第一推動叢書（珍藏版套書）

內(nèi)容概要

　　第一推動是2300多年前亞里士多德首次提出的哲學(xué)用語。指一切事物最后的目的與運(yùn)動的終極原因?？茖W(xué)最重要的目標(biāo)之一就是追尋其固有的原動力，同時科學(xué)的這種追求精神本身又是人類發(fā)展和社會進(jìn)步最基本的推動。人類是有希望的，正是被譽(yù)為自身主宰的科學(xué)精神，即“第一推動”。
　　第一推動——國內(nèi)最早、影響最大的引進(jìn)版科普叢書，一套由當(dāng)代世界一流科學(xué)家撰寫的、倡導(dǎo)科學(xué)精神和科學(xué)思想的科普佳作，被稱為“科學(xué)愛好者的精神家園”，已經(jīng)走過了輝煌20年，成為了經(jīng)得起時間檢驗的經(jīng)典！
　　湖南科學(xué)技術(shù)出版社首次推出《第一推動叢書》已出版品種的大合集，共計41冊，統(tǒng)一封面，包裝精美，便于廣大讀者購買，更值得收藏。
　　41冊分別為：
　　《時間簡史》 《時間簡史續(xù)篇》
《黑洞與時間彎曲》 《霍金講演錄》
　　《時空本性》 《果殼里的60年》
《時空的未來》 《千億個太陽》
　　《物理天文學(xué)前沿》
《愛因斯坦尚未完成的交響樂》
　　《看不見的世界——碰撞的宇宙，膜，弦及其他》
《黑洞戰(zhàn)爭》
　　《宇宙?zhèn)饔洝?br />《偉大的超越》
《宇宙的琴弦》 《上帝與新物理學(xué)》
　　《時間之箭》 《終極理論之夢》 《時間、空間和萬物》
《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》
　　《存在之輕——質(zhì)量、以太和力的統(tǒng)一性》
《不同的宇宙》
　　《量子夸克》 《物理學(xué)的困惑》
《宇宙的結(jié)構(gòu)——空間、時間以及真實性的意義》
　　《皇帝新腦》
《數(shù)學(xué)：確定性的喪失》
《四維旅行》
　　《莎士比亞、牛頓和貝多芬：不同的創(chuàng)造模式》
《邏輯的引擎》
　　《未來50年》
《伽利略的手指》 《宇宙極問——量子、信息和宇宙》
　　《下一步是什么——未來科學(xué)的報告》
《復(fù)雜》 《驚人的假說》
　　《生命是什么》
《解碼生命》
《第二自然——意識之謎》
　　《生命的語言——DNA和個體化醫(yī)學(xué)革命》 《比天空更寬廣》

作者簡介

　　包括數(shù)位來自各領(lǐng)域的世界一流的科學(xué)家。
　　史蒂芬·霍金
劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)講座教授,當(dāng)今世界繼愛因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家之一。著有《時間簡史》《果殼中的宇宙》等超級暢銷書。
　　羅杰·彭羅斯英國數(shù)學(xué)物理學(xué)家,牛津大學(xué)羅斯?玻勒數(shù)學(xué)教授,是全世界公認(rèn)的最博學(xué)和最有創(chuàng)見的科學(xué)家、思想家、哲學(xué)家。著有《皇帝新腦》《通向?qū)嵲谥贰返葍?yōu)秀科普書。
　　埃爾溫·薛定諤,奧地利物理學(xué)家。諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，著有《生命是什么》,為分子生物學(xué)的誕生作了概念上的準(zhǔn)備。
　　S·溫伯格
1979年因弱電統(tǒng)一理論與格拉肖和薩拉姆分享諾貝爾物理學(xué)獎。他是美國科學(xué)院院士、文學(xué)和科學(xué)院院士，英國皇家學(xué)會外籍會員。他的《終極理論之夢》、《最初三分鐘》、《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》等書曾風(fēng)行世界。
　　等等

書籍目錄

第1部分 實在性之舞臺
