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好书推介：宇宙新物理学中的时尚、信仰和幻想: 热度 4 warlong 2017-5-28 10:11; Fashion, Faith, and Fantasy in the New Physics of the Universe Roger Penrose 宇宙新物理学中的时尚、信仰和幻想彭罗斯（ 2016 ）本书名称因 2003 年彭罗斯到普林斯顿大学所作的演讲题目而名。其英文版出版于 2008 年， 2016 年再版。作者简介罗杰 . 彭罗斯是世界上最前卫的理论物理学家之一，曾多次获奖，包括阿尔伯特 . 爱因斯坦奖章，以表彰他对广义相对论和宇宙学的基础贡献。他（与斯蒂芬 . 霍金）是《时空本性》（普林斯顿出版）畅销书的作者。彭罗斯的其它著作包括《时间的轮回：非同寻常的宇宙新观念》、《通向实在之路：宇宙法则的完全指南》（二者皆佳作）。他是牛津大学数学系 Rouse Ball 荣誉教授，居住在英国牛津。 63 岁时，他被授勋为爵士。罗杰·彭罗斯简历彭罗斯生于 1931 年 8 月 8 日，比生于 1942 年的霍金大了 11 岁。彭罗斯和霍金合作研究过物理，包括著名的奇点定理的证明。 1957 年被授予剑桥大学博士学位。与其父亲一起合作，设计出非凡的几何铺砌。他的铺砌设计被荷兰艺术家埃舍尔（ 1898 － 1972 ）（因创立光学幻影而闻名）收入石版画中。 1964 年在美国奥斯丁的德克萨斯大学工作时，罗杰·彭罗斯开始提出一种观点，他在牛津大学工作时，继续发展了这一观点——即应用扭量理论来研究量子引力。他认为四维时空可以完美应用复几何理论，因此有其几何独特性。因此，他认为弦论引入额外维来研究物理是对这一独特性的忽视。 1965 年，他的以著名论文《引力坍塌和时空奇点》为代表的一系列论文，和著名数学物理学家斯蒂芬 . 霍金的工作一起创立了现代宇宙论的数学结构理论。 1966 年任伦敦大学伯克贝克学院应用数学教授。 1972 年被选为伦敦皇家学会会员。 1973 年任牛津大学 Rouse Ball 数学教授。 1975 年与史蒂芬·霍金一起被授予伦敦皇家天文学会艾丁顿奖。 1985 年被授予伦敦皇家学会皇家奖。 1994 年被伊利莎白二世封为爵士。同年，出版《心灵的阴影：探索缺失的意识科学》。 1996 年继续在牛津大学研究扭量理论。 1998 年出版《皇帝新脑：计算机、心智和物理学定律之间的联系》。 2003 年彭罗斯到普林斯顿大学演讲，题目为“宇宙新物理学中的时尚、信仰、幻想”。其中时尚指弦论，信仰指宇宙由量子力学构筑，幻想指共形轮回宇宙模型。 2004 年出版《通向实在之路：宇宙法则的完全指南》。 2008 年出版《宇宙新物理学中的时尚、信仰、幻想》，可视为他毕生主要数学物理思想的总结，当引起物理学界反思。 2010 年出版《时间的轮回：一种非常寻常的宇宙新观念》，详细阐述了他的共形轮回宇宙学思想。内容简介时尚的思想，盲目的信仰，还是纯真的幻想，面对理解宇宙的科学追求，怎么办呢？的确，理论物理学家们不受微小趋势、教条信念或幻想之翼所影响吗？实际上，受人喝彩的物理学家和畅销书作者罗杰·彭罗斯认为：物理学最前缘的研究工作恰恰受到其他人的这些力量所影响。在这本挑衅性著作中，他认为时尚、信仰和幻想有时在物理学中有创造性的，甚至是必要的，在场论最重要的三大思想（弦论、量子力学和宇宙学）中，可能领导着当代研究潮流。弦论通过假设的六个额外的隐卷维，已改道偏离了物理现实了，彭罗斯警告理论的时尚性可能隐蔽我们对其可信度的判断。在量子力学情况中，它在解释原子宇宙中的惊人成功，导致非严格信仰必然也可合理地应用于质量客体，而彭罗斯回应，建议量子理论可发生改变。转向宇宙学，他认为关于宇宙起源的当代时髦的思想，大多数不可能正确，甚至更狂热的真实可能隐藏在它们背后。最后，彭罗斯描述了时尚、信仰和幻想如何也讽刺意味地改变他自己的研究工作，从扭量理论（开始时尚的弦论的一种可能替代方案），到“共形轮回宇宙学”（一种如此玄幻的思想，可谓共形疯狂宇宙学）。结语中，根据他最杰出的图解之一，对当代物理学中的一些最明显发展提出重要批评。本书简评 “我不会推荐《宇宙新物理学中的时尚、信仰和幻想》，它对基本物理问题中的严肃兴趣的任何人都太高深了。”——皮德·沃伊特（ Peter Woit ），甚至不错博客（ Not Even Wrong blog ） “（彭罗斯的）执着于寻找灵巧实验来验证新理论是唯一道路，物理学将从它的死亡时刻获得自由。 ”——康斯坦丁 ·卡卡斯（ Konstantin Kakaes ），《华尔街》杂志 “站在吵架旁边，批评基础物理学的核心教条，彭罗斯正在扮演着爱因斯坦的角色，他迫使量子理论家们防御并磨炼他们的思想，而弗瑞德·霍伊尔（ Fred Hoyle ）先生执着挑战大爆炸理论家以重塑他们的思想。这是一位极其重要的角色，而彭罗斯可能长期在践行之。”——马库斯·乔恩（ Marcus Chown ），《时代高等教育》 “制作精美，图文优美 … 不可能有比彭罗斯更好或更原汁原味的注解了。如果现代物理学理论对于你是有趣的，那么你必然不会忽视此书。”——马斯·夫拉里克（ Math Frolic ） “阅读彭罗斯对物理学的不妥协的独立认识，总让人受启迪。”