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简介:物理学的困惑
出版社:湖南科学技术出版社
出版时间:2012-04-16
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内容介绍

编辑推荐
斯莫林以清晰、热情和权威的文字记述了弦理论的兴起和衰落,还展望了可能取代它的理论。一群年轻的理论家已经开始探索一些激动人心的思想,它们和弦理论不同,是可以用实验来检验的。斯莫林不但告诉我们未来几年该关注哪些人、哪些事,还为找寻新的优秀人才提出了新的解决办法——给我们一个机会,我们总能找到下一个爱因斯坦。
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*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
斯莫林,在哈佛大学获物理学博士学位,然后在耶鲁大学和宾夕法尼亚州教书,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》。
目录
总序
绪言
致谢
第一篇 未完成的革命
第一章 理论物理学的五大问题
第二章 美的神话
第三章 几何世界
第四章 统一成为科学
第五章 从统一到超统一
第六章 量子引力:岔路
第二篇 弦论简史
第七章 孕育革命
第八章 第一次超弦革命
第九章 第二次革命
第十章 万物之理
第十一章 人类的选择
第十二章 弦理论解释了什么
第三篇 弦论之外
第十三章 真实世界的惊奇
第十四章 站在爱因斯坦肩头
第十五章 弦论后的物理学
第四篇 向经验学习
第十六章 奈何社会学
第十七章 什么是科学
第十八章 预言家和工艺师
第十九章 科学到底是怎么运行的
第二十章 我们能为科学做什么
译后记
前言
  总序
  科学,特别是自然科学,最重要的目标之一,就是追寻科学本身的原动力,或曰追寻其第一推动。同时,科学的这种追求精神本身,又成为社会发展和人类进步的一种最基本的推动。
  科学总是寻求发现和了解客观世界的新现象,研究和掌握新规律,总是在不懈地追求真理。科学是认真的、严谨的、实事求是的,同时,科学又是创造的。科学的最基本态度之一就是疑问,科学的最基本精神之一就是批判。
  的确,科学活动,特别是自然科学活动,比较起其他的人类活动来,其最基本特征就是不断进步。哪怕在其他方面倒退的时候,科学却总是进步着,即使是缓慢而艰难地进步,这表明,自然科学活动中包含着人类的最进步因素。
  正是在这个意义上,科学堪称为人类进步的“第一推动”。
  科学教育,特别是自然科学的教育,是提高人们素质的重要因素,是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得生活和工作所需的知识和技能,更重要的是使人获得科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养,使人获得非生物本能的智慧,获得非与生俱来的灵魂。可以这样说,没有科学的“教育”,只是培养信仰,而不是教育。没有受过科学教育的人,只能称为受过训练,而非受过教育。
  正是在这个意义上,科学堪称为使人进化为现代人的“第一推动”。
  近百年来,无数仁人志士意识到,强国富民再造中国离不开科学技术,他们为摆脱愚昧与无知作了艰苦卓绝的奋斗。中国的科学先贤们代代相传,不遗余力地为中国的进步献身于科学启蒙运动,以图完成国人的强国梦。然而应该说,这个目标远未达到。今日的中国需要新的科学启蒙,需要现代科学教育。只有全社会的人具备较高的科学素质,以科学的精神和思想、科学的态度和方法作为探讨和解决各类问题的共同基础和出发点,社会才能更好地向前发展和进步。因此,中国的进步离不开科学,是毋庸置疑的。
  正是在这个意义上,似乎可以说,科学已被公认是中国进步所必不可少的推动。
  然而,这并不意味着,科学的精神也同样地被公认和接受。虽然,科学已渗透到社会的各个领域和层面,科学的价值和地位也更高了,但是毋庸讳言,在一定的范围内,或某些特定时候,人们只是承认“科学是有用的”,只停留在对科学所带来的后果的接受和承认,而不是对科学的原动力、科学的精神的接受和承认。此种现象的存在也是不能忽视的。