第1章 通往實在性之路
經(jīng)典意義上的實在性
相對論意義上的實在性
量子世界中的實在性
宇宙學(xué)里的實在性
統(tǒng)一理論的實在性
過去和未來的實在性
空間和時間的下一個時代
第2章 宇宙與桶
愛因斯坦之前的相對論
桶
空間困境
馬赫以及空間的意義
馬赫、運(yùn)動及群星
馬赫VS.牛頓
第3章 相對與絕對
真空真的是空的嗎
相對的空間，相對的時間
狡猾但不惡毒
但是桶呢
雕刻空間與時間
調(diào)調(diào)角度
桶,狹義相對論的觀點(diǎn)
引力和古老的問題
引力和加速等價
蜷曲、彎曲與引力
廣義相對論和桶
3000年的時空
第4章 糾纏著的空間
量子眼中的世界
紅和藍(lán)
產(chǎn)生波
概率和物理學(xué)定律
愛因斯坦和量子力學(xué)
海森堡和不確定性
愛因斯坦，不確定性和實在性問題
量子回應(yīng)
貝爾與自旋
實在性檢驗
用角度來數(shù)天使
不冒煙但會著火
糾纏與狹義相對論：標(biāo)準(zhǔn)觀點(diǎn)
糾纏和狹義相對論：反方觀點(diǎn)
我們將用什么來解釋這一切
第2部分 時間與經(jīng)驗
第5章 冰封之河
時間與體驗
時間會流動嗎
過去，現(xiàn)在和未來的持續(xù)幻象
體驗和時間的流動
第6章 偶然和箭頭
謎團(tuán)
過去、未來和基本物理定律
時間反演對稱性
網(wǎng)球和破碎的雞蛋
原理和實踐
熵
熵——第二定律和時間之箭
熵——過去和未來
跟著數(shù)學(xué)走
一片沼澤地
回頭看看
雞蛋、雞和大爆炸
熵與引力
關(guān)鍵輸入
未解之謎
第7章 時間與量子
量子論中的過去
去往奧茲國
選擇
修剪歷史
歷史的不可期
抹掉過去
塑造過去
量子力學(xué)和經(jīng)驗
量子測量之謎
實在性和量子測量問題
退相干和量子實在性
量子力學(xué)和時間之箭
第3部分 時空與宇宙學(xué)
第8章 雪花與時空
對稱性與物理定律
對稱性與時間
將結(jié)構(gòu)放大再思考
膨脹宇宙中的時間
膨脹宇宙的奧妙
宇宙學(xué)，對稱性與空間的形狀
宇宙學(xué)與時空
其他形狀
宇宙學(xué)與對稱性
第9章 蒸發(fā)真空
熱與對稱性
力，物質(zhì)，希格斯場
冷卻宇宙中的場
希格斯海與質(zhì)量起源
冷卻宇宙中的統(tǒng)一
大統(tǒng)一
以太的回歸
熵與時間
第10章 解構(gòu)大爆炸
愛因斯坦與排斥性的引力
蹦跳的青蛙和過冷卻
暴漲
暴漲理論體系
暴漲與視界疑難
暴漲與平坦性疑難
進(jìn)展與預(yù)言
黑暗預(yù)言
失控的宇宙
丟失的70％
迷題與進(jìn)展
第11章 綴滿鉆石的天空中的量子
用量子語言寫的空中文字
宇宙學(xué)的黃金時代
創(chuàng)造一個宇宙
暴漲，平滑性，與時間之箭
熵與暴漲
玻爾茲曼的回歸
暴漲與雞蛋
白璧微瑕？
第4部分 起源與統(tǒng)一
第12章 弦上的世界
量子漲落與真空
漲落與不諧6
這重要嗎
看似不可能的解決方式
第一次革命
弦論與統(tǒng)一
為什么弦論會有用
小尺度上的宇宙結(jié)構(gòu)
更小的點(diǎn)
弦論中的粒子性質(zhì)
振動太多了
在更高的維度中統(tǒng)一
隱藏的維度
弦論與隱藏的維度
隱藏維度的形狀
弦物理與額外維度
弦論中的宇宙結(jié)構(gòu)
第二次超弦革命
翻譯的力量
11個維度
膜
膜世界
粘粘的膜與振動的弦
若我們的宇宙就是一張膜
引力與大額外維
大額外維度與大的弦
弦論遭遇實驗？
膜世界宇宙學(xué)
循環(huán)宇宙學(xué)
簡評
時空的新圖景
第5部分 真實與想象
第14章 上天入地
陷入困境的愛因斯坦
捕獲波
尋找額外維度
希格斯、超對稱，還有弦論
宇宙的起源
暗物質(zhì)、暗能量以及宇宙的未來
空間、時間以及猜想
第15章 超距傳輸器與時間機(jī)器
量子世界的瞬間移動
量子糾纏與量子傳輸
現(xiàn)實中的超距傳輸
時間旅行之惑
反思謎題
自由意志，多重世界，時間旅行
時間旅行能回到過去嗎
蠕蟲洞時間機(jī)器的藍(lán)圖
