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出版者:

作者:赵冰波

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:2003-9-1

价格:6.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787534228865

丛书系列:

图书标签:

• 儿童启蒙
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• 早教
• 学习辅导

宇宙深处的低语：弦理论与多维时空探索 本书简介 一、 破译宇宙的终极密码：从牛顿到弦理论的漫长求索 自古以来，人类对头顶星空的好奇从未停歇。从亚里士多德的“天圆地方”到牛顿的万有引力定律，我们对宇宙的认识经历了翻天覆地的变化。然而，二十世纪物理学的两次伟大革命——相对论和量子力学——却揭示了一个令人困惑的真相：我们现有的物理学框架存在深刻的内在矛盾。爱因斯坦的广义相对论优雅地描述了宏观的引力世界，而量子力学则精确地掌控着微观粒子的奇特行为。然而，当试图将两者统一起来描述黑洞内部或宇宙大爆炸的瞬间时，数学模型便崩溃了，无穷大充斥其间。 本书将带领读者回顾这场跨越数百年的物理学“圣杯”追逐战。我们将深入探讨经典物理学的辉煌成就及其局限性，解析量子场论的建立过程，并详细阐述为什么我们需要一个比粒子更基本的构件来调和引力与量子世界。这不是一本简单的科普读物，而是一次严谨的哲学与数学的洗礼，旨在引导读者理解现代物理学面对的根本性挑战：如何构建一个能解释所有已知自然现象的“万有理论”（Theory of Everything）？ 二、 振动的弦：多维空间的几何之舞 弦理论，这个看似充满神秘色彩的物理学分支，其核心思想是颠覆性的：构成宇宙万物的基本单元并非零维的点状粒子（如电子、夸克），而是微小的、一维的、不断振动的能量“弦”。就像小提琴通过改变弦的振动模式可以奏出不同的音符一样，宇宙中的不同粒子——光子、电子、引力子——也仅仅是同一类基本弦以不同频率振动的产物。 本书将以详尽的笔墨剖析弦理论的数学结构。我们将从最基础的“玻色子弦”讲起，探讨其为何在早期理论中包含了不切实际的“超光速粒子”（tachyon），并逐步过渡到更具现实意义的“超弦理论”（Superstring Theory）。超弦理论引入了“超对称性”（Supersymmetry）这一革命性概念，它预言了每一种已知粒子都有一个质量更大的“超对称伙伴”。虽然这些伙伴尚未被实验证实，但超对称性是解决理论中某些不一致性的关键。 更引人入胜的是，弦理论的数学自洽性（Consistency）要求宇宙必须拥有比我们直观感知的四维时空（三维空间加一维时间）更多的维度。这些额外的维度在哪里？ 它们是如何被隐藏起来的？本书将深入解释卡拉比-丘（Calabi-Yau）流形的概念。这些高维空间的复杂几何结构，就像是宇宙的“折叠地图”，决定了我们宏观世界中粒子的具体性质和相互作用的强度。我们将通过类比和清晰的图示，揭示维度折叠（Compactification）的精妙机制，以及这些看不见的维度如何塑造了我们所体验到的自然法则。 三、 M理论的统一雄心与对偶性革命 进入上世纪九十年代，物理学家们发现，五种看似不同的超弦理论（I型、IIA型、IIB型、异方和各种杂合理论）实际上可能只是一个更宏大理论——M理论——在不同条件下的特定表现形式。M理论，其中的“M”代表“膜”（Membrane）、“魔术”（Magic）或“主宰”（Master），是迄今为止对引力与量子力学统一的最有力候选者。 M理论的核心概念不再仅仅是“弦”，而是更高维度的对象——P-膜（p-branes）。弦是一维的膜（1-brane），而M理论预言了从0-膜（点）到9-膜的各种膜的存在。其中，我们所处的四维时空本身可能就是一个巨大的“3-膜”，漂浮在一个更高维度的“体”（Bulk）之中。 本书将详细介绍“对偶性”（Duality）在M理论发展中的核心作用。对偶性揭示了理论之间的深层联系：原本看起来完全不同的两个物理模型，在特定的数学转换下会变得完全等价。例如，强耦合下的理论（相互作用非常剧烈，难以计算）与弱耦合下的理论（相互作用微弱，易于计算）是相互关联的。这种对偶性的发现极大地拓宽了物理学家的视野，使他们能够利用更简单的模型来研究复杂的问题。通过对偶性的视角，我们将理解引力与规范场论（描述电磁力、强核力和弱核力的理论）之间的深刻联系，即著名的 AdS/CFT 对偶性（反德西特空间/共形场论对应）。 四、 弦理论的哲学冲击与实验困境 弦理论不仅仅是数学上的优雅，它对我们理解实在性构成了深刻的哲学冲击。如果宇宙的基本组分是弦，那么我们对“粒子”和“空间”的传统认知必须被重写。我们所感知的时空可能是涌现的（Emergent），而非基础的。 然而，一个不容回避的问题是：弦理论的预测是否可以在实验上被检验？由于弦的尺度（普朗克长度，约$10^{-35}$米）远远小于目前任何粒子加速器能够探测的范围，直接观测弦或额外维度变得极其困难。本书将客观分析当前实验物理学的局限性，并探讨间接验证的可能性，例如寻找超对称粒子的迹象、分析宇宙微波背景辐射中的特定信号，或是研究黑洞蒸发过程中的量子效应。 五、 未来展望：弦理论的未竟之路 尽管面临实验验证的挑战，弦理论仍然是凝聚态物理学、量子信息论和黑洞信息悖论研究的重要工具。本书的最后部分将展望弦理论的未来发展方向，包括解决M理论中关键参数——如真空选择问题（Landscape Problem）——的努力。数十亿个可能的稳定真空态意味着什么？它是否暗示着“多重宇宙”（Multiverse）的存在？ 本书旨在为求知者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，去探索物理学前沿的最深处。阅读此书，你将不再满足于对粒子的简单认知，而是开始像一名理论物理学家一样思考：宇宙的本质，是否仅仅是无尽的、和谐的振动？ 准备好迎接这场关于时空、物质和终极实在的思维冒险吧。

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