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【现货速发】弦理论

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作者[美]斯蒂文·S.古布泽 (Steven S.Gubser)

出版社重庆大学出版社

ISBN9787568910507

出版时间2018-08

装帧平装

开本16开

定价56元

货号25322637

上书时间2024-12-23

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   商品详情   

品相描述:全新
商品描述
前言

  

简单来说,弦论声称所有物质的基本对象不是粒子,而是弦。弦就像小橡皮筋,但非常细而且非常强。一个电子实际上被设想为一根弦,它在长度非常小的尺寸上振动并旋转着,这个尺寸如此之小以至于我们用的粒子加速器都无法探测到。在一些版本的弦论里,一个电子是一个弦的闭合的圈。在另一些版本里,它是弦的一个部分,具有两个端点。

让我们简要地回顾一下弦论的发展历史。

弦论有时被描述为一个颠倒的理论。颠倒的意思是在人们没有理解其结果的深刻含义之前,就推出了理论的相当不错的片段。在1968年,人们次得到了一个描述弦是如何相互弹开的漂亮公式。这个公式被提出的时候甚至没有任何人意识到它与弦论有关系,这样做是因为在数学上很有趣。人们可以摆弄、检验和扩展它,而无须深入了解它。在这个例子里,深入的理解实际上是随之而来的,包括弦论的洞见,而弦论的洞见又包括用广义相对论描述的引力。

在20世纪70年代和 20世纪 80 年代的早期,弦论濒临被遗忘的边缘。其初的目标是解释核能,却并不成功。当它与量子力学结合时,又会产生不自洽性,人们称之为反常。反常的一个例子是,如果存在类似中微子但带电的粒子,那么特定类型的引力场会自发地产生电荷。这是糟糕的,因为量子力学需要宇宙在类似电子的负电荷和类似质子的正电荷之间保持严格的平衡。所以,在1984年,当证明弦论里不存在反常时,这个消息就成了一个大解脱。此后,弦论就被认为是潜在的可以用来描述宇宙的一个候选理论。

这个显赫的技术成果开启了“次超弦革命”:一个激动人心、让人发狂的活跃时期,尽管它并没有实现它自称的目标,即创造一个万有理论。当时我还是一个小孩,住所离阿斯本物理中心不远,该中心是弦论研究的一个策源地。我记得人们嘟囔着超弦理论是否能够在超导超级对撞机上得到验证,而我在想着关于超级的一切。嗯,超弦指的是考虑了超对称的特殊性质后的弦。那么超对称说的是什么呢?稍后我将努力在本书中清楚地给出解释,但现在,让我们先满足于两个非常片面的陈述。,超对称和不同自旋的粒子有关。粒子的自旋就好像是一个陀螺的自旋,粒子永远都无法停止自旋。第二,超对称的弦论是我们所理解的好的弦论。与之相比,非超对称的弦论需要26个维度,而超对称的弦论只需要10个维度。自然,我们不得不承认,即便是10个维度,仍然多出了6个,因为我们能感知的只有三个空间的维度和一个时间的维度。

作为使弦论成为一个描述真实世界的理论的努力的一部分,我们需要想办法去除那些额外的维度,或找到它们的用途。在20世纪80年代剩下的时间里,弦理论家为发现万有理论激烈地竞争。但他们对弦论并没有充分的了解。研究结果表明,弦并不是全部的内容。理论中还需要膜的存在:可以在几个维度上延长的对象。简单的膜是一张薄膜,就像鼓的表面,一张薄膜在两个空间的维度上延长。它是一个可以振动的表面。还有3-膜,它可以充满整个我们可以感受到的三维空间,并在弦论所需要的额外的维度上振动。还可以有4-膜、5-膜……一直到9-膜。所有这些开始听上去好像有很多是需要消化的,但我们有坚实的理由相信,如果不考虑所有这些种类的膜,你就无法对弦论有感觉。有些理由和“弦对偶”有关。一个对偶是两个表面看起来不一样的对象或观点间的一种关系。一个简单的例子就是一个棋盘。一种观点认为棋盘是红色背景上的黑色方块;另一种观点则认为棋盘是黑色背景上的红色方块。两种观点(都精确地)提供了一个关于棋盘外表的充分描述。它们不一样,但可以通过红色与黑色之间的互换把它们联系起来。