建造一臺蠕蟲洞時間機(jī)器
宇宙觀光
第16章 幻象的未來
空間和時間是基本概念嗎
量子平均
翻譯中的幾何
黑洞的熵有什么用
宇宙是一幅全息圖嗎
時空的組分
太空的里外
注釋
術(shù)語表
人名索引
推薦書目

章節(jié)摘錄

第1部分  實在性之舞臺第1章  通往實在性之路空間、時間以及事物為什么是那個樣子我的父親并不介意別人碰他那布滿灰塵的舊書架上的任何一本書。但從小到大，我從未見過任何人從中取下一本。那些書多半是大部頭——涉及方方面面的文明史、成套的西方文學(xué)巨著以及大量我已記不起來的其他書籍——它們看起來已經(jīng)和因為數(shù)10年牢固的支撐工作而微微彎曲的架子融為一體了。但是在書架的最上一層，有一本薄薄的小書總能引起我的注意，因為它看起來如此不合時宜，就像大人國中的格利佛一樣?，F(xiàn)在回想起來，很奇怪我那時候竟然沒有早點(diǎn)讀一讀那些書。或許是因為年頭太久了，使得那些書不像是用來讀的，倒像是祖上流傳下來的傳家寶一樣，令人不敢碰觸。不過，這種敬畏之心還是敵不過10來歲孩子不安分的天性。我最終拿起了那本書，拂去表面的灰塵，翻開了第一頁。那最開始的幾行文字，即使退一步說，也令人非常吃驚?！爸挥幸粋€真正的哲學(xué)問題，那就是自殺”，這本書就是這樣開始的。我有點(diǎn)退縮了?！斑@個世界是三維空間嗎？意識有9種還是12種方式？”這本書提出諸如此類的問題，并解釋說這些問題是人類勇敢天性作用下的一部分，但是只有當(dāng)那個真正的問題解決時這些問題才值得討論。這本書就是阿爾及利亞哲學(xué)家諾貝爾獎得主阿爾伯特?加繆所作的《西緒福斯神話》。后來的一段時間內(nèi)，隨著對他所說的話的逐漸理解，我心中感到的那絲冰冷才慢慢融化。當(dāng)然，我覺得你可以一直思考和分析這些問題，但是真正的問題卻在于你所有的思考和分析是否使你確信生命值得存在。那才是所有問題的癥結(jié)所在，其他事情都只是細(xì)節(jié)而已。雖然我只是偶然讀到加繆的書，但他的話給我留下了極為深刻的印象，時?？M繞耳旁，這遠(yuǎn)非我讀過的其他書所能比擬的。我一次又一次的想：我所遇到的、聽說過的或者在電視上看到的各種各樣的人會怎樣回答這一根本性的問題呢。回想起來，盡管他的第2個論斷——關(guān)于科學(xué)進(jìn)步所起的作用——對我來說，更具有特殊意義的挑戰(zhàn)性。加繆認(rèn)為理解宇宙結(jié)構(gòu)確實有價值，但是據(jù)我所知，他并不認(rèn)為這種理解可以改變我們對生命價值的評價?，F(xiàn)在看來，十幾歲的我讀有關(guān)存在主義哲學(xué)的書就像巴特?辛普森讀浪漫詩歌一樣深奧，但是即便如此，加繆的論斷仍然帶給了我相當(dāng)大的震撼。對于這個具有抱負(fù)的唯物論者而言，對生命做出明智的評價需要對生命舞臺——宇宙的全面理解。我忍不住想，如果人類居住在深埋在地下的巖石洞穴里，那么我們就不會發(fā)現(xiàn)地球的表面、明媚的陽光、海洋的微風(fēng)以及遠(yuǎn)離我們的星球；假設(shè)人類沿著一個不同于現(xiàn)在的方向進(jìn)化：如果人類不能獲得除觸覺以外的其他感覺，那么我們所知道的一切事物將來自于對周圍環(huán)境的觸覺印象；如果人類大腦發(fā)育停止在兒童早期，那么我們的情商和分析能力將不會超過一個5歲的孩子——簡而言之，如果我們的經(jīng)歷僅僅是一些對實在性的瑣碎描繪——那么我們對生命的評價將大打折扣。當(dāng)我們最終尋找到通往地球表面的路，當(dāng)我們具有了視覺、聽覺、嗅覺和味覺時，當(dāng)我們的大腦能夠發(fā)育到正常水平時，我們對生命和宇宙的看法必然將發(fā)生根本性的變化。這樣看來，我們現(xiàn)有的對實在性的理解將會對所有哲學(xué)問題的基礎(chǔ)產(chǎn)生非同小可的影響。會產(chǎn)生什么影響呢？或許你會這樣問。