奇妙的現(xiàn)實(shí)

內(nèi)容概要

呈現(xiàn)在你面前的這本書(shū)是作者30多年來(lái)認(rèn)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(shí)的前沿。那些工作經(jīng)常涉及不熟悉的概念和枯燥無(wú)味的數(shù)學(xué)，這些是大部分人不具備基礎(chǔ)或沒(méi)有耐心去精通的。你不必為了欣賞《費(fèi)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(xì)節(jié)。通過(guò)本書(shū)，作者試圖使這一點(diǎn)成為可能，并希望本書(shū)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(huì)使你渴望獲得更多的知識(shí)和啟發(fā)。

作者簡(jiǎn)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(kāi)始執(zhí)教生涯。1988年他前往美國(guó)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(yù)為美國(guó)最杰出的理論物理科學(xué)家之一。

書(shū)籍目錄

序Introduction譯者序前言一、構(gòu)建這個(gè)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(bǔ)充二、關(guān)于力學(xué)的冥想  6  F=ma中的力從何處來(lái)之一：文化沖擊  7  F=ma中的力從何處來(lái)之二：合理的解釋  8  F=ma中的力從何處來(lái)之三：文化的多樣性三、被低估的質(zhì)量  9  質(zhì)量的來(lái)源  10  沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)量之一：大部分的物質(zhì)  11  沒(méi)有質(zhì)量的質(zhì)量之二：介質(zhì)帶來(lái)質(zhì)量四、高處不勝寒  12  標(biāo)定普朗克山之一：從山腳觀望  13  標(biāo)定普朗克山之二：大本營(yíng)  14  標(biāo)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(duì)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(huì)效益  19  當(dāng)言辭不能描述時(shí)  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(dá)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(mèng)  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(shí)刻  28  從概念到現(xiàn)實(shí)再到遠(yuǎn)見(jiàn)  29  諾貝爾傳記  30  漸近自由：從佯謬到成功的范例  31  對(duì)學(xué)生的忠告九、詩(shī)歌創(chuàng)作  32  虛粒子  33  說(shuō)唱膠子  34  十四行詩(shī)形式的回答  35  從爆滿的電子郵箱說(shuō)起  36  青蛙  37  始祖鳥(niǎo)附錄  諾貝爾獎(jiǎng)之路側(cè)記  特大喜訊：2004年10月  一切準(zhǔn)備就緒  您好，總統(tǒng)先生  摘取諾貝爾獎(jiǎng)之斯德哥爾摩“歷險(xiǎn)記”  北極圈諾貝爾獎(jiǎng)的明天  非凡經(jīng)歷在繼續(xù)  突然想起了過(guò)去在一起的時(shí)光  諾貝爾獎(jiǎng)之完整循環(huán)

