《超弦理论》书评

用经济学术语解释难懂的理论物理概念

大概25年前知道弦论，但一直没有读过。今天抽空浏览了人民邮电出版社的这本新书，了解了一下，还是没有完全读懂。原子、中微子、波色子、量子、光子、质量、磁场、电场等等熟悉的名词频繁出现，用九维空间来描述超弦理论，可惜人的感官只能感知三维空间，最多能理解四维时空。这本书用经济学概念来比喻物理学概念，这是我过去没有见到过的：电场比作利率，磁场比作汇率，很有意思！

我们找到万物理论吗

20世纪以来，物理学家们都试图解决广义相对论和量子力学之间的矛盾，寻找描述整个宇宙的万物理论。超弦理论虽然还未得到实验的验证，然而它是合乎数学逻辑并包含引力和量子力学的唯一理论，是终极统一理论的最有力备选。《超弦理论：探究时间、空间及宇宙的本原》是关于超弦理论的科普读物，作者大栗博司是国际弦理论领域的杰出专家，也一直致力于把深奥的物理专业知识，用通俗易懂的语言介绍给非物理专业的普通读者。在本书中，他向读者介绍了理论物理学最前沿的超弦理论知识，并通过亲身经历向读者讲述了两次超弦理论革命的情况。此前，作者已出版了《引力是什么》和《强力和弱力》，它们是关于引力理论和量子力学的科普著作，《超弦理论：探究时间、空间及宇宙的本原》正是上述前两部著作的总结篇，合称宇宙世界的三部曲。超弦理论既是关于物质的理论，又是关于空间和时间的理论。基本粒子理论认为，宇宙万物是由17种基本粒子组合而成的；而超弦理论则认为，物质的基本单元不是粒子，而是弦，弦以不同的振动方式，来表现各种各样的基本粒子。超弦理论早期并没受到物理学界的重视，那时的物理学热门研究课题是基本粒子的标准模型和量子场论。美国加州理工学院的教授约翰•施瓦茨（John H. Schwarz）是超弦理论的创始人之一，他与英国伦敦大学玛丽皇后学院的教授迈克尔•格林（Michael Green）在1984年确定了超弦理论的唯一维度是九维，并存在三十二维的旋转对称性。这个重大发现引发了第一次超弦理论革命。此后，超弦理论成为超级热门的研究课题。物理学家戴维•格罗斯（David Jonathan Gross）说：“在我的经历中，还从未见过对一个理论有过如此的狂热。”超弦理论认为，我们其实生活在九维空间里，但为什么我们能感觉到的空间只有三个维度呢？原因是额外的六个维度紧紧蜷缩起来。超弦理论研究领域的领军人物、普林斯顿大学的教授爱德华•威腾（Edward Witten）和他的共同研究者路易斯•沃尔特•阿尔瓦雷茨（Luis Walter Alvarez）对此作了一个生动的比喻：我们假设有个小丑正在走钢丝。对于只能沿着钢丝前后移动的小丑来说，钢丝是一维的。但是，我们将钢丝放大后发现，有蚂蚁在它的表面上爬行。对于渺小的蚂蚁来说，钢丝的表面是二维的面。不过，这个“第二维度”由于渺小和蜷曲，因此小丑并不知道。也就是说，本来应该具有两个维度的表面，从远处看上去是一维的曲线。由于空间的方向，也就是维度的一部分过于渺小，实质上维度降低的现象叫作“紧化”。这就是紧化额外的维度。第一次超弦理论革命也启发了本书的作者，他进入京都大学研究生院基本粒子研究室后不久，第一次超弦理论革命来临。他在超弦理论方面成绩卓越。十年后，美国加利福尼亚大学伯克利分校聘请他当教授，并将在伯克利创立研究室。此时，第二次超弦理论革命悄然临近。第一次超弦理论革命后，超弦理论的主要问题是：存在五种九维的超弦理论，并且它们都不存在矛盾。物理学家喜欢“统一理论的唯一性”，存在五种超弦理论的理论不够“美”。1995年，威腾掀起第二次超弦革命理论。他在加利福尼亚大学举办的超弦理论国际会议上指出，五种超弦理论其实是一个理论的五种化身。例如，虽然用化学符号表示水蒸气、水和冰都是相同的H₂O，但是只要改变温度和压力，就会出现气体变成液体、液体变成固体的变化。