★國內(nèi)*有影響力的引進(jìn)版科普圖書《**推動叢書》物理系列的***全合集！
★匯集全球一流科學(xué)家的一流科普作品
★**推動，讓我們站在巨人的肩膀，發(fā)現(xiàn)宇宙的和諧與美麗
★撥動《宇宙的琴弦》，續(xù)寫《愛因斯坦未完成交響曲》，圓滿《終極理論之夢》
本書簡介：
第一推動是2300多年前亞里士多德首次提出的哲學(xué)用語。指一切事物最后的目的與運(yùn)動的終極原因�？茖W(xué)最重要的目標(biāo)之一就是追尋其固有的原動力，同時科學(xué)的這種追求精神本身又是人類發(fā)展和社會進(jìn)步最基本的推動。人類是有希望的，正是因?yàn)楸蛔u(yù)為自身主宰的科學(xué)精神，即“第一推動”。
第一推動——國內(nèi)最早、影響最大的引進(jìn)版科普叢書，一套由當(dāng)代世界一流科學(xué)家撰寫的、倡導(dǎo)科學(xué)精神和科學(xué)思想的科普佳作，被稱為“科學(xué)愛好者的精神家園”，已經(jīng)走過了輝煌20年，成為了經(jīng)得起時間檢驗(yàn)的經(jīng)典！
湖南科學(xué)技術(shù)出版社首次集中推出《第一推動叢書》物理系列的最新最全合集（共計11冊），統(tǒng)一封面成套推出，便于廣大讀者購買，更值得收藏。
11冊分別為：
《宇宙的琴弦》
B?格林是當(dāng)今世界領(lǐng)先的弦理論家之一，他十分精妙地把科學(xué)思想與寫作融合起來。本書撩開了弦理論的神秘面紗，揭示了一個十一維的宇宙。那里，空間的纖維撕裂了又自己縫合起來，一切物質(zhì)——從最小的夸克到最巨大的超新星——都在微觀的小能量環(huán)的振動中產(chǎn)生。
本書榮獲2000年安萬特科學(xué)圖書獎。從愉快的園中漫步到澆花龍頭上的螞蟻，為了說明現(xiàn)代物理學(xué)正在揭示的美妙而困惑的實(shí)在，格林用了很多例子。本書的才情令人眩暈，也沒有哪本書像它那樣啟迪思想，愉悅讀者。它真是一部科學(xué)的杰作——一次愉快清心的現(xiàn)代物理學(xué)旅行，讓我們比以前離宇宙更近了……
《上帝與新物理學(xué)》
本書不是談宗教的書。本書談的是新物理學(xué)對以前的屬于宗教的問題產(chǎn)生的影響。本書也不是一純科學(xué)的書。本書是關(guān)于科學(xué)及其廣泛含義的書。
本書的主題是所謂四大存在問題：為什么大自然的規(guī)律是現(xiàn)在這樣？為什么宇宙是由現(xiàn)在組成的各種東西所組成的？這些東西是如何起始的？宇宙如何獲得了組織？在本書將近結(jié)尾時，對這些問題的試探性答案開始顯現(xiàn)。
《時間之箭》
本書論證了現(xiàn)代科學(xué)理論關(guān)于時間的最普遍觀點(diǎn)。時間就像一只箭，射向未知的前方，把過去永遠(yuǎn)留在后面。作者回顧了3個世紀(jì)的科學(xué)史，大膽地對牛頓力學(xué)、愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論、量子力學(xué)以及最近的混沌理論進(jìn)行了重新解釋。
《終極理論之夢》
找尋大自然的終極理論是一場偉大的理性的歷險。終極理論的夢想激發(fā)了今天的許多高能物理學(xué)的研舞。雖然我們還不知道那終極理論會是什么樣子，也不知道還要過多少年才能找到它；但我們相信，我們已經(jīng)模模糊糊地看到了它的身影。
諾貝爾物理學(xué)獎獲得者溫伯格為我們講述了對自然的統(tǒng)一理論的偉大追求，引導(dǎo)讀者從相對論和量子為學(xué)走到今天的超弦以及可能與我們同在的別的宇宙。
《時間、空間和萬物》
物理學(xué)有好多奇妙而令人疑惑的思想，可異它們都被鎖在小盒子里，只有極少數(shù)的人拿著鑰匙。作者用簡單、沒有數(shù)學(xué)的語言告訴我們，關(guān)于宇宙的基本結(jié)構(gòu)、物理學(xué)會說些什么。他講了現(xiàn)代物理學(xué)的所有基本概念，如基本粒子、黑洞、引力、量子論、時間、質(zhì)量、相對論和能量還包括了一些近年涌現(xiàn)的概念，如弦、虛時間和混沌。他清晰而睿智的描述，將一般讀者引向激動人心的世界，也為科學(xué)家們展望了科學(xué)的未來。
《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》
原子物理中，原子各組成部分的發(fā)現(xiàn)過程一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本書突出這些粒子在經(jīng)典物理學(xué)中所遵循的基本原理，并且新的概念都是建立在以前物理知識基礎(chǔ)之上。在作者“帶領(lǐng)”下，我們不但領(lǐng)略眾多物理學(xué)家例如托馬斯（Thomson）、盧瑟福（Rutherford）、密里根（Millikan）、波爾（Bohr）、查德威克（Chadwick）的風(fēng)采，還可以感受物理圣地英國劍橋大學(xué)卡文迪什（Cavendish）實(shí)驗(yàn)室所流露出的濃厚的文化底蘊(yùn)。本書適合物理專業(yè)的在校本科生，也可以作為相關(guān)科技人員的參考書。
本書共分五章：第一章粒子世界，主要總結(jié)已發(fā)現(xiàn)的眾多粒子種類、大小等；第二章介紹電子的發(fā)現(xiàn)，包括電子的本質(zhì)、放電和陰極射線等。讀者會發(fā)現(xiàn)其中穿插了精彩回顧部分，這是此書的亮點(diǎn)之一；第三章介紹原子尺度，例如如何測量放電、如何測量原子重量等；第四章介紹核子的發(fā)現(xiàn)，詳細(xì)敘述原子數(shù)目、中子等問題；第五章介紹更多的粒子，包括聲子、正電子、反離子等。附錄中還講述了一些經(jīng)典的物理學(xué)知識。
