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第三次沉思

出版社：中信出版社出版時間：2022-01-01
開本： 其他 頁數(shù)： 320
本類榜單：科普讀物銷量榜
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第三次沉思 版權信息

  • ISBN：9787521734157
  • 條形碼：9787521734157 ; 978-7-5217-3415-7
  • 裝幀：一般膠版紙
  • 冊數(shù)：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

第三次沉思 本書特色

適讀人群 ：1. 物理學家、天文學家以及相關研究的學者 2. 學習物理、天文等專業(yè)的學生 3. 對宇宙、天文、物★ 諾貝爾物理學獎得主給你的世界閱讀指南。斯蒂芬·溫伯格是誰？他是諾貝爾物理學獎、劉易斯·托馬斯“詩人科學家”獎、美國國家科學獎章得主，曾任美國國家科學院院士、倫敦皇家學會外籍會員、美國哲學學會會員等。他是今天的物理學界相當有影響力的學者，同時也是一位很好的科學傳播者。 ★ 世界上這么聰明的物理學頭腦在想什么問題？溫伯格在這本書里清晰地給我們解釋了這些問題：多重宇宙在物理學中是怎么回事？暴脹理論、暗物質、暗能量又是什么？大型強子對撞機是做什么用的，耗資幾十上百億建造大型強子對撞機真的值得嗎？量子力學的研究瓶頸是什么？基本粒子之謎解開了嗎？今天的物理學家還需要克服什么困難，研究什么問題？ ★ 從宇宙到粒子，讓你認識全新的物理學世界。從137億年到3.16x10-25秒，從宇宙到粒子，溫伯格向我們展示了物理的廣博與可能。溫伯格的畢生目標是尋找一個可以解釋我們的世界的終極理論。科學的目標不是回應時代的喧囂，而是理解世界的真相。 ★ 物理學、數(shù)學、科學史、哲學大牛推薦！美國國家科學院院士、哈佛大學教授、清華大學教授丘成桐，中國科學院高能物理研究所粒子天體物理中心主任、中國科學院大學教授張雙南，復旦大學物理學系教授、理論物理及物理學史研究者施郁，中國科學技術大學科技史與科技考古系教授鈕衛(wèi)星，科普作家盧昌海作序推薦！ 香港科技大學物理系講座教授戴自海，上海交通大學、清華大學教授何紅建，北京大學哲學系教授劉華杰，研究員、中國社科院哲學所科技哲學研究室主任段偉文，科學作家、得到App《精英日課》專欄作者萬維鋼，科普作家、文津獎得主嚴伯鈞，英國皇家科學院院士、《自私的基因》作者理查德·道金斯，普林斯頓高等研究院教授、美國國家科學院院士、基礎物理學突破獎得主尼瑪·阿卡尼-哈米德聯(lián)袂推薦！ 譯者秦麥，天文學碩士、教師、占星師、自由譯者、天文愛好者。譯者孫正凡，@松鼠老孫，現(xiàn)居上海，天體物理學博士、科普作家，翻譯多部科普作品。

第三次沉思 內容簡介

這本書是諾貝爾物理學獎、美國國家科學獎章得主斯蒂芬·溫伯格關于科學史、物理和宇宙、社會觀評、個人遐思的文集,收錄了溫伯格發(fā)表在報刊上的文章、演講以及部分未發(fā)表文章。 從宇宙、天文學、量子力學到今天科學的局限,溫伯格熱忱而清晰地向我們展示了一個理性的科學家看待世界的方式。 天文學有什么用?研究三代夸克和輕子又有什么用?我們要不要建對撞機?基本粒子是什么?科學家是如何發(fā)現(xiàn)進步科學的?物理學近半個世紀的標準模型是什么?是什么讓宇宙不斷膨脹?我們今天的宇宙是偶然的結果嗎?如何解釋多重宇宙? 比起無限可能的多重宇宙，他更相信我們的宇宙擁有一個確定的歷史。比起做個非常不錯,他更希望自己參與創(chuàng)建的標準模型能被超越。比起人類凌駕于萬物，他更相信有些東西獨立于我們和我們建立的模型而存在。 除了科學問題之外，這本書還展現(xiàn)了一個嬉笑怒罵又真實的溫伯格。他表達對公共政策的不滿，與不同意見者在報紙上公開爭論，也評論詩歌、藝術，在公眾面前發(fā)表風趣淵博的演講。從物理學的世界到我們生活其中的真實世界，溫伯格都給出了誠懇、廣博的意見。 追隨這個物理學家和科學傳播者,你將看到對多重宇宙的另一種解釋,看到世界真相的另一種可能。

