本書是高層次科普讀物,是英國著名科普作家、劍橋大學教授巴羅的又一本力作。本書從人們日常生活中的基本物理量——測量空間、時間和物質重量的米、秒、公斤談起,論述了大自然的基本常數,這些常數包括引力的強度、磁力的大小,光的速度以及物質最小粒子的質量。作者認為大自然的常數是決定宇宙本質的一組數字,它們反映了宇宙最深層的奧秘,它們告訴我們宇宙為何有這麼大,歷史這麼久,宇宙中的各種力有多麼強,宇宙將會發生怎樣的變化,這些常數是否真的是永恆不變的?為什麼生命只在太陽系的一顆行星上出現?
本書還回顧了人類探索大自然常數的歷程,其中就有牛頓、愛因斯坦等科學偉人的功績。
作者簡介:
約翰·巴羅(John Barrow),是劍橋大學應用數學和理論物理學系的數學科學研究教授。他是好幾本暢銷書的作者,包括《包羅一切的理論》、《不可能性》及《關於零的書》。
目錄
序言
1.開端之前
簡單的重復
2.通向終極實在的旅程
去火星的使團
計量的換算——地區的標准
維護普適的標准
一個絕妙的想法!
馬克斯·普朗克的自然單位制
普朗克理解現實
關於時間
3.超人類的標准
愛因斯坦論常數
斯托尼一普朗克單位制的深層意義:新的世界圖景
超自然的世界
超哥白尼原理
4.更遠、更深、更少:尋求包羅一切的理論
你能指望的數
宇宙立體派
新的常數包含新的勞動
數字占卜術
5.愛丁頓的未完成交響曲
計算至15,747,724,136,275,002,577,605,653,961,181,555,468,044,717,914,527,116,709,366,231,425,076,185,631,031,296
原教旨主義
戲劇性的物理學
6.極大數的奧秘
不可思議的數字
一個大膽的假設
知微而識大
巨大而古老,黑暗又寒冷
全部數中最大的數
7.生物學和恆星
宇宙老了嗎?
終生難得的機會
其他類型的生命
准備應對你的末日
由符合關系到結果
生活在愛德華時代的宇宙中
8.人擇原理
人擇的論點
精巧的平衡
布蘭登·卡特的原理
是一件嚴密運行的事物嗎?
某些其他人擇原理
9.改變常數和重寫歷史
剛性的世界與柔性的世界
暴脹的宇宙群
虛構的歷史——一個小小的退步
10.新的維度
生活在一百個維度之中
與扁平龍同行
多邊形與多配偶制
為什麽物理學家的生活如此輕松?
保羅·埃倫費斯特的悲劇例子
傑拉爾德·惠特羅的特殊例子
西奧多·卡盧察和奧斯卡·克萊因的奇特例子
膜上的可變化的常數
11.永恆主題的變奏
一座史前的核反應堆
亞歷山大·什利亞克特的見識
各個時代的鍾
地底下的思索
12.伸手摸天
充裕的時間
這些常數中的變化無常嗎?
我們對此有何看法?
我們在歷史上的地位
13.其他的世界和一些大問題
多元宇宙
偉大的宇宙目錄
世界沒有盡頭
旅程的終點
本書重要術語漢英對照表
1.開端之前
簡單的重復
2.通向終極實在的旅程
去火星的使團
計量的換算——地區的標准
維護普適的標准
一個絕妙的想法!
馬克斯·普朗克的自然單位制
普朗克理解現實
關於時間
3.超人類的標准
愛因斯坦論常數
斯托尼一普朗克單位制的深層意義:新的世界圖景
超自然的世界
超哥白尼原理
4.更遠、更深、更少:尋求包羅一切的理論
你能指望的數
宇宙立體派
新的常數包含新的勞動
數字占卜術
5.愛丁頓的未完成交響曲
計算至15,747,724,136,275,002,577,605,653,961,181,555,468,044,717,914,527,116,709,366,231,425,076,185,631,031,296
原教旨主義
戲劇性的物理學
6.極大數的奧秘
不可思議的數字
一個大膽的假設
知微而識大
巨大而古老,黑暗又寒冷
全部數中最大的數
7.生物學和恆星
宇宙老了嗎?