——瑞察德·戴维德（ RichardDawid ），《自然》期刊 “一种极为原创、多产的富有思想的研究，破解对宇宙极小极大尺度上的当代最时尚的企图。”——马瑞欧·李维欧（ Mario Livio ），《科学》期刊 “本书充满物理学的现象视觉表示，彭罗斯的提醒能以一种统一方式来理解和描述物理学 … 最终，本书最有价值的是他在如何提问中提供的优秀例子。”——禅达·普瑞斯科德 - 维因斯坦（ ChandaPrescod-Weinstein ），《物理世界》 “有些事情的物理状况是堕落了 … 杰出的数学物理学家罗杰·彭罗斯辨识出物理堕落的几种可能原因 … 他不是被压倒一切的大多数所吓倒的那种人，不管如何它如何显赫和鼓噪。他委婉地摆出他的目标，面向物理正统坚持者采取为人典范的耐心 … 时代将告诉他的判断是否正确。同时，他的批判容易使人想起乔吉·贝尔纳德·肖（ George Bernard Shaw ，萧伯纳）的警告：有时少数是正确的，多数总是错误的。”——格拉哈恩·法弥罗（ Graham Farmelo ），《卫报》后封面 “这本宝书是罗杰·彭罗斯的代表作：每页都是雄辩论证，深刻而原创。他对当代物理学和宇宙学的危机和未来希望的认识，对科学关键时刻的时尚思想提供了重要矫正。本书值得在专家和大众之中获得最广泛的可能聆听”——李·斯墨林（ Lee Smolin ），《时间重生：从物理学的危机到宇宙的未来》的作者读者长评创造性、原创性和怪异性——但确实瞄准了他的同行奈吉尔·斯尔（ NigelSeel ）罗杰·彭罗斯现在 85 岁高龄了，他的这本书可能是他世界观的最终表达。虽然他对“外行”作为他的谈话听众，但是潜在的读者应该想起《通向实在之路》。在亚马逊评论中，退休数学教授、物理学博士汤姆排队等候，碰到他们知识的局限的那章，也不得不放弃。本书不是如此困难吧。简而言之如下： 1 、彭罗斯不喜欢弦论，因为其额外维允许太多的函数自由度（基本上是可能场构型的数目）。这不能清楚地解释为何函数自由空间尺寸中的超爆炸是存在问题的，虽然他制造了一个联系点，他相信六个“卷曲的”维度实际上是不稳定的，应发生坍缩。也许这是显然的。 2 、量子理论被认为是部分理论或不完善的理论——特别是彭罗斯认为它的线性将在增强的理论中被违背。他相信我们不能观测“薛定谔之猫”发生空间叠加的原因在于叠加的引力效应（他认为空间去局域化（ delocalisation ）具有一种真实的引力效应，符合量子态的本体论真实主义）。特别是，引力本能（ gravitational self-energy ）由于叠加产生能量不确定性，等效于时间不确定性，因此叠加的定态（ stationary state ）很快就坍缩成一个位置本征态（ eigenstate ）。正如他解释，这背后的数理是相当高等的，需要广义相对论。 3 、彭罗斯在宇宙学上，不是一位膨胀论粉丝，他对热力学第二定律和熵的批评。他的批评有力地说明了膨胀持续是不得已退而其次（ faute de mieux ，法语）。彭罗斯自己认为提出了啥替代方案呢？他认为扭量理论（刻画涌现时空的数学框架）继续富有希望，并相信一种特殊的回弹复发宇宙，它经历反复的大爆炸，可解释 138 亿年前的非常低熵。我认为他写了此书，这对于物理学界是有益的，但不是在广义相对论、复分析、扭量理论、量子场论和张量分析的宏大背景中，故难以评价他的论据的价值。数学 + 时尚 ( 弦理论 ) + 信仰 ( 量子力学 ) + 幻想 ( 宇宙学 ) + 彭罗斯 ( 扭量 ) 迈克·马克阿勒尔（ MacMcAleer ）这是一本描述现代物理学的书籍。它将当代物理学思想分为三类：时尚、信仰和幻想。此书是写给“非专家”的，作为一本入门书，但不可避免数学，附录在书后。在前言中，彭罗斯说“在企图用满意的方式（但不太技术性）寻找所有这些论题的过程中，我不得不面对一个特别基本的障碍。这是任何物理理论中的数学问题及其中心角色，可严肃地声称在任何真实深度描述自然。”（第 xv 页）作者对所谓的“非专家”和“不太技术”的理解，将可能不同于你对它们的理解。时尚（英文版面共 120 页）、信仰（共 122 页）和幻想（ 118 页）被用作第一级篇章的标题。第四章是“宇宙的新物理学？”（共 63 页）。这是作者自己关于宇宙新物理学的思想新贡献。后有数学附录（共 72 页）、参考文献和索引。在时尚篇中，彭罗斯探讨了各种主题和弦论。时尚的科学思想很少剥夺人们对金钱和声望的时尚思想。对于年青的学者而言，难以在非时髦领域立稳一个职业。信仰篇是关于量子力学的。量子理论擅长于解释极小尺度大世界。关于它所有奇怪性“ … 量子力学的教条通常被当作绝对真理”（英文版第 125 页），科学信仰出现于其近旁。幻想篇关于宇宙的大尺度、广阔性，从时髦的万有源于虚无的大爆炸思想开始。在第 4 章中，作者探讨了作为弦论替代方案的扭量理论。这是一本详细的著作，需要承诺、但将因其影响而赢得读者。但如果你不熟悉话题，就不宜开始阅读。这远非初学者指南。皮特尔·沃伊特（ PeterWoit ） 09/15/2016 简介：皮特尔·沃伊特是哥伦比亚大学数学系的高级讲师，自 2004 年以来，在 http://www.math.columbia.edu/~woit/blog 上，发表了大量关于物理数学主题的博文。