《存在之輕——質(zhì)量、以太和力的統(tǒng)一性》
幾乎在不知不覺中，我們對自然界最深層次實(shí)在的理解在過去的四分之一世紀(jì)里已經(jīng)有了重大改變、現(xiàn)在我們己非常接近于長期尋求的突破：自然界基本力的大統(tǒng)一。作為一位深受歡迎的物理學(xué)家，諾貝爾獎得主弗蘭克維爾切克一直在這片新天地的舞臺上扮演主角。通過超越舊的物質(zhì)和空間觀念，他詮釋了一個全新的發(fā)現(xiàn)：物質(zhì)是由幾乎無重量的單元構(gòu)造的。純能量是質(zhì)量的最終之源，維爾切克把這個發(fā)現(xiàn)稱為“存在之輕”但他向我們展示的遠(yuǎn)不止這些、空間絕不是單純的容器，不是空無一物和被動的它是一種動態(tài)的網(wǎng)格——一種現(xiàn)代意義上的以太，網(wǎng)格要比任何“基本”粒子更基本；其自發(fā)活動產(chǎn)生并消滅著粒子這種對物質(zhì)和“虛空”的新認(rèn)識解釋了引力為什么那么微弱，并使自然界所有力的大統(tǒng)一圖像變得格外清晰。
本書是探索這些革命性概念的意義的第一本著作維爾切克向我們展示了迷人宇宙的全新圖像，并憧憬了基礎(chǔ)物理學(xué)新的黃金時代。
《不同的宇宙》
在這個超弦理論和大爆炸宇宙學(xué)時代，我們習(xí)慣于認(rèn)為未知世界離我們?nèi)粘Ｉ顦O其遙遠(yuǎn)。但在《不同的宇宙》一書中，諾貝爾獎獲得者羅伯特?勞克林卻認(rèn)為科學(xué)前沿就在我們腳下。他沒去尋找終極理論。而是在思考世界的突現(xiàn)性質(zhì)——就是晶體保持其形狀和硬度的那種性質(zhì)，它起源于大量原子的自組織——并且向我們展示了為什么說物理學(xué)的基本規(guī)律事實(shí)上也是突現(xiàn)性的�！恫煌挠钪妗肥且槐菊嬲哂袉⒅且饬x的書，它向我們證明，為什么我們對基礎(chǔ)物理學(xué)的一切認(rèn)識都有待改變。
這絕對是一本令人振奮的書。它以富有魅力的寫作風(fēng)格，向我們描述了一系列明朗開心、詼諧而又玩世不恭、充滿妙趣的故事。它講述了量子行為的神奇世界是如何滲透在我們極為熟悉的日常生活中……《不同的宇宙》是一本真正具有啟智意義的書，它向我們證明，為什么我們對基礎(chǔ)物理學(xué)的一切認(rèn)識都有待改變。
《量子夸克》
你能感覺和觸摸到的世界是由原子構(gòu)成的，原子是能夠分辨的最小物質(zhì)塊。但是原子中心本身又是一個全新的世界，其中的居民是夸克：夸克看不到，不可思議地小，但卻是構(gòu)成我們這個宇宙的最小磚塊。在夸克統(tǒng)治的這個世界中，規(guī)則與我們的世界大不相同。這些規(guī)則是量子規(guī)則。巨大的粒子加速器可以將這個世界展現(xiàn)在物理學(xué)家們眼前，使他們能夠形成一套關(guān)于量子規(guī)則的理論，用來解釋夸克何感覺彼此的存在。《量子夸克》講的就是這套理論：量子色動力學(xué)。
《物理學(xué)的困惑》
這是一本破天荒的書，著名物理學(xué)家斯莫林在書中指出作為所有其他科學(xué)的基礎(chǔ)的物理學(xué)迷失了方向。為什么物理學(xué)突然陷入了困境？我們能為它做些什么？
在斯莫林看來，一個主要問題出在弦理論：一個野心勃勃的“萬物之理”的藍(lán)圖。想要解釋自然的所有粒子和力，解釋宇宙的起源和演化。弦理論憑它新奇的新粒子和平行宇宙抓住了公眾的想象力，也贏得了很多物理學(xué)家的心。但這是理論的陷阱：弦理論沒有一點(diǎn)曾被證實(shí)，也沒人知道如何去證實(shí)它。實(shí)際上，理論出現(xiàn)了無限多個形式，意味著沒有實(shí)驗(yàn)?zāi)芊穸ㄋ�。作為一個科學(xué)理論，它失敗了。但是因?yàn)樗舜罅康馁Y源，招攬了最優(yōu)秀的頭腦，嚴(yán)重傷害了在其他路線上追求的年輕物理學(xué)家，所以它也拖累了其他物理學(xué)的前進(jìn)步伐。
《宇宙的結(jié)構(gòu)——空間、時間以及真實(shí)性的意義》
本書是暢銷書《宇宙的琴弦》姊妹篇，具有更高的立足點(diǎn)。如果說《宇宙的琴弦》是在相對論和量子論的框架下具體地介紹弦理論及其物理學(xué)結(jié)果，那么本書則是從更高的角度來討論時空和宇宙的物理學(xué)。本書：
第一部分從“實(shí)在性”討論時空，特別是量子時空；
第二部分講時間的方向性，從經(jīng)典與量子的角度討論時間箭頭；
第三部分講時空和宇宙學(xué)，涉及了一些新內(nèi)容，比如暴脹宇宙和相關(guān)的宇宙學(xué)問題；
第四部分講大統(tǒng)一的起源，即從弦和膜的觀點(diǎn)來討論宇宙學(xué)問題；
第五部分講實(shí)在與幻想，談一些新實(shí)驗(yàn)（比如引力波和基本粒子的新實(shí)驗(yàn)），也談時空旅行和時間機(jī)器，還展望了弦理論的未來。
作者簡介：
《宇宙的琴弦》作者：B·格林，畢業(yè)于哈佛大學(xué)，在牛津大學(xué)獲博士學(xué)位，曾是那的Rhodes學(xué)者。1990年，他來到康奈爾大學(xué)物理系，1995年被聘為教授，1996年到哥倫比亞大學(xué)任物理學(xué)和數(shù)學(xué)教授。他曾在20多個國家開過普及和專業(yè)講座，公認(rèn)在超弦理論中有過許多開拓性的發(fā)現(xiàn)。他現(xiàn)在住紐約綺色佳。
