目录
**版的评论 i
**版的出版前评论 iii
第二版前言 v
**版前言 vii
第1章 导言 1
1.1 科学 1
1.2 形而上学 5
1.3 因果性 7
1.4 本体论 9
1.5 历史与科学史 12
1.6 主要故事概要 14
第2章 **场论的兴起 21
2.1 力学框架中的物理作用 21
2.2 连续介质 23
2.3 力学以太场论 27
2.4 电磁场理论 35
**部分 基本相互作用的几何纲领
第3章 爱因斯坦通往引力场的道路 41
3.1 指导思想 42
3.2 狭义相对论（STR） 46
3.3 狭义相对论的几何解释 51
3.4 引力场的引入：等效原理 53
第4章 广义相对论 58
4.1 场与几何 59
4.2 场与时空：广义协变性 62
4.3 物质与时空和场：马赫原理 66
4.4 广义相对论的一致性：相对论性宇宙学的产生 74
第5章 几何纲领 83
5.1 爱因斯坦的时空观与几何观 83
5.2 几何纲领：强弱两个版本 92
5.3 进一步的发展 96
5.4 拓扑学研究：奇点、视界与黑洞 104
第二部分 基本相互作用的量子场纲领
第6章 量子理论的兴起 117
6.1 运动的量子化 117
6.2 辐射的量子化 120
6.3 矩阵力学的诞生 124
6.4 物质的二象性、个体性和量子统计 127
6.5 波动力学的诞生 129
6.6 不确定性与互补性 130
第7章 量子场论概念基础的形成 135
7.1 通往量子场的*折道路 135
7.2 量子场及量子场论的本体论基础 161
7.3 相互作用 167
7.4 重整化 174
第8章 量子场纲领 198
8.1 基本特征 198
8.2 失败的尝试 200
8.3 对重整化的各种态度 201
8.4 公理化方法 205
8.5 S矩阵理论 207
8.6 轴矢流部分守恒假说和流代数 216
8.7 反常 230
8.8 重整化群 239
8.9 来回摇摆 244
第三部分 基本相互作用的规范场纲领
第9章 规范理论的起源与尝试性步骤 256
9.1 规范不变性与规范原理 256
9.2 规范原理从阿贝尔相位对称扩展至非阿贝尔情形的推测 258
9.3 早期的尝试：1957—1967年 261
第10章 规范场论概念基础的形成 267
10.1 短程相互作用机制：Ι.恩格勒特-布鲁特-希格斯（EBH）机制 267
10.2 短程相互作用的机制：II.渐近自由与夸克禁闭 280
10.3 可重整化 285
10.4 全域特征 294
10.5 开放性问题 298
第11章 规范场纲领 315
11.1 标准模型的兴起 316
11.2 进一步的延伸 335
11.3 本体论的综合：没有固定背景时空的量子引力 339
11.4 规范场纲领：几何纲领与量子场纲领的综合 344
11.5 停滞与新的方向：有效场论 349
第12章 本体论综合与科学实在论 364
12.1 关于科学如何发展的两种观点 364
12.2 反对不可通约性论题的框架 370
12.3 科学实在论：超越结构主义和历史主义 377
12.4 通过本体论综合的概念革命：认知和本体涌现 383
12.5 概念革命与科学实在论 389
12.6 概念革命与科学合理性 393
附录 398
附录1 内蕴几何学、局域几何学和动力几何学的兴起 398
附录2 同伦类与同伦群 403
参考文献 405
人名索引 451
主题索引 467
译后记 505
内容摘要
第1章导言
在本书中，主题的处理是有选择性和诠释性的，受一些哲学和方法论考虑的驱动和指引，如围绕形而上学、因果性与本体论概念的考虑，以及关于进步与研究纲领的考虑。然而，在文献中，这些概念的表述往往含糊不清，导致了误解和争议。近年来，由于理论话语的彻底重新定位，这些概念（和相关的动机）的争论涉及实在论、相对主义、合理性与还原论的意义，因而争论变得越来越激烈。因此，有必要尽我所能在我所选择并解释相关材料的框架中清楚地阐述这些内容。我*先在第1.1节中叙述我对科学的一般看法，在第1.2—1.4节中详细阐述物理学的概念基础，之后，在第1.5节转向对历史与科学史的理解，导言将以第1.6节的主要故事概述结束。
1.1 科学
近代科学作为一种社会建制，以一连串的人类实践出现于16、17世纪。通过这些实践，人类可以系统地理解、描述、解释和控制自然现象。我们发现促成科学起源的重要因素包括各种工艺（仪器、技能和行会或专业学会）、社会需要（新兴资本主义所要求的技术革新）、巫术和宗教。作为日常活动的延伸，实践层面的科学旨在解决难题、预测现象和控制环境，在这一点上，科学与工艺和社会需要的相关性是毋庸置疑的。1