任何一位清醒冷靜的思考者都會得出這樣的結(jié)論：雖然我們不可能理解宇宙的每一樣?xùn)|西——關(guān)于物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)和生命功能的方方面面——但是我們?nèi)匀豢梢栽诖笞匀坏漠嫴忌习凑兆约旱囊庠柑砩洗植诘膸坠P。確實正如加繆所暗示的那樣，物理學(xué)上的進(jìn)步，比如對空間維度數(shù)目的理解；或者神經(jīng)心理學(xué)的進(jìn)步，比如對大腦的所有組織結(jié)構(gòu)的理解；或者，就此而言，其他大量的科學(xué)進(jìn)步都可以說是構(gòu)成了重要的細(xì)節(jié)，但它們對我們理解生命和實在性的影響卻微乎其微。的確，實在性是我們對世界的認(rèn)識；實在性是通過我們的經(jīng)驗而展現(xiàn)在我們眼前的。在某種程度上，我們當(dāng)中的許多人對實在性都會有上述的看法，只是未明確表述出來而已。我發(fā)現(xiàn)自己在日常生活中常以這種方式思考；這樣我們就很容易被自然的表象所迷惑。但是，從我第一次讀到加繆的書以來的幾十年間，我發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)給我們上了與眾不同的一課：上個世紀(jì)以來的科學(xué)研究告訴我們，人類的經(jīng)驗往往會對我們理解實在性的本質(zhì)的起誤導(dǎo)作用。隱藏在日常生活背后的是一個我們幾乎沒有多少了解的世界。神秘現(xiàn)象的追隨者、占星術(shù)的信徒以及那些宣揚(yáng)超自然的宗教主義的人們，盡管其觀點(diǎn)各不相同，但都得到了類似的結(jié)論。但那并不是我要說的，我要說的是天才的創(chuàng)造者和孜孜不倦的科學(xué)家們的工作，如同剝洋蔥一樣，揭開了宇宙一層層的面紗，探索了一個又一個的難題，向我們了展示了一個完全不同于平常人們所認(rèn)識的宇宙，一個令人驚奇、興奮和優(yōu)雅的宇宙。但是這些科學(xué)進(jìn)展也只是細(xì)節(jié)而已。自然科學(xué)的重大突破已經(jīng)驅(qū)使并且有力量繼續(xù)驅(qū)使我們的宇宙觀發(fā)生戲劇性的變化?，F(xiàn)在，我仍然像幾十年前一樣確信，加繆把生命的價值作為基本問題討論是正確的，但現(xiàn)代自然科學(xué)讓我相信，通過日常經(jīng)驗來評價生命就像通過一個空可樂瓶來凝視凡高一樣。作為先鋒的現(xiàn)代科學(xué)，向我們的基本感知發(fā)起了一輪又一輪的攻擊，使我們對我們存于其間的這個世界產(chǎn)生了很多概念性的迷惑。因此，即便加繆把物理問題分離出來并置于從屬地位，我仍然相信科學(xué)才是最根本的。在我看來，科學(xué)的實在性為反駁加繆的觀點(diǎn)提供了舞臺和一些啟示。評價存在性問題而忽略了現(xiàn)代科學(xué)的洞察力就像在黑暗中與一名不知名的對手摔跤。加強(qiáng)對科學(xué)實在性的真正本質(zhì)的理解，將有利于重塑我們的人生觀和宇宙觀。這本書的核心在于闡釋對實在性的理解起最為關(guān)鍵作用的一些修正，主要集中在那些長期以來影響人類時空觀念的工作上。從亞里士多德到愛因斯坦，從羅盤到哈勃望遠(yuǎn)鏡，從金字塔到山頂上的天文臺，自從思想產(chǎn)生時，時空就為我們的思想確立了框架。隨著現(xiàn)代科學(xué)的到來，它們的重要性已大大提高。近3個世紀(jì)以來，物理學(xué)的發(fā)展表明，時空觀念已被看作最令人困惑且最引人注目的問題，但同時也是對宇宙進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)；時空觀念已列于古老的科學(xué)概念之上，而這些古老的科學(xué)概念被邊緣研究改建的更加奇妙。對于艾薩克?牛頓而言，空間和時間只不過是一個永恒不變的、普適的宇宙舞臺，以便宇宙中的事件能夠在此一幕幕的上演。對于同時代可與牛頓匹敵的戈特弗萊德?威廉?范?萊布尼茨而言，“空間”和“時間”只是與物體在哪里和事件何時發(fā)生有關(guān)系的詞匯。