第一推動叢書 物理係列:物理學的睏惑 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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産品特色

編輯推薦

如果你讀過“弦理論”、“平行宇宙”的書（弦理論經典著作《宇宙的琴弦》同樣收錄在《第*推動叢書》中），那麼應該讀這本——《物理學的睏惑》，因為這是一本唱反調的書。在這本書中，我們可以看“弦論之爭”，窮“萬物之理”。書中的另一個主題是關於科學的倫理的探討，對科研領域的工作者不無啓發。

《物理學的睏惑》是《第*推動叢書》物理係列其中之一，本書適閤有一定基礎的物理學愛好者和研究者。物理學專業學生必讀書目。

2018年新版的《第*推動叢書》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

這是一本破天荒的書，著名物理學傢斯莫林在書中指齣作為所有其他科學的基礎的物理學迷失瞭方嚮。為什麼物理學突然陷入瞭睏境？我們能為它做些什麼？
在斯莫林看來，一個主要問題齣在弦理論：一個野心勃勃的“萬物之理”的藍圖。想要解釋自然的所有粒子和力，解釋宇宙的起源和演化。弦理論憑它新奇的新粒子和平行宇宙抓住瞭公眾的想象力，也贏得瞭很多物理學傢的心。但這是理論的陷阱：弦理論沒有一點曾被證實，也沒人知道如何去證實它。實際上，理論齣現瞭無限多個形式，意味著沒有實驗能否定它。作為一個科學理論，它失敗瞭。但是因為它吸引瞭大量的資源，招攬瞭優秀的頭腦，嚴重傷害瞭在其他路綫上追求的年輕物理學傢，所以它也拖纍瞭其他物理學的前進步伐。

作者簡介

L. 斯莫林，在哈佛大學獲物理學博士學位，曾在耶魯大學和賓夕法尼亞州州立大學教學，後來去加拿大幫助建立瞭圓周理論物理研究所。他的作品有《宇宙的生命》和《通嚮量子引力的三條路》。

精彩書評

超弦理論形成瞭一個動人的數學大框架，提齣瞭大量論斷，可實驗證據在哪兒呢？如果直覺告訴你這個在量子力學的模糊包裹下的精緻結構不能代錶完整的真理，你會作何感想？斯莫林保持瞭清醒的頭腦，提齣瞭尖銳的問題，令我們欣喜地看到瞭他作為一個權*人士的深刻洞察。
——Gerard't Hooft，諾貝爾奬獲得者，烏得勒支大學教授
物理學當前麵臨的世大障礙——和機會——清晰呈現在我們眼前。即使那些不贊同斯莫林多數觀點的人，也會歡迎他以引人入勝的筆調和發人深省的思路。把物理學傢從黑暗的探索帶進瞭光明。
——Tim Ferry，《銀河時代的到來》的作者
斯莫林的物理學理解博大精深，他的批判性判斷入木三分。他說弦理論對基礎物理學在過去四分之一世紀缺乏真正的進步負有責任，這話值得我們深思用你自己的判斷力來讀這本書吧。
——Roger Penrose，《通嚮實在之路》和《皇帝的新腦》的作者
對我們這些隔著玻璃看理論物理學的人來說，最近幾十年似乎是在喧嘩與狂躁中過去的，沒有什麼我們可以緊跟的東西……是啊，他們好像還沒有學會友好相處。讀《物理學的睏惑》，就像端一杯紅酒，與一個沉靜的哲人坐在一起——不論他的知識在弦內還是弦外——聽他用透明而優美的語言講過去發生的故事，指點我們麵前的道路。
——Neal Stephenson，科幻作傢，《雪崩》、《編碼寶典》和《怪人》的作者

目錄

? 第1篇 未完成的革命
第1章 理論物理學的五大問題
第2章 美的神話
第3章 幾何世界
第4章 統一成為科學
第5章 從統一到超統一
第6章 量子引力：岔路
第2篇 弦論簡史
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 萬物之理
第11章 人類的選擇
第12章 弦理論解釋瞭什麼
第3篇 弦論之外
第13章 真實世界的驚奇
第14章 站在愛因斯坦肩頭
第15章 弦論後的物理學
第4篇 嚮經驗學習
第16章 奈何社會學
第17章 什麼是科學
第18章 預言傢和工藝師
第19章 科學到底是怎麼運行的
第20章 我們能為科學做什麼
譯後記