20世纪90年代中期,人们基于对弦对偶和膜的作用的理解掀起了第二次超弦革命。人们再次努力把这种新的理解用于构建一个可以被称为万有理论的理论框架。这里的“万有”意思是我们理解和已经验证过的基础物理的所有方方面面。引力研究是基础物理的一部分。电磁场和原子核研究也是。还有,比如电子、质子和中子等构成所有原子的粒子物理研究。尽管弦论的构造可以用来重构我们所知道的世界的粗略轮廓,但它距离一个全面成功的理论还有一些难以克服的困难。那时,我们对弦论了解得越多,就意识到我们不知道的也越多。所以,看起来还需要开展第三次超弦革命。但迄今我们还没有等来。相反,目前的情形是弦理论家正用他们现有的理解层次去勉强应付,利用弦论针对现在或即将发生的实验作出部分描述。其中有力的努力是沿着将弦论和高能对撞(比如,质子或重离子对撞)联系起来的方向展开。我们希望我们所探索的联系可能与超对称的思想,或额外维度,或黑洞视界,或同时与以上三者都有关。

……

弦论将向什么方向发展?弦论允诺会统一引力和量子力学。它允诺可以提供一个能包含所有自然界中力的单一理论。它允诺一个对时间、空间和尚未发现的额外维度的新理解。它允诺能为看起来很不一样的概念,比如黑洞和夸克-胶子等离子体,建立起联系。它确实是一个很有“前途”的理论!

弦理论家如何兑现在他们领域内的允诺?事实上,很多都已经兑现了。弦论确实提供了一个以量子力学为开始、以广义相对论为结束的优雅的推理链条。我将在第4章中描述这个推理的框架。弦论也确实提供了一个描述自然界中所有力的权宜图景。我将在第7章中勾勒这个图景并告诉你把它变得更精确会碰到的一些困难。然后我还将在第8章中解释,弦论计算已经被用于比较重离子对撞实验中的数据了。

本书不以解决任何弦论的争论为目标,但我会提及,许多的分歧不过是观念之争罢了。当弦论得出一个重要的结论时,支持它的人会说:“太棒了!要是能更如此这般就更棒了。”反对它的人会说:“真可惜!要是能如此这般才会让我印象深刻。”后,双方(至少,对各自阵营里更严肃和更了解情况的成员而言)的观点在本质上差别并不大。几乎所有人都同意基础物理学中深藏着一些谜题,而弦理论是所有认真尝试解决这些谜题的理论中的领先者。当然,我也同意很多弦论的允诺还有待兑现。



导语摘要

普林斯顿大学弦理论专家斯蒂文·S.古布泽教授的《弦理论》是一本普及弦理论相关知识的科普读本,他从解释爱因斯坦的质能方程、量子力学、黑洞理论入手,然后切入量子理论以及其他核心概念,尽量用普通人也能明白的类比方法阐释了粒子、弦、膜、超对称性、高维空间等弦理论的基础知识及其完善发展过程,还有其合理性,可以让读者对这一万有理论的强力候选者有一个入门级的认识和理解。



作者简介

斯蒂文·S.古布泽(Steven S.Gubser),美国物理学会会员,普林斯顿大学物理学教授,理论物理学及弦理论研究专家。他先后荣获欧洲物理学会的格里波夫奖、纽约科学院的布拉瓦特尼克奖、美国古根海姆基金会的古根海姆奖等。他撰写的相关论文被学术界广泛引用,也著有多部物理学方面的入门读物。



目录

引言


1 能量


1.1 长度、质量、时间和速度


1.2 E=mc2


2 量子力学


2.1 不确定性


2.2 原子


2.3 光子


3 引力和黑洞


3.1 黑洞


3.2 广义相对论


3.3 黑洞不黑


4 弦论


4.1 引力对战量子力学


4.2 时空中的弦


4.3 弦的时空


5 膜


5.1 第二次超弦革命


5.2 D-膜和对称性


5.3 D-膜的湮灭


5.4 膜和黑洞


5.5 M-理论中的膜和世界的边缘


6 弦对偶


6.1 一个维度在这里,一个维度在那里,谁在数?