終生難得的機會
其他類型的生命
准備應對你的末日
由符合關系到結果
生活在愛德華時代的宇宙中
8.人擇原理
人擇的論點
精巧的平衡
布蘭登·卡特的原理
是一件嚴密運行的事物嗎?
某些其他人擇原理
9.改變常數和重寫歷史
剛性的世界與柔性的世界
暴脹的宇宙群
虛構的歷史——一個小小的退步
10.新的維度
生活在一百個維度之中
與扁平龍同行
多邊形與多配偶制
為什麽物理學家的生活如此輕松?
保羅·埃倫費斯特的悲劇例子
傑拉爾德·惠特羅的特殊例子
西奧多·卡盧察和奧斯卡·克萊因的奇特例子
膜上的可變化的常數
11.永恆主題的變奏
一座史前的核反應堆
亞歷山大·什利亞克特的見識
各個時代的鍾
地底下的思索
12.伸手摸天
充裕的時間
這些常數中的變化無常嗎?
我們對此有何看法?
我們在歷史上的地位
13.其他的世界和一些大問題
多元宇宙
偉大的宇宙目錄
世界沒有盡頭
旅程的終點
本書重要術語漢英對照表
序
某些事物從沒發生過變化。本書就談論這類事物。很久以前,載入歷史的那些事件都是曾經經歷的無規律的事物:意外之事,災害和不幸的事。科學家們漸漸地認識到世界的可預見性和規則性的奧秘。盡管原子和分子的混亂和不可預測的運動構成了一系列相互聯系的事物,我們的經驗卻是一個具有深藏的一致性和連續性的世界。我們探索一致性的根源,首先考察一下支配事物如何變化的大自然的「規律」。但是我們逐漸認識到一組神秘的數字,它們的根源在於經驗的一致性。這些就是大自然的常數。它們傳達了宇宙的獨特的本質,使它有別於我們可能想像的其他世界。它們立即抓住了事物的本質,即我們對於這個宇宙的最大的了解和最大的無知。因為當我們測量這些常數達到更精確的程度,圍繞質量和時間的恆定性形成我們的關於質量和時間的標准時,而我們卻無法解釋它們的數值。我們還從未解釋過大自然常數中的任何一個數值。我們發現了新的常數,把它們與老的常數聯系起來,並理解它們在事物以各自方式存在中的關鍵作用,但這些數值的根據依然深藏奧秘。為了探索其緣由,我們需要揭示大自然規律的最基本的理論,需要發現決定這些規律的常數是否由某些支配一切的邏輯一致性所規定和構建,或者是否仍然有機會起作用。
初初一看,就可看出一種非常獨特的情景。當某些常數似乎是固定不變時,其他常數似乎有異於它們現有值的范圍,而有些常數似乎與和宇宙有關的其他任何事物完全沒有關系。它們的數值真的是隨機散布的嗎?他們真的彼此不同嗎?在這個宇宙中,如果生命是可能的,這些常數能有多大的不同嗎?
回顧1981年,我的第一本書:《人擇的宇宙學原理》探索了宇宙中生命對大自然常數數值敏感的各種已知的方式。稍稍改變常數的值,宇宙將會是一片死寂,缺乏演化和維持我們稱之為生命的這種復雜有機物的可能性。從那時起,宇宙學家們發現有越來越多的方式使宇宙在規定它的常數時能夠顯示它的千變萬化;有越來越多的途徑使宇宙中不可能出現生命。他們也已開始認真考慮存在大自然常數取不同的值的其他宇宙的可能性和現實性。不可避免的是,我們發覺我們自己處在一個事事不和諧振的世界里。然而發生那樣情況的機會有多少?在這里我們考察一下許多這樣的可能性,並將它們與我們企圖了解大自然常數的數值的奇妙歷史聯系起來。
最近,關於大自然常數的一個重大事件已經成為媒體關注的焦點和具體的科學研究的重點。它提出了所有最基本問題:大自然的常數真的自始至終是常數嗎?我們中的一群人已經設計一種新的方法來仔細檢查大自然常數在宇宙持續100億年的歷史中的數值。靠查看從遙遠類星體傳到我們這里的光所帶來原子圖像的條形碼,我們就會看到和了解幾十億年以前光開始旅行時原子可能是什麽樣子。於是,就知道大自然的常數是否始終相同?答案出人意料又令人震驚,這宇宙和支配它的規律會出現種種新的可能性。這本書將告訴你們有關的內容。