第三次沉思 目錄

前言
I 科學史
01 天文學的用處 003
02 發(fā)現(xiàn)的藝術 019
03 始于盧瑟福的粒子物理發(fā)展史 027
04 安息于得州的教育家和學者們 045
05 標準模型的興起 049
06 長的時間和短的時間 065
07 關注當下——科學的輝格史 069
08 科學的輝格史：一次交流 085

II 物理和宇宙
09 基本粒子是什么 093
10 我們仍不了解的宇宙 105
11 對稱的種類 121
12 希格斯玻色子及以上 141
13 為什么是希格斯玻色子 149
14 量子力學的麻煩 155

III 社會觀評
15 奧巴馬關于太空經費的明智之舉 181
16 大科學的危機 187
17 自由派的失望 205
18 讓漏洞繼續(xù)敞開 209
19 反對載人航天 215
20 懷疑論者和科學家 221

IV 個人遐思
21 改弦易轍 229
22 科學寫作 233
23 關于犯錯 243
24 科學的技藝，和藝術的技藝 247
25 紐約到奧斯汀，以及返回 269

參考文獻 273


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第三次沉思 節(jié)選

10 我們仍不了解的宇宙 1992年，我和其他物理學家們一起進行游說，為一個大型基本粒子加速器爭取資金支持。這個加速器就是超導超級對撞機。我們想出了一個好主意，組織一次面對美國眾議院議員的講座，其間我們可以解釋這一設備對科學研究的重要性。三位議員出席了會議。我們講完后，一位來自馬里蘭州的民主黨議員告訴我們，如果我們能夠向他確保這一設備對斯蒂芬·霍金的工作有益，他就愿意支持超導超級對撞機。 這個小故事可以說明，霍金作為一個科學家在那個時候已經獲得巨大聲望，在20世紀超過他的可能只有愛因斯坦，或許還有瑪麗·居里和理查德·費曼。霍金也絕非徒有虛名。早在年輕的時候，他就已經做出了精彩的數(shù)學工作（部分是與羅杰·彭羅斯一起），證明了根據(jù)廣義相對論，有些情況下將發(fā)生不可避免的災難——在無限扭曲的時空中無限壓縮的能量。后來，他又證明了黑洞向外輻射能量，現(xiàn)在被稱為霍金輻射。他是首批使用量子力學來計算早期宇宙中能量分布起伏性質的人之一。這些微小的起伏*終導致了我們今日所見星系的形成。盡管霍金的身體殘疾越來越嚴重，而且這樣的身體狀況足以擊敗任何不具有像他那樣非凡勇氣的人，他卻達成了所有這些以及更多的成就。 霍金1988年的著作《時間簡史》銷量驚人，以至在一段時期內，出版商為其他作者的科普書（包括一本我自己的）付了不切實際的預付款，希望其他書也能達到與《時間簡史》同樣的銷量。現(xiàn)在，霍金推出了另一本面向大眾的書《大設計》，這次是和加州理工學院的物理學家倫納德·蒙洛迪諾合著。 我看到的針對霍金這本書的評論主要是在討論霍金的宇宙觀中沒有上帝，似乎這很令人驚奇。對于這本書的這一反應，在我看來很愚蠢；艚鹫f的是，我們不需要上帝來理解宇宙。在我們對宇宙了解多少這個問題上，科學家們可能會有分歧，但是沒多少人會覺得需要上帝來彌補空白。在《時間簡史》中，霍金提到未來可能發(fā)現(xiàn)一個完整的關于自然的理論時，他寫道：“那時我們就會了解上帝的想法。”