然而，作为满足人类好奇心的一种方式，近代科学的诞生满足了人类对生活于其中的宇宙本质的好奇，满足了他们希望拥有对物理世界的一个融贯概念（一种对世界的构造、结构、规律与运作方式的理解，不是根据其表象来理解，而是根据其实在，也就是根据世界的真实图景、终极原因与统一性来理解）的渴望。然而，与近代科学的诞生更相关的是巫术和宗教，即文艺复兴时期的赫尔墨斯主义与新教改革，正如弗朗西斯 耶茨（Frances Yates）（Yates，1964）与罗伯特 默顿（Robert Merton）（Merton，1938）所分别指出的。在这些传统中，理解、操纵和改造物理世界的可能性和方法是通过某些先入之见来开展理性论证和证明的。这些先入之见在人类思想中根深蒂固，但只有通过宗教改革和近代科学的兴起，才能在近现代思想中占据主导地位。
这些先入之见中*重要的一个就是假定物理世界具有超验性。在赫尔墨斯传统中，假定了一种普遍和谐的异教宇宙论，其中偶像拥有神秘的力量，而人类与这些超验实体具有相似的性质和能力，并可以和他们进行交流与互惠。在宗教传统中，世界的超验性存在于上帝的意识中，因为世界的存在本身就是上帝旨意的结果，大自然的运作是上帝设计的。这个超验假设造成了近代科学的根本模糊性，既神秘又理性。它是神秘的，因为它旨在揭示自然的秘密，这些秘密要么与预先建立的神秘的宇宙和谐有关，要么与神圣的上帝有关。它又是理性的，因为它假设自然的秘密是理性可以接近的，并为人类所理解。新教神学家在他们的宇宙学表述中刻意对超验假设的理性主义的含义进行了详尽阐述。除了其他因素以外，这种表述不仅对近代科学的起源至关重要，而且还给近代科学遗赠了一些基本特征。
根据新教宇宙论，上帝通过自然运作，并按照自然规律行事，这些规律是他有意识设计的，因此是确定的、不可改变的、不可避免的和彼此和谐的。由于上帝的*高权威被认为是通过常规渠道执行的，并反映在世界的日常事件中，因此人们相信有秩序的世界容易被科学家研究，他们借助于经验试图发现自然现象的原因与规律。新教神学的宇宙论原理（把上帝与自然现象及其规律联系起来），为研究自然提供了宗教动机与正当理由。对于加尔文主义的追随者来说，对自然的系统的、理性的和经验的研究是通向上帝的舟车，甚至是对赋予人类生命的上帝表达崇敬的*有效方式。这样做的原因是：经过不断的探索研究与实践操作，自然将逐渐展现理性，越来越接近完美，*终呈现上帝杰作的真实本质、彰显上帝的荣耀。这种超验的动机，从近代理论科学出现以来，一直指引着它们的发展。而且这种超验动机的世俗化版本在当代科学文化中依然盛行。
尽管近代科学对于世界的理性与系统化理解和改造，以及它的伦理和情感动机源于清教徒的价值观，符合资本主义伦理（在经济、行政和政治领域系统计算的行为），但是，作为一种智力追求，近代科学主要是由复兴的古希腊原子论与重新发现的阿基米德传统塑造的，特别是由文艺复兴时期的新柏拉图主义塑造。新柏拉图主义与柏拉图的形而上学或普遍和谐的神秘宇宙学及相关体系联系在一起，其目的仍然是在数学神秘主义与数学象征主义（mathematical symbolism）的帮助下，对自然现象的人类经验进行理性综合，从而激起了哥白尼和开普勒，以及爱因斯坦、狄拉克、彭罗斯、霍金和许多当代超弦物理学家的好奇心与想象力。
文艺复兴时期巫术中流行的另一个先入之见是关于“自然的齐一性”。巫师们相信，相同的原因总是导致相同的结果，而只要他们按照所定下的礼仪规则行事，想要的结果必定会随之而来。虽然对自然事件的关联关系的信念只有一个类比的基础，但是机械观念的先驱无疑相信，一系列自然事件是有规律的和确定的，并且是由不变的定律决定的；定律的运行可以被准确地预见和计算，从而从自然进程中排除了或然性和偶然性因素。
用有规律的定律来划分自然领域，有助于使上帝越来越远离经验科学中的因果性观念，将自然与超自然现象的领域分开，并以自然主义的原因作为解释自然现象的基础。与此相关的是，相信自然力是可操纵和可控制的。没有这种信念，就不会有占星术、炼金术与巫术用符号语言运作的实践。数学符号主义之所以受到尊重，只是因为人们相信它是操作自然的关键，通过它，人们可以操纵自然力，征服自然界。
有趣的是，在16、17世纪科学形成的时候，神秘学与科学的观点共存和重叠，巫术与宗教的先入之见帮助塑造了科学的特征，诸如：①理性主义和经验主义以及客观性，都与新教宇宙论设想的自然的超验性有关；②基于“自然的齐一性”思想的因果推理；③科学的理论表述中的数学象征主义；④在科学实验精神中显现出来的操作意愿。
然而，不同于巫术和宗教，科学有其*特的工具来理解和操纵世界。重要的工具有：①专业学会和出版物；②基于怀疑精神和包容差异的理性批评和争论；③经验观察与实验、逻辑和数学（系统地使用它们会导致*特的论证模式）；④富有成果的隐喻、概念框架和模型。利用这些理论结构，可以接近、描述和理解世界的结构和运作方式。
一个科学理论必须有一些经
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