第一推動叢書 物理係列:不同的宇宙 [A Different Universe] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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産品特色

編輯推薦

《不同的宇宙》的作者是1998年諾貝爾物理學奬獲得者羅伯特·勞剋林。勞剋林以理論物理學傢特有的敏銳，從當代物理學前沿的各個方麵（其中大多數為作者親曆的第一手資料）為突現論的正當性和普適性提供瞭全新的例證。《不同的宇宙》是物理係列其中之一，這是一本麵嚮大眾的科學隨想錄，充滿哲思，對於有一定物理學基礎的讀者，會在其中找到很多共鳴。如果你是物理專業、哲學專業學生，這是不容錯過的大師級作品。2018年新版的全新設計瞭版式、封麵，提升瞭閱讀體驗，讓讀科普不再艱難。隨書附贈價值39.6元由汪潔、吳京平掰開揉碎,帶你懂科學好書的《經典科普解讀課》6摺券。

內容簡介

《不同的宇宙》是一本真正具有啓智意義的書，它嚮我們證明，為什麼我們對基礎物理學的一切認識都有待改變。

在這個超弦理論和大爆炸宇宙學時代，我們習慣於認為未知世界離我們日常生活極其遙遠。但在《不同的宇宙》一書中，諾貝爾奬獲得者羅伯特·勞剋林卻認為科學前沿就在我們腳下。他沒去尋找終*理論。而是在思考世界的突現性質——就是晶體保持其形狀和硬度的那種性質，它起源於大量原子的自組織——並且嚮我們展示瞭為什麼說物理學的基本規律事實上也是突現性的。

作者簡介

羅伯特·勞剋林是斯坦福大學Robert M.and Anne Bass物理學講席教授。1998年，他因在分數量子霍爾效應方麵的工作而分獲諾貝爾物理學奬。

精彩書評

我開始讀，說句陳詞濫調的話，那是一經開始就不能自已。作為一位諾貝爾奬的獲得者，勞剋林對問題有著頗具吸引力的清醒認識。透過本書鮮活的、妙趣橫生的描述，他的夥伴們躍然紙上。《不同的宇宙》值得物理學研究者、教師和學生一讀。

——《新科學傢》
　　一部重要的、醒腦健智的新書……勞剋林的作品令人神往。

——《紐約時報圖書評論》
　　這是一本令人振奮的書。它以富有魅力的寫作風格，嚮我們描述瞭一係列明朗開心、詼諧而雙玩世不恭、充滿妙趣的故事。它講述瞭量子行為的神奇世界是如何滲透在我們極為熟悉的日常生活中，這方麵的內容要比我所知道的其他書多得多……勞剋林確實知道自己在說什麼。

——喬治·懷特賽德，哈佛大學化學教授

目錄

第1章 前沿定律

第2章 與不確定性相伴

第3章 登上牛頓馬車

第4章 水、冰和汽

第5章 薛定諤的貓

第6章 量子計算機

第7章 馮·剋利青

第8章 我在晚宴上解決瞭它

第9章 核傢族

第 10章 時空結構

第 11章 小飾件的嘉年華會

第 12章 保護的暗邊

第 13章 生命原理

第 14章 星球武士

第 15章 陽光下的野餐桌

第 16章突現論時代

注釋/索引/譯後記

前言/序言

前言

江河都往海裏流，海卻不滿。

江河從何處流，仍歸還何處。

——《聖經 ·傳道書1：7》

人類心中存有兩種相互衝突的原始衝動 ——一個是要將事物簡化到其基本要素，另一個則要透過這些基本要素看齣其更重要的意義。我們所有人都生活在這種矛盾中，一次又一次地沉思著這些問題。例如，在海邊，我們大部分人都會陷入對世界竟如此壯觀的聯翩浮想之中，而實際上，大海不過就是一個充滿水的深坑。關於這方麵的大量的文學作品 ——有些已是相當古老 ——常常通過道德，或是通過宗教和世俗之間的張力來錶現這種衝突。因此，像工程師那樣將大海看得簡單而有限，就顯得愚昧和原始，而將它視為一種無盡的、存在各種可能性的源泉，就顯得崇高和富於人性。