《終極理論之夢》《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》作者：S?溫伯格1933年出生，1954年畢業(yè)于康奈爾大學(xué)。1979年因弱電統(tǒng)一理論與格拉肖和薩拉姆分享當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎。他是美國科學(xué)院院士、文學(xué)和科學(xué)院士，英國皇家學(xué)會外籍會員，他的《終極理論之夢》、《最初三分鐘》、《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》等書曾風(fēng)行世界。。
《時間、空間和萬物》作者：B?K?里德雷（B.K.Ridley），英國Essex大學(xué)物理學(xué)教授，皇家學(xué)會會員。
《上帝與新物理學(xué)》作者：保羅?戴維斯，英國物理學(xué)家，主要研究現(xiàn)代宇宙學(xué)。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的理論物理學(xué)教授。
《存在之輕》作者：弗蘭克?維爾切克目前是麻省理工學(xué)院物理學(xué)赫爾曼?費(fèi)施巴赫講座教授。2004年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎他的書《渴望和諧》曾榮登當(dāng)年度《紐約時報》暢銷書榜。
《物理學(xué)的困惑》作者：斯莫林，在哈佛大學(xué)獲物理學(xué)博士學(xué)位，然后在耶魯大學(xué)和賓夕法尼亞州教書，后來去加拿大幫助建立了圓周理論物理研究所。他的作品有《宇宙《宇宙的琴弦》作者：B·格林，畢業(yè)于哈佛大學(xué)，在牛津大學(xué)獲博士學(xué)位，曾是那的Rhodes學(xué)者。1990年，他來到康奈爾大學(xué)物理系，1995年被聘為教授，1996年到哥倫比亞大學(xué)任物理學(xué)和數(shù)學(xué)教授。他曾在20多個國家開過普及和專業(yè)講座，公認(rèn)在超弦理論中有過許多開拓性的發(fā)現(xiàn)。他現(xiàn)在住紐約綺色佳。
《終極理論之夢》《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》作者：S?溫伯格1933年出生，1954年畢業(yè)于康奈爾大學(xué)。1979年因弱電統(tǒng)一理論與格拉肖和薩拉姆分享當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎。他是美國科學(xué)院院士、文學(xué)和科學(xué)院士，英國皇家學(xué)會外籍會員，他的《終極理論之夢》、《最初三分鐘》、《亞原子粒子的發(fā)現(xiàn)》等書曾風(fēng)行世界。。
《時間、空間和萬物》作者：B?K?里德雷（B.K.Ridley），英國Essex大學(xué)物理學(xué)教授，皇家學(xué)會會員。
《上帝與新物理學(xué)》作者：保羅?戴維斯，英國物理學(xué)家，主要研究現(xiàn)代宇宙學(xué)。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的理論物理學(xué)教授。
《存在之輕》作者：弗蘭克?維爾切克目前是麻省理工學(xué)院物理學(xué)赫爾曼?費(fèi)施巴赫講座教授。2004年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎他的書《渴望和諧》曾榮登當(dāng)年度《紐約時報》暢銷書榜。
《物理學(xué)的困惑》作者：斯莫林，在哈佛大學(xué)獲物理學(xué)博士學(xué)位，然后在耶魯大學(xué)和賓夕法尼亞州教書，后來去加拿大幫助建立了圓周理論物理研究所。他的作品有《宇宙的生命》和《通向量子引力的三條路》。
《量子夸克》作者：安德魯?華生是一位自由職業(yè)的科學(xué)記者和作家。他在曼徹斯特大學(xué)拿到理論物理博士學(xué)位之后，繼續(xù)研究和講授物理。他現(xiàn)在是食物研究所（InstituteofFoodResearch）的兼職科學(xué)家，同時也寫作。他經(jīng)常為《科學(xué)》雜志寫文章。
《不同的宇宙》作者：羅伯特?勞克林是斯坦福大學(xué)RobertM.andAnneBass物理學(xué)講席教授。1998年，他困在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)方面的工作而分獲諾貝爾物理學(xué)獎。
《宇宙的結(jié)構(gòu)》作者：B?格林（BrainGreene）畢業(yè)于哈佛大學(xué)，在牛津大學(xué)獲博士學(xué)位。1990年，他來到康奈爾大學(xué)物理系，1995年被聘為教授，1996年到哥倫比亞大學(xué)任物理學(xué)和數(shù)學(xué)教授。他曾在20多個國家和地區(qū)開過普及講座和專業(yè)講座，被公認(rèn)在超弦理論中有過許多開拓性的發(fā)現(xiàn)。他現(xiàn)住在紐約綺色佳。《第一推動叢書珍藏本?物理系列》套裝分冊之
《終極理論之夢》
S?溫伯格
第1章
序幕
如果說我曾見過什么美麗，
是我渴望也擁有過的，那只是夢中的你。
J?多恩，早安
在即將過去的一個世紀(jì)里，我們從物理學(xué)看到了科學(xué)知識的前沿在向令人眼花繚亂地延伸。愛因斯坦的狹義和廣義相對論永遠(yuǎn)改變了我們對空間、時間和引力的認(rèn)識。量子力學(xué)則更徹底地與過去決裂，連我們用以描述自然的語言也改變了：以確定的位置和速度替代粒子，我們學(xué)會了說波函數(shù)和幾率。相對論與量子力學(xué)的結(jié)合，產(chǎn)生了新的世界觀，在這種觀點(diǎn)下，物質(zhì)失去了中心的地位，取代它的是對稱性原理，有些原理還藏在今天的宇宙背后。在這樣的基礎(chǔ)上，我們建立了成功的電磁學(xué)理論和基本粒子的強(qiáng)弱相互作用理論。我們常常感覺像西格弗里那樣，在飲了龍血后，驚奇地發(fā)現(xiàn)自己能聽懂鳥兒的鳴叫。