我要感謝伯納德·卡爾、羅布·克里藤登、保羅·戴維斯、邁克爾·德林克沃特、克里斯·丘吉爾、弗里曼·戴遜、弗拉迪米爾·佐巴、維克多·弗朗鮑姆、藤井康宣、加里·吉本斯、J·理查德·戈特·約爾格·亨斯耕、詹納·萊文、約奧·馬圭喬、卡洛斯·馬丁斯、戴維·莫塔、邁克爾·墨菲、賈森·普洛查斯卡、馬丁·里斯、哈佛·桑維克、華萊士·薩金特、伊利亞·什利亞克特、維爾·薩爾金、馬克斯·特格馬克、弗吉尼亞·特林布爾、尼爾·圖洛克、約翰·韋布和阿特·沃爾夫,他們參與討論並且對觀念、結果和想像都有貢獻。
我還要感謝伊麗莎白,因為曾經有一個階段想到本書可能需要重起書名:《貫穿宇宙的長河》。也要感謝我們的三個孩子:戴維、羅傑和路易斯,他們常常抱怨口袋里的錢大概是大自然的一個常數。
J·D·巴羅
2002年4月於劍橋
初初一看,就可看出一種非常獨特的情景。當某些常數似乎是固定不變時,其他常數似乎有異於它們現有值的范圍,而有些常數似乎與和宇宙有關的其他任何事物完全沒有關系。它們的數值真的是隨機散布的嗎?他們真的彼此不同嗎?在這個宇宙中,如果生命是可能的,這些常數能有多大的不同嗎?
回顧1981年,我的第一本書:《人擇的宇宙學原理》探索了宇宙中生命對大自然常數數值敏感的各種已知的方式。稍稍改變常數的值,宇宙將會是一片死寂,缺乏演化和維持我們稱之為生命的這種復雜有機物的可能性。從那時起,宇宙學家們發現有越來越多的方式使宇宙在規定它的常數時能夠顯示它的千變萬化;有越來越多的途徑使宇宙中不可能出現生命。他們也已開始認真考慮存在大自然常數取不同的值的其他宇宙的可能性和現實性。不可避免的是,我們發覺我們自己處在一個事事不和諧振的世界里。然而發生那樣情況的機會有多少?在這里我們考察一下許多這樣的可能性,並將它們與我們企圖了解大自然常數的數值的奇妙歷史聯系起來。
最近,關於大自然常數的一個重大事件已經成為媒體關注的焦點和具體的科學研究的重點。它提出了所有最基本問題:大自然的常數真的自始至終是常數嗎?我們中的一群人已經設計一種新的方法來仔細檢查大自然常數在宇宙持續100億年的歷史中的數值。靠查看從遙遠類星體傳到我們這里的光所帶來原子圖像的條形碼,我們就會看到和了解幾十億年以前光開始旅行時原子可能是什麽樣子。於是,就知道大自然的常數是否始終相同?答案出人意料又令人震驚,這宇宙和支配它的規律會出現種種新的可能性。這本書將告訴你們有關的內容。
我要感謝伯納德·卡爾、羅布·克里藤登、保羅·戴維斯、邁克爾·德林克沃特、克里斯·丘吉爾、弗里曼·戴遜、弗拉迪米爾·佐巴、維克多·弗朗鮑姆、藤井康宣、加里·吉本斯、J·理查德·戈特·約爾格·亨斯耕、詹納·萊文、約奧·馬圭喬、卡洛斯·馬丁斯、戴維·莫塔、邁克爾·墨菲、賈森·普洛查斯卡、馬丁·里斯、哈佛·桑維克、華萊士·薩金特、伊利亞·什利亞克特、維爾·薩爾金、馬克斯·特格馬克、弗吉尼亞·特林布爾、尼爾·圖洛克、約翰·韋布和阿特·沃爾夫,他們參與討論並且對觀念、結果和想像都有貢獻。
我還要感謝伊麗莎白,因為曾經有一個階段想到本書可能需要重起書名:《貫穿宇宙的長河》。也要感謝我們的三個孩子:戴維、羅傑和路易斯,他們常常抱怨口袋里的錢大概是大自然的一個常數。
J·D·巴羅
2002年4月於劍橋
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新書87折$162