他是 2006 年科普著作《甚至不错》（ NotEven Wrong ）的作者，关于量子力学、表示论的教材即将由 Springer 出版。罗杰·彭罗斯具有漫长的学术生涯，足以作为数学物理领域中最原创性的思想家之一。他的早期研究包括对广义相对论的破天荒的结果，以及爱因斯坦方程解的奇点定理。他后来创立了“扭量理论”，这是关于时空几何的激进的特异途径，根据 C4C4 中的复双面的经典格拉斯曼簇几何，描述了闵可夫斯基空间和旋量场。他在 2005 年出版的《通向实在之路》，是一本巨作（超过 1000 页），关于物理学基础的几何观点的娴熟的通常技术总结，装扮成一本准科普书籍。彭罗斯有时被描述为一位“标新立异者”，但他关于物理学和数学的观点在许多方面是相当保守的。在他这本新书《宇宙新物理学中的时尚、信仰、幻想》中，他将怀疑的眼光投降关于理论物理学的一些流行的推测性思想。本书经历了长期酝酿，开始作为计划写完的讲义， 2003 年在普林斯顿大学引起反响。在发表的那些讲义中，彭罗斯正在步入狮子洞穴（ lion’s den ），把对弦论的有力批判，带到霸权观念盘踞的学术机构。除数学附录之外，本书分为四部分：时尚此篇对付弦论（作为推测性的物理学统一理论）。彭罗斯的中心目标是作为该理论的关键部分的额外空间维。当试图把弦论当作统一理论时，要假设弦在十维空间内传播。该观念在于把其中的四维当作很大的时空维，而其余维很小，并成功地去耦了大小维度。彭罗斯主张没有理由相信可一致地这样做，这些自由度之间应存在不可忽略的耦合作用，导致理论不稳固，而不是具有大维度的稳定基态。因为这是对弦论的另类批判，在识别理论的主要问题中，这与其他人是一致的，它由额外空间维而引入了很新的不可观测的自由度。即使没有，如彭罗斯怀疑，破坏了渴望模式的自洽性，证据就是它们允许建模任何可设想的物理学，摧毁了关于预测性的传统顺序。信仰在本篇中，彭罗斯探寻了量子力学的测量问题，正确地指出我们关于量子力学的标准“故事”，引入了一个“本体论变迁”（ ontological shift ），暗示更多事情将要进行，超越良好理解的一致性框架。他喜欢这种思想，引力进入通常框架也许可解决这个问题，因此回来采用维度分析论据：有关效应可来自于引力，然而太小，迄今不可观测。这里彭罗斯做了一件卓越工作，解释了通常的物理学事情，以及为何存在问题，但不清楚的是该问题需要新的物理定律、非线性，还是考虑引力效应。“本体论变迁”可能由于标准“故事”不是关于真实测量过程中发生什么的全部理论，但用需要获得可示踪的描述的近似，代替关于什么发生的唯象论近似。当人们构建并研究更复杂的、更大全的量子系统时，关于“测量”的标准“故事”的不足之处，大概会变得更加清楚。关于经典行为如何涌现自量子定律，我们相当可能会获得良好理解，而没必要改变那些定律。幻想这里彭罗斯详细描述了宇宙学理论中的某些基础问题，以及它们据称如何被膨胀理论所解决。他解释道，用“幻想”来刻画这个问题，不意味着纯粹批判：关于大爆炸时刻的“幻想”是理论家们在缺乏强大证据的情况下之所为。而他恰恰也有他值得花时间思考的其它幻想。关于他在本篇中的论据的深邃性和复杂性，这位评论家在此不能作评判。该主题牵涉关于广义相对论行为的微妙问题，彭罗斯在该领域是当代最深邃的思想家和最伟大的物理学家之一。当致谢膨胀理论的一些成就时，他的批判部分关乎泡尔 ▪ 斯坦哈德（ PaulSteinhardt ）及其他人，指出理论并未完全抵达摆出来的目标，采用指数式膨胀，根据绝对的初始条件，不能提供一种观测各向同性的方法。同时，还有更多东西，试图理解描述大爆炸的各种幻想的任何读者，应当阅读本篇。宇宙新物理学？在最后一篇中，彭罗斯描述了他探寻前面章节指出的问题的一些更正面的思想。这开始于一种关于扭量理论的精彩总结，而这位评论家强烈怀疑他是否正确：思考时空几何的这种很特异的方式，将最终成为我们理解量子化和几何学的成功整合的一部分。这种几何学很不同于四维时空，还提供了怀疑具有更多空间维的理论幻想的另一种理由。较少的说服力是他关于量子态还原的猜测，以及他引用自己的“共形疯狂宇宙学”，虽然强调共形不变量可能很好，这是正确的。本书非常精彩的特征是许多绘图出自彭罗斯之手，它们广泛地展示了物理学和数学的思想。普林斯顿大学出版社为教学目的，将这些绘图放到他们的网站上。本书的技术水平逐篇存在变化，在某些地方按照大量读者能欣赏的方式，而其它地方要求有些明显数学物理背景，其中大量值得有关主题的专家所关注。我推荐此书，它对于物理学基础问题有严肃兴趣的任何数学家而言，不会显得太高深。中文目录致谢 ix 序言 xi 是关乎基础科学的时尚、信仰还是幻想吗 ? xi 1 时尚 1 1.1 数学优雅作为一种驱动力 1 1.2 过去的一些时尚物理学 10 1.3 弦论的粒子物理学背景 17 1.4 QFT 中的叠加原理 20 1.5 费曼图解的力量 25 1.6 弦论的原始核心思想 32 1.7 爱因斯坦广义相对论中的时间 42 1.8 魏尔电磁规范场论 52 1.9 卡鲁扎 - 克莱因和弦模型中的函数自由度 59 1.10 函数自由度的量子阻碍 ? 