前言/序言

緒言
上帝或諸神，可能有，也可能沒有。不過確實有東西令我們對神聖的追尋更加高貴。另外，人們走過的那些將我們引嚮真理更深層次的每一條道路，說明還有東西令我們的追尋更為人性。有的人在沉思冥想或禱告中尋求卓越，另一些人則默默地為人類夥伴服務，還有些人很幸運，擁有超群的纔華，通過藝術實踐而達到巔峰。
走進生命最深層問題的另一途徑就是科學。並非所有科學傢都是探索者，多數都不是，但在每個科學分支領域，都有那樣的科學傢，渴望瞭解學科最基本的真理。數學傢想知道數是什麼，數學真理描述瞭什麼；生物學傢想知道生命是什麼，生命是如何起源的；物理學傢想知道空間和時間是什麼，世界是怎麼形成的。這些基本問題很難迴答，也很少有直接的進步。隻有很少的科學傢能耐得住那樣的寂寞。
這是最冒險的事業，也有最大的迴報：一旦有人迴答瞭學科基礎的某個問題，就將改變我們知道的一切。
科學傢的使命是為我們的知識寶庫不斷添加新的東西，所以他們每天都麵對著未知的事物。在學科基礎領域工作的科學傢們都明白，科學大廈的磚塊絕不像人們想象的那麼堅固。
本書講述的是在最深層次認識自然的故事。鼓吹它的是那些在努力延伸我們的物理學基本定律的科學傢們。我要講述的時期——大約從1975年開始—— 是我個人理論物理學生涯的幾十年，大概也是自開普勒和伽利略400年前從事物理學以來最奇異、最令人沮喪的幾十年。
我講的故事在某些人讀來可能像悲劇。老實說——說來好笑—— 我們失敗瞭。我們繼承的這門科學（物理學），長久以來在驚人地發展著，簡直成瞭其他科學的楷模。在過去的兩個多世紀裏，我們極大地擴展瞭對自然律的瞭解。但是今天，盡管我們付齣瞭艱巨的努力，我們對那些定律的認識並不比20世紀70年代更多。
30年過去瞭，基礎物理學卻沒有重大的進步，這是多麼不同尋常的事情啊！即使我們迴溯200年，當科學還是富傢子弟的專利時，也不曾有過這樣的事情。至少在18世紀後期，大約每四分之一世紀都會齣現關鍵問題的重大進步。
到1870年，當拉瓦锡（Antoine Lavoisier）的定量化學實驗證明物質守恒時，牛頓的運動和引力定律已經流行幾乎100年瞭。雖然牛頓為我們提供瞭認識自然萬物的框架，前景仍然廣闊無邊。那時，人們纔開始認識物質、光、熱的基本事實，正在揭開電磁等神秘現象的秘密。
在接下來的25年裏，那些領域有瞭重大發現。我們明白瞭光是一種波。我們發現瞭帶電粒子間的力的規律。因為道爾頓（JohnDalton）的原子理論，我們對物質的認識嚮前飛躍瞭一大步。我們有瞭能量的概念，用光的波動理論解釋瞭乾涉和衍射，還探討瞭電阻和電、磁之間的關係。
現代物理學的幾個基本概念齣現在1830年到1855年的四分之一世紀裏。法拉第（Michael Faraday）提齣瞭場傳遞力的觀點，極大地促進瞭我們對電磁現象的認識。同在那個時期，能量守恒定律也隨著熱力學第二定律確立起來瞭。
接著的四分之一世紀，麥剋斯韋（James Clerk Maxwell）進一步發展瞭法拉第的場的思想，形成瞭我們今天的電磁學。麥剋斯韋不僅統一瞭電和磁，還解釋瞭光是一種電磁波。1867年，他用原子理論解釋瞭氣體的行為。同時，剋勞修斯（Rudolf Clausius）提齣瞭熵的概念。從1880年到1905年，我們發現瞭電子和X射綫。熱輻射的研究經曆瞭幾個階段，最終導緻普朗剋（Max Planck）在1900年發現瞭描述輻射的熱性質的正確公式—— 它點燃瞭量子革命的燎原烈火。
1905年，愛因斯坦26歲。雖然他過去關於熱輻射的物理研究在後來被證明是科學的一大貢獻，但他還是沒能找到學術工作。不過那還隻是熱身，他很快就看準瞭一個基本的物理學問題：首先，如何纔能讓運動的相對性與麥剋斯韋的電磁定律協調起來？他在狹義相對論裏告訴瞭我們答案。我們應該把化學元素看作牛頓的原子嗎？他證明確實應該那樣。我們如何協調光的理論與原子的存在性呢？他也迴答瞭，而且證明光既是波也是粒子。所有這些都發生在1905年，在他作為專利局技術員的空閑時間裏。
愛因斯坦的思想爆發持續瞭四分之一世紀。到1930年，我們已經有瞭他的廣義相對論。它革命性地宣稱空間的幾何不是固定的，而是隨時間演化的。他在1905年揭示的波粒二象性成長為豐滿的量子理論，使我們具體認識瞭原子、化學、物質和輻射。同在1930年，我們還認識瞭宇宙包含著大量像銀河係一樣的星係，而且它們在相互離開。這個現象的意義尚不清楚，但我們知道我們生活在一個膨脹的宇宙中。
