弦理论 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

　　当前物理学领域有趣活跃的研究课题之一
　　弦论是一个迷，它声称所有物质的基本对象不是粒子，而是弦。
　　弦，尺寸如此之小，以至于我们用最先进的粒子加速器都无法探测到

内容简介

　　弦论是一个谜。它是所谓的万有理论（the theory of everything）。但它还没有得到实验的验证。
　　它是如此的深奥。在弦论里到处是额外维度，量子涨落和黑洞。
　　弦论是一个谜，它的参与者们承认他们并不理解这个理论。但一个接一个的计算却带来了出人意料的漂亮的有关联的结果。
　　弦论是一个谜。它把很多天才从其他迷人的领域吸引过来，同时，它还有响亮的反对者

作者简介

　　斯蒂文·斯科特·古布泽，普林斯顿大学物理系教授，弦理论研究领域的主要专家之一，曾撰写了大量物理界取得相关成就的文章。

目录

1　能量/ 001
长度、质量、时间和速度/ 003
E=mc2 / 006
2　量子力学/ 011
不确定性/ 015
原子/ 017
光子/ 023
3　引力和黑洞/ 029
黑洞/ 033
广义相对论/ 040
黑洞不黑/ 043
4　弦论/ 047
引力对战量子力学/ 051
时空中的弦/ 055
弦的时空/ 064
目录
2 弦理论
5　膜/ 071
第二次超弦革命/ 073
D- 膜和对称性/ 077
D- 膜的湮灭/ 090
膜和黑洞/ 093
M- 理论中的膜和世界的边缘/ 100
6　弦对偶/ 107
一个维度在这里，一个维度在那里，谁在数？ / 115
引力和规范理论/ 121
7　超对称和大型强子对撞机/ 129
超对称奇特的数学/ 135
可能的万有理论/ 141
粒子，粒子，粒子/ 148
8　重离子和第五维/ 157
地球上最热的东西/ 160
五维空间中的黑洞/ 168
尾声/ 180
关键术语英汉对照表/ 184