69 1.11 高维弦论的经典不稳定性 77 1.12 弦论的时尚状况 82 1.13 M 理论 90 1.14 超对称 95 1.15 AdS/CFT 104 1.16 膜世界与景观 117 2 信仰 121 2.1 量子关联 121 2.2 马克斯·普朗克的 E = hv 126 2.3 波粒佯谬 133 2.4 量子层级和经典层级： C 、 U 和 R 138 2.5 点状粒子的波函数 145 2.6 光子的波函数 153 2.7 量子线性 158 2.8 量子测量 164 2.9 量子自旋几何学 174 2.10 量子纠缠与 EPR 效应 182 2.11 量子函数自由度 188 2.12 量子实在 198 2.13 客观量子态还原：量子信仰的一个极限 ? 204 3 幻想 216 3.1 大爆炸与 FLRW 宇宙学 216 3.2 黑洞与局域不规则性 230 3.3 热力学第二定律 241 3.4 大爆炸佯谬 250 3.5 视界、共动体积和共形图解 258 3.6 大爆炸中的现象精确度 270 3.7 宇宙熵 ? 275 3.8 真空能 285 3.9 膨胀宇宙学 294 3.10 人存原理 310 3.11 幻想宇宙学 323 4 宇宙新物理学 ? 334 4.1 扭量理论：弦的替代方案 ? 334 4.2 量子基础何处去 ? 353 4.3 疯狂的共形宇宙学 ? 371 4.4 个人结论 391 数学附录 397 A.1 迭代指数 397 A.2 场的函数自由度 401 A.3 矢量空间 407 A.4 矢基、坐标和对偶 413 A.5 流形数学 417 A.6 物理学中的流形 425 A.7 丛 431 A.8 用丛来研究函数自由度 439 A.9 复数 445 A.10 复几何 448 A.11 调和分析 458 参考文献 469 索引 491 英文目录 Acknowledgements ix Preface xi Are fashion, faith, or fantasy relevant tofundamental science? xi 1 Fashion 1 1.1 Mathematical elegance as a drivingforce 1 1.2 Some fashionable physics of the past10 1.3 Particle-physics background to stringtheory 17 1.4 The superposition principle in QFT 20 1.5 The power of Feynman diagrams 25 1.6 The original key ideas of string theory32 1.7 Time in Einstein's general relativity42 1.8 Weyl's gauge theory of electromagnetism52 1.9 Functional freedom in Kaluza-Klein andstring models 59 1.10 Quantum obstructions to functionalfreedom? 69 1.11 Classical instability ofhigher-dimensional string theory 77 1.12 The fashionable status of stringtheory 82 1.13 M-theory 90 1.14 Supersymmetry 95 1.15 AdS/CFT 104 1.16 Brane-worlds and the landscape 117 2 Faith 121 2.1 The quantum revelation 121 2.2 Max Planck's E = hnu 126 2.3 The wave-particle paradox 133 2.4 Quantum and classical levels: C, U, andR 138 2.5 Wave function of a point-like particle145 2.6 Wave function of a photon 153 2.7 Quantum linearity 158 2.8 Quantum measurement 164 2.9 The geometry of quantum spin 174 2.10 Quantum entanglement and EPR effects182 2.11 Quantum functional freedom 188 2.12 Quantum reality 198 2.13 Objective quantum state reduction: alimit to the quantum faith? 204 3 Fantasy 216 3.1 The Big Bang and FLRW cosmologies 216 3.2 Black holes and local irregularities230 3.3 The second law of thermodynamics 241 3.4 The Big Bang paradox 250 3.5 Horizons, comoving volumes, andconformal diagrams 258 3.6 The phenomenal precision in the BigBang 270 3.7 Cosmological entropy? 