但這只是一個比喻，就像愛因斯坦說上帝不可能對宇宙擲骰子？赡転榱吮苊庹`解，霍金在《大設計》中沒有使用類似比喻。 霍金這本書中的主題之一確實對宗教具有影響。他采納了在物理學家中越來越流行的一種觀點，認為我們所謂的宇宙——朝各個方向延展至少數(shù)百億光年且不斷擴張的星系云結構——可能只是宏偉得多的多重宇宙中的一小部分。人們認為多重宇宙包含了大量的其他部分，可能每一個都可以被稱為一個宇宙，在那些宇宙中，通常所說的自然規(guī)律可能都和我們在這里觀測到的非常不同。 自然規(guī)律似乎有利于生命的誕生，這一事實被某些人當作證據(jù)，認為可以證明慈悲造物主的存在。但如果多重宇宙的觀點是正確的，證據(jù)將不復存在。比如，如果組成原子核的兩類夸克中有一類比另一類重得多或者輕得多，就只會有幾種穩(wěn)定元素，而不會產生生命必需的豐盛元素。霍金列舉了更多這類的例子。而且要想產生生命必需的充足的化學元素，不需要對夸克質量進行非常嚴格的微調。 但霍金引用的一個例子，展示了物理常數(shù)非常令人驚嘆的一個微調，如果沒有這樣，生命就永遠不會出現(xiàn)。它與暗能量有關，即真空中的能量。1998年，天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹正在加速，通常認為加速的原因是暗能量。但暗能量的值有些怪異。我們可以計算一些導致暗能量的情形——實際上，在1998年之前就有一些理論學家做過這類計算？墒撬鼈兯纬傻陌的芰康闹堤罅，如果它們不能夠被其他貢獻所抵消，宇宙的膨脹速度就應該比觀測到的快得多。那樣的話，由于宇宙膨脹太快，星系和恒星系統(tǒng)這樣的引力束縛系統(tǒng)就從來不會形成。抵消是有可能的，因為還有其他對暗能量的貢獻項，只是我們不能計算，部分原因是它們依賴于我們不知道的事，這些項可以抵消我們能夠計算的貢獻。（我們所不了解的對暗能量有影響的事物之一是所謂宇宙常數(shù)的值。宇宙常數(shù)是愛因斯坦在1917年引入的，目的是修正廣義相對論中的引力場方程。）但是，為了讓這些目前為止不能計算的項擁有正確的數(shù)值，從而獲得足夠小的總暗能量來允許引力束縛系統(tǒng)形成（并且小得恰好符合測量到的宇宙膨脹速度），類似宇宙常數(shù)這樣的自然常數(shù)必須要被調整得極為精細，完整抵消到小數(shù)點后第65位。 另一方面，一個多重宇宙會有這么多不同的部分，以至像夸克質量和愛因斯坦的宇宙常數(shù)這樣的量，以及其他自然常數(shù)的可能值范圍會很大。有可能在多重宇宙的絕大部分，類似夸克質量和宇宙常數(shù)，甚至空間維度的值都不適合生命的誕生。但是由于這些常數(shù)在不同部分有足夠多的可能，有些地方可能會出現(xiàn)生命。很明顯，我們處在這樣一個有利的部分并不令人驚訝，也并不能表明宇宙的仁慈。就像在一個擁有數(shù)十億顆行星的星系里，在為數(shù)不多的適合生命的行星中，有一顆孕育了我們，這也不是慈悲造物主的證明。我們除了出現(xiàn)在可以維持生命的行星上，還能在哪兒呢？ 霍金引用了2003年維也納樞機主教的一段臭名昭著的陳述，這段話將多重宇宙的想法抨擊為一種“為了避免現(xiàn)代科學中發(fā)現(xiàn)的壓倒性證據(jù)”的東西。