奇妙的現(xiàn)實

內(nèi)容概要

呈現(xiàn)在你面前的這本書是作者30多年來認真思考物理世界的產(chǎn)物。作者大部分的努力都在致力于拓展知識的前沿。那些工作經(jīng)常涉及不熟悉的概念和枯燥無味的數(shù)學(xué)，這些是大部分人不具備基礎(chǔ)或沒有耐心去精通的。你不必為了欣賞《費加羅的婚禮》而像莫扎特一樣去作曲。與此類似，你也不必為了用美妙的現(xiàn)代物理概念豐富你的生活而去精通現(xiàn)代物理的技術(shù)細節(jié)。通過本書，作者試圖使這一點成為可能，并希望本書能夠使讀者賞心悅目。也許，你將發(fā)現(xiàn)，一旦嘗試了這些想法，就會使你渴望獲得更多的知識和啟發(fā)。

作者簡介

弗蘭克· 維爾切克，1951年出生在紐約的皇后區(qū)，在芝加哥大學(xué)物理系本科畢業(yè)后，前往普林斯頓大學(xué)繼續(xù)深造，并于1974年獲物理學(xué)博士學(xué)位。畢業(yè)后，他在普林斯頓開始執(zhí)教生涯。1988年他前往美國西海岸的加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校擔(dān)任教授。2000年秋天，他重回東海岸，擔(dān)任麻省理工學(xué)院的物理系教授。他被譽為美國最杰出的理論物理科學(xué)家之一。

書籍目錄

序Introduction譯者序前言一、構(gòu)建這個世界及其他  1  世界的數(shù)字處方  2  分析和綜合之一：什么關(guān)系到物質(zhì)  3  分析和綜合之二：宇宙的特征  4  分析和綜合之三：宇宙學(xué)的根基  5  分析和綜合之四：局限和補充二、關(guān)于力學(xué)的冥想  6  F=ma中的力從何處來之一：文化沖擊  7  F=ma中的力從何處來之二：合理的解釋  8  F=ma中的力從何處來之三：文化的多樣性三、被低估的質(zhì)量  9  質(zhì)量的來源  10  沒有質(zhì)量的質(zhì)量之一：大部分的物質(zhì)  11  沒有質(zhì)量的質(zhì)量之二：介質(zhì)帶來質(zhì)量四、高處不勝寒  12  標定普朗克山之一：從山腳觀望  13  標定普朗克山之二：大本營  14  標定普朗克山之三：這是所有的一切嗎？五、在大海深處  15  什么是量子理論？  16  完全相對論：馬赫2004  17  生命的參數(shù)六、讓我們瘋狂的方法  18  高能物理的社會效益  19  當(dāng)言辭不能描述時  20  為什么凝聚態(tài)理論與粒子理論存在類似？  21  以太的存留  22  到達最深層次：奠定基礎(chǔ)七、受啟發(fā)，煩躁，再受啟發(fā)  23  玻爾做了些什么事？  24  終極理論之夢  25  大腦的陰影  26  暴脹宇宙  27  我們的天空是由π構(gòu)成的嗎？八、偉大的時刻  28  從概念到現(xiàn)實再到遠見  29  諾貝爾傳記  30  漸近自由：從佯謬到成功的范例  31  對學(xué)生的忠告九、詩歌創(chuàng)作  32  虛粒子  33  說唱膠子  34  十四行詩形式的回答  35  從爆滿的電子郵箱說起  36  青蛙  37  始祖鳥附錄  諾貝爾獎之路側(cè)記  特大喜訊：2004年10月  一切準備就緒  您好，總統(tǒng)先生  摘取諾貝爾獎之斯德哥爾摩“歷險記”  北極圈諾貝爾獎的明天  非凡經(jīng)歷在繼續(xù)  突然想起了過去在一起的時光  諾貝爾獎之完整循環(huán)