精彩书摘

　　几年前一个美好的夏天，我和父亲开车去格罗托壁，一个离科罗拉多白杨镇不远的攀岩圣地。我们的目标是爬一个叫双隙的经典中等难度路线。顺利完成后，我又有了新主意：器械攀登一个叫科莱奥贞尼的更有挑战的路线。器械攀登意味着你要往岩石缝里塞进一个个岩石塞以支撑你的重量，而不是仅靠你的手和脚去支撑。你把你自己拴在绳索上，然后把绳索穿进那些岩石塞里，这样一旦你脚下的岩石塞滑脱了，它下面的岩石塞将会阻止你下落。
　　科莱奥贞尼在我看来是练习器械攀登理想的地方，因为它几乎都是突出的。如果掉下来的话，你将不会在坠落的时候痛苦地撞到岩石；你会先往下掉一段然后就被绳索拽住。或者你会一直往下掉，直到落地——但这看起来可能性不大。科莱奥贞尼的另外一个好处，在我看来，就是它有一个两指宽的缝隙，一路向上，几乎一直通到顶上，这样我就可以尽我所需地往里面放岩石塞了。
　　父亲欣然同意，于是我往上攀，在向上的路线上跳跃。只有到了这时我才意识到我的计划有点不妙。缝隙里的岩石不是很好。它消耗了我很多装备，同时我还不能把岩石塞放得很牢靠。尽管只是个短坡，却用掉了很多岩石塞，当快到顶的时候，我已经非常缺乏那些最有效的装备了。最后一段很难自由攀登，而我已经几乎没有岩石塞了。但我几乎已经到顶了！我在一个喇叭形的岩石缝隙里放进一个半月形岩石塞。我踩着它向上，它支撑住了。我在相同的缝隙里又放进了一个六角形岩石塞。我踩着六角形岩石塞继续向上，它滑脱了，我掉了下来。接下来发生的就是一瞬间的事情，我已经不记得了，但很容易重构。第一个岩石塞被拔脱。我落入了空中。下一个也被拔脱。攀岩者称这种现象为“拉拉链”，因为它就像拉开一条拉链。如果足够多的岩石塞被拔出来，你最后就会落到地上。每当一个岩石塞被拔出，它下面的那个就必须要能够吃住更大的拉力，因为你在下落的过程中会积攒更多的速度和动量。猛地一拽，我被挂在了下一个装置上。这次是一个机械塞，它是攀岩者武器库中最复杂的一件装备。它放得并不稳妥，但支撑住了。我父亲，当时他正坐在下面的地上拉着绳子，被我们之间的绳子拉紧滑着向前。
　　整个过程就是这样。我花了些时间研究最终拉住我的那个机械塞。它看起来被拉动并转了一点点，但还能用。我加强了下面的几个岩石塞，然后开始往下爬。下来后我四处走走，放松了几分钟，还是地上牢靠啊。接着我沿绳索又爬了上去，回收了大部分装备，一天就这样结束了。
　　我们能从这次科莱奥贞尼的经历中学到什么呢？嗯，首先就是在我们器械攀登的时候，一旦你用完装备你就应该停下来。其次，下落并不是问题。落地才是问题。我能毫发无伤地离开是因为我并没有撞在地面上。(几分钟后我确实流鼻血了。)挂在机械塞上的感觉就是猛烈的一拽，但和撞在地面上相比它还是属于比较温和的一类。从下落中我们可以学到关于引力的深奥道理。当你向下落的时候，你感觉不到引力。这就是失重。坐电梯下行的时候，我们会有失重的感觉，当然没那么明显。在有了对下落的亲身体验后我觉得我对引力有了一些更深入的理解。当然不是在科莱奥贞尼，我当时或者没工夫去回味这个经历，或者太兴奋了以至于我的理性思维还无法介入。黑洞
　　假设掉进一个黑洞，你会怎样呢？会有一次可怕的、破坏性的撞击发生吗？或者就是一次永远的下落？我们先简要回顾一下黑洞的性质，再来回答这个问题。首先，黑洞是这样一个物体，光没法从它里面跑出来。“黑”表示的就是这种物体的绝对黑暗。黑洞的表面叫做黑洞的视界，因为视界外面的人是没法看见视界里面发生的事情的。这是因为看和光有关，没有光能从黑洞里跑出来。一般认为黑洞存在于大多数星系的中央。黑洞也被认为是质量很大的恒星演化到最后的阶段。
　　图3.1我们所在的银河系，在它的中心可能有一个黑洞。黑洞的质量据信是太阳质量的四百万倍。从地球上看，它处于人马星座的方向上。它距离我们有26000光年。黑洞的尺寸比我们这里画出来的要小很多，它四周被恒星环绕的空白区域也同样如此。
　　关于黑洞最奇特的事情是除去中央的“奇点”外，黑洞的里面是空的。这看起来很扯：星系中质量最大的物体竟然是空的？原因是黑洞里面所有的质量都已经坍塌到奇点上了。实际上我们并不知道在奇点上发生了什么。我们知道的是奇点让时空扭曲，并在它周围形成一个视界。任何掉进视界里的物质最终都会落到奇点上。
　　设想一个倒霉的攀岩者掉进了一个黑洞。穿越视界并不能使他受到任何伤害，因为那里什么都没有：只有真空。攀岩者甚至可能都不知道他穿过了视界。麻烦的是，再也没有什么东西可以阻止他的下落了。首先，这里没有任何可供支撑的东西——记住，在黑洞里除了奇点以外全都是空的。攀岩者唯一的希望是他的绳索。但即使把绳索拴到有史以来最牢固的(黑洞外的)岩石塞上也是徒劳。假设岩石塞可以坚持得住，绳索也会断裂，或者它会被拉长、拉长，一直到攀岩者坠到奇点上为止。
　　当这一切发生的时候，可以设想将会有一次可怕的、破坏性的撞击发生。但我们无法知道确切的细节，除了攀岩者没有人能够看到这一切。因为没有光能够从黑洞里跑出来。从以上讨论我们可以看出黑洞里面引力的拉拽是绝对不可抗拒的。一旦穿过了视界，我们不幸的攀岩者除非能让时间停止否则他就无法阻止自己的下落。同时，在他落到奇点上之前也没有什么能“伤害”到他。在此之前，他仅仅是在真空中下落而已。他将感觉自己失重了，就像我在科莱奥贞尼的那次坠落一样。这就凸显了广义相对论中的一条基本假设：一个自由下落观察者的感觉和他在真空里的感觉是一样的。下面是另一个可能会有所帮助的类比。假设山上有个湖，湖水由一个很小、流速很快的水流排出。湖里的鱼知道不要离危险太近，即不要离那个水流的入口太近，因为一旦它们进入下降的水流，它们就无论如何也游不出那个水流回到湖里了。不小心进入水流的鱼也不会受伤(至少暂时不会)，但它们别无选择只有顺着水流向下。湖水就像黑洞外的时空，而黑洞里面就像水流。奇点对应的则是那些尖锐的岩石，水流落在上面并被击碎，面对尖锐的岩石，水流里面的鱼会立刻粉身碎骨。你也可以设想其他的可能性：比如，水流也许会带着鱼安全、舒适地来到另外一个湖。类似地，也许在黑洞里压根就没有什么奇点，而是一个通向另外宇宙的隧道。这听起来有些牵强，但考虑到我们并不理解奇点而且我们除非亲自掉进去也无法知道在黑洞里到底发生了什么，所以我们也不能彻底排除这种可能性。
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