并非如此。就像霍金講的，多重宇宙的概念并不是用來解釋精細調整的奇跡。他討論了引導物理學家得到多重宇宙想法的兩種不同思路，兩者都和生命必需的條件無關。 **種思路來自安德烈·林德提出的混沌暴脹理論。暴脹是宇宙初期以指數(shù)級擴大的一個階段，就像一個銀行賬戶每10的負38次方秒就增長100%那樣增長，F(xiàn)在人們認為，在宇宙當前緩慢擴張的階段之前，曾經歷這一指數(shù)級增長。就像一開始阿蘭·古斯所設想的那樣（大部分計算仍這樣假設），人們曾以為暴脹在空間中各處都是均勻的。但是沒有理論可以解釋這種均勻性。更自然的想法是，認為宇宙在非常大的尺度上是混沌的，充滿了起伏巨大的場，并且完全隨機地時不時出現(xiàn)空間中某一塊的條件允許它開始指數(shù)級暴脹。在少數(shù)情況下，這些塊會長成類似我們當前的宇宙，生命可能出現(xiàn)在其中。 對多重宇宙的另一種思路來自量子力學，量子力學是所有物理的數(shù)學框架。量子力學中*詭異的事情，是所謂量子態(tài)疊加。一個粒子有可能（甚至常見）處于一個狀態(tài)下，在此狀態(tài)下，它并不在一個或者另一個可能的位置，而是處于疊加狀態(tài)，因此對其位置的觀測可能得出很多結果，不同結果的概率則取決于疊加的性質。原則上，就像薛定諤指出的那樣，即使一只貓也可能處于疊加態(tài)中，有些態(tài)中它是活的，其他態(tài)中則是死的。類似的，整個宇宙可能是很多不同態(tài)的疊加，在不同的態(tài)中，類似夸克質量這樣的自然常數(shù)取不同的值，這些態(tài)中的很小一部分適于生命出現(xiàn)。 這些說法都具高度推測性，但并不獨特。物理學家們已經就這些想法進行了廣泛的討論。但霍金的意見中確實多多少少有些不同尋常之處。他提出多重宇宙之所以作為量子力學中的疊加態(tài)出現(xiàn)，是因為在非常早期的宇宙中，所有四個維度都像空間一樣起作用，沒有時間。我不會嘗試解釋這如何能夠有效，因為我不認為它可信。確實，霍金已經證明，在計算早期宇宙中的過程時，通過在數(shù)學上將時間維度扭曲成空間維度之一，然后進行計算，這是有用的。但這并不意味著時間在早期宇宙中曾經是空間。畢竟，其他的理論學家，可以上溯至20世紀50年代的朱利安·施溫格，也曾通過將時間維度扭曲成空間維度之一，計算出了原子和粒子物理中精細的效應。但這一有用的數(shù)學技巧并不能改變我們如今住在三維空間和一維時間中的事實。 近年來，由于曾被稱為弦論的理論的發(fā)展，多重宇宙的想法得到了巨大的發(fā)展，F(xiàn)在人們認為，已知的各種版本的弦論，以及大量其他理論都代表著還未知的基本理論的近似解。這種未知的基本理論被霍金稱為M理論。這些不同的近似解描述了各種維度不同且自然常數(shù)取值不同的時空中的各種粒子、場或者膜的組合。據(jù)說，被霍金稱為M理論的基本理論的這些不同解，在多重宇宙中的不同部分被實現(xiàn)。 當霍金說這一基本理論是一個十一維時空中的理論的時候，他試圖讓這個理論比看起來更好理解。M理論這一術語，是1995年由愛德華·威滕提出的。（威滕從未解釋過M代表什么。）威滕的M理論確實是一個關于粒子與膜的十一維的理論，但是這一理論被提出時，只是作為未知基本理論的很多近似解中的一個，而不是基本理論本身。