換句話說，空間和事件對他們而言并不能代表什么。但對于阿爾伯特?愛因斯坦而言，空間和時間是隱藏在實在性下面的原始材料。通過相對論，愛因斯坦震撼了我們的時空觀，向我們展示了它們在宇宙演化中所起的重要作用。從那時起，空間和時間就成為了物理學(xué)界最耀眼的明珠。對我們而言，時間和空間是既熟悉又神秘的；徹底的理解時間和空間已成為最令物理學(xué)家膽怯的挑戰(zhàn)，而它同時也是受歡迎的獵物。本書所講述的物理學(xué)進(jìn)展主要是一些關(guān)于時空結(jié)構(gòu)的不同理論。其中的一些理論挑戰(zhàn)了人類長久以來——即便沒有幾千年也有幾百年——的時空觀。另外一些理論則將試圖尋找我們對時空理論的理解和日常生活經(jīng)驗之間的聯(lián)系。而其他理論將質(zhì)疑普通觀念限定范圍內(nèi)所不能解釋的一些問題。我們在本書中將盡可能少的涉及到哲學(xué)問題（這里當(dāng)然不是指關(guān)于自殺和生命的意義的那些哲學(xué)）。但在探尋科學(xué)解釋空間和時間之奧妙的過程中，我們完全是不受任何限制的。從宇宙最小的微粒和最早的時刻到其所能達(dá)到的最遠(yuǎn)的邊界和最遙遠(yuǎn)的未來，我們將在熟悉和寬廣的環(huán)境中探索時間和空間，不停歇的去追求其真正性質(zhì)?？茖W(xué)家們對空間和時間的探索還在繼續(xù)，此刻我們還無法做出最終的評價。我們將會介紹一系列的進(jìn)展——有些非常奇怪，有些令人非常滿意，有些已被實驗證實，有些還只是空想——它們將向我們展示人類對宇宙結(jié)構(gòu)的思考究竟到了何種地步，人類的指尖對實在性真正紋理的觸摸已到了何種深度。經(jīng)典意義上的實在性關(guān)于現(xiàn)代科學(xué)從何時開始，歷史學(xué)家們眾說紛紜，尚無定論。但毫無疑問的是，從伽利略、笛卡爾、牛頓們開始創(chuàng)造他們的學(xué)說時起，現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)走上正軌了。在那個時代，新的科學(xué)意識體系正在穩(wěn)步地建立起來，地球上和天文學(xué)上實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律性使人們越來越清楚的看到，宇宙的過去和未來是有規(guī)律可尋的，通過精密的推理和數(shù)學(xué)分析我們可以找到這些規(guī)律。富有現(xiàn)代科學(xué)思想的早期先驅(qū)們指出：回顧走過的科學(xué)之路，宇宙中發(fā)生的事件不僅可以解釋，而且也可以預(yù)測?？茖W(xué)所具有的預(yù)言未來方方面面的力量——持續(xù)而定量的——早已得到了證實。早期的科學(xué)研究主要集中我們在日常生活中可以看到或體驗的各種事物。伽利略從斜塔上拋落重物（大約是人所共知的傳奇），或者觀察沿斜面滾落的小球的運(yùn)動；牛頓研究樹上落下來的蘋果（又是一段傳奇）和月球軌道。這些研究的目的在于使新生的科學(xué)研究與大自然和諧一致。當(dāng)然，物理學(xué)中的實在性是各種體驗的來源，但更富挑戰(zhàn)的是聆聽自然的和諧之聲并尋找隱藏在其背后的原因。許多著名學(xué)者和無名英雄都為早期科學(xué)的飛速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，但最后只有牛頓成為了舞臺上的明星。通過對數(shù)學(xué)方程的運(yùn)用，牛頓將地球和天空中的各種已知運(yùn)動現(xiàn)象綜合了起來。就這樣，今日所謂的經(jīng)典物理學(xué)誕生了。在牛頓完成其工作之后的幾十年間，他的方程被發(fā)展出了詳盡精密的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，大大豐富了原始理論，擴(kuò)展了其實際用途。經(jīng)典物理學(xué)逐漸成為一種深奧精妙而又成熟的科學(xué)體系。