宇宙密碼︰作為自然界語言的量子物理

代譯者序
致謝
序
第一篇 通向量子實體之路
第1章 最後一位經典物理學家
第2章 創立廣義相對論
第3章 第一批量子物理學家
第4章 海森伯在黑爾戈蘭島
第5章 不確定性與互補性
第6章 隨機性
第7章 看不見的手
第8章 統計力學
第9章 掀起波浪
第10章 薛定諤的貓
第11章 一個量子力學的童話故事
第12章 貝爾不等式
第13章 實體(實在性)市場
第二篇 進人物質的航程
第14章 物質顯微鏡
第15章 航程之始︰分子、原子和原子核
15．1 分子
15．2 原子
15．3 原子核
第16章 強子之謎
第17章 夸克
第18章 輕子
18．1 電子
18．2 u子
18．3 中微子
18．4 T子
第19章 膠子
19．1 引力相互作用
19．2 電磁相互作用
19．3 弱相互作用
19．4 強相互作用
第20章 場、粒子和實體
第21章 存在與虛無
第22章 同一與差別
第23章 規範場論革命
第24章 質子衰變
第25章 量子與宇宙
第三篇 宇宙密碼
第26章 制訂法則
26．1 物理法則的不變性
26．2 物理法則的普適性和簡潔性
26．3 物理法則的完備性
26．4 物理法則同觀測與實驗的關系
26．5 物理法則同數學的關系
第27章 宇宙密碼
參考文獻
人名譯名對照
譯者的話

作為一個物理學者，我願與大家一起分享物理學最新發現所引起的激情。這些新發現揭示了物質的基本結構、宇宙的起始和終結，以及新的量子實體。物理學家們在最近10年里獲得有關宇宙的新知識，比過去幾個世紀還要多。他們看到了實體的一幅新畫面，這要求我們想象力的轉變。可見的世界既不是物質，也不是精神，而是不可見的能量組織。

本書共分三篇。第一篇“通向量子實體之路”，敘述原子的量子理論的發展。要想掌握量子實體，我們必須從看得見、摸得著的實體，轉變到一種通過儀器是可以探測到的，但只能在理性上領悟的實體上來。量子理論描述的世界，並不像舊的經典物理學描述的那樣是直觀的。量子實體是可理解的，但形象是不可見的。

舊物理學同量子物理學的另一方面差別，類似時鐘的確定性與彈球游戲機”的偶然性之間的差異。阿爾伯特‧愛因斯坦始終未接受量子理論所蘊含的實體本質的隨機性。他說，“我不相信上帝在擲骰子”，用以表達他的反對意見。然而，如今幾乎每一位物理學家都相信上帝確是在擲骰子。我們要考察，擲骰子的上帝手巾的隨機性是怎樣的；還要考察，這對實體意味著什麼。

本書第二篇敘述“進人物質的航程”。物理學家們在將人類意識延伸到時空最遠範圍的同時，也深入到了物質結構的內部，並發現在分子和原子之下還存在著一個新的王國。原子的核心是原子核。正是使原子核聚在一起的那些力，又產生出一系列新的粒子。這些從未見過的物質形式叫做強子，而這些強子本身又是由叫做夸克的更基本的粒子所組成的。物理學家們駛入了夸克和其他量子粒子的王國，宇宙中任何東西都能由它們組成。物理學家們在這兒，在我們的儀器所能達到的最小距離內，發現了將各種自然力統一起來的基本法則。

為了理解這個基本粒子世界，我們需要把量子理論同愛因斯坦關于時空的狹義相對論結合起來。這種結合的結果，稱作相對論性量子場論，它闡述的是量子粒子的產生與湮沒。這是20世紀最偉大的科學成果之一，它展示了物質世界的一幅全新的畫面。這是物理學家們探求了幾十年的理論．現在終于找到了。這些統一場論運用了復雜而美妙的數學對稱，這些物理理論的語言是高度數學化的，而這一點成了一種障礙，以致許多人不能分享這些最新發現的樂趣。然而本書並沒有討論數學。

物理學家們運用這些新的統一場論，重新構想了宇宙初始時刻的情景，即當宇宙還是夸克和其他量子的旋轉火球時那大爆炸頭幾秒鐘的情景。我們所知道的一切事物，都由那個火球而來。書中描述了我們的宇宙如何繼對稱性的破缺而誕生，以及它可能怎樣終結。

……