我們完全不知道基本理論的時空維度。很多理論學家認為，這不是一個關于任何類型時空的理論，時間與空間僅僅出現(xiàn)在基本理論的近似解中。 如果我們對基本理論所知如此之少，我們?yōu)槭裁凑J為它存在呢？霍金提到了一個事實，在兩個弦論或者其他基本理論的近似解都應該正確的情況下，計算表明，這兩個解是一致的。（這是威滕1995年在南加州大學一次著名講座上提出的。）霍金用地球表面上不同區(qū)域的地圖，做了一個非常有益的類比。我們可以將整個地球表面劃分成相互重疊的區(qū)域，每塊區(qū)域的直徑不超過幾百英里，區(qū)域足夠小，使得地圖上的距離和方向可以近似表示實際的距離和方向。即使我們事先不知道這些地圖代表同一個表面的不同部分，通過注意到兩個相互交疊區(qū)域的地圖在重疊部分彼此相同，我們也能夠發(fā)現(xiàn)這一點。在這一類比中，地球表面就代表被霍金稱為M理論的基本理論，而各個不同的地圖對應這一理論的各種近似解。 霍金提出了一個驚人而又令人不安的可能性，也許根本沒有更基本的理論，我們將會得到的只是很多近似理論，每一種都在不同的情境下成立，并且在情境重疊的地方彼此相符。這樣一來，地球表面的地圖的類比就不成立了。一個人確實不可能在一張平面的紙上為整個地球的球形表面做出可靠的地圖，但是畢竟只存在一個地球，而不是一堆重疊的近似地圖。 除此之外，霍金還表達了一種對現(xiàn)實徹底懷疑的看法。可以從他對量子力學的一次陳述中看出這一點，他說：“宇宙并沒有一個單一的歷史，而是不同的單獨的歷史！比绻麣v史指的是我們在經典物理學中所說的意思——粒子在相繼的瞬間從一個位置到另一個位置的平滑行進，這句話就是真的。我更偏好另一種看待量子力學的方式。宇宙或者任何其他系統(tǒng)確實具有一個確定的歷史，只不過在每個時刻中平滑地變化著的，不是粒子的位置或者場的值，而是被稱為態(tài)矢量的物理量。態(tài)矢量是所謂希爾伯特空間的無限維空間中的一個矢量，其方向在任意時刻都包含了系統(tǒng)在那一瞬間的狀態(tài)。這個矢量不一定指向一個粒子處于確定位置的某一狀態(tài)的方向，也可以指向一些中間的方向，對應于這些狀態(tài)的疊加。這就是為什么量子力學看起來這么奇怪。但是這樣一來，物理系統(tǒng)的歷史就沒有任何奇怪之處了。隨著時間過去，態(tài)矢量的方向變化既是肯定的也是確定的。只有一個人堅持用經典物理學的語言去描述自然的時候，我們才能說它沒有確定的歷史。 霍金很好地描述了科學家是如何得出某個事物真實存在的結論的：我們構建出智能模型，在一定范圍的現(xiàn)象內，在一定程度的近似上，這一模型符合觀測。但是他將此稱為“依賴模型的現(xiàn)實”，并且提出現(xiàn)實僅此而已。 關于現(xiàn)實本質的問題，已經困擾了科學家和哲學家上千年。就像大部分人一樣，我認為有一些真實的東西存在，它們完全獨立于我們和我們的模型，就像地球獨立于我們的地圖一樣。但這是因為我不得不相信一個客觀的現(xiàn)實，而不是因為我有很好的論據(jù)。我完全不能爭辯說霍金的反現(xiàn)實論是錯誤的。但是我的確堅持認為，不論是量子力學還是物理學中的任何其他東西，都無法解決這一問題。 