  科学的精神之一,是它自身就是自身的“第一推动”。也就是说,科学活动在原则上是不隶属于服务于神学的,不隶属于服务于儒学的,科学活动在原则上也不隶属于服务于任何哲学。科学是超越宗教差别的,超越民族差别的,超越党派差别的,超越文化的地域的差别的,科学是普适的、独立的,它自身就是自身的主宰。
  湖南科学技术出版社精选了一批关于科学思想和科学精神的世界名著,请有关学者译成中文出版,其目的就是为了传播科学的精神,科学的思想,特别是自然科学的精神和思想,从而起到倡导科学精神,推动科技发展,对全民进行新的科学启蒙和科学教育的作用,为中国的进步作一点推动。丛书定名为《第一推动》,当然并非说其中每一册都是第一推动,但是可以肯定,蕴涵在每一册中的科学的内容、观点、思想和精神,都会使你或多或少地更接近第一推动,或多或少地发现,自身如何成为自身的主宰。
  《第一推动丛书》编委会
精彩书摘
  从物理学萌芽以来,就有人想象自己是最后一代还会面对未知的人。物理学在它的实践者们看来几乎就要圆满了。当诚实的人被迫承认他们对基础还一无所知时,这种满足就在革命中破灭了。可是,就连那些革命也仍然幻想着就在某个角落藏着我们需要的大思想——它能整合我们对知识的追求,并将圆满地终结它。
  我们就生活在那样的一个革命时期,而且经过了一个世纪。最近的一个时期是哥白尼革命,从16世纪初兴起,它颠覆了亚里士多德关于时间、空间、运动和宇宙的理论。革命的高潮是牛顿1687年出版的《自然哲学的数学原理》,他提出了物理学新理论。当前的物理学革命从1900年开始,普朗克在那年发现了描述热辐射谱能量分布的公式,证明能量不是连续的而是量子化的。这场革命还没有结束。物理学家今天需要解决的问题还没有答案,在很大程度上就是因为20世纪的革命不够彻底。
  我们没能完成这场科学革命的主要原因在于五个问题,每一个都很棘手。我从20世纪70年代开始做物理时就面对这些问题了;在过去的30多年里我们对它们有了很多的认识,但还是不能解决。任何基础物理学理论,不论什么样子的,都必须解决这五个问题,所以我们需要好好看看它们。
  爱因斯坦当然是20世纪最重要的物理学家。他最伟大的成就也许是发现了广义相对论,也是迄今为止我们最好的关于时间、空间、运动和引力的理论。他深刻地洞察到引力和运动是密切联系的,而且联系着空间和时间。这个思想打破了几百年的时空概念,那时人们一直以为时间和空间是固定而绝对的。正因为时空永恒不变,所以它们成了我们过去用于定义运动概念(如位置和能量)的背景。
  在爱因斯坦的广义相对论中,空间和时间不再充当固定不变的背景。空间与物质一样是动态的,既有运动,也有变形。结果,整个宇宙既可能膨胀,也可能收缩,而时间甚至可能有开始(在大爆炸)和结束(在黑洞)。
  爱因斯坦还有其他的贡献。他是第一个认识到需要新的物质和辐射理论的人。诚然,普朗克公式隐含着需要突破,但普朗克对其意义的认识还不够深刻,他觉得那可以与牛顿物理学协调起来。爱因斯坦的想法相反,他在1905年第一次明确地论证了那样一个理论。20多年后,那个理论才出现,就是我们熟悉的量子理论。
  这两个发现(相对论和量子论)都需要我们与牛顿物理学彻底决裂。然而,两个理论尽管在过去100年里取得了伟大的进步,却依然不够圆满。每个理论都有缺陷,意味着存在一个更深层的理论。不过,我们说每个理论都不完备,主要还是因为两者的并存。
  因为简单的理由,我们的思想呼唤着第三个理论来统一所有的物理学。大自然显而易见是“统一的”。我们所在的宇宙是相互联系的,因为万物都发生相互作用。我们决不能有两个分别覆盖不同现象而毫不相干的理论。任何所谓的终极理论都必须是一个完备的自然理论,应该囊括所有我们知道的东西。
  没有那样的统一理论,物理学也延续了那么长久。原因是,就实验而言,我们可以将世界划分为两个领域。在量子物理统治的原子领域,我们通常可以忽略引力的作用,像牛顿那样将空间和时间看做不变的背景。另一个领域则属于引力和宇宙学,我们可以在那个领域里忽略量子现象。
  可是这顶多不过是一种临时的权宜之计。要超越它,是理论物理学中的第一个大问题。
精彩插图