后的物理学
第4篇向经验学习
第16章奈何社会学
第17章什么是科学
第18章预言家和工艺师
第19章科学到底是怎么运行的
第20章我们能为科学做什么
译后记

前言/序言

绪言
上帝或诸神，可能有，也可能没有。不过确实有东西令我们对神圣的追寻更加高贵。另外，人们走过的那些将我们引向真理更深层次的每一条道路，说明还有东西令我们的追寻更为人性。有的人在沉思冥想或祷告中寻求卓越，另一些人则默默地为人类伙伴服务，还有些人很幸运，拥有超群的才华，通过艺术实践而达到巅峰。
走进生命最深层问题的另一途径就是科学。并非所有科学家都是探索者，多数都不是，但在每个科学分支领域，都有那样的科学家，渴望了解学科最基本的真理。数学家想知道数是什么，数学真理描述了什么；生物学家想知道生命是什么，生命是如何起源的；物理学家想知道空间和时间是什么，世界是怎么形成的。这些基本问题很难回答，也很少有直接的进步。只有很少的科学家能耐得住那样的寂寞。
这是最冒险的事业，也有最大的回报：一旦有人回答了学科基础的某个问题，就将改变我们知道的一切。
科学家的使命是为我们的知识宝库不断添加新的东西，所以他们每天都面对着未知的事物。在学科基础领域工作的科学家们都明白，科学大厦的砖块绝不像人们想象的那么坚固。
本书讲述的是在最深层次认识自然的故事。鼓吹它的是那些在努力延伸我们的物理学基本定律的科学家们。我要讲述的时期——大约从1975年开始—— 是我个人理论物理学生涯的几十年，大概也是自开普勒和伽利略400年前从事物理学以来最奇异、最令人沮丧的几十年。
我讲的故事在某些人读来可能像悲剧。老实说——说来好笑—— 我们失败了。我们继承的这门科学（物理学），长久以来在惊人地发展着，简直成了其他科学的楷模。在过去的两个多世纪里，我们极大地扩展了对自然律的了解。但是今天，尽管我们付出了艰巨的努力，我们对那些定律的认识并不比20世纪70年代更多。
30年过去了，基础物理学却没有重大的进步，这是多么不同寻常的事情啊！即使我们回溯200年，当科学还是富家子弟的专利时，也不曾有过这样的事情。至少在18世纪后期，大约每四分之一世纪都会出现关键问题的重大进步。
到1870年，当拉瓦锡（Antoine Lavoisier）的定量化学实验证明物质守恒时，牛顿的运动和引力定律已经流行几乎100年了。虽然牛顿为我们提供了认识自然万物的框架，前景仍然广阔无边。那时，人们才开始认识物质、光、热的基本事实，正在揭开电磁等神秘现象的秘密。
在接下来的25年里，那些领域有了重大发现。我们明白了光是一种波。我们发现了带电粒子间的力的规律。因为道尔顿（JohnDalton）的原子理论，我们对物质的认识向前飞跃了一大步。我们有了能量的概念，用光的波动理论解释了干涉和衍射，还探讨了电阻和电、磁之间的关系。
现代物理学的几个基本概念出现在1830年到1855年的四分之一世纪里。法拉第（Michael Faraday）提出了场传递力的观点，极大地促进了我们对电磁现象的认识。同在那个时期，能量守恒定律也随着热力学第二定律确立起来了。
接着的四分之一世纪，麦克斯韦（James Clerk Maxwell）进一步发展了法拉第的场的思想，形成了我们今天的电磁学。麦克斯韦不仅统一了电和磁，还解释了光是一种电磁波。1867年，他用原子理论解释了气体的行为。同时，克劳修斯（Rudolf Clausius）提出了熵的概念。从1880年到1905年，我们发现了电子和X射线。热辐射的研究经历了几个阶段，最终导致普朗克（Max Planck）在1900年发现了描述辐射的热性质的正确公式—— 它点燃了量子革命的燎原烈火。
1905年，爱因斯坦26岁。虽然他过去关于热辐射的物理研究在后来被证明是科学的一大贡献，但他还是没能找到学术工作。不过那还只是热身，他很快就看准了一个基本的物理学问题：首先，如何才能让运动的相对性与麦克斯韦的电磁定律协调起来？他在狭义相对论里告诉了我们答案。我们应该把化学元素看作牛顿的原子吗？他证明确实应该那样。我们如何协调光的理论与原子的存在性呢？他也回答了，而且证明光既是波也是粒子。所有这些都发生在1905年，在他作为专利局技术员的空闲时间里。
爱因斯坦的思想爆发持续了四分之一世纪。到1930年，我们已经有了他的广义相对论。它革命性地宣称空间的几何不是固定的，而是随时间演化的。他在1905年揭示的波粒二象性成长为丰满的量子理论，使我们具体认识了原子、化学、物质和辐射。同在1930年，我们还认识了宇宙包含着大量像银河系一样的星系，而且它们在相互离开。这个现象的意义尚不清楚，但我们知道我们生活在一个膨胀的宇宙中。