……威腾发现，五种超弦理论与超引力理论互相结合在一起，形成“对偶网”，随着弦之间的作用强度（耦合常数）变大，九维的II A型超弦理论将会变为十维的超引力理论，空间将增加一个维度，这说明空间维度并非固定不变的。统一五种超弦理论的是“M理论”。威腾没有为它具体命名，他表示：“M的意思可以根据个人喜好理解为Mystery（谜）、Master（统治者）或者Mother（母亲）都没有关系。”在M理论中，物质的基本单元不再只是一维的“弦”，它可以是零维的“点”、一维的“弦”、二维的“膜”、三维的“立体”等等P维的东西（P是从0到9的任意整数）。那么，“空间”到底是什么呢？既然空间在某种情况下可以从九维变成十维，那就说明空间并非是基本的东西，而只是某种更加基础东西的呈现。为了让读者更加容易理解这个概念，作者用温度和分子运动的关系作为例子来加以说明。例如，我们平时感受到的热和冷，测量冷热的是“温度”这个概念。19世纪的物理学家通过研究热和温度，开创了热力学这个领域。但是，到了19世纪后半叶，因电磁学闻名的麦克斯韦和奥地利维也纳大学的路德维希•玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann），用分子运动解释了气体的热和温度。他们发现，研究到分子层面，“温度”的概念就消失了。温度是分子所带能量的平均量度。因为分子是随机运动的，所以能量的值也经常摇摆不定，无法严密地确定。但是，数量庞大的分子聚集在一起后，就可以取到一个与能量的平均近似的值。我们只不过是将其作为温度来感觉罢了。温度并不是根本的概念，它是通过分子运动这一更基本的东西导出来的次级概念。就像“温度”这个概念一样，“空间”也不是一个次级概念。关于空间是由什么组成的问题，物理学家们至今还没有答案，而这也是今后超弦理论研究的一大课题。与空间相对应，“时间”又是什么？为什么时间有方向，它只能向前流逝而不能后退？为什么咖啡杯摔到地板上变得粉碎，而不是粉碎的咖啡杯从地板上跳起来然后还原成一个完整的杯子？作者说“这是因为与变成碎片掉在地板上的状态相比，破裂前的咖啡杯处于高秩序状态。从概率上讲，容易发生高秩序状态变成低秩序状态的现象，难以发生相反的现象。”而且，宇宙也是从高秩序状态向低秩序状态的方向发展。然而，为什么宇宙的开端是高秩序状态？这些疑问，也在超弦理论研究的课题之中。书中还提到一个有趣的“人择原理”，这个原理认为，正是因为人类的存在，才能观察和解释宇宙的种种现象。例如太阳与地球之间距离就是一个人择原理的论述：人类测得太阳到地球的距离是1.5亿千米。如果太阳离地球太近，地球温度太高，水就会变成水蒸气；如果太阳离地球太远，地球温度太低，水就会结成冰；无论是哪种情况，地球上都不存在液态水，也就不能诞生包括人类在内的生命体。而正因为地球与太阳的距离适当，气候适宜，才会有生命降生，然后进化出人类这种智慧生物，也才能够测量出太阳到地球的距离是1.5亿千米。人择原理认为，“在没有智慧生命的宇宙中，也没有观测者。宇宙不是只有一个，存在很多自然常数不同的宇宙，只有慧观测者的宇宙，才能观测自然常数”。这是颇有哲学意味的一个原理，不过包括威腾在内的很多物理学家都不认同这个原理，他曾开玩笑般说道：“我个人更乐意认为它是错的，宇宙被创造出的时候，谁也没有与我商量。”2015年9月14日，激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到引力波，这是激动人心的时刻，是物理学的一个历史性突破。它验证了广义相对论的重要预言，并为我们进一步了解宇宙提供了珍贵的数据。相信在不久的未来，物理学家们将会找到万物理论，为我们解开宇宙的诞生、时间和空间的本质等谜题。