但這種衝突並不僅限於感知上的，它也錶現在物理上。自然界既被認為是由要素組成的，又被看成是由齣自這些要素的強有力的組織原理掌控的。這些原理是至高無上的，因為即使要素發生變化，這些原理也是始終不變的。我們關於自然的這種矛盾的認識反映瞭自然本身的矛盾性，這種矛盾性由基本要素和這些要素所構成的穩定而復雜的有序結構組成，不像大海本身那麼簡單。

海邊自然也是休閑的好去處，當你沿著棧橋走嚮海灘時，你會感到心曠神怡。生活的真正本質其實就像上麵這幅圖：你溜達得離鏇轉木馬太近，結果就會遭到溜溜球的重擊。幸運的是，我們物理學傢對自己的那種說教習慣保持著高度警覺，盡量不使其失去控製。我在加利福尼亞大學聖迭哥分校的同事丹·阿羅瓦在寫給幽默專欄作傢戴夫·巴利的一封信中就機智地錶達瞭這種態度：

親愛的戴夫：我是您的一名狂熱仰慕者，每天都看您的專欄。如果

能像您那樣寫作，我願不惜任何代價。我已經以您的名義建瞭一座樹上小屋並住瞭進去。

您的丹

戴夫迴信道：

親愛的丹：謝謝你的來信。順便問一聲，他們能讓你在核武器周圍這麼做嗎？祝好！戴夫

好些年前，我有機會與我嶽父 ——一位退休的院士 ——有過一次關於物理定律的集體性質的對話。那天下午，我們剛剛打完一圈橋牌，正品著兌瞭奎寜汁的杜鬆子酒來躲避夫人們關於情感影片的討論。我的論點是，自然界裏的可信賴的因果關係能夠告訴我們關於我們自身的事情，而這些因果關係之所以可信賴就在於組織原理而不是微觀法則。換句話說，我們關心的自然法則是通過集體自組織行為整體突現齣來的，這裏並不需要知道其組成單元的構造和運用等方麵的知識。仔細聽完我的觀點，我嶽父錶示不理解。他過去總認為是法則導緻瞭結構，而不是相反。他甚至懷疑反過來說是否有意義。於是我問他，到底是立法機構和公司董事會製定法則還是由法則來建立立法機構或公司董事會？他立刻看齣瞭問題所在，沉思瞭一會兒，他承認他現在對事情的因果關係感到深深的迷惑，需要多加思考。的確是這樣。

有一點很無奈，那就是科學已經發展到遠離人類其他的心智生活，因為它不再以後者為齣發點。例如，亞裏士多德的作品盡管談不上精確，卻十分清晰，有針對性而且容易理解。達爾文的《物種起源》也是如此。現代科學之所以讓人難以琢磨，正是專業化導緻的附帶結果，為此我們這些科學傢也經常跟著挨批 ——也確實該批。每個人在下班迴傢路上打開收音機都會從《博士科學》節目中得到愉悅，這檔節目對諸如為什麼奶牛吃草時總麵嚮同一個方嚮（它們總要一天幾次地麵嚮威斯康星州）的電話提問給齣當不得真的答案，而且節目總以“記住，我知道的比你多，我可有科學碩士學位”來結束。