275 3.8 Vacuum energy 285 3.9 Inflationary cosmology 294 3.10 The anthropic principle 310 3.11 Some more fantastical cosmologies 323 4 A New Physics for the Universe? 334 4.1 Twistor theory: an alternative tostrings? 334 4.2 Whither quantum foundations? 353 4.3 Conformal crazy cosmology? 371 4.4 A personal coda 391 Appendix A Mathematical Appendix 397 A.1 Iterated exponents 397 A.2 Functional freedom of fields 401 A.3 Vector spaces 407 A.4 Vector bases, coordinates, and duals413 A.5 Mathematics of manifolds 417 A.6 Manifolds in physics 425 A.7 Bundles 431 A.8 Functional freedom via bundles 439 A.9 Complex numbers 445 A.10 Complex geometry 448 A.11 Harmonic analysis 458 References 469 Index 491 前言（略）摘引时尚代表着弦论；幻想代表着各种宇宙图景，主要指的是暴胀宇宙（它假设在大爆炸之后很短的时间内宇宙经历了一次指数式的膨胀）。这些东西在现代理论物理中都占有极重要的地位，攻击它们几乎都成了大不敬的事情了。而另一个则更加夸张的则是量子力学，它在各个方面都不容侵犯，它已经成了信仰。不知何故，人们认为它是不能受到质疑的。几年前你说是引力分离了经典世界和量子世界。有没有人对量子力学做过这类检验？虽然这个想法听起来挺令人振奋的，似乎应该有很多人会着手研究它，但是事实上没有。它被认为是一个不切实际的想法，是人们在老了退休后可以考虑的另类的想法。好吧，我现在老了，退休了！但是这个想法没能成为物理学的主流，占据中心地位，我感到挺遗憾的。截图预览（请自己翻墙搜索下载此书电子版）博主推介彭罗斯是世界杰出的数学物理学家，坦诚地说，论数学物理贡献，他比霍金更大，思想更深刻，彭罗斯在物理学领域可谓特立独行，因为他在坚守物理科学不被物理幻想任意侵占，并使驻守者保持头脑清醒。他的著作一向思想新颖而深邃，图解形象而优美，推测此书难度当与他的名著《皇帝新脑》、《时间的轮回》近似。他的大众科学书中的思想含金量相当高，既可作为普通大众、中学生、大学生的科普读物，也可值得研究生、专家、学者收藏细品。严重推荐！我喜欢这种有深度的书籍，它本质上不上科普书，属于物理思想论著，最初将这本书推荐给科学出版社，但他们正如许多国企一样，我推介了好几本书，都没啥结果，感觉办事缺乏效率和魄力，其科普部门业绩平淡。本文是博主编译而成，禁止复制转载！; 个人分类: 道法自然|7536 次阅读|7 个评论

一卷在手览尽物理《科学定律及其背后的伟大心智》: warlong 2011-8-20 17:27; 从阿基米德到霍金：科学定律及其背后的伟大心智作者：克利福德 *A. 匹克欧尔简评：匹克欧尔（Clifford A.Pickover）在本书中介绍了 40 条科学定律，并附带解释了它们的含义及其发现者的简短传记。书中也描述这些定律的应用，甚至涉及到新近的应用。书中的定律可被分成两类：有些（如玻意尔定律）是其他一些更普遍理论的推论；而有些还不能这样被解释（或至少现在不能）。我不敢确定那个主要名单中是否有某条定律属于后者，但有些伟大的竞争者确实如此，而且它们也许更应当被称为 “ 基础的 ” 。匹克卡尔此书包括了各种有趣的信息和花边话题。例如，戴维德 * 布鲁斯特（提出了偏振光的反射定律）虽然发明了万花筒，但是专利的缺陷使他并没有因万花筒的流行而获益。书中还有很多的引言，某些哲学性的引言被用作各章之间的 “ 对话起点 ” 。读者可能对某些科学或者历史问题极感兴趣，书中有大量的参考资料可供进一步阅读。此外，一些图例可以帮助解释更具数学性的定律。本书内容涉及广博，因此不能期望这些内容具有同等的权威性。但是，正如一些给出的引文，此书是一个精彩的对话起点。《从阿基米德到霍金：自然定律及其背后的伟大心智》（Archimedes to Hawking : laws of science and the great minds behind them）一书由牛津出版社于2008年出版，销售榜上有名。作者乃英国著名的科普作家和科学思想家---克利福德*匹克欧尔，其著作有《黑洞：旅行向导》、《计算机，图形，混沌和美丽》、《天堂的病毒》、《上帝的悖论与全知的科学》、《冲浪超空间》、《数学之恋》、《禅：魔方、圆圈和恒星》等等，总数至少37部，可谓著作等身。本书纵览古今定律，审美公式方程，阐释物理哲学，思想丰富，条理清晰，极具启发性，是其科普代表作之一，是学习物理基本知识和理解物理哲学的优秀读物，郑重推荐给中学、大学生及其教师阅读。