On the Way Home

一天一本書不是沒可能啊，誰叫我是在過年回家的火車上讀的呢。1. 數量級的表述/翻譯太操蛋了(現在小學就已經學過科學計數法了，謝謝)；2. 湯川在晚年能想到李白的“夫天地者，萬物之逆旅；光陰者，百代之過客”，算他可愛；3. 圖表的文字說明先右後左，看著真特麼噁心；4. 有膽引用自己想到的高級公式，卻沒膽給讀者備註說明，這是幾個意思～單純是過來顯擺的咯？5. 歐拉的e^(iπ)+1=0是第一次見，而1+2+3+4+5+6+7+8+…=-1/12剛在8日自己推導過，還挺好玩；6. 乾貨略少，略微科普坑人向；7. 如果以孟子的立論文為基準，這作者寫的至多也就在及格線上浮動；8. 扯了一堆逼，啥實質性結論也給不了——蜻蜓點水、飛蝗亂竄，呵呵；9. 比霍金的《時間簡史》還#%&…；10. 手機沒電陣亡中，好走不送。

很有意思的，很好读的牛书。

读起这本书是因为我看< The big bang theory>, 而买这本书是读了网上那些九维空间和二十五维空间，拿起这本书是因为它不吓人的厚度。这本书是我个人读过最好的理科通俗读物之一。之所以有之一，就说还有另一本是在我五六岁时，读的一本关于数字和数学的起源。我一点都不夸张，先说说那本，里面都是图画，由一个戴眼镜的男孩子穿越回苏格拉底的时代，走访阿拉伯、印度、中国等国家，用一个孩子的眼光介绍了数学中许多著名的定律和起源，可惜那本书被老爸清理书架的时候，应该是送人或者卖了。回到这本“之一”的书，我觉得这本书成人和青少年都应该读下。这本书用普通人的思维和好奇的眼光，在学者系统的思路下，慢慢带入这个连接和带领现代物理学导向的理论书籍。当然五六岁的孩子就读不了了，但是如果十五六岁读来，一定会影响甚至改变孩子对大学学习专业的选择和对人生的理解。真滴：）这本书给我一种类似于宗教的醍醐灌顶。其实本身有过基本中学理科学习的人都会好奇一个问题：如果宇宙有界限，那么界限以外是什么？另外，任何一个成长于近几十年的人，也都听说过时间穿梭，并且看过许多以之为背景的科幻电影，对爱因斯坦这个大牛人所提及的时空概念，都是望尘莫及但好奇无比。如果你是这样，我觉得真的应该买来这本书，痛痛快快的读一下。尽管读完了，对于暗物质、夸克什么的，你还是不明白。但是就好像，韦小宝闯入了几大民间黑社会组织，虽然几个大佬到底究竟干什么的不知道，但好像知道几个大佬之间的八卦、几个大佬老婆之间的恩怨一样。哈哈读来这本书，我觉得对心理的疏导也是很有裨益的。尤其是有过一些教育背景，但是离“参透”生活这种境界还很遥远的我们。读来以后，更加感谢生命的奇迹和所谓现在”高秩序“的世界。读这本书的时候，我倒真是想起原来他们讲那些上帝造世界，呵呵。其实，说了这么多，一句话就可以概括：”这本书很有意思“。我很佩服写这本书的作者——学术上的牛人，通达凡人的心境，对这个世界好奇和热爱的心。

言简意赅的告诉你，我们都是沙子

对于科技科普类的图书，我最担心的就是副标题和腰封，可惜这本书依旧无法幸免。这一条黄色的腰封，配上一堆噱头和名人，成功的拉低了我对本书的期待。再加上副标题“探究时间、空间及宇宙的本原”，彻底的让我无语。Superstring Theory，这么言简意赅的一个题目，变成了《超弦理论：探究时间、空间及宇宙的本原》，档次掉了不知道多少个台阶。时间、空间及宇宙的本原，可能就像Superstring这个单词这么简单，可惜被腰封和副标题给毁了。吐槽结束，还是推荐大家阅读此书，从一个更加基本的层次去了解Superstring，尤其是作者的举例（甚至还把金融与超弦理论相结合），更是深入浅出，发人深省。在我看来，弦理论更像是一个数学方面的理论，正如作者所言，就算最后的最后弦理论还是无法作为宇宙的基础和本原，但研究它的过程中给我们带来了很多意想不到的收获，通过弦理论我们在另外一个层次更深入的了解了黑洞的表面，通过弦理论我们发现包含引力维度与量子场之间的等价，通过弦理论我们开始思考空间和时间的本质。这就已经足够。作者写此书时引力波还没有观察到，很期待作者现在如果能补充此书的话会怎么说。虽然还是无法观测到宇宙大爆炸本生引力波，但也是狠狠的一大步。