但是照亮科學(xué)之路的卻是牛頓富有創(chuàng)造性的洞察力。即使今天，300多年過去了，我們可以發(fā)現(xiàn)牛頓方程依然出現(xiàn)在世界各地的初級物理學(xué)課程中；在NASA（美國國家航空和宇宙航行局）的飛行計劃里依然用牛頓方程來計算太空船的運(yùn)行軌跡；在前沿研究的復(fù)雜計算中也常常有牛頓方程的一席之地。在一個單獨(dú)的理論體系下，牛頓帶來了豐富的物理學(xué)現(xiàn)象。但在總結(jié)他的運(yùn)動學(xué)定律時，牛頓遇到了一個棘手的問題，而這個問題對于我們所要講述的故事也很重要（第2章）。每個人都知道物體可以運(yùn)動，但是這些運(yùn)動發(fā)生在哪里呢？空間，也許大家都會回答。但是，牛頓卻會問，空間又是什么呢？空間是一個真正的物理實體？還是人們根據(jù)對宇宙的理解而得出的一個抽象概念呢？牛頓意識到這個關(guān)鍵問題必須得以解決，因為如果沒有對空間和時間的正確理解，他的公式將變得毫無意義。理解需要來龍去脈，思考需有正確的方向。因此，在他的《數(shù)學(xué)原理》一書中，牛頓用簡明的語言闡述了空間和時間的概念，他認(rèn)為空間和時間是絕對的、不可改變的實體，這就為宇宙提供了一個固定而不可改變的舞臺。根據(jù)牛頓的理論，空間和時間為宇宙提供了一個不可見的框架從而形成了宇宙結(jié)構(gòu)。即使在當(dāng)時，也并不是每個人都同意牛頓的說法。有些學(xué)者就指出把理論建立在你摸不到又看不著也無法影響的事物上是沒有意義的。但是牛頓的解釋和牛頓方程驚人的預(yù)言能力使這樣觀點(diǎn)銷聲匿跡。在之后的200年里，牛頓關(guān)于空間和時間的絕對性觀點(diǎn)成為鐵律。相對論意義上的實在性經(jīng)典的牛頓世界觀之所以令人心悅誠服，并不僅僅是因為它能以驚人的精確度描述自然現(xiàn)象，更是由于這種對大自然的描述的細(xì)節(jié)之處——數(shù)學(xué)——是與經(jīng)驗緊密相聯(lián)的。你用力推一個物體，它就會加速。你擲出球時花的力氣越大，球撞墻時所發(fā)生的形變也就越大。當(dāng)你擠壓某個物體時，你也會感覺到那個物體在擠壓你。一個物體的質(zhì)量越大，它所具有的重力也就越大。所有這些都是自然世界的最基本性質(zhì)。當(dāng)你學(xué)習(xí)牛頓的力學(xué)體系時，你會發(fā)現(xiàn)所有的這一切都可由牛頓的方程清晰直觀的表示出來。不同于用水晶球占卜那一套完全無法了解的騙人伎倆，任何一個只受過很少數(shù)學(xué)訓(xùn)練的人都可以掌握牛頓定律。經(jīng)典力學(xué)為人類的直覺提供了堅實的基礎(chǔ)。引力很早就被牛頓納入到其方程之中。但直到19世紀(jì)60年代，電力和磁力才由蘇格蘭物理學(xué)家詹姆斯?克拉克?麥克斯韋添加到經(jīng)典物理體系中。麥克斯韋需要使用新的方程來描述電力和磁力，而他所用到的數(shù)學(xué)知識需要更高層次的訓(xùn)練才能完全掌握。由麥克斯韋引入到經(jīng)典物理體系中的新的方程在描述電磁現(xiàn)象上恰如牛頓方程在描述運(yùn)動上那樣成功。到了19世紀(jì)末，宇宙的奧秘顯然已不是人類智力的對手了。事實上，隨著電與磁的成功統(tǒng)一，科學(xué)家們逐漸產(chǎn)生了一種認(rèn)識：理論物理即將完善。有人提出，物理學(xué)正在飛速的發(fā)展為一門完善的學(xué)科，它的定律不久后就會被雕刻在石碑上。1894年，著名的實驗物理學(xué)家阿爾伯特?邁克遜評論道，“大多數(shù)重要的基本理論已牢固地建立起來”，他引用了一位著名的科學(xué)家的話——大多數(shù)人認(rèn)為這句話是英國物理學(xué)家羅德?開爾文說的——物理學(xué)界剩下的工作只是確定小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字之類的問題。