章節(jié)摘錄

　　20世紀(jì)的物理學(xué)大約起始于公元前600年，當(dāng)時(shí)薩摩斯(S mos)島的畢達(dá)哥拉斯宣布了一個(gè)驚人的想法?！　⊥ㄟ^(guò)研究彈撥琴弦所發(fā)出的聲音的音調(diào)，畢達(dá)哥拉斯發(fā)現(xiàn)人類對(duì)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(xì)相同，處于相同的緊張狀態(tài)，但長(zhǎng)度不同。在這些條件下，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)琴弦長(zhǎng)度的比率可用一些小的整數(shù)表示時(shí)，發(fā)出的音調(diào)聽(tīng)起來(lái)恰好和諧。例如，弦長(zhǎng)比為2:1時(shí)發(fā)出的是八度樂(lè)音，3:2時(shí)是五度樂(lè)音，4:3時(shí)是四度樂(lè)音。　　由這個(gè)發(fā)現(xiàn)所激發(fā)的想法歸納為“萬(wàn)物皆數(shù)”的格言。這句話成了畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的信條，該學(xué)派是一個(gè)把古老的宗教信徒和現(xiàn)代的科學(xué)學(xué)會(huì)結(jié)合為一體的不分性別的社會(huì)團(tuán)體?！　∵@個(gè)學(xué)派有過(guò)許多杰出的發(fā)現(xiàn)，所有的都應(yīng)歸功于畢達(dá)哥拉斯。也許最著名、最深刻的就是畢達(dá)哥拉斯定理(我國(guó)稱之為勾股定理——譯者注)。這個(gè)定理一直是幾何學(xué)入門(mén)課程的主要內(nèi)容。它也是黎曼-愛(ài)因斯坦彎曲空間和引力理論的出發(fā)點(diǎn)?！　〔恍业氖?，正是這個(gè)定理破壞了畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的信條。用畢達(dá)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(dá)哥拉斯學(xué)派的一名成員發(fā)現(xiàn)了這個(gè)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(shuō)2為無(wú)理數(shù)時(shí)，這一說(shuō)法仍然反映了那種年代久遠(yuǎn)的憂慮。　　盡管如此，畢達(dá)哥拉斯的想法仍得到了廣泛的理解。即使沒(méi)有完全擺脫神秘，但卻剝掉了宗教外衣。它仍然是幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)數(shù)學(xué)科學(xué)先驅(qū)們的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。那些繼承這一傳統(tǒng)的工作不再堅(jiān)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(duì)稱性和抽象幾何學(xué)的方法可作為簡(jiǎn)單數(shù)字學(xué)的補(bǔ)充?！　≡诘聡?guó)天文學(xué)家約翰尼斯·開(kāi)普勒(Johannes Kepler，1571～1630)的工作中，這種觀點(diǎn)達(dá)到了光輝頂峰——最終得以完全闡明。　　今天，學(xué)生們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)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(gè)定律——我們可以稱之為開(kāi)普勒第零定律。對(duì)于它，我們很少聽(tīng)說(shuō)過(guò)，因?yàn)橛蟹浅３浞值睦碛勺C明它是完全錯(cuò)誤的。而正是這個(gè)第零定律的發(fā)現(xiàn)，激發(fā)了開(kāi)普勒對(duì)行星天文學(xué)，特別是哥白尼系統(tǒng)的熱情，并開(kāi)創(chuàng)了他非凡的事業(yè)。開(kāi)普勒第零定律講的是關(guān)于不同行星軌道的相對(duì)大小問(wèn)題。為了表述這個(gè)定律，我們必須設(shè)想行星都保持在以太陽(yáng)為中心的一些同心球面上。他的定律是說(shuō)，依次排開(kāi)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(gè)柏拉圖幾何體。這五個(gè)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(dá)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(xiě)的一部經(jīng)典名著，以和蘇格拉底對(duì)話的形式討論關(guān)于宇宙的一些猜想——譯者注)一書(shū)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(dá)到頂峰。　　開(kāi)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(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出音樂(lè)，他甚至還推測(cè)出了曲調(diào)(這就是短語(yǔ)“天體音樂(lè)”的來(lái)源)。這是畢達(dá)哥拉斯理想的一個(gè)完美實(shí)現(xiàn)。盡管是純觀念的，但對(duì)感官上很具吸引力，第零定律似乎算得上是數(shù)學(xué)上無(wú)所不知的造物主的產(chǎn)物。　　值得贊揚(yáng)的是，作為一個(gè)誠(chéng)實(shí)的人(盡管其觀念是時(shí)代錯(cuò)誤)和一名科學(xué)家，開(kāi)普勒沒(méi)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(shí)精確相符。后來(lái)他發(fā)現(xiàn)不是這樣。在仔細(xì)地考慮了第谷·布拉赫(Tycho Brahe)的精確觀測(cè)之后，開(kāi)普勒不得不放棄圓形軌道，轉(zhuǎn)而贊同橢圓軌道。他沒(méi)有能挽回最初激發(fā)他靈感的那些觀點(diǎn)?！　≈?，畢達(dá)哥拉斯理論陷入了漫長(zhǎng)的、深深的低谷。在牛頓的運(yùn)動(dòng)與引力的經(jīng)典演繹推理中，沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)由數(shù)字或概念的一些構(gòu)思來(lái)控制的意思，有的只是動(dòng)力學(xué)。已知某一時(shí)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(lái)它們將如何運(yùn)動(dòng)。這些定律不能確定太陽(yáng)系唯一的大小和結(jié)構(gòu)。近來(lái)發(fā)現(xiàn)，圍繞遙遠(yuǎn)恒星運(yùn)動(dòng)的行星系統(tǒng)顯示出一些非常不同的模式。19世紀(jì)物理學(xué)的巨大進(jìn)展，集中體現(xiàn)于電動(dòng)力學(xué)的麥克斯韋方程組，它們?cè)谖锢韺W(xué)范圍之內(nèi)帶來(lái)了很多新現(xiàn)象，但沒(méi)有在本質(zhì)上改變這種情況，即在經(jīng)典物理的方程中，沒(méi)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(dòng)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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