但是我們現(xiàn)在卻被困住了。在70年代中葉以來的這些年里，基本粒子物理學(xué)經(jīng)歷了歷史上最大的挫折。我們在為成功付出代價：理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了前頭，未來進(jìn)步所需要研究的過程，其能量超過了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的極限。
為了走出困境，物理學(xué)家從1982年開始制定了一個空前巨大和昂貴的科學(xué)計劃，那就是超導(dǎo)超級對撞機(jī)（SSC）。計劃最終需要在達(dá)拉斯南部的某個地方挖掘一條53英里長的橢圓形隧道，數(shù)千個磁體將在隧道里引導(dǎo)兩束帶電粒子（如質(zhì)子）流，在相反方向上沿隧道奔流數(shù)百萬周，質(zhì)子將被加速到很高的能量，比現(xiàn)有粒子加速器能達(dá)到的最高能量還高20倍。在環(huán)流的若干位置，粒子流中的質(zhì)子將發(fā)生每秒鐘幾億次的碰撞，無數(shù)的探測器（有的重達(dá)數(shù)萬噸）會記錄下碰撞中發(fā)生的事情。計劃的預(yù)算大約是80億美圓。
超級對撞機(jī)遭到了強(qiáng)烈反對，節(jié)儉的國會議院反對，寧愿把錢花在自己領(lǐng)域的一些科學(xué)家也反對。這樣的所謂“大科學(xué)”總會招來抱怨，而那些抱怨今天在超級對撞機(jī)找到發(fā)泄了。同時，歐洲的團(tuán)體，如CERN（歐洲核子研究中心），也在考慮建造類似的機(jī)器，巨型重子對撞機(jī)（LHC）。LHC比超級對撞機(jī)省錢，因?yàn)樗鼘⒗萌諆?nèi)瓦附近侏羅山的現(xiàn)有地下隧道。不過，也因?yàn)槭″X，它的能量還不到超級對撞機(jī)的一半。歐洲人也在爭論是否該造LHC，在很多方面都像美國人爭論SSC。
1992年本書出版的時候，超級對撞機(jī)的資助還懸著呢。眾議院在6月投票否決了它，而參議院在8月又同意了。超級對撞機(jī)的未來還依賴于外來的巨大支持，但現(xiàn)在還沒有。問題還很多，超級對撞機(jī)的經(jīng)費(fèi)即使今年在國會批準(zhǔn)了，明年也可能被取消，而且，只要計劃沒完成，年年都可能這樣。也許，在20世紀(jì)的最后幾年，物理科學(xué)基礎(chǔ)的追尋將暫時告一段落，大概多年以后才會重新開始。
這不是談超級對撞機(jī)的書，但圍繞這個計劃的爭論，我不得不在公開的講話或在國會的聽政會上，力圖向大家解釋我們的基本粒子研究想要實(shí)現(xiàn)的東西�？赡苡腥苏J(rèn)為，像我這樣做了30年研究的物理學(xué)家不會有什么困難，但事情沒那么簡單。
對我來說，做這種事情總是快樂的，應(yīng)該做的。不論在工作臺前還是咖啡桌旁，我都演練著數(shù)學(xué)公式，就像浮士德在梅菲斯特來時玩弄著五角星。常常在不經(jīng)意間，數(shù)學(xué)抽象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和物理直覺會在某個關(guān)于粒子、力和對稱性的理論中走到一起。而常常在后來的某個時候，理論將證明是正確的；有時實(shí)驗(yàn)會表明自然確實(shí)在像理論說的那樣運(yùn)行著。
但這不是全部。對同基本粒子打交道的物理學(xué)家來說，還有另外的動力，即使對我們自己也很難說得清楚。
我們今天的理論只有有限的意義，是暫時的、不完備的。但是，我們在它們背后總會隱約看到一個終極理論的影子，那個理論將有無限的意義，它的完備與和諧將完全令人滿意。我們尋求自然的普遍真理，找到一個理論的時候，我們會試著從更深層的理論推出它，從而證明它、解釋它。想象科學(xué)原理的空間充滿著箭頭，每個箭頭都從一個原理出發(fā)，指指向被解釋的原理。這些解釋的箭頭表現(xiàn)出令人矚目的圖樣：它們不是獨(dú)立的科學(xué)所表現(xiàn)的單獨(dú)分離的團(tuán)塊，也不是在空間隨意指向——它們都關(guān)聯(lián)著，逆著箭頭的方向望去，它們似乎都源于一個共同的起點(diǎn)，那個能追溯所有解釋的起點(diǎn)，就是我所謂的終極理論。
當(dāng)然我們現(xiàn)在還沒有終極理論，而且也不大可能很快找到它。但我們總把握著一些線索，說明它并不太遙遠(yuǎn)。有時，物理學(xué)家在一起討論，發(fā)現(xiàn)優(yōu)美的數(shù)學(xué)思想實(shí)際聯(lián)系著真實(shí)世界，我們會感覺，在那寫滿數(shù)學(xué)公式的黑板背后藏著某個更深層的真理，一個讓我們的思想顯得那么美妙的終極理論。
說起終極理論，腦海里會涌出千百個問題和條件。一個科學(xué)原理“解釋”另一個科學(xué)原理是什么意思？我們?nèi)绾沃浪械慕忉尪加幸粋�共同的起點(diǎn)？我們能發(fā)現(xiàn)那個起點(diǎn)嗎？現(xiàn)在離它多遠(yuǎn)？終極理論會像什么樣子？我們現(xiàn)在的物理理論會有哪些能保留在那個終極理論中？它如何認(rèn)識我們的生活和意識？如果有了終極理論，它對科學(xué)和人類精神會產(chǎn)生什么影響？這一章只把問題提出來，留待以后的章節(jié)慢慢回答。