11900年，開爾文曾指出物理學(xué)界上空盤旋著兩朵烏云，一個與光的運(yùn)動之性質(zhì)有關(guān)，另一個則是物體被加熱時的輻射問題，2但在當(dāng)時，大家都覺得這些也僅是一些細(xì)節(jié)問題，它們很快就會被解決。在隨后的10年間，一切都改變了。雖然正如人們所預(yù)料的那樣，開爾文提出的這兩個問題很快被解決了，但是它們的解決卻帶來了更多的故事。每個問題的解決都導(dǎo)致了一場革命，都需要改寫基本自然定律?？臻g、時間和實在性——幾百年來它們不僅有效運(yùn)轉(zhuǎn)，而且精確的表達(dá)了我們對世界的直覺——將不得不被丟棄了。從1905年到1915年，阿爾伯特?愛因斯坦完成了狹義相對論和廣義相對論，掀起了一場解決開爾文第一朵“烏云”的革命（第3章）。在電、磁和光的運(yùn)動的謎團(tuán)中掙扎時，愛因斯坦意識到，經(jīng)典物理學(xué)的基石——牛頓的空間和時間概念出現(xiàn)了狀況。通過1905年春季幾個星期里的努力，愛因斯坦提出：空間和時間并不像牛頓認(rèn)為的那樣具有獨(dú)立且絕對的存在性；兩者實際上以一種與日常經(jīng)驗相反的形式相互聯(lián)系。10年之后，愛因斯坦重寫了引力定律，為牛頓定律的棺木敲上了最后一顆釘。這次，愛因斯坦指出空間和時間不僅是一個統(tǒng)一整體的一部分，而且通過自身的蜷曲參與了宇宙演化?？臻g和時間遠(yuǎn)非如牛頓所想象的那樣具有穩(wěn)固且不可改變的結(jié)構(gòu)；在愛因斯坦的理論中，它們富有彈性并且可以不斷變化。狹義與廣義相對論是人類最寶貴的成就，愛因斯坦正是利用它超越了牛頓體系中實在性的概念。即使牛頓的經(jīng)典物理學(xué)在數(shù)學(xué)上看起來與我們所能感知的物理世界相符合，但它所描述的實在性并不是我們世界的實在性。我們生活于其中的乃是一個具有相對論意義上的實在性的世界。但是，由于經(jīng)典物理與相對論性物理的實在性之間的偏離只有在極端的情況下（如在速度和引力非常大時）才非常明顯，因此在大多數(shù)情況下，牛頓理論作為一種近似，仍然具有一定的精確性及有效性。但功用性和實在性是完全不同的標(biāo)準(zhǔn)。我們將會看到，我們習(xí)以為常的空間和時間的性質(zhì)只不過是錯誤的牛頓式臆想而已。量子世界中的實在性羅德?開爾文提出的第二種反常為我們帶來了量子革命，它是現(xiàn)代人類在對宇宙的認(rèn)知上不得不承受的一場劇變。當(dāng)這場劇變煙消云散、經(jīng)典物理學(xué)的飾面被燒焦后，浮現(xiàn)出了新鮮的量子實在性的理論框架。經(jīng)典物理學(xué)的一個關(guān)鍵特性在于，如果你知道某一時刻所有物體的位置和速度，那么根據(jù)牛頓方程和麥克斯韋添加的新方程，你就可以推算出任意其他時刻（包括過去和未來）所有物體的位置和速度。毋庸置疑，在經(jīng)典物理學(xué)體系下，過去和未來都可以與現(xiàn)在準(zhǔn)確的聯(lián)系起來。而狹義相對論和廣義相對論也有此一說。雖然在相對論框架下，過去和現(xiàn)在的概念比我們所熟知的經(jīng)典物理中的過去和現(xiàn)在(第3章和第5章)的概念要微妙一些，但只要有了相對論方程以及現(xiàn)在的現(xiàn)在這一時刻的所有物理條件，我們還是能夠推導(dǎo)出有關(guān)過去和未來的一切。而到了20世紀(jì)30年代，物理學(xué)家們被迫引進(jìn)一種全新的理論體系——量子力學(xué)。令人意想不到的是，人們逐漸發(fā)現(xiàn)只有依靠量子定律才可以解開大量謎團(tuán)，并為其時剛剛從原子和亞原子層次測得的各種數(shù)據(jù)找到合理的解釋。但是根據(jù)量子定律，即使你對現(xiàn)在的事物的狀態(tài)做出最完善的測量，你最多也只能預(yù)言物體在未來或過去某個時刻的運(yùn)動路徑的概率。根據(jù)量子力學(xué)，宇宙并不能從現(xiàn)在完全推演出，我們所能得到的只是概率。