在這本書中，霍金還高估了科學回答深奧哲學問題的能力。他從決定論的普遍概念，并從一些表明我們的行為受物理影響的實驗，下結論說我們沒有自由意志。他將自由意志的幻覺歸因于一個事實——人類由一千萬億億個粒子組成，因此實際上不可能預測人們會做什么。但我認為，自由意志不過是我們的意識經驗決定要做什么，當我寫這篇書評的時候我知道我正在體驗，即便反思物理定律讓我不可避免地會想做出這些決定，我的這一體驗也不會消失。雷雨也含有無數(shù)個粒子，并且也很難預測它們會做什么，但是我們不會認為它們有自由意志，因為我們并不認為它們具有做決定的意識經驗。 霍金在**頁說道，哲學沒有跟上現(xiàn)代科學發(fā)展的腳步，尤其是沒跟上現(xiàn)代物理學。但我想說，盡管哲學家沒有很好地解決哲學的古老問題，物理學家也沒有。 不要誤會我。《大設計》是一本極好的書，它向普通讀者介紹了理論物理學前沿的話題，并且解釋了一些科學概念（比如費曼的量子力學方法），而且介紹得比我見過的都要更清晰。我和霍金有嚴重分歧的地方，是關于物理學家和哲學家有分歧的話題，這不是能輕易解決的問題。 話雖如此，因為我時不時在得州大學講授科學史課程，我感覺必須要指出這本書中的一些歷史性錯誤。 1.霍金可能受其反現(xiàn)實論的推動，說哥白尼對太陽系的描述相比托勒密的優(yōu)勢在于“在地球靜止的參考系中，運動方程要簡單得多”。并非如此，**次證明哥白尼觀點優(yōu)越性的并不是牛頓在1687年發(fā)表的運動方程，而是伽利略在1610年對金星相位的觀測，該觀測顯然支持了哥白尼而不是托勒密。 2.霍金說阿里斯塔克斯的計算中只有一個留存至今，就是通過分析月食期間地球影子的大小，推出了太陽比地球大得多的結論。但是阿里斯塔克斯不可能僅僅通過觀測一次月食得到這一結論。實際上，他存世的著作表明，阿里斯塔克斯也使用了太陽與月亮的視大。ㄒ灾苯堑膸追种畮妆硎荆，以及觀測到的月亮半滿時日月的視線方向略小于直角。 3.古人發(fā)現(xiàn)光線被鏡面反射的角度與射向鏡面的角度相同，霍金將這一發(fā)現(xiàn)歸功于阿基米德。雖然阿基米德可能描述過這一點，但在他現(xiàn)存的著作中，沒有任何關于反射定律的內容。人們曾將這一定律歸功于歐幾里得，他工作的時間比阿基米德早大約一個世紀，但是現(xiàn)在的歷史學家并不確定是誰發(fā)現(xiàn)了反射定律。如果需要將反射定律的發(fā)現(xiàn)歸功于某人，我會投票給亞歷山大城的希羅（需要承認他生活的年代比歐幾里得和阿基米德晚）。希羅不僅陳述了這條定律，還通過假設反射光線在物體和觀察者之間的距離*短，對此進行了證明。 這是一些小的問題，在未來版本中很容易改正，并且它們也不會減損這本引人入勝的書的價值。

第三次沉思 作者簡介

斯蒂芬·溫伯格 諾貝爾物理學獎得主，曾獲美國國家科學獎章、劉易斯??托馬斯獎等多項殊榮。曾任得克薩斯大學奧斯汀分校教授，并兼任美國國家科學院院士、倫敦皇家學會外籍會員、美國哲學學會會員等。 溫伯格出版了多部影響力很大的理論物理教材。在專業(yè)領域之外，他致力于將科學理念與人文知識相結合，著有《最初三分鐘》《終極理論之夢》《仰望蒼穹》等書。

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