但原书530页，篇幅较大，暂且选译完了一章半。如果太忙，任何翻译就更别提了，这不应是我的主业。译完时间未定。 (封面设计：译者) 匹克欧尔著作选列表书评： “ 自然法则之书 ” 鸣谢目录引言与背景自然律立法者由个人命名定律公正吗？理论与定律我们发现还是发明？数学简明性与实在何为真实？本书的结构与目的发现定律的时间分布立法者在何处终极定律何时被发现？公元前 250 年 – 公元 1700 年阿基米德浮力定律（ Archimedes’ Principle of Buoyancy ） , 约公元前 250 开普乐行星运动定律（ Kepler’s Laws of Planetary Motion ） , 1609 年和 1618 年斯涅尔反射定律（ Snell’s Law of Refraction ）， 1621 年胡克弹性定律（ Hooke’s Law of Elasticity ）， 1660 年波意尔气体定律（ Boyle’s Gas Law ）， 1662 年牛顿运动定律、引力定律和冷却定律（ Newton’s Laws of Motion, Gravitation, and Cooling ）， 1687 年和 1701 年 1700 年 –1800 年伯努利流体力学定律（ Bernoulli’s Law of Fluid Dynamics ） , 1738 年兰伯特辐射定律（ Lambert’s Law of Emission ） , 1760 年伯德行星距离定律（ Bode’s Law of Planetary Distances ） , 1766 年库仑静电定律（ Coulomb’s Law of Electrostatics ） , 1785 年查尔斯气体定律（ Charles’s Gas Law ） , 1787 年 1800 年 –1900 年道尔顿分压定律（ Dalton’s Law of Partial Pressures ） , 1801 年亨利气体定律（ Henry’s Gas Law ） , 1802 年盖伊 - 鲁萨克化合体积定律（ Gay-Lussac’s Law of Combining Gas Volumes ） , 1808 年阿佛加德罗数气体定律（ Avogadro’s Gas Law ） , 1811 年布鲁斯特光偏振定律（ Brewster’s Law of Light Polarization ） , 1815 年杜隆 - 普蒂比热定律（ The Dulong-Petit Law of Speciﬁc Heats ） , 1819 年毕奥 - 萨法磁力定律（ The Biot-Savart Law of Magnetic Force ） , 1820 年傅里叶热传导定律（ Fourier’s Law of Heat Conduction ） , 1822 年安培电磁环流定律（ Ampère’s Circuital Law of Electromagnetism ） , 1825 年欧姆电流定律（ Ohm’s Law of Electricity ） , 1827 年格雷姆隙流定律（ Graham’s Law of Effusion ） , 1829 年法拉第感应定律和电解定律（ Faraday’s Laws of Induction and Electrolysis ） , 1831 年和 1833 年高斯电磁定律（ Gauss’s Laws of Electricity and Magnetism ） , 1835 年泊肃叶流体流动定律（ Poiseuille’s Law of Fluid Flow ） , 1840 年朱尔电加热定律（ Joule’s Law of Electric Heating ） , 1840 年基尔霍夫电路定律和热辐射定律（ Kirchhoff’s Electrical Circuit and Thermal Radiation Laws ） , 1845 年和 1859 年克劳斯热力学定律（ Clausius’s Law of Thermodynamics ） , 1850 年斯托克斯粘性定律（ Stokes’s Law of Viscosity ） , 1851 年比尔吸收定律（ Beer’s Law of Absorption ） , 1852 年魏德曼 - 弗朗兹电传导定律（ The Wiedemann-Franz Law of Conductivity ） , 1853 年菲克扩散定律（ Fick’s Laws of Diffusion ） , 1855 年拜斯 - 巴洛特风压定律（ Buys-Ballot’s Wind and Pressure Law ） , 1857 年厄特沃斯毛细定律（ Etvs’s Law of Capillarity ） , 1866 年科尔劳士电导率定律（ Kohlrausch’s Laws of Conductivity ） , 1874 and 1875 年居里磁性定律和居里 - 外斯定律（ Curie’s Magnetism Law and the Curie-Weiss Law ） , 1895 年综合， 1907 年 1900 年之后普朗克辐射定律（ Planck’s Law of Radiation ） , 1900 年布拉格晶体衍射定律（ Bragg’s Law of Crystal Diffraction ） , 1913 年海森堡测不准定律（ Heisenberg’s Uncertainty Principle ） , 1927 年哈勃宇宙膨胀定律（ Hubble’s Law of Cosmic Expansion ） , 1929 年伟大的竞争者 1600–1700 年 1700–1800 年 1800–1900 年 1900 年及之后对科学中数学优美性的最终评论数学的优雅伟大的科学方程排行榜与人类成就 “ 永远最伟大的方程 ” 尼加拉瓜邮票名单物理学与宗教进一步阅读作者简介索引我并不认同宇宙是一个谜的观点。