雖然對于如何解釋這些進(jìn)展仍存在著爭議，但大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)同概率的概念與量子意義上的實在性是密不可分的。人類直覺及其在經(jīng)典物理中的表現(xiàn)形式會勾畫出一幅有關(guān)實在性的圖像，在這幅圖像中，物體總會明確的朝著這個或那個方向運(yùn)動；但量子力學(xué)則不然，它所描繪的只是物體徘徊在各種運(yùn)動狀態(tài)之間的實在性。只有當(dāng)某種觀測事件強(qiáng)迫物體放棄量子概率時，我們才會得到確定的結(jié)果。而盡管我們不能預(yù)言這最終的結(jié)果，但我們卻可以預(yù)言物體處于或這或那的運(yùn)動狀態(tài)的概率。坦白的說，這聽起來的確有點(diǎn)不可思議。我們并不習(xí)慣這種在具體的觀測之前一直保持模糊的實在性。但是量子力學(xué)的奇異性并未到此為止。1935年，愛因斯坦和兩個年輕同事內(nèi)森?羅森和鮑里斯?波多斯基寫的一篇論文令人們又一次震驚于量子力學(xué)的奇妙，在這篇論文中，作者們試圖發(fā)起一次對量子理論的攻擊。3基于科學(xué)發(fā)展的螺旋式上升說法，我們可以將愛因斯坦的論文看作是第一篇指出了量子力學(xué)——從表面意義上來說——隱含著某種可能性的文章。這種可能性即在此地發(fā)生的事情可以瞬時的與彼地發(fā)生的事情聯(lián)系起來而不用考慮距離的問題。愛因斯坦認(rèn)為這種瞬時聯(lián)系荒謬可笑，并將這種來自于量子理論的數(shù)學(xué)結(jié)果視作證明量子理論仍有待發(fā)展的明證。但是到了20世紀(jì)80年代，理論和工程技術(shù)的極大發(fā)展使得用實驗來檢驗這種假想的量子謬論成為現(xiàn)實，研究者們證實了相距甚遠(yuǎn)的兩個不同位置間發(fā)生瞬時聯(lián)系的可能性。在早期實驗條件下令愛因斯坦感到荒謬可笑的事情真的發(fā)生了（第4章）。關(guān)于量子力學(xué)特性對實在性圖像的影響是一個正在進(jìn)行中的研究課題。許多科學(xué)家，包括我自己，將它們看作是關(guān)于空間意義與性質(zhì)的激進(jìn)的量子升級中的一部分。正常看來，空間間隔意味著物理上的獨(dú)立性。如果你想要控制足球場那邊發(fā)生的事情，你不得不去那兒，或者，至少，你不得不送某人或某物（助理教練，可以傳播聲音的空氣分子，或能引起注意的閃光，等等）穿越球場以施加你的影響。如果你什么都不做——如果你保持原地不動——你將不會對球場的那邊產(chǎn)生任何影響，因為球場中間的大片空間將阻斷任何物理聯(lián)系。而量子力學(xué)，至少在某些情況下，通過展現(xiàn)超越空間的能力對這種觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)；大范圍的量子關(guān)聯(lián)可以避開空間間隔。兩個物體在空間可以相隔很遠(yuǎn)，但從量子力學(xué)的角度考慮，它們似乎就可看作一個整體。而且，由于愛因斯坦所發(fā)現(xiàn)的空間和時間之間的緊密聯(lián)系，量子關(guān)聯(lián)對時間也有影響。我們將在后面的章節(jié)中介紹一些巧妙又真正神奇的實驗，這些實驗最近探測到量子力學(xué)中一些令人非常吃驚的時空關(guān)聯(lián)，正如我們所看到的，它們非常有力地挑戰(zhàn)了經(jīng)典的、我們大多數(shù)人所持的直覺性觀點(diǎn)。除了上述的那些令人印象深刻的觀念，還有一個有關(guān)時間的基本特性——它的方向是從過去指向未來的——相對論和量子力學(xué)都沒法給出解釋。關(guān)于這一問題。唯一令人信服的進(jìn)展來自于物理學(xué)領(lǐng)域名為宇宙學(xué)的研究。

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