《有声书:宇宙的材质》(The Fabric of the Cosmos)[PDF][MP3]

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[有声书:宇宙的材质].The.Fabric.of.the.Cosmos.pdf (25.47 MB)
中文名: 有声书:宇宙的材质
英文名: The Fabric of the Cosmos
资源格式: MP3
版本: [PDF]
地区: 美国
语言: 英语
简介:

                               
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语言 : English
作者 : Brian Greene
格式 : MP3 32K/PDF
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介绍：
年青的哥伦比亚大学物理教授葛林出版了畅销的《优雅的宇宙》，对大众宣扬迷人的弦论，一时洛阳纸贵。不久前葛林乘胜追击，又发表了《宇宙的材质(The Fabric of Cosmos)》。这本书有五百多页，内容相当扎实。葛林一开始就从「牛顿的水桶」讲起，这是颇大胆的做法──他显然不愿低估读者的智慧，决定带他们深入物理上微妙的争论，葛林对于自己「艺高」的信心也可见一斑。
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玄之又玄话弦论：SA专访弦论明星格林恩（Brian Greene）

弦论明星，为你现身说「弦」。
撰文 马瑟（George Musser），SA编辑
翻译／高涌泉，台大物理系教授


过去一谈到弦论，就让人们脑筋打结，即使是弦论专家也会为它的复杂感到苦恼；至于其他物理学家，就在一旁嘲笑弦论拿不出任何实验上的预测；而一般人则大致上对弦论一无所知。科学家无法传达究竟为什么弦论那么刺激：它为什么可以实现爱因斯坦追求最终统一理论的梦想？对于「宇宙为什么存在」这类深奥的问题，它又是如何帮助我们理解的？但是到了1990年代中期，理论开始在观念上统合在一起，而且一些可以检验、却还不精确的预测也出现了。弦论开始引起外界的注意，今年6月，就连伍迪埃伦也在《纽约客》周刊的专栏以弦论为讽刺题材──也许这是头一回有人用「卡拉比 丘（成桐）空间」来谈论办公室恋情。

　
谈起掀开弦论神秘面纱的功劳，很少人能比得上格林恩；他是哥伦比亚大学物理教授，同时也是弦论大将之一。格林恩在1999年出版的《优雅的宇宙》，在《纽约时报》畅销书排行榜曾位居第四，而且也是普立兹奖入围作品。他是美国公共电视网Nova系列专辑的主持人，也刚完成一本关于时间与空间本质的书。Scientific American编辑马瑟最近和格林恩边吃细弦般的意大利面边聊弦论。以下是这次「餐访」的节录版：

SA: 有时候当我们的读者一听到「弦论」或是「宇宙论」时，他们会双手一摊，说：「我永远也搞不懂这些东西。」

格林恩: 我的确知道人们在一开始接触弦论或宇宙论时会感受到一些压力。我和很多人谈过，但我发现他们对于这些概念的基本兴趣是那么广泛与深刻，因此，比起其他更容易的题材，人们在这上面会愿意多用一点心。

SA: 在《优雅的宇宙》中，我注意到你在许多地方会先扼要地描述物理观念，然后才谈论细节。

格林恩: 我发现那是很有用的方法，特别是在比较困难的部份。如此一来，读者就可以选择：如果你只需要简要的说明，那这样就够了，你可以跳过底下比较难的部份；如果你还不满意，就读下去。我喜欢用一种以上的方式来说明事情，因为我认为，当你碰到抽象的观念时，你需要更多方式来了解它们。从科学观点来看，如果你只追随一种方法，我想你在研究上突破的能力便会受到影响。我认为那正是突破的要点。大家都用一种方法看问题，而你则从后面看过来。不同的方法会揭露出其他进路所看不到的东西。

SA: 能不能给我们一些「走后门」的例子？

格林恩: 嗯，最重要的例子也许是维顿（Edward Witten）的突破。维顿只是走上山往下看，看到了别人看不到的关联，因而统一了五种先前被认为是完全不同的弦论。所有的东西都已经有了，他只是采用了不同的观点，然后「砰」，把一切都兜在一起，那就是天才。

对我而言，这意味着一个基本的发现。从某个观点，宇宙带领我们前往真理，因为正是那些真理在控制我们所能看到的东西。如果我们全部受控于我们所见，就会被引导至同一个方向。所以，究竟能不能达成突破，关键经常只在于一点点洞察力（无论是真的洞察力或数学洞察力），看是否能够将东西以不同的方式结合起来。