章節(jié)摘錄

　　20世紀的物理學(xué)大約起始于公元前600年，當(dāng)時薩摩斯(S mos)島的畢達哥拉斯宣布了一個驚人的想法。　　通過研究彈撥琴弦所發(fā)出的聲音的音調(diào)，畢達哥拉斯發(fā)現(xiàn)人類對和聲的感知是和數(shù)的比率有關(guān)的。他研究了由相同材料制造的弦，這些弦的粗細相同，處于相同的緊張狀態(tài)，但長度不同。在這些條件下，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)琴弦長度的比率可用一些小的整數(shù)表示時，發(fā)出的音調(diào)聽起來恰好和諧。例如，弦長比為2:1時發(fā)出的是八度樂音，3:2時是五度樂音，4:3時是四度樂音?！　∮蛇@個發(fā)現(xiàn)所激發(fā)的想法歸納為“萬物皆數(shù)”的格言。這句話成了畢達哥拉斯學(xué)派的信條，該學(xué)派是一個把古老的宗教信徒和現(xiàn)代的科學(xué)學(xué)會結(jié)合為一體的不分性別的社會團體。　　這個學(xué)派有過許多杰出的發(fā)現(xiàn)，所有的都應(yīng)歸功于畢達哥拉斯。也許最著名、最深刻的就是畢達哥拉斯定理(我國稱之為勾股定理——譯者注)。這個定理一直是幾何學(xué)入門課程的主要內(nèi)容。它也是黎曼-愛因斯坦彎曲空間和引力理論的出發(fā)點?！　〔恍业氖?，正是這個定理破壞了畢達哥拉斯學(xué)派的信條。用畢達哥拉斯定理，很容易證明等腰直角三角形的斜邊與它的任一直角邊之比不能表示為整數(shù)。畢達哥拉斯學(xué)派的一名成員發(fā)現(xiàn)了這個可怕的秘密，之后就不明不白地溺水身亡了。今天，當(dāng)我們說2為無理數(shù)時，這一說法仍然反映了那種年代久遠的憂慮。　　盡管如此，畢達哥拉斯的想法仍得到了廣泛的理解。即使沒有完全擺脫神秘，但卻剝掉了宗教外衣。它仍然是幾個世紀以來數(shù)學(xué)科學(xué)先驅(qū)們的檢驗標準。那些繼承這一傳統(tǒng)的工作不再堅持整數(shù)，但依舊假定，物理世界最深層的結(jié)構(gòu)可從純觀念性詮釋中獲取。對稱性和抽象幾何學(xué)的方法可作為簡單數(shù)字學(xué)的補充?！　≡诘聡煳膶W(xué)家約翰尼斯·開普勒(Johannes Kepler，1571～1630)的工作中，這種觀點達到了光輝頂峰——最終得以完全闡明?！　〗裉?，學(xué)生們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)開普勒的行星運動三定律。但是在表述這些著名定律之前，這位偉大而深邃的思想家還發(fā)表了另外一個定律——我們可以稱之為開普勒第零定律。對于它，我們很少聽說過，因為有非常充分的理由證明它是完全錯誤的。而正是這個第零定律的發(fā)現(xiàn)，激發(fā)了開普勒對行星天文學(xué)，特別是哥白尼系統(tǒng)的熱情，并開創(chuàng)了他非凡的事業(yè)。開普勒第零定律講的是關(guān)于不同行星軌道的相對大小問題。為了表述這個定律，我們必須設(shè)想行星都保持在以太陽為中心的一些同心球面上。他的定律是說，依次排開的這些行星球面有著這樣的比例關(guān)系，即它們可以內(nèi)切于和外接于五個柏拉圖幾何體。這五個著名幾何體——四面體、立方體、八面體、十二面體、二十面體都具有全等的等邊多邊形表面。畢達哥拉斯學(xué)派研究了它們，柏拉圖在《蒂邁歐》(Timaeus)(Timaeus是公元前360年柏拉圖所寫的一部經(jīng)典名著，以和蘇格拉底對話的形式討論關(guān)于宇宙的一些猜想——譯者注)一書的思辨宇宙學(xué)中應(yīng)用了它們。歐幾里得(Euclid)以他著名的只存在五種這樣的規(guī)則多面體的首次證明，使他的《原理》(Elements)(Elements即著名的“幾何原理”——譯者注)達到頂峰?！　￠_普勒因他的這一發(fā)現(xiàn)而異常欣喜。他設(shè)想，當(dāng)這些球面轉(zhuǎn)動時會發(fā)出音樂，他甚至還推測出了曲調(diào)(這就是短語“天體音樂”的來源)。這是畢達哥拉斯理想的一個完美實現(xiàn)。盡管是純觀念的，但對感官上很具吸引力，第零定律似乎算得上是數(shù)學(xué)上無所不知的造物主的產(chǎn)物。　　值得贊揚的是，作為一個誠實的人(盡管其觀念是時代錯誤)和一名科學(xué)家，開普勒沒有沉迷于神秘主義者的狂喜之中，而是積極努力地審視他的定律是否與現(xiàn)實精確相符。后來他發(fā)現(xiàn)不是這樣。在仔細地考慮了第谷·布拉赫(Tycho Brahe)的精確觀測之后，開普勒不得不放棄圓形軌道，轉(zhuǎn)而贊同橢圓軌道。他沒有能挽回最初激發(fā)他靈感的那些觀點?！　≈?，畢達哥拉斯理論陷入了漫長的、深深的低谷。在牛頓的運動與引力的經(jīng)典演繹推理中，沒有任何結(jié)構(gòu)由數(shù)字或概念的一些構(gòu)思來控制的意思，有的只是動力學(xué)。已知某一時刻受到引力作用的物體的位置、速度和質(zhì)量，牛頓定律告訴我們將來它們將如何運動。這些定律不能確定太陽系唯一的大小和結(jié)構(gòu)。近來發(fā)現(xiàn)，圍繞遙遠恒星運動的行星系統(tǒng)顯示出一些非常不同的模式。19世紀物理學(xué)的巨大進展，集中體現(xiàn)于電動力學(xué)的麥克斯韋方程組，它們在物理學(xué)范圍之內(nèi)帶來了很多新現(xiàn)象，但沒有在本質(zhì)上改變這種情況，即在經(jīng)典物理的方程中，沒有什么東西能確定大小尺度，不管是行星系統(tǒng)、原子，還是其他任何東西。經(jīng)典物理的世界系統(tǒng)被分成一些可以任意設(shè)定的初始條件和一些動力學(xué)方程。在那些方程中，整數(shù)和任何其他純概念因素都不扮演突出角色。

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