…我觉得这种观点没有对近四百年前由伽利略开始而牛顿开拓的科学革命作公正判断。他们揭示出至少在某些宇宙区域…是受精确的数学定律控制的。从那以后，我们已发展了伽利略和牛顿的研究工作。…现在，我们拥有了可控制平常万物的数学定律。 —斯蒂芬 * 霍金，《黑洞，婴儿宇宙及其它随笔》引言与背景本章讨论同等著名的定律的定义，生命与定律发现者的难处，科学与宗教，定律与理论之间的差异，以及定律发现者的时空分布。艾萨克 * 牛顿出生在黑暗的、晦涩而神秘的世界，…至少一度濒临疯狂的边缘…而仍为人类发现了很多的核心知识，前无古人后无来者。他是现代世界的总建筑师…他创造了事物的知识：定量而严谨。他创立了法则，而他们称为定律。 —詹姆士 * 格雷克，《艾萨克 * 牛顿》每前进一大步，都需要物理学，而且常受启发地引入新的数学工具和概念。我们目前对物理定律的理解，有了极高的精确性和普适性，只可能用数学术语来表达。 — 迈克尔 * 阿提亚，“弹弦”， Natrue 期刊自然律现在一般公认为宇宙是按照精妙的定律来演化的。定律可能是上帝制定的，但看起来他不干预宇宙，以免破坏定律。 —斯蒂芬 * 霍金，《黑洞和婴儿宇宙》阿尔伯特 * 爱因斯坦曾评论道“对世界最不可理解的事情就是它可以理解。”实际上，我们看来居住在一个用坚实的数学公式和物理定律所近似描述的宇宙之中。本书中，我讨论了那些著名的自然定律，它们在几个世纪以来被发现，且深刻地改变了我们的日常生活以及对宇宙的理解。这些定律为刻画不同环境下的自然现象提供了优美的方式。如，你将更详细了解到流体力学的伯努利定律， v 2 /2 + gz + p / ρ = C ，在空气动力学领域中有大量应用，当研究飞机翼、螺旋桨叶片和轮船舵的流动时，要考虑到它。菲克第二扩散定律， (∂ c /∂ t ) x = D (∂ c 2 /∂ x 2 ) t ，可用来解释昆虫通过信息素进行通信、古人迁移，或与石油碳氢化合物的污染扩散。法庭、公安局有时采用流体冷却定律， T ( t ) = T env + e − k ，来确定破烂的旅馆房间中尸体的死亡时间。定律使人类创造和破坏 --- 并且有时它们确实改变了我们的极端方式，以观察真实的自我。在 1940 年代，格雷厄姆定律 R 1 / R 2 = ( M 2 / M 1 ) 1/2 帮助科学家把原子弹投掷于日本。处理电磁作用的各种定律使得技术专家用有线和无线通信将世界联系起来。对于当今很多科学家，海森堡测不准原理，，意味着物理宇宙不是严格地以一个确定性公式而存在，而是概率的集合。所有这些相对简单的公式以其简洁性和有效性给我们留下强烈印象。我与马丁 * 伽德尔及其它人一样，认为自然通常可用简单公式和定律加以描述，但因为自然拥有某些隐藏的数学特征。比如，伽德尔在他的经典散文集《秩序与惊奇》（ 1950 ）中写道： “如果宇宙立即冻结，并停止所有运动，那么结构的研究不再揭示出部分的随机分布。比如，将大量发现简单的几何图案 --- 从星系的旋臂到雪花晶体的六角形。上好时钟的发条，于是其部件按定律有节奏地运动，常可用令人惊奇的简单方程来表达。于是，没有逻辑或为何这些事物应这样的先验原因。” 因此，伽德尔认为简单的数学统治了从分子到银河尺度的自然界。艾萨克 * 牛顿把我们揭开科学基本定律的探索，比作在无垠大海边寻找美丽贝壳的孩子。阿尔伯特 * 爱因斯坦觉得他像一个进入无限大的外文图书馆中的孩子。孩子不理解大多数书籍，但意识到或猜测到书架中的神秘秩序。类似地，理论物理学将保罗 * 斯坦因哈德在约翰 * 波热科曼的信中写道我不能证明我相信的： “当前的观察和实验说明我们的宇宙是简单的。物质和能量的分布是明显均匀的。复杂结构的等级性，从星系团到亚核粒子，可根据几十个基本元素和不多于五种自然力来描述，全部与简单的对称性有关。简单的宇宙需要简单的解释。” 几个世纪以前，大多数定律发现者认为上帝制定了自然定律。比如，不列颠科学家艾萨克 * 牛顿（ 1642–1727 ）先生和很多他的同时代人，认为宇宙定律按照逻辑方式存在的上帝之意志来制定的。在牛顿的《原理》一书第二版（ 1713 ）的序言中，英国数学家罗格 * 科特斯（ Roger Cotes ）写道： “毫无疑问，这个世界如此多元化，其中我们发现了各种形式和运动，这不归因于别的，而归因于那完美自由的上帝意志的完全指引和主持。从这个源泉 ... ，流出了自然定律，其中看起来存在最智慧的创造者的的确很多痕迹，但没有一点必然性的阴影。因此，我们无须寻找不确定性猜想，而是从观察和实验中了解它们。