終極理論的夢想并不是從20世紀(jì)才開始的，在西方，它可以追溯到古希臘德米利都，門德河從那兒流入愛琴海；在蘇格拉底誕生前的一百多年，那里曾活躍著一個極享盛譽(yù)的學(xué)派。關(guān)于那個蘇格拉底以前的學(xué)派的思想，我們知道的不是太多，但從后來的一些材料和僅存的原始的零星片段來看，那時的米利都人已經(jīng)在尋找用基本的物質(zhì)組成要素來解釋所有的自然現(xiàn)象了。他們的第一個人物泰勒斯（Thales）認(rèn)為，那基本的物質(zhì)是水；而在這個學(xué)派的最后一個人物阿那克西米尼（Anaximenes）看來，那是空氣。
今天看來，泰勒斯和阿那克西米尼的觀點(diǎn)顯得很奇怪。我們更欣賞100多年后在色雷斯海濱阿布德拉興起的另一個學(xué)派。在那里，德謨克里特（Democritus）和留基波（Leucippus）告訴我們，所有物質(zhì)都由他們稱做原子的永恒的小粒子組成。（原子論的根在印度的形而上學(xué)，比德謨克里特和留基波還早。）這些早期原子論者的成熟令人驚奇，不過在我看來，不論米利都人“錯了”，還是原子論者在某種意義“對了”，都無關(guān)緊要。這些前蘇格拉底哲學(xué)，不論米利都的還是阿布德拉的，沒有一點(diǎn)東西像我們今天對一個成功的科學(xué)解釋的理解：它對現(xiàn)象必須有定量的認(rèn)識。就算我們聽從泰勒斯或德謨克里特講的，石頭由水或原子組成，我們還是不知道如何計算它的密度、硬度和導(dǎo)電率，這對我們認(rèn)識自然來說，進(jìn)步了多少呢？當(dāng)然，如果沒有定量預(yù)言的能力，我們也不可能說泰勒斯和德謨克里特誰對誰錯。
在德克薩斯和哈佛時，我曾給文科學(xué)生講過物理，我覺得最重要（當(dāng)然也最困難）的是讓學(xué)生們學(xué)會計算不同物理系統(tǒng)在不同條件下發(fā)生的事情。我讓他們計算陰極射線的偏轉(zhuǎn)和油滴的下落，不是說任何人都需要計算這類事情，而是因?yàn)樗麄兡茉谟嬎愕倪^程中體會物理學(xué)原理的真實(shí)意義。我們關(guān)于那些決定事物運(yùn)動的原理的知識，是物理科學(xué)的核心，也是人類文明的珍寶。
從這點(diǎn)說，亞里士多德的“物理學(xué)”并不比更早也更質(zhì)樸的泰勒斯和德謨克里特的思想好多少。在《物理學(xué)》和《論天》（OntheHeavens）里，亞里士多德把拋物體的運(yùn)動描述為部分自然的和部分非自然的。[1]自然的運(yùn)動，跟所有重物一樣，是向下的，趨向萬物的中心；非自然的運(yùn)動則是空氣傳遞的，而空氣的運(yùn)動可以追溯到使拋體運(yùn)動的物體。然而，拋體在路徑上運(yùn)動多快，在落地時運(yùn)動了多遠(yuǎn)，亞里士多德一點(diǎn)兒也沒說。他沒說計算或測量太難，也沒說對運(yùn)動定律的知識還不夠多，不能得到拋體運(yùn)動的細(xì)節(jié)。實(shí)際上，他沒有提出什么答案（對的或錯的），因?yàn)樗恢滥鞘窃搯柕膯栴}。
為什么該問些問題呢？讀者也許跟亞里士多德一樣，不太關(guān)心物體下落多快——我自己也不太關(guān)心，重要的是我們今天已經(jīng)知道了那原理——牛頓的運(yùn)動和引力定律以及空氣動力學(xué)的方程，它們精確決定著物體任何時刻在飛行中的位置。這并不是說我們確實(shí)能夠精確計算拋體的運(yùn)動。繞過不規(guī)則石頭或箭矢羽毛的氣流是很復(fù)雜的，我們的計算只能是近似的，特別當(dāng)氣流成為湍流的時候。另外還有如何確定初始條件的問題。不管怎么說，我們可以用已知的物理原理解決簡單一些的問題，如行星在沒有空氣的空間運(yùn)動，穩(wěn)恒的氣流繞過球體或平板，這些問題的解決使我們相信，我們確實(shí)把握了決定拋體運(yùn)動的原理。同樣，我們不能計算生命演化的歷程，但我們現(xiàn)在很清楚是什么原理在起著作用。
這是很重要的一點(diǎn)，在關(guān)于自然終極理論的意義或終極理論是否存在的爭論中，它往往混亂不清。我們說一個真理解釋另一個，如決定電場中的電子的物理學(xué)原理（量子力學(xué)法則）解釋化學(xué)定律，并不是說我們一定能導(dǎo)出我們認(rèn)為解釋了的那些真理。有時問題很簡單，如氫原子的化學(xué)，我們確實(shí)能推導(dǎo)出來；但有時問題對我們來說則是太復(fù)雜了。在這種意義上談科學(xué)解釋，我們在思想上并沒有科學(xué)家確實(shí)導(dǎo)出的東西，而是認(rèn)為那是自然一定存在的東西。例如，即使在19世紀(jì)，物理學(xué)家和天文學(xué)家還不知道如何在精確計算中考慮行星的相互吸引力時，他們也理直氣壯地相信行星那樣運(yùn)動完全是因?yàn)榕ｎD運(yùn)動和引力定律，或者別的什么更精確的定律（牛頓定律不過是它的近似）在發(fā)生作用。今天，盡管我們還不能預(yù)言化學(xué)家可能觀測到的一切事情，但我們相信，原子之所以在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出那樣的行為，是因?yàn)闆Q定原子內(nèi)電子和電力的物理定律沒有為原子的其他活動方式留下自由的空間。
這一點(diǎn)很難說清楚。部分原因是，如果沒人確實(shí)導(dǎo)出什么原理，我們憑什么說一個事實(shí)解釋了另一個呢？這令人困惑。但是我想我們不得不這樣說，因?yàn)槟钦俏覀兛茖W(xué)所關(guān)心的：發(fā)現(xiàn)建立在自然的邏輯結(jié)構(gòu)里的解釋。當(dāng)然，如果我們真能進(jìn)行某些計算，并能把結(jié)果與觀測對比，那么我們會更加自信。至少，在氫原子化學(xué)是這樣的，雖然蛋白質(zhì)的化學(xué)還做不到。
