本書(shū)是作者在《可畏的對(duì)稱(chēng)》成為暢銷(xiāo)書(shū)之后的又一部科普著作。他從引力開(kāi)始，從牛頓講到愛(ài)因斯坦，從“老人的玩具”引入作為廣義相對(duì)論基礎(chǔ)的等價(jià)原理以及時(shí)空彎曲；再由引力進(jìn)入膨脹的宇宙、物質(zhì)的產(chǎn)生以及暗物質(zhì)的存在；然后再次回到引力，講述引力和量子理論結(jié)合的問(wèn)題，涉及超弦以及膜理論；最后歸結(jié)到自然的可認(rèn)識(shí)問(wèn)題。引力是學(xué)生學(xué)物理時(shí)最先接觸的內(nèi)容。宇宙演化是各方人士關(guān)注的問(wèn)題，它和引力間的關(guān)系至為密切，兩個(gè)方面的物理問(wèn)題交織在一起。引力的秘密和宇宙的演化仍存在一些深刻的懸念。本書(shū)用通俗語(yǔ)言給讀者解釋內(nèi)容，并力圖深入講解，使人們了解為什么物理認(rèn)識(shí)是如此發(fā)展過(guò)來(lái)的。作者致力于告訴讀者，科學(xué)家特別是大師們是怎樣思考的，因此本書(shū)特別具有啟發(fā)性。
作者簡(jiǎn)介：
徐一鴻，理論物理學(xué)家，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校教授，美國(guó)國(guó)家理論物理研究所永久資深研究員。徐一鴻教授是上海人，出生于昆明，后搬遷至香港，移民圣保羅，求學(xué)美國(guó)，獲美國(guó)普林斯大學(xué)學(xué)士、哈佛大學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)定居圣巴巴拉。共發(fā)表超過(guò)250篇的學(xué)術(shù)論文。科普書(shū)、教科書(shū)及文化飲食方面知名作家。著有《力的統(tǒng)一》、《吞云》、《可畏的對(duì)稱(chēng)》、《愛(ài)因斯坦的玩具》、《簡(jiǎn)明量子場(chǎng)論》及《簡(jiǎn)明愛(ài)因斯坦引力論》等。相關(guān)著作在德、日、韓、西、波蘭、印度等地出版。曾獲美國(guó)普立茲獎(jiǎng)提名。
張禮，理論物理學(xué)家，清華大學(xué)高等研究中心教授，從事理論粒子物理及量子力學(xué)研究。著有《量子力學(xué)的前沿問(wèn)題》、《近代物理學(xué)進(jìn)展》等書(shū)。獲第九屆（2012-2013年度）周培源物理獎(jiǎng)。
目錄：
序幕：蘋(píng)果和月亮
Ⅰ引力的升起
1老人的玩具
2在空間和時(shí)間中疾行
3無(wú)所不能的必定是弱的
Ⅱ膨脹的宇宙
4出航
5夜間的黑暗
6從大冷凍到大爆炸
Ⅲ從虛無(wú)中出來(lái)的結(jié)構(gòu)
7宇宙誕生物質(zhì)
8富人變得更富
9從頭發(fā)旋渦到創(chuàng)世的初期
10天空中的鬼騎手
11戴上了光環(huán)序幕：蘋(píng)果和月亮
Ⅰ引力的升起
1老人的玩具
2在空間和時(shí)間中疾行
3無(wú)所不能的必定是弱的Ⅱ膨脹的宇宙
4出航
5夜間的黑暗
6從大冷凍到大爆炸Ⅲ從虛無(wú)中出來(lái)的結(jié)構(gòu)
7宇宙誕生物質(zhì)
8富人變得更富
9從頭發(fā)旋渦到創(chuàng)世的初期
10天空中的鬼騎手
11戴上了光環(huán)Ⅳ引力的秘密
12引力的墜落和升起
13弦的音樂(lè)
14思索的人和發(fā)笑的上帝
跋
注記
索引徐一鴻以一種輕松的、詩(shī)意的幽默寫(xiě)作……。一個(gè)科學(xué)家肯定能夠喚起藏在數(shù)學(xué)公式之中的想象，用熱情和愉悅把某些很艱深的材料處理得當(dāng)。
紐約時(shí)報(bào)徐一鴻通過(guò)他務(wù)實(shí)的、對(duì)話的風(fēng)格成功地在逗人的故事中把科學(xué)帶給了讀者。
舊金山紀(jì)事報(bào)
光線的彎曲
光會(huì)落下嗎？牛頓和他同時(shí)代的人認(rèn)為會(huì)，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為光是由小顆粒構(gòu)成的。他們以后的物理學(xué)家并不這么肯定，畢竟你不能把光握在手中并感到它的重量。
愛(ài)因斯坦決定性地解決了問(wèn)題，從而漂亮地展示了等價(jià)原理的威力。想要懂得這一點(diǎn)，還要去麻煩我們的朋友，她絲毫沒(méi)意識(shí)到起居室正在深度空間加速。她想玩一個(gè)激光標(biāo)定游戲。她打開(kāi)激光器，一束光穿過(guò)房間，但地板根本不在乎她在干什么，正和往常一樣地往上沖，愈來(lái)愈接近光束。我們的朋友很吃驚：光束竟然彎向了地板！