随着量子理论和广义相对论成为我们对世界的认识的一部分，20世纪物理学革命的第一幕结束了。许多物理教授对各自专业领域的革命感到不安，他们宽慰自己，希望还能按照常规的方式做科学，而不必关心那些基本假设。可惜他们高兴得太早了。
爱因斯坦是在下一个四分之一世纪的最后那年（1955年）去世的。那时我们学会了怎样和谐地融合量子理论与狭义相对论，这是戴森（Freeman Dyson）和费曼（Richard Feynman）那一代人的伟大成就。
我们发现了中子、中微子和千百种其他看起来基本的粒子。我们还认识到千变万化的大自然由四种力主宰：电磁力、引力、强核力（将原子核束缚在一起的力）和弱核力（决定衰变的力）。
再过四分之一世纪就到了1980年。我们那时构造了一个能解释所有基本粒子和力的实验结果的理论—— 即所谓的基本粒子的标准模型。例如，标准模型精确告诉我们质子和中子如何由夸克构成，夸克又如何通过胶子（强核力的传递者）而束缚在一起。在基本物理学历史上，我们第一次看到理论赶上了实验。从那时以来，还没有一个实验与标准模型或广义相对论相矛盾。
我们的物理知识从微观走向宏观，现在走进了一门新的宇宙学—— 大爆炸理论已经成为常识。我们发现我们的宇宙不仅有恒星和星系，还有像中子星、类星体、超新星和黑洞那样的奇异天体。到1980年，霍金大胆预言了黑洞辐射。天文学家们也有证据证明宇宙包含着大量暗物质—— 也就是既不发光也不反射光的某种形式的物质。
1981年，宇宙学家古斯（Alan Guth）提出一幅“暴胀”图景来描述宇宙的早期历史。大致说来，他的理论认为宇宙在极早时期经历了急剧扩张的一幕，这就解释了为什么宇宙在各个方向是那么相同。暴胀理论的预言看起来很可疑，不过10年前开始出现了倾向它的证据。
到我写这本书的时候，还存在几个疑问，不过总的证据还是支持暴胀预言的。
于是，到1981年时，物理学已经历了200年的茁壮成长。一个接着一个的发现深化了我们对自然的理解，因为理论和实验在每个时刻都手牵手地前进着。新的思想被检验和证实，新的实验发现得到了理论的解释。可是接下来，20世纪80年代之初，物理学的脚步停了。
我是粒子物理学标准模型建立后成长起来的第一代物理学家之一。我与大学和研究生院的朋友们见面时，大家经常问：“我们发现了什么值得我们这一代人骄傲的东西吗？”如果要说新的基本发现—— 被实验确立并由理论解释了的发现，像上面说的那些发现—— 那么我们只好承认，“没有！”外斯（Mark Wise）是标准模型之外的粒子物理学的顶尖理论家。最近，在我工作的加拿大安大略省沃特卢圆周（Perimeter）理论物理研究所的一次研讨会上，他谈了基本粒子质量来源的问题。“我们在这个问题上败得很惨，”他说，“如果要我现在谈费米子的质量问题，我可能谈到20世纪80年代就无话可说了。”接着他给我讲了一个故事：1983年，他和约翰? 普雷斯基尔（John Preskill，也是一流的理论家）去加州理工学院任教。“约翰和我坐在他的办公室里聊天…… 你知道，物理学的大佬们曾经都在加州理工，而我们现在也来了！约翰说，‘我不会忘记什么是要紧的事情。’于是他选择了夸克和轻子的质量，他把问题写在一张黄纸片上，然后把它贴在公告牌上…… 这样就不会忘记要为它们而工作。15年后，我走进他的办公室…… 谈点儿事情，我看了看公告牌，那纸片还在呢，但阳光已经洗净了上面的文字。所以问题也就消失了！”
平心而论，我们在过去的几十年里还是有两个实验发现：中微子有质量，宇宙的主角似乎是某种神秘的令膨胀加速的暗能量。但我们还不知道为什么中微子（或其他任何粒子）有质量，也不能解释其质量的数值。至于暗能量，现有的理论还不能解释。暗能量的发现不能算一个成果，因为它说明我们都忽略了某个重要的事实。除了暗能量外，我们再没发现什么新粒子和新的基本作用力，也没遇见过去25年所不曾知道的新现象。不过也别误会。我们在过去25年当然也是忙忙碌碌的，成功地把确立的理论应用于不同的对象：材料的性质、生物的分子物理学、巨大星团的动力学。至于我们对自然律的认识的扩展，确实没有实在的进步。我们探索过很多优美的思想，也做过令人注目的粒子加速实验和宇宙观测，但它们主要是为了证实现有的理论，几乎没有什么飞跃，当然也没有像过去200年那样有确定或重要的发现。如果这样的事情发生在运动场或商场，那就是撞墙了，走霉运了。
物理学为什么突然陷入了困境？我们能为它做些什么？这就是本书的中心问题。