“ 乔治 * 斯托克斯（ 1819–1903 ）以斯托克斯粘性定律著名，他在他的《自然神论》中写道： “允许个人的上帝的存在，奇迹的可能性立即发生。如果自然定律按其意志进行，那么上帝想要它们停止就可停止。如果觉得它们有些难以停止的话，那么我们根本无需假设它们停止。” 因为自然定律提供了一种探索实在之本质的框架，允许科学家对宇宙作出预测，定律的发现是人类最伟大的智力或理性的成果。为了创立自然定律，科学家常需要扮演现象的观察者的角色，发明出创造性的实验设计方案，或者解释大量的领悟 --- 为此，本书中的立法者一般是其领域中最有能力的科学家。本书可能一看就像是彼此很少关联的孤立定律的一个长目录表。但当你阅读时，我想你开始看见了很多联系。显然，科学家和数学家的最终目标不是简单的累积事实和公示表，而是探索理解图像、组织原理和这些事实之间的关系来建立定律。本书是我从更庞大的集合中选出的大量科学定律，那些定律有力地影响了世界。本选集中的候选者一般满足如下标准： “它们是定律、法则和原理，对于事实、观察或现象具有广泛的解释功能 --- 而且它们在具体学科中广为人理解。定律、法则和原理根据个人命名，通常意味着某一科学家是辅助性的，要么在定律的发现中，要么将定律引起更多科学关注。” 可以想象这些激情的人物经历过的惊奇探险，他们已找到、发现和检验了现象的优美公式的真实性。最终，这些定律发现者改变了我们对宇宙的设想和分类方式。 ....... 匹克欧尔著作选列表《外星人 IQ 测试》（ The Alien IQ Test ）《新手成名向导》（ A Beginner’s Guide to Immortality ）《黑洞：旅行向导》（ Black Holes: A Traveler’s Guide ）《微积分与比萨饼》（ Calculus and Pizza ）《混沌与分形》（ Chaos and Fractals ）《奇境中的混沌》（ Chaos in Wonderland ）《计算机，图形，混沌和美丽》（ Computers, Pattern, Chaos, and Beauty ）《计算机与图像化》（ Computers and the Imagination ）《机器翻译：代码与秘密写作》（ Cryptorunes: Codes and Secret Writing ）《梦想未来》（ Dreaming the Future ）《未来的健康》（ Future Health ）《分形视界：分形的未来应用》（ Fractal Horizons: The Future Use of Fractals ）《科学可视化前缘》（ Frontiers of Scientiﬁc Visualization ）《复活兔子的女孩》（ The Girl Who Gave Birth to Rabbits ）《天堂的病毒》（ The Heaven Virus ）《无穷的钥匙》（ Keys to Inﬁnity ）《脑残俱乐部》（ The Lobotomy Club ）《上帝的纺织机》（ The Loom of God ）《零的数学》（ The Mathematics of Oz ）《心灵的迷宫：计算机与不可预测》（ Mazes for the Mind: Computers and the Unexpected ）《默比乌斯带》（ The Mbius Strip ）《上帝的悖论与全知的科学》（ The Paradox of God and the Science of Omniscience ）《数学之恋》（ A Passion for Mathematics ）《花样之书：分形，艺术和自然》（ The Pattern Book: Fractals, Art, and Nature ）《外星人科学》（ The Science of Aliens ）《性，毒品，爱因斯坦和顽童》（ Sex, Drugs, Einstein, and Elves ）《蜘蛛腿》（与皮尔斯 * 安索尼合著）（ Spider Legs (with Piers Anthony) ）《螺旋对称性》（与艾斯凡 * 哈吉特泰合著）（ Spiral Symmetry (with Istvan Hargittai) ）《奇异的智力与天才》（ Strange Brains and Genius ）《寿司不睡眠》（ Sushi Never Sleeps ）《天空的恒星》（ The Stars of Heaven ）《冲浪超空间》（ Surﬁng Through Hyperspace ）《时间：旅行向导》（ Time: A Traveler’s Guide ）《未来的幻觉》（ Visions of the Future ）《可见的生物学信息》（ Visualizing Biological Information ）《数字奇观》（ Wonders of Numbers ）《禅：魔方、圆圈和恒星》（ The Zen of Magic Squares, Circles, and Stars ）等等。译文：郑中; 个人分类: 道法自然|5130 次阅读|0 个评论

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标签: 物理哲学

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