盡管希臘人不去追求對自然的綜合定量的理解，在古代世界也當(dāng)然不會不知道精確的定量推理。千百年來，人們懂得了算術(shù)法則和平面幾何，認(rèn)識了日月星辰的周期性，還發(fā)現(xiàn)了歲差。除了這些，在亞里士多德以后的希臘化時代，即從亞里士多德的學(xué)生亞歷山大（Alexander）統(tǒng)治到希臘世界向羅馬臣服的年代，數(shù)學(xué)科學(xué)開花了。在大學(xué)念哲學(xué)時，聽人們把泰勒斯和德謨克里特等希臘哲學(xué)家稱作物理學(xué)家，我總覺得有點(diǎn)兒痛苦；但當(dāng)我們走進(jìn)偉大的希臘化時代，聽到敘拉古（Syracuse）的阿基米德（Archimedes）發(fā)現(xiàn)浮力定律，亞歷山大里亞（Alexandria）的埃拉托色尼（Eratosthenes）測量地球的周長，我才感覺回到了科學(xué)家的家園。在17世紀(jì)現(xiàn)代科學(xué)在歐洲興起之前，世界上還沒有哪個地方出現(xiàn)過希臘化時代那樣的科學(xué)。
然而，盡管希臘化時代的自然哲學(xué)家有過那樣的輝煌，但他們從來不曾想過一個能精確規(guī)范所有自然物的定律體系。實(shí)際上，“定律（law）”一詞在古代用得很少（而亞里士多德從來不用），我們只能看到它的原始意義：制約人類行為的人或神的法律。（不錯，“天文學(xué)（astronomy）”一詞源自希臘詞astron（星）和nomos（律），但在古代它很少用來說關(guān)于天的科學(xué)，用得更多的是“星占學(xué)（astrology）”。）到了17世紀(jì)的伽利略（Galileo）、開普勒（Kepler）和笛卡兒（Descartes），我們才有了自然律的現(xiàn)代概念。
古典學(xué)者格林（PeterGreen）將希臘科學(xué)的極限主要?dú)w因于希臘人固執(zhí)的理性偏見：他們喜歡靜止的，不喜歡動態(tài)的；喜歡思辨的，不喜歡技術(shù)的（軍事技術(shù)除外）。希臘化時代亞歷山大里亞的前三個國王都支持拋體的飛行研究，因?yàn)樗軡M足軍事的需要。但是，把精確推理用于如球在斜面上滾動那樣無聊的過程——這是說明伽利略運(yùn)動定律的例子——在希臘人看來似乎是毫無意義的�，F(xiàn)代科學(xué)也有自己的偏見——生物學(xué)更多地關(guān)注基因，而不在乎腳趾頭長出的腫瘤；物理學(xué)家更愿意研究20萬億伏特能量下的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞，而不把20伏特放在心里。不過這都是戰(zhàn)術(shù)的選擇，基于一定的判斷（正確或錯誤的），如某些現(xiàn)象比別的更容易產(chǎn)生結(jié)果，而不是說他們相信有些現(xiàn)象比其他現(xiàn)象更重要。
現(xiàn)代終極理論的夢想是從牛頓開始的。定量的科學(xué)推理從來不曾消失，到了牛頓時代，特別是經(jīng)過伽利略以后，它又獲得了新生。不過，從行星和月球的軌道到潮汐的漲落和蘋果的落地，牛頓能用他的運(yùn)動定律和引力定律解釋那么多的事實(shí)，因此他應(yīng)該第一個感覺到可能存在一個真正綜合的解釋理論。牛頓的希望寫在他那巨著《原理》的第一版的前言：“我愿我們能像對力學(xué)原理那樣，用同類的推理導(dǎo)出其余的自然現(xiàn)象[即《原理》沒考慮的那些現(xiàn)象]。許多原因促使我懷疑，它們可能都依賴于一定的力�！�20年后，牛頓在《光學(xué)》里寫了他想如何實(shí)現(xiàn)他的計劃：
現(xiàn)在，最小的物質(zhì)粒子被最強(qiáng)的吸引力粘在一起，組成效能較弱的大粒子，其中的很多還可以粘聚形成效能更弱的更大的粒子，如此多方地繼續(xù)下去，最終形成化學(xué)作用和自然物體的顏色所依賴的最大粒子，而這些大粒子則通過粘結(jié)形成可以感覺的實(shí)體。于是在自然中存在一些原因，能通過強(qiáng)大的吸引力把物體的粒子粘結(jié)起來。實(shí)驗(yàn)哲學(xué)的任務(wù)就是去發(fā)現(xiàn)它們。
因?yàn)榕ｎD的偉大典范，特別在英國形成了一種典型的科學(xué)解釋作風(fēng)：物質(zhì)被認(rèn)為由永恒不變的微小粒子構(gòu)成；粒子通過“一定的力”（引力不過是其中的一種）相互作用；如果知道粒子在某一時刻的位置和速度，知道如何計算其中的力，那么就可以用運(yùn)動定律來預(yù)言它們在下一個時刻會在什么地方。大學(xué)新生們現(xiàn)在還常常聽到以這種風(fēng)格講的物理學(xué)。遺憾的是，這樣的牛頓風(fēng)格的物理學(xué)盡管還有更多的成功，卻已經(jīng)走到盡頭了。
世界終歸是復(fù)雜的。在18和19世紀(jì)，當(dāng)科學(xué)家們對化學(xué)、光、電和熱有了更多認(rèn)識以后，還走牛頓路線去解釋，那可能性就越來越渺茫了。特別是，在解釋化學(xué)反應(yīng)和親和性時，把原子當(dāng)作在相互吸引和排斥的力的作用下運(yùn)動的牛頓粒子，物理學(xué)家不得不為原子和力做出許多任意的實(shí)際不可能出現(xiàn)的假定。
