宇宙的结构

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宇宙的结构
——空间、时间以及真实性的意义
原名The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality
作者布莱恩·格林
类型非虚构作品
语言英语
主题理论物理宇宙学弦理论
發行信息
出版机构克诺夫出版社
出版時間2004
出版地美国
媒介印刷书籍
页数569
上一部作品宇宙的琴弦
下一部作品时间边缘的伊卡洛斯英语Icarus at the Edge of Time
规范控制
ISBN0-375-41288-3
OCLC52854030
杜威分类法523.1 22
LC分类法QB982 .G74 2004

宇宙的结构——空间、时间以及真实性的意义》(The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality,2004)[1]哥伦比亚大学弦理论、宇宙学和天体粒子物理研究中心(Institute for Strings, Cosmology, and Astroparticle Physics,简称ISCAP)的教授兼副主任布莱恩·格林撰写的第二本关于理论物理学宇宙学弦理论的书。[2]湖南科学技术出版社出版了其简体中文版,并归入其《第一推动丛书》。

介绍[编辑]

格林首先提出了一个关键问题:“什么是现实?”或者更具体地说,“什么是时空?”他着手描述他发现的令人兴奋的特征,这些特征对于形成由现代科学所描绘现实的全貌是必不可少的。在几乎每一章中,格林都介绍了基本概念,然后慢慢地达到高潮,这通常是科学上的突破。然后,格林尝试与读者进行沟通,通过简单的类比来帮助解释科学概念的含义,而又不过分简化其背后的理论。

格林在序中承认,本书的某些部分在科学家中仍具有争论。他在正文中介绍了主要观点,并在尾注中给出了争论点。正文中作了简化的要点,会在尾注中包含更完整的说明。

摘要[编辑]

第一部分:实在性之舞台(Reality's Arena)[编辑]

第1章,通往实在性之路(Roads to Reality),介绍了该书后面将要出现的内容,例如围绕经典物理学量子力学宇宙物理学所进行的讨论。

第2章,宇宙与桶(The Universe and the Bucket),则以空间为重点。格林提出的问题是:“空间是人类的抽象,还是物理实体?”关键的思想实验是一个旋转的水桶,旨在让人们思考一下,在水桶旋转时,是什么产生了受力的感觉。后面详细讨论了艾萨克·牛顿恩斯特·马赫戈特弗里德·莱布尼茨关于这一思想实验的想法。

第3章,相对与绝对(Relativity and the Absolute),聚焦于时空。现在的问题变成了:“时空是爱因斯坦的抽象还是物理实体?”该章讨论了狭义相对论广义相对论的概念,以及它们对时空意义的重要性。

第4章,纠缠着的空间(Entangling Space),格林探讨了量子力学时代的革命,着眼于在量子定律所规范的宇宙中,对物体进行分离和区分的含义。该章研究量子力学,所涉及的概念包括:几率波干涉图案、粒子自旋、光子双缝实验,以及海森堡不确定性原理。读者还将了解到,阿尔伯特·爱因斯坦鲍里斯·波多尔斯基纳森·罗森对量子力学所提出的挑战。

第二部分:时间和经验(Time and Experience)[编辑]

第5章,冰封之河(The Frozen River),处理的问题是:“时间在流动么?”本章的重点之一是狭义相对论。彼此相对移动的观察者对于在给定时刻所存在的事物有不同的概念,因此他们对现实的概念也不同。结论是时间并不流动,因为所有事物同时存在。

第6章,偶然和箭头(Chance and the Arrow),问道:“时间有箭头吗?”读者发现,不管时间向前进,还是向后退,物理定律都能成立。这种定律被称为时间反演对称。该章的主要话题之一是。作者给出了各种类比来说明,熵是如何工作的,及其明显的悖论。该章的高潮是熵和引力之间的相互关系,以及宇宙的开始必须是最小熵的状态。

第5章和第6章,仅由前现代物理学来解释时间。第7章,时间与量子(Time and the Quantum),深入介绍了量子领域中时间的本质。概率在该章中扮演了主要角色,因为它是量子力学中不可避免的一部分。作者回顾了双缝实验,以揭示过去的情况。该章还介绍了许多其它实验,例如延迟选择的量子擦除实验。还有一些其它主要问题引起了读者的注意,例如量子力学和体验,以及量子力学和测量问题。最后,该章讨论了量子退相干这一重要主题,及其与宏观世界的相关性。

第三部分:时空与宇宙学(Spacetime and Cosmology)[编辑]

第三部分论述了宇宙的宏观领域。

第8章,雪花与时空(Of Snowflakes and Spacetime),告诉读者,宇宙的历史实际上是对称的历史。对称及其对宇宙演化的重要性是该章所关注的重点。同样,广义相对论被认为是时空的延伸结构。宇宙学、对称性和空间形状,被以新的方式组合在一起。

第9章,蒸发真空(Vaporizing the Vacuum),介绍了希格斯玻色子的理论思想。该章重点讨论了大爆炸之后一秒,关键的第一部分。人们认为宇宙中对称性的数量是这时突然变化的,该过程被称为对称性破缺。该章还介绍了大统一理论,并重新审视了熵。

