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弯曲的旅行:隐秘的宇宙之维

我们了解宇宙吗?宇宙有哪些奥秘?我们生活在一个膜宇宙之上吗?
宇宙隐藏着与我们想象中完全不同的维度吗?我们将怎样证实这些维度的存在?四维世界甚至五维世界的存在,是否会颠覆传统的物理学定律?
在《弯曲的旅行》中,理论物理学大师丽莎?兰道尔以轻松愉快、浅显易懂的文风,深入浅出地介绍了宇宙的隐秘之维。跟随兰道尔教授的脚步,踏上体验额外维度的探索旅程,一窥五维空间的奥秘,一直到达令人兴奋的科学前沿!
作者简介
丽莎·兰道尔
国际理论物理学木又威,粒子物理学、弦理论、宇宙学专家。当今全球著名的额外维度物理学家。挑战爱因斯坦,9年实验首度提出第五维空间,震惊全球物理界。
普林斯顿大学物理系di一位女性终身教授,哈佛大学、麻省理工学院di一位女性理论物理学终身教授。
《时代周刊》“100位具影响力人物”之一,《纽约时报》超级畅销书作家,并登上《时尚》杂志封面。
目录
版权信息
重磅赞誉
推荐序1 看不见的第五维
推荐序2 发现的激情
中文版序 宇宙的故事
引言 宇宙中的隐秘之维
第一部分 三维之外
01 维度之谜
从一维到多维
《巧克力工厂》卡梯的秘密
二生三
有效理论,忽略细枝末节
02 额外维度究竟有多大
为什么世界看起来只有三维
有额外维度的牛顿引力定律
牛顿定律与卷曲维度
额外维度必须小到不可见吗
03 我们生活在一个膜宇宙上吗
像切片一样薄
边界膜和内嵌膜
被膜俘获
神秘的膜宇宙
04 理论物理世界的奇幻旅行
自上而下,还是自下而上
进入物质内核
宇宙的想象力远比我们丰富
第二部分 20世纪两大革命性宇宙观
05 相对论:弯曲的时空
牛顿的万有引力王国
狭义相对论,颠覆时空观念
等效原理,广义相对论的开始
两大实验,验证广义相对论
一切源于宇宙的弯曲
弯曲的时空
爱因斯坦的广义相对论
奇迹总发生在最不可能的地方
06 量子力学:上帝不掷骰子
没有比量子力学更离奇的了
起源:一切就像“卡路里灾难”那样
发现原子
原子的电子轨道
粒子的使命恐惧
海森伯的不确定性原理
两个重要的能量值及其在不确定性原理下的意义
玻色子和费米子
第三部分 探秘基本粒子物理
07 物质的已知最基本结构
电子与无处不在的电磁场
光子,力的传递者
量子场论
反粒子与正电子,从科幻进入现实
弱力和中微子
夸克和强力
已知的基本粒子
08 高能粒子加速器的惊人新发现
顶夸克,众里寻他千百度
标准模型的精确验证
09 对称:粒子获得质量的基本组织原则
化繁为简,完美的对称
内部对称,与空间无关
对称和力,排除虚假偏振
规范玻色子、粒子和对称
10 基本粒子的质量来源:有趣的自发对称破缺和希格斯机制
没有永远的对称
弱力谜题
希格斯场,上帝粒子的源泉
弱力对称的自发破缺
意外收获:电磁力为何如此特别
两难境地
11 大统一理论:不同尺度和能量的相互融合
从大到小
虚粒子,真实粒子鬼魅般的孪生兄弟
相互作用强度为什么会依赖于距离
大统一理论
12 等级问题:唯一有效的涓滴理论
等级问题,大统一理论里的依赖性问题
对希格斯粒子质量的量子贡献
粒子物理的等级问题
高能量的虚粒子
13 超对称:超越标准模型的大飞跃
费米子和玻色子:一种不太可能的对称
超对称的发展历史
标准模型的超对称延伸
超对称与等级问题
破缺的超对称
希格斯粒子质量之谜
超对称:称量证据
第四部分 弦理论,神秘膜宇宙的创世者
14 弦的律动:轰动世人的超弦革命
早期的躁动
弦是一切之源
起源:强力而非引力
高潮:超弦革命
挫折:旧制度的忍耐
尾声:挑战与机会并存
15 辅助通道:膜的狂飙突进
膜的兴起
收紧的膜与失踪的粒子
十维超弦理论与十一维超引力论的对偶性
对偶性到底是什么
16 熙熙攘攘的通道:膜宇宙
被困在膜上的粒子
逃出重围的引力子
膜宇宙真的存在吗
霍扎瓦-威滕模型
第五部分 额外维度宇宙假说
17 人迹罕至的通道:多重宇宙与隔离
我的额外维度历程
自然与隔离,信息封琐王国
隔离,超对称的破坏者
闪光质量
18 泄露秘密的通道:四维世界的高维来客
神秘的卡鲁扎-克莱因粒子,额外维度的印记
确定卡鲁扎-克莱因粒子质量
实验限制
19 宽阔的通道:庞大的额外维度
大至1毫米的维度
高维引力,或将成等级问题的解
联系高维引力和低维引力
回到等级问题
寻找大的维度
高能粒子对撞机的维度探寻之旅
后续影响
20 弯曲的通道:一个五维世界
令人惊讶的弯曲几何
卷曲宇宙的伸缩
进一步发展
弯曲几何与力的统一
实验意义
一个更加离奇的可能性
五维黑洞与五维弦
尾声
21 漫游弯曲空间王国的“爱丽丝”
去往弱力膜村
22 深远的通道:不为人知的无穷大额外维度
改变时空的引力膜
引力子的卡鲁扎-克莱因粒子伙伴
23 曲折延伸的通道:我们生活在一个四维引力的孤岛上
回顾
当地局域化引力
第六部分 弯曲的旅行
24 额外维度:你是在里面,还是在外面
究竟什么是维度
之后,我们该思考什么
结语 即将被证实的宇宙真相
译者后记