不過，到了19世紀(jì)90年代，在許多科學(xué)家中間卻流行著莫名其妙的滿足感。在科學(xué)傳說里，有一個不知誰杜撰的故事。那故事說，在世紀(jì)之交，某個物理學(xué)家曾宣揚(yáng)物理學(xué)差不多完成了，剩下的事情不過是把測量數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)往后移動幾位。故事大概是從美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家邁克爾遜（AlbertMichelson）1894年在芝加哥大學(xué)的一個講話里傳出來的：“誰也不能保證物理科學(xué)未來的倉庫里再沒有比從前更令人驚奇的東西了，不過似乎可以說，多數(shù)物理學(xué)基本原理都牢固建立起來了，將來的發(fā)展大概主要在于把這些原理嚴(yán)格地運(yùn)用到我們關(guān)注的那些現(xiàn)象中去……有個著名的物理學(xué)家講過，物理科學(xué)未來的真理只有在小數(shù)點(diǎn)后面第6位去尋找�！边~克爾遜在芝加哥講話時，還有一位美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密利根（RobertAndrewsMillikan）也在場，他猜邁克爾遜說的“著名的物理學(xué)家”是那位一言九鼎的蘇格蘭人，威廉?湯姆森，開爾文勛爵（WilliamThomson,LordKelvin）。一個朋友告訴我，他40年代在劍橋讀書時，人們都在傳說開爾文講過那話：物理學(xué)沒有什么新東西發(fā)現(xiàn)了，剩下的事情只是把測量做得更精確。
我沒有在開爾文的講話里找到這句話，但有許多其他證據(jù)表明，在19世紀(jì)末的確廣泛（盡管不是普遍）流行著一種科學(xué)的滿足感。當(dāng)年輕的普朗克在1875年走進(jìn)慕尼黑大學(xué)時，物理學(xué)教授約里（）勸他不要學(xué)自然科學(xué)。在約里看來，那兒已經(jīng)沒有什么東西可發(fā)現(xiàn)了。密利根也聽到過類似的忠告，“1894年，”他回憶說，“我住在64號大街一座5層的公寓樓里，在百腦匯的西邊。同屋還有四個哥倫比亞大學(xué)的研究生，一個學(xué)醫(yī)，另外三個學(xué)社會學(xué)和政治學(xué)。我呢，總被他們嘲笑走進(jìn)了一個‘完成了的’，是啊，一個‘到頭了的’學(xué)科，物理學(xué)就是那樣的；而那個時候，一片嶄新的社會科學(xué)的‘活的’天地正在展開�！�
19世紀(jì)的那種滿足，常被人提起來警告20世紀(jì)的我們當(dāng)中那些敢言終極理論的人。這其實(shí)大大誤會了那些自滿的言論。邁克爾遜、約里和密利根的伙伴們不可能想到物理學(xué)家能成功解釋化學(xué)力的本質(zhì)——更不會想到化學(xué)家能成功解釋遺傳的機(jī)制。說那些話的人只能那么說，因?yàn)樗麄円呀?jīng)對牛頓及其追隨者的夢想絕望了。他們不相信化學(xué)和其他所有科學(xué)能通過物理的力來理解；在他們看來，化學(xué)和物理學(xué)已經(jīng)變得平等，各自都接近尾聲了。不論19世紀(jì)末的人們在什么程度上感覺科學(xué)終結(jié)了，都不過是隨雄心的消沉而出現(xiàn)的滿足。
不過事情變得很快。對物理學(xué)家來說，新世紀(jì)隨著倫琴（WilhelmRoentren）X射線的意外發(fā)現(xiàn)從1895年就開始了。X射線本身倒沒那么重要，重要的是它讓物理學(xué)家相信，特別是通過研究各種輻射，還有許多新東西有待發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)真的接踵而來了。1896年，貝克萊爾（HenriBecquerel）在巴黎發(fā)現(xiàn)了放射性。1897年，J.J.湯姆遜（J.J.Thomson）在劍橋測量了陰極射線在電磁場的偏轉(zhuǎn)，并用一種基本粒子解釋了這個結(jié)果；那粒子即電子，不單出現(xiàn)在陰極射線，而且存在于所有物質(zhì)。1905年，愛因斯坦在伯爾尼（那時還沒有研究機(jī)構(gòu)要他）提出了狹義相對論的新的關(guān)于空間和時間的認(rèn)識，提出了一種證明原子存在的新方法，還以一種新的基本粒子解釋了普朗克先前關(guān)于熱輻射的研究結(jié)果，那就是后來所謂的光的粒子，光子。不久以后，在1911年，盧瑟福（ErnstRutherford）根據(jù)他在曼切斯特實(shí)驗(yàn)室的放射性元素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推測原子的組成包括質(zhì)量集中的一個小核和包圍在核外的一團(tuán)電子云。1939年，丹麥的玻爾（NielsBohr）用他的原子模型和愛因斯坦的光子概念解釋了最簡單原子的光譜，即氫原子光譜。物理學(xué)家的自滿現(xiàn)在被興奮代替了，他們開始覺得，至少統(tǒng)一物理科學(xué)的終極理論很快就能找到。
還在1902年，那位自滿的邁克爾遜就曾講過，“從眾多表面相隔遙遠(yuǎn)的思想領(lǐng)域出發(fā)的路線匯聚到……一片共同的土地上來的日子看來不會太遠(yuǎn)了。到那時，原子的本性，在原子的化學(xué)統(tǒng)一中起決定作用的力，原子間的相互作用，原子與表現(xiàn)在光電現(xiàn)象中的無差別以太間的相互作用，以原子為基本單位的分子和分子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，內(nèi)聚力、彈性和引力的解釋等等，一切的東西都可以和諧地納入單獨(dú)的一個堅實(shí)的科學(xué)知識體系�！比绻f過去邁克爾遜認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)完成是因?yàn)樗麤]想拿物理學(xué)去解釋化學(xué)，那么現(xiàn)在他希望在不遠(yuǎn)的將來能實(shí)現(xiàn)一種迥然不同的圓滿，不但包括物理學(xué)，還包括化學(xué)。
不過那還為時尚早。第一個最終的統(tǒng)一理論的夢想，是在20年代中間隨量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生的。那是一個新的陌生的物理學(xué)框架，用波函數(shù)和幾率取代了牛頓力學(xué)的粒子和力。量子力學(xué)一下子使人們不僅能計算單個原子和它們與輻射相互作用的性質(zhì)，而且還能計算結(jié)合在分子里的原子的性質(zhì)。至少，人們看清了化學(xué)現(xiàn)象之所以那樣，完全是因?yàn)殡娮优c原子核相互作用的結(jié)果。