我們笑了，哈哈，她又被騙了！光并沒(méi)有往下落，只是地板在往上沖！但根據(jù)等價(jià)原理，在深度空間加速的起居室中的物理和引力場(chǎng)中的物理是一樣的。我們可以作結(jié)論：引力使光彎曲，而這是正確的。
這樣，等價(jià)原理一舉解決了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。觀測(cè)已經(jīng)證明了結(jié)論是正確的：星光在從太陽(yáng)附近經(jīng)過(guò)時(shí)確實(shí)彎了一點(diǎn)點(diǎn)。
反引力
能有反引力嗎？我曾看過(guò)一個(gè)解密的政府文件，研究敵對(duì)國(guó)家制造翻引力飛機(jī)的可能性（真是令人同情，文件中列出了一些蘇聯(lián)集團(tuán)研究引力的物理學(xué)家的名字。我知道他們中許多人是純粹的理論家，叫他們解釋一下普通飛機(jī)的工作原理都會(huì)很費(fèi)勁）。
科幻小說(shuō)作家喜歡諸如反引力這樣的概念。但如果你相信等價(jià)原理，反引力就是不可能的。
論據(jù)仍是極為簡(jiǎn)單的。扔下一把物體，它們中能有往上掉的嗎？不能。根據(jù)等價(jià)原理，你處在深度空間中加速的火箭里。這里仍然沿用老說(shuō)法：盡管你信誓旦旦，說(shuō)它們正往下落。但對(duì)于飄在外面的觀測(cè)者，是地板沖向上面去迎你扔下的物體。顯然，如果等價(jià)原理是正確的，在引力場(chǎng)中不會(huì)有一個(gè)往上落的物體。
時(shí)間彎曲
從等價(jià)原理可以得到一系列令人吃驚的，做夢(mèng)都想不到的效應(yīng)。大概沒(méi)有比空間和時(shí)間彎曲更能引起公眾想像的了。但是愛(ài)因斯坦的快樂(lè)思想，看起來(lái)那么簡(jiǎn)單但又極為深刻，幾乎立刻能引申到空間和時(shí)間的彎曲。
設(shè)想在引力場(chǎng)中不同位置的兩個(gè)觀測(cè)者，一個(gè)在地面，一個(gè)在塔頂。地面的觀測(cè)者每秒向塔頂?shù)挠^測(cè)者發(fā)一個(gè)光脈沖信號(hào)，塔頂?shù)挠^測(cè)者測(cè)量?jī)蓚�(gè)信號(hào)到來(lái)的時(shí)間間隔他們?cè)诒容^時(shí)間流逝的快慢。
想像把整個(gè)的安排包括地面及坐在那里的觀測(cè)者，塔和高居其頂端的觀測(cè)者移到深度空間的加速飛船上。根據(jù)愛(ài)因斯坦的等價(jià)原理，這和在地球引力場(chǎng)中的情況是絕對(duì)沒(méi)有區(qū)別的。現(xiàn)在就能容易地定性判斷會(huì)發(fā)生什么了。在一個(gè)光脈沖趨近塔頂時(shí)，一直在加速的觀測(cè)者卻愈來(lái)愈快地遠(yuǎn)離，因此光脈沖需要多一點(diǎn)的時(shí)間到達(dá)塔頂?shù)挠^測(cè)者。時(shí)間像是對(duì)兩個(gè)觀測(cè)者流動(dòng)的速率不同。等價(jià)原理告訴我們，雖然地面和塔頂?shù)挠^測(cè)者都坐著不動(dòng)，他們也看到時(shí)間的不同流逝。
親愛(ài)的讀者，這就是時(shí)間彎曲的所有內(nèi)容。雖然使人驚訝，但卻不像某些科幻作家所希望的那樣神奇。
空間彎曲
要了解為什么引力使空間彎曲，先想一下我們?nèi)绾尾拍芘袛辔覀兯幍娜S空間是否彎曲。因?yàn)閺澢娜S空間很難想像，讓我們?cè)O(shè)想一個(gè)在二維彎曲空間也就是曲面中生活的二維小生物，他是如何判斷他的空間是否彎曲的。
當(dāng)我們想像一個(gè)曲面時(shí)，它是嵌入在或者說(shuō)是包容在日常經(jīng)驗(yàn)的三維空間中。作為三維空間的人，我們?nèi)タ炊S表面，很容易判斷它是否彎曲。但二維生物不能脫離自己的世界到三維空間中來(lái)看他的世界，正如我們不能跳出我們的宇宙來(lái)看一看我們的三維空間一樣。二維生物該怎么辦呢？
答案就在我小時(shí)候感到困惑的一個(gè)古老謎語(yǔ)里。一個(gè)獵人往南走了一英里，轉(zhuǎn)向東走了一英里，最后，他轉(zhuǎn)向北方。走了一英里后，他回到原地，遇到了一只熊，將它射殺。這熊是什么顏色的？
謎語(yǔ)中提供的信息表明地球表面一定是彎曲的。對(duì)數(shù)學(xué)家而言，這個(gè)信息就是獵人足跡形成的三角形的三個(gè)角之和是90°+90°+90°=270°，它大于180°（見(jiàn)圖2.2）。與此對(duì)照的是，在平面上畫(huà)的三角形，其三個(gè)角之和是180°。這樣，二維生物只需在他的空間中畫(huà)一個(gè)三角形，量它三個(gè)角，看看加起來(lái)是否是180°就行。
|