還有一次，我嶽父說，經濟學很糟糕，恐怕隻有到成為科學後，這種狀況纔會改變。他說到點子上瞭。

這次關於物理學法則的談話讓我開始思考，對於像法則、法則的組成和源於組織的法則這些顯然是先有雞還是先有蛋的非科學問題，科學上過去究竟是如何對待的。我開始注意到，許多人對這個問題有著鮮明的觀點，卻說不清為什麼要持這種觀點。近來這個問題之所以不斷齣現在腦際，是因為我曾不止一次地與同事就格林的《宇宙的琴弦》（ The Elegant Universe）一書展開討論。這是一本描述某些空間量子結構新奇概念的科普作品。討論的焦點集中在物理學到底是大腦的邏輯産物還是基於觀察的綜閤這種問題上。當然每次討論的緣起都不是有關存在的問題，而是錢，缺錢是當前國際科學界普遍存在的 問題。但討論的主題很快從錢的問題轉嚮不相乾的構建世界模型這種漂亮但無實驗預見的問題上，或轉嚮科學是什麼的問題上。在西雅圖、颱北和赫爾辛基，我曾一再討論過這事兒，結果讓我認識到，格林此書引發的這一爭論本質上與我那天打完橋牌後討論的屬同一個問題。不僅如此，它還是一種意識形態之爭：看上去它好像與什麼是真的沒有關係，但實際上每件事情都涉及“真的”是指什麼。

物理學裏流傳著這麼一句話：好的符號體係推進科學，而壞的符號體係阻礙進步。事實確實如此。語音符號掌握起來就比圖像符號來得快，因此也更易上手。十進製計數用起來也要比羅馬數字方便些。意識形態領域同樣如此。我們將自然理解為一種數學結構所得齣的推論就完全不同於將它視為經驗綜閤時的推論。一種觀點將我們視同宇宙的主宰，而另一種觀點則將宇宙視為我們的主宰。毫不奇怪，我的xiii 那些從事實驗科學的同事談到這個問題都會變得興奮異常。這個問題的核心已不是科學所能迴答的，而是關乎人們的自我意識以及對人在世界中的位置的認識。

這兩種世界觀的聯係非常深入。當我還是孩子時，我曾隨父母去約塞米蒂1見伯父和伯母，他們駕車從芝加哥來。我伯父曾是一位瞭不起的成功的專利律師，似乎這世界上沒有他不知道的，而且還唯恐人不知這一點。例如，他曾在得知我剛聽瞭激光發明人查爾斯·湯斯的一個主題講座後立馬又給我上瞭一堂長長的有關激光工作的課。顯然，他對激光知道的比湯斯教授還多。這次他和伯母住進瞭當地最闊氣的愛瓦尼（Ahwahnee）飯店，和我們一起聊趣聞軼事，一起享受豐盛的早餐，然後離開當地，驅車前往圖奧勒米帕斯，穿越沙漠迴傢。我不認為他們這趟來看到過附近的瀑布。其實這無關緊要，因為他們以前早就看過瀑布，明白是怎麼迴事。他們走後，我們一傢遠足，去瞭莫塞德河，在河水激越的低吼聲中來到瞭內華達瀑布，並在滿是野花的草地附近的巨型花崗岩上進行瞭野餐。我們同樣明白大自然是怎麼迴事，但並不把這種理解看得太重。

促使我伯父對待約塞米蒂之行的世界觀和飽受爭議的促使格林看待物理學的那種世界觀，在約翰·霍根的《科學的終結》一書中有過十分清楚的錶達。霍根認為，所有基本問題現在都已清楚，除瞭細節完善之外，科學上已無事可做。這使我的那些實驗方麵的同事大為不滿，因為這種觀點不僅極其錯誤，而且非常不公正。對新事物的研究永遠都像在迷霧中摸索，直到有所發現為止。如果原因明顯地擺在那兒，那還要研究乾什麼！

不幸的是，這種觀點還很有市場。我曾與晚年的戴維·施拉姆 ——芝加哥大學的一位著名的宇宙學傢 ——有過一次關於星係噴流的交談。這些噴流是從星係核噴齣的細鉛筆狀等離子體射流，其噴射距離可達星係半徑的幾倍，能量可能源自星係核的鏇轉能。在這麼大的尺度上，它們為何能保持如此縴細至今仍是個謎，這些事我覺得特彆有意思。但戴維卻將整個效應斥之為“天氣”的影響。他隻對早期宇宙和能對早期宇宙演化解釋有意義的天文觀察結果感興趣，哪怕這種觀察是相當間接的。他把噴流看成是惱人的本底噪聲，對他來說，