這倒不是說大學(xué)的化學(xué)課程從此該由物理教授來講，也不是說美國化學(xué)會該申請加入美國物理學(xué)會。用量子力學(xué)方程來計算在最簡單的氫分子中兩個氫原子的束縛力就夠困難的了，對于復(fù)雜分子，特別是生物學(xué)里遇到的分子和它們在不同環(huán)境下的反應(yīng)，還是需要化學(xué)家的特殊經(jīng)驗(yàn)和洞察力。但是，量子力學(xué)在計算極簡單分子的性質(zhì)的成功，清楚表明了正是因?yàn)槲锢韺W(xué)定律的作用，化學(xué)才表現(xiàn)出那樣的行為方式。新量子力學(xué)創(chuàng)立者之一的狄拉克（PaulDirac）在1929年勝利地宣布，“大部分物理學(xué)和整個化學(xué)的數(shù)學(xué)理論所需要的基本物理學(xué)定律就這樣完全知道了，困難只是這些定律的應(yīng)用帶來了太復(fù)雜的方程，現(xiàn)在還沒法解決。”
沒過多久，出現(xiàn)了一個奇怪的新問題。原子能量的第一個量子力學(xué)計算得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合得很好。但是，如果量子力學(xué)不僅用于原子里的電子，還用于那些電子產(chǎn)生的電磁場，那么結(jié)果將是，原子具有無窮大的能量！在其他計算里還出現(xiàn)了另一些無限結(jié)果，40多年來，這些荒謬的結(jié)果總是物理學(xué)進(jìn)步的最大阻礙。后來發(fā)現(xiàn)，無限問題似乎不是什么災(zāi)難，反倒成了一個最好的理由，讓樂觀地走向終極理論。如果恰當(dāng)考慮質(zhì)量、電荷以及其他一些常數(shù)，除了在某些特殊類型的理論外，所有的無限結(jié)果都會消除。這樣，我們發(fā)現(xiàn)自己在跟著數(shù)學(xué)這條唯一能避免無限的道路，走向一個終極理論或那個理論的一角。實(shí)際上，當(dāng)我們協(xié)調(diào)相對論（包括廣義相對論，即愛因斯坦的引力論）與量子力學(xué)時，神秘的弦理論可能已經(jīng)打開了那條避免無限的唯一的道路。如果真是那樣，它將成為任何終極理論的一部分。
我并不是想說終極理論將從純數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來。是啊，我們?yōu)槭裁丛撓嘈畔鄬φ摶蛄孔恿W(xué)是邏輯必然的呢？在我看來，我們最好的希望是，終極理論是一個剛強(qiáng)的理論，不能把它扭曲成哪怕稍微不同的什么理論，否則會產(chǎn)生像無窮大能量那樣的邏輯荒唐的東西。
我們的樂觀還有更深層的理由，那是一個奇特的事實(shí)：物理學(xué)的進(jìn)步常常受著某種判斷（大概只能叫美學(xué)判斷）的指引。這真是很奇怪的。物理學(xué)家覺得一個理論比另一個理論更美，怎么能成為科學(xué)探索的指南呢？這可能有幾點(diǎn)理由，但對基本粒子物理學(xué)，有一點(diǎn)是特別的：我們現(xiàn)在理論的美，也許“只是夢中的”美，那真美還在終極理論里等著我們。
在我們的20世紀(jì)，最為明確地追尋終極理論目標(biāo)的人是愛因斯坦。就像他的傳記作者派斯（AbrahamPais）說過的，“愛因斯坦是個典型的舊約人物，抱著耶和華那樣的態(tài)度，有律在，必須發(fā)現(xiàn)它�！睈垡蛩固沟淖詈�30年的大部分生命都獻(xiàn)給了所謂的統(tǒng)一場論，那個能統(tǒng)一麥克斯韋（JamesClerkMaxwell）電磁論和愛因斯坦廣義相對論（也就是他的引力論）的理論。愛因斯坦的奮斗沒能成功，拿現(xiàn)在的觀點(diǎn)，我們可以知道他的構(gòu)想是錯誤的。他不但拒絕了量子力學(xué)，他的奮斗目標(biāo)也太狹窄了。愛因斯坦年輕時只知道電磁力和引力，那恰好也是在日常生活里顯現(xiàn)的力，但自然界還存在其他類型的力，包括弱力和強(qiáng)力。實(shí)際上，現(xiàn)在已經(jīng)取得的向著統(tǒng)一的進(jìn)步，是把電磁力的麥克斯韋理論與弱核力的理論統(tǒng)一起來，而不是與引力理論統(tǒng)一起來，引力理論的無窮大問題還很難清除。不過，愛因斯坦昨天的奮斗也是我們今天的奮斗，那就是尋找終極理論。
談終極理論也許會惹惱一些哲學(xué)家和物理學(xué)家。它很可能被斥責(zé)為某個可怕的東西，如還原主義，或者甚至物理帝國主義。在一定程度上，這是對終極理論可能引發(fā)的形形色色荒唐論調(diào)的反映。例如，物理學(xué)終極理論的發(fā)現(xiàn)可能讓人感覺是科學(xué)走到了盡頭的標(biāo)志。一個終極理論當(dāng)然不可能終結(jié)科學(xué)研究，甚至不可能終結(jié)純科學(xué)的研究，即使純物理學(xué)的研究也不可能終結(jié)。不管什么樣的終極理論出現(xiàn)了，仍然有好多奇妙的現(xiàn)象，如湍流，如思維，等著我們?nèi)ソ忉�。其�?shí)，物理學(xué)終極理論的發(fā)現(xiàn)并不一定能為我們進(jìn)一步認(rèn)識那些現(xiàn)象帶來多大幫助（盡管會有某些幫助）。終極理論只能在一個意義上說終極——它把某一種科學(xué)探索引向終點(diǎn)：那是一種古老的探索，探索那些不可能有更深層原理來解釋的原理。
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