第10章,解构大爆炸(Deconstructing the Bang),以宇宙暴胀为重点。广义相对论和暗能量(斥力)的发现,以及宇宙学常数,都被考虑在内。由标准的大爆炸理论引起的某些问题得到了解决,膨胀宇宙学也给出了新的答案。这些问题包括视界问题英语Horizon problem平坦性问题英语Flatness problem。作者还讨论了整个宇宙的物质分布,包括暗物质和暗能量的概念。

第11章,缀满钻石的天空中的量子(Quanta in the Sky with Diamonds),继续讨论膨胀的话题,并且再次讨论了时间箭头。该章介绍了三项主要的发展:星系等结构的形成,产生我们现在所看到的宇宙需要多少能量,以及时间箭头的起源。

第四部分:起源与统一(Origins and Unification)[编辑]

第四部分探讨了物理学的新理论方面,特别是在作者的领域。

第12章,弦上的世界(The World on a String),根据弦理论向读者介绍了空间的结构。作者引入了一些新概念,包括普朗克长度普朗克时间,并重新审视了《宇宙的琴弦》中的思想。读者将了解到,弦理论怎样填补了广义相对论与量子力学之间的空白。

第13章,上的宇宙(The Universe on a Brane),扩展了第12章中的思想,特别是M理论,弦理论是该理论的一个分支。该章致力于讨论空间和时间,介绍了包括爱德华·威滕保罗·狄拉克在内的许多物理学家的见解。该章的重点是引力及其涉及的额外维度。在该章末尾,有一个简短的部分专门介绍了循环模型英语Cyclic model

第五部分:真实与想象(Reality and Imagination)[编辑]

第五部分涉及许多理论概念,包括空间和时间旅行

第14章,上天入地(Up in the Heavens and Down on the Earth),是关于时空的各种实验。前面章节中的理论被再次提起,例如希格斯理论、超对称和弦理论。该章描述了一些未来计划的实验,以尝试验证所讨论的许多理论概念,包括暗物质和暗能量的组成,希格斯玻色子的存在,以及额外空间维度的验证。

第15章,超距传输器与时间机器(Teleporters and Time Machines),是关于使用奇妙的方法穿越时空的。当读者遇到瞬时传送时,再次接触了量子力学。时间旅行会造成困惑,例如,通过时间旅行回到过去的想法产生了可能性。该章的结尾聚焦在虫洞及其背后的理论。

第16章,幻象的未来(The Future of an Allusion),重点在于黑洞及其与熵的关系。该章的主要思想是,时空可能不是宇宙结构的基本组成。

评价[编辑]

《宇宙的结构》在2005年成为亚马逊客户中最受欢迎的科学书籍,并曾登上纽约时报畅销书榜——自2004年2月10日出版以来,它曾10次进入非小说榜前15名,在4月4日达到其最高排名第3位,后于5月9日退出榜单。[3]它首次印刷了125,000册,并成为每月之书俱乐部的主要选择,克诺夫对它期望甚高。[4]截至2020年1月,该书的评论者平均评分为4.6星(满分5星),在560位评论者中,有400位给了它5星。[5]

改编[编辑]

Nova英语Nova (American TV program)根据《宇宙的结构》这本书制作了一部同名纪录片,作为由《宇宙的琴弦》改编的广受欢迎的纪录片的续集。该系列由格林主持,还包括了众多其他著名物理学家的评论,例如马克斯·泰格马克等。

该纪录片系列组成了Nova电视系列片的4集(第39季第5-8集):[6]

  1. 宇宙的结构:什么是空间?(What is Space?)
  2. 宇宙的结构:时间的幻觉(The Illusion of Time)
  3. 宇宙的结构:量子跃迁(Quantum Leap)
  4. 宇宙的结构:宇宙是唯一的吗?(Universe or Multiverse?)[7]

出版数据[编辑]

参见[编辑]

注释[编辑]

  1. ^ The fabric of the cosmos : space, time, and the texture of reality [宇宙的结构——空间、时间以及真实性的意义]. 美国国会图书馆. [2020-06-15]. (原始内容存档于2020-06-15) (英语). 
  2. ^ ISCAP member list [ISCAP成员列表]. [2006-08-14]. (原始内容存档于2016-08-08) (英语). 
  3. ^ Adult New York Times Best Seller Lists for 2004 (checked up to July 2005) [《纽约时报》2004年成人畅销书榜(截至2005年7月)]. Hawes Publications. 2004 [2011-10-04]. (原始内容存档于2018-06-04) (英语). 
  4. ^ THE FABRIC OF THE COSMOS review [《宇宙的结构》评论]. 出版者周刊. 2004-02-02 [2011-10-04]. (原始内容存档于2011-11-30) (英语). 
  5. ^ 布莱恩·格林. The Fabric of the Cosmos [宇宙的结构]. 2004. ISBN 0375412883 (英语). 
  6. ^ The Fabric of the Cosmos [宇宙的结构]. Nova英语Nova (American TV program). [2015-07-25]. (原始内容存档于2015-07-22) (英语). 
  7. ^ Nova. [2016-07-04]. (原始内容存档于2019-12-14) (英语). 

外部链接[编辑]