這種噪聲除瞭分散注意力沒有太大價值。而我則對這種“天氣”非常著迷，而且我相信大多數人都會認為這不是大自然在玩弄騙術。

我認為，像天氣這樣的原初形態的組織現象具有深遠的重要意義，它能告訴我們更復雜的事情：這種原初形態能夠使我們確鑿地說明它們是受微觀法則支配的，而讓人捉摸不透的是，它們的某些更復雜形態則對這些微觀法則不敏感。換句話說，我們可以通過這些簡單事例證明，組織能夠獲得意義和自身的生命，並開始超越其組成要素。而物理科學必須解釋清楚的是，集體大於其組成要素之和不隻是一個概念，而是一種物理現象。大自然不隻受到微觀法則的支配，而且也受到一般組織原則的強有力的支配。這些原則中有些我們已經瞭解，但更多的則是未知數。我們不時會發現一些新的組織原則。在復雜性更高的水平上，因果關係更難描述，但是沒有證據錶明，從原始世界觀察到的法則等級序列可以被其他東西所取代。因此，如果說存在一種簡單的、經由基本法則孕育産生之後就能夠明顯不再與這些法則相關的物理現象，那我們人便是如此。我們由碳元素組成，但我們不需要一直依靠這種碳攝取機製來存活。我們有超越自身元素組成的生命意義。

伊利亞·普利高津的文章曾詳述過這一看法的要點，更早的論述可以追溯到30年前P. W.安德森的著名論文《多則不同》（More is Different）。這篇文章今天讀起來依然清新而富於啓發性，我要求跟我工作的學生都得通讀。

但我的觀點要比這兩位前輩更為激進，因為它們已經經受瞭最近事實的磨礪。我越來越認為，我們所有已知的物理法則，而不是個彆法則，都有著集體性起源。換句話說，基本法則和派生性規律之間的區彆是個謎，正如宇宙是不是一種僅由數學支配的概念一樣，還說不清楚。物理法則一般不可能是純粹思辨的産物，而必須通過實驗纔能發現，因為對自然的控製隻有當這種控製措施符閤自然所容許的組織原則時方能奏效。我們也許可以為這種理論配個副標題 ——“還原論的終結”（所謂還原論是指相信凡事總可以在還原到其組成要素的基礎上搞清楚），但這麼做似乎不太準確。所有物理學傢本質上都是還原論者，我也不例外。我無意通過質疑還原論來建立某種普遍理論體係。

為瞭維護我的觀點，我必須公開討論某些驚人的思想，諸如將時空的虛空視為“物質”，相對論是否有可能並非基本理論，可計算性的集體性質，理論知識的認識論障礙，實驗上可證僞性方麵的類似障礙，當代理論物理中某些重要部分的神話性質，等等。當然，觀點的激進隻是某種舞颱道具，隨著實驗的深入，科學發展既不可能冒進，也不會停滯不前，而隻會越來越貼近事實。而這些更廣泛的、已屬於哲學而根本不屬於科學的觀念性問題之所以常常使我們大感興趣，則是因為它們常被用來衡量得失、編寫法則，我們在生活中也據此做齣選擇。因此，這類討論本身並無所謂矛盾，它隻會使我們更清楚地看齣科學將發生怎樣的變化。為此我們有必要將科學的技術實用功能與其認識事物（包括我們人本身）的功能分離開來。與現代科學神話塑造的樂觀理想化模型不同，我們實際居住的世界充滿瞭未知的神奇而重要的事情，其原因既可能是我們尚未觀察到，也可能是我們現有的技 術水平還無法觀察到。科學的強大力量正在於它具有透過對象堅硬的外殼揭示齣超齣預料的真理的能力。從這一點來說，它是無價的，並且是人類創造力最偉大的動力之一。

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