隨著量子理論和廣義相對論成為我們對世界的認識的一部分，20世紀物理學革命的第一幕結束瞭。許多物理教授對各自專業領域的革命感到不安，他們寬慰自己，希望還能按照常規的方式做科學，而不必關心那些基本假設。可惜他們高興得太早瞭。
愛因斯坦是在下一個四分之一世紀的最後那年（1955年）去世的。那時我們學會瞭怎樣和諧地融閤量子理論與狹義相對論，這是戴森（Freeman Dyson）和費曼（Richard Feynman）那一代人的偉大成就。
我們發現瞭中子、中微子和韆百種其他看起來基本的粒子。我們還認識到韆變萬化的大自然由四種力主宰：電磁力、引力、強核力（將原子核束縛在一起的力）和弱核力（決定衰變的力）。
再過四分之一世紀就到瞭1980年。我們那時構造瞭一個能解釋所有基本粒子和力的實驗結果的理論—— 即所謂的基本粒子的標準模型。例如，標準模型精確告訴我們質子和中子如何由誇剋構成，誇剋又如何通過膠子（強核力的傳遞者）而束縛在一起。在基本物理學曆史上，我們第一次看到理論趕上瞭實驗。從那時以來，還沒有一個實驗與標準模型或廣義相對論相矛盾。
我們的物理知識從微觀走嚮宏觀，現在走進瞭一門新的宇宙學—— 大爆炸理論已經成為常識。我們發現我們的宇宙不僅有恒星和星係，還有像中子星、類星體、超新星和黑洞那樣的奇異天體。到1980年，霍金大膽預言瞭黑洞輻射。天文學傢們也有證據證明宇宙包含著大量暗物質—— 也就是既不發光也不反射光的某種形式的物質。
1981年，宇宙學傢古斯（Alan Guth）提齣一幅“暴脹”圖景來描述宇宙的早期曆史。大緻說來，他的理論認為宇宙在極早時期經曆瞭急劇擴張的一幕，這就解釋瞭為什麼宇宙在各個方嚮是那麼相同。暴脹理論的預言看起來很可疑，不過10年前開始齣現瞭傾嚮它的證據。
到我寫這本書的時候，還存在幾個疑問，不過總的證據還是支持暴脹預言的。
於是，到1981年時，物理學已經曆瞭200年的茁壯成長。一個接著一個的發現深化瞭我們對自然的理解，因為理論和實驗在每個時刻都手牽手地前進著。新的思想被檢驗和證實，新的實驗發現得到瞭理論的解釋。可是接下來，20世紀80年代之初，物理學的腳步停瞭。
我是粒子物理學標準模型建立後成長起來的第一代物理學傢之一。我與大學和研究生院的朋友們見麵時，大傢經常問：“我們發現瞭什麼值得我們這一代人驕傲的東西嗎？”如果要說新的基本發現—— 被實驗確立並由理論解釋瞭的發現，像上麵說的那些發現—— 那麼我們隻好承認，“沒有！”外斯（Mark Wise）是標準模型之外的粒子物理學的頂尖理論傢。最近，在我工作的加拿大安大略省沃特盧圓周（Perimeter）理論物理研究所的一次研討會上，他談瞭基本粒子質量來源的問題。“我們在這個問題上敗得很慘，”他說，“如果要我現在談費米子的質量問題，我可能談到20世紀80年代就無話可說瞭。”接著他給我講瞭一個故事：1983年，他和約翰? 普雷斯基爾（John Preskill，也是一流的理論傢）去加州理工學院任教。“約翰和我坐在他的辦公室裏聊天…… 你知道，物理學的大佬們曾經都在加州理工，而我們現在也來瞭！約翰說，‘我不會忘記什麼是要緊的事情。’於是他選擇瞭誇剋和輕子的質量，他把問題寫在一張黃紙片上，然後把它貼在公告牌上…… 這樣就不會忘記要為它們而工作。15年後，我走進他的辦公室…… 談點兒事情，我看瞭看公告牌，那紙片還在呢，但陽光已經洗淨瞭上麵的文字。所以問題也就消失瞭！”
平心而論，我們在過去的幾十年裏還是有兩個實驗發現：中微子有質量，宇宙的主角似乎是某種神秘的令膨脹加速的暗能量。但我們還不知道為什麼中微子（或其他任何粒子）有質量，也不能解釋其質量的數值。至於暗能量，現有的理論還不能解釋。暗能量的發現不能算一個成果，因為它說明我們都忽略瞭某個重要的事實。除瞭暗能量外，我們再沒發現什麼新粒子和新的基本作用力，也沒遇見過去25年所不曾知道的新現象。不過也彆誤會。我們在過去25年當然也是忙忙碌碌的，成功地把確立的理論應用於不同的對象：材料的性質、生物的分子物理學、巨大星團的動力學。至於我們對自然律的認識的擴展，確實沒有實在的進步。我們探索過很多優美的思想，也做過令人注目的粒子加速實驗和宇宙觀測，但它們主要是為瞭證實現有的理論，幾乎沒有什麼飛躍，當然也沒有像過去200年那樣有確定或重要的發現。如果這樣的事情發生在運動場或商場，那就是撞牆瞭，走黴運瞭。
物理學為什麼突然陷入瞭睏境？我們能為它做些什麼？這就是本書的中心問題。

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