6.2 引力和规范理论


7 超对称和大型强子对撞机


7.1 超对称的奇特数学基石


7.2 可能的万有理论


7.3 粒子,粒子,粒子


8 重离子和第五维


8.1 地球上热的东西


8.2 五维空间中的黑洞


尾声


术语英汉对照表





内容摘要

普林斯顿大学弦理论专家斯蒂文·S.古布泽教授的《弦理论》是一本普及弦理论相关知识的科普读本,他从解释爱因斯坦的质能方程、量子力学、黑洞理论入手,然后切入量子理论以及其他核心概念,尽量用普通人也能明白的类比方法阐释了粒子、弦、膜、超对称性、高维空间等弦理论的基础知识及其完善发展过程,还有其合理性,可以让读者对这一万有理论的强力候选者有一个入门级的认识和理解。



主编推荐

斯蒂文·S.古布泽(Steven S.Gubser),美国物理学会会员,普林斯顿大学物理学教授,理论物理学及弦理论研究专家。他先后荣获欧洲物理学会的格里波夫奖、纽约科学院的布拉瓦特尼克奖、美国古根海姆基金会的古根海姆奖等。他撰写的相关论文被学术界广泛引用,也著有多部物理学方面的入门读物。



精彩内容
 这里的讨论和第4章我们从弦出发对时空的讨论有点类似。在那个小节,我们从弦世界面是个抽象的表面出发。然后我们描述它是如何在时空中运动的。
这里我们把群理解为元素的抽象的集合。然后我们考虑这些群元是如何作用于特定的对象的。比如一个圆形,一个正方形,或一辆运动着的小汽车。
可以断言正方形的对称群(更恰当的说法是正方形的转动对称群)与描述向右转和向左转的对称群一
样。一次右转意味着转动90°。当你开车的时候,右转也意味着你在拐角处转弯:你在向前运动的同时转动。但正如刚才我说的。我们将只记录你的方向,忽略掉你向前的运动。如果这就是我们所考虑的,那么这个转90°就只是一个旋转,好像我们停在十字路口中间,我们的车以某种神奇的方式旋转。然后再向前行驶。这里的要点是这些90°的旋转与我们讨论过的正方形的旋转对称严格对应。一个圆形会更对称。因为你可以让它转任意角度,它都不改变。
有没有比圆形更对称的东西呢?当然有,比如一
个球。如果你让一个圆形旋转,转出它所在的平面,它当然就不一样了。但一个球无论怎么转它都是一样的。它具有比圆更大的对称群。
现在让我们回到D-膜。我们很难记录所有10维或26维的信息,所以假设我们只需记录通常的四维的信息而不去管剩下其他维度上的信息。一个DO-膜具有和一个球一样的对称性。在我们现在讨论的层次上,任何点粒子也确实如此。因为对点粒子而言,我们从任何角度看它都是一样的,就像一个球一样。D1-膜可以有很多形状,但最简单的可视化就是当它笔直的时候,就好像一个旗杆。其次它具有圆形的对称性。如果这还不够直观的话,让我们设想一个D1-膜从人行道上笔直地升起。嗯。这确实有点傻——让我们设想在人行道的中间竖一根旗杆。你不能真的旋转旗杆:因为它太重了。但你可以从不同方向看它。在不同角度下它看起来是完全一样的。这就好像我们看画在人行道上的圆。你没法转动它,但从任意角度看它都是一样的。
对称性是对相同概念的精致描述。看起来这会很快让人感到无趣。唉,怎么总是一样啊?但这里也许有一些更精致的东西会让我们感到兴奋。首先,让我们设想一下唱机的转盘(对于比我年轻的朋友,这里我必须提示一下转盘是唱机的一部分,我们把唱片放在转盘上)。如果这真的是一个好转盘,它的旋转将是非常平稳均匀的,我们很难通过观察转盘来分辨它是否在转动。这是因为它具有圆的对称性。现在假设我们在上面放一张唱片。因为唱片中央的标签上通常会印一些文字,这时我们就能辨别其是否在转动了。
但现在我们不考虑这个。唱片上还有螺旋形的沟槽。
如果靠近看的话。你能看到沟槽是运动的。看起来每个沟槽都在缓慢地运动,缓慢地向内运动。如果你在唱片上放上唱针的话,它将顺着沟槽向内运动。如果

媒体评论

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弦理论是打开对于世界观感新思路的,体现了现在学术一体化的发展趋势,同时弦理论与其他思路的结合也在侧面反应出了这一理论的内生活力。          ——当当网读者

 

弦理论作为*前沿的学术点,真是有点玄学。期待这辈子能看到其实际运用。科学家真的很幸福,能够把研究这种玄玄的东西当做自己的事业。                ——当当网读者

 

和大栗博司的《超弦理论》正好互为补充。                         ——豆瓣网读者

 

物理学的一大功用是建立我们对世界的想象,使得我们所处的这个世界变得是可以理解的。就这一点而言,物理学家和普通人实际上面临着同样的难题,即如何想象全然陌生的对象,古布泽在书中分享的这些比喻和隐喻正是建立这种想象的关键。       ——豆瓣网读者



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