媒体评论
人类真的生活在一个具有多维空间的膜宇宙之上吗?暗物质真的是毁灭“地球霸主”恐龙的“幕后黑手”?发现了“上帝粒子”希格斯玻色子的大型强子对撞机,以及未来的超级对撞机,会为这些玄妙的问题提供深刻的答案吗?听天才理论物理学家丽莎?兰道尔教授用妙趣横生的案例、通俗易懂的语言,对科学求索的真相与未来娓娓道来,让人欲罢不能。这是时下科学研究前沿振聋发聩的声音!振奋人心,启迪心智!
——韩涛
著名理论物理学家,美国匹兹堡大学物理天文系杰出教授
匹兹堡大学粒子物理、天体物理及宇宙学中心主任

我们还没有探测到暗物质,但恐龙的灭绝竟然是暗物质造成的?兰道尔“宇宙三部曲”将告诉读者,想理解地球和人类的现在、历史与未来,我们必须搞清楚物质深层次的结构和宇宙zui大尺度的规律!唉,我真为其他想写类似主题的作家们担心,再写出这么出色的书恐怕很难了。
——张双南
中国科学院高能物理研究所和国家天文台双聘研究员
中国科学院粒子天体物理重点实验室主任

兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界著名的大学担任理论物理学教授,并一直开展着前沿的科学研究。在这套科普书中,兰道尔教授介绍了物理学家们是如何研究、探索宇宙之谜的。她并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识,而是着重展示科学家们现在正在进行的猜想和探索,使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味,体验科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验到的激情。我相信,想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。
——陈学雷
国家杰出青年科学基金奖获得者
国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家

在兰道尔教授的笔下,额外维度、暗物质、暗能量、对撞机,这些科学家的“烧脑伙伴”也变得平易近人起来。这套科普书系通俗易懂,与晦涩无缘,揭示了即使是门外汉都读得懂的宇宙真相。
——朱 进
北京天文馆馆长

几千年来,人类一直在试图回答“宇宙是什么”这一古老问题。现代天文观测和研究揭示,宇宙包含了时空和普通物质以及很多神秘“角色”。作为世界知名的粒子物理学家,哈佛大学物理系教授丽莎·兰道尔在她的这套系列丛书中,以其渊博的知识、广阔的视野、通俗的语言,以及丰富有趣的事例,给我们讲述了宇宙的基本组成和包含万物的时空,非常值得一读。作者大胆推断,地球上恐龙的灭绝与银河系中的某种暗物质有关。如果这能够被证实,将颠覆我们对宇宙神秘物质的现有认识。
——苟利军
中国科学院国家天文台研究员,中国科学院大学教授
“第十一届文津奖”获奖图书《星际穿越》译者

简明扼要、通俗易懂、内容独创。地球人非读不可!
——吴 岩
科幻作家,北京师范大学教授

过去几十年来,理论物理学中zui酷的话题已经从量子力学、相对论和黑洞变成了超弦、希格斯粒子和暗物质。如果说,黑洞让人着迷、量子力学让人困惑、相对论让人脑洞大开,那这些新概念则更难让人理解!不过一旦你理解了,就会获得更大的智力愉悦感。物理学家一直致力于在不用公式的情况下让公众理解物理学,丽莎·兰道尔正是这项事业的新晋翘楚。她用一贯的机智语言告诉我们,这一代的物理学正在发生什么。
——万维钢(同人于野)
科学作家,畅销书《万万没想到》作者
“得到”App《万维钢·精英日课》专栏作家

在这个信息爆炸的时代,我们收到的碎片化信息太多,反而难以获得真知。碎片化文章看得再多,也不如读一本真正的好书,尤其是深入浅出、结构恢弘的好书。兰道尔“宇宙三部曲”就是难得一见的、视野辽阔的好书,每一本都选择了令人好奇的话题:宇宙结构、宇宙历史、宇宙物质,并且还与恐龙灭绝这样有趣的话题相结合,更加吸引人,让人读起来手不释卷。而zui为难得的是,兰道尔的文笔简洁、优美,你在书中找不到像一般物理学科普图书那种艰深晦涩的语句。她用小说一样的文笔娓娓道来,让你理解人类对宇宙全面的认知。
——郝景芳
2016年雨果奖获得者,《北京折叠》作者

兰道尔说:“在物理界,有几个人从一开始就理解我们,而且相信我们是正确的。令我们感到无比幸运的是,史蒂芬·霍金就是其中一位。”兰道尔在《弯曲的旅行》一书中重在唤起读者的好奇心,而不是讲述专业知识。她耐心地引领读者从简单的直觉经验出发,穿越当代物理学的主要概念,直达令人兴奋的科学前沿。
——史蒂芬·平克
著名认知心理学家、科普作家
畅销书《心智探奇》《思想本质》《语言本能》作者
《弯曲的旅行》作者兰道尔可以说是杰出的宇宙学家之一。她告诉我们,在咫尺之外可能还有另外一个宇宙,可惜我们看不到它,实际上我们被束缚在了三维空间——这实在是太吸引人了!
——马丁·里斯爵士
英国皇家学会会长,剑桥大学天文学家、宇宙学大师
作为一名杰出的探索额外维度的先驱,兰道尔不仅讲述了自己的探索历程,而且驾轻就熟地描述了粒子物理学早期发展的广阔领地。正是它们,引出了更多维度的假说。
——戴维·格罗斯
诺贝尔物理学奖得主

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