SA: 如果没有天才介入，你认为还会有这些发现吗？

格林恩: 嗯，这很难讲。以弦论来说，我认为是会的。因为里头的谜正一点一滴越变越清楚。也许会晚五年或十年，但是我认为这些结果还是会出现。不过如果谈到广义相对论，我就不知道了。广义相对论这一跳实在太远，是对于空间、时间与重力重新省思的里程碑，所以如果没有爱因斯坦，我不确定广义相对论会在什么时候以什么方式出现。

SA: 你认为弦论中有没有类似的大跃进？

格林恩: 我想我们还在等待那种大跃进。弦论是奠基在众多的小点子上面，这些小点子来自很多人，它们正慢慢连接成非常可观的理论结构。但是坐在结构顶端的究竟是什么样的概念，我们实在还不清楚。一但我们搞清楚了，它应该会像个闪亮的灯塔，照亮整个结构，而且我相信还会解答目前仍旧无解的关键问题。

SA: 让我们谈一下环圈量子重力论（loop quantum gravity）与其他理论。你一向说弦论是唯一的量子重力论。你还这么想吗？

格林恩: 嗯，我想弦论是目前最好玩有趣的理论！持平而论，环圈量子重力论阵营已经获得很大的进展。不过，我认为还有很多非常基本的问题没有令人满意的答案。但是它的确是个可能成功的理论，而且很多极端聪明的人都在从事环圈量子重力的研究，这是很好的事。我希望，终究我们是在发展同一套理论，只是所采用的角度不一样而已，而这也是斯默林（加拿大滑铁卢圆周研究院的物理学者）所鼓吹的。或许在往量子重力论的路上，我们走我们的，他们走他们的路，而两条路终会在某个地方相会。因为他们的很多长处恰是我们的短处，而我们的很多长处也恰是他们的短处。

弦论的缺点之一是所谓的「背景相依」（background-dependent）。我们必须假设一个存在的时空，弦就在这时空中运动。然而你会希望，在一个真正的量子重力论中，时空会从基本方程序中出现。他们（环圈量子重力的研究者）的理论中的确有一个「背景独立」的数学结构，其中的时空的确是以更基本的方式从理论本身出现。从另一方面讲，我们（弦论）可以在大尺度的结构下，和爱因斯坦方程序直接连上关系。我们可以从方程序看到这一点，而他们的理论不容易和平常的重力连接起来。所以，或许我们可以结合两边的长处。

SA: 有没有人在这么做？

格林恩: 很缓慢。真正精通两边理论的人很少。两个体系都太庞大，你可以单在你的理论花上一辈子时间，竭尽你工作的每一分每一秒，却还无法知道这个体系的所有进展。但是很多人正朝着这个方向走，开始思考这方面的问题，相互间的讨论也已经开始。

SA: 如果你有「背景相依」，那么要如何才能真正深刻地了解什么是空间与时间？

格林恩: 唔，你可以一步一步来。例如，即使有「背景相依」，我们也学到了像「镜对称」这样的东西，也就是说两种时空可以有相同的物理。我们也学到时空的拓朴可以改变：空间以传统上不可置信的方式演化。我们学到了主宰微观世界的是「不可交换几何」，其中的座标不是实数，因此相乘的结果和相乘的顺序有关。所以（关于时空）你会得到一些暗示。你会隐约在这里看见一点，哪里看见一点，还有它们底下到底是怎么一回事。但是我认为，如果没有「背景独立」的数学结构，将很难把这些点点滴滴凑在一起。

SA: 你现在对于「人本原理」以及多重宇宙的看法是什么？在《优雅的宇宙》中，你在讨论弦论的解说能力是否受到某种限制时，曾提到这些问题。

格林恩: 我和其他很多人从来就不太喜欢任何这种「人本」的想法，主要是因为我觉得在科学史上，你在任何时刻都可以说：「好，就到此为止了，不可能再往前进了。每一个未解问题的最终答案都是『事情是这个样子的原因是：如果不是这样子，我们就不会在这里问这个问题』。」所以这好像在躲避问题。也许这样讲不太好，这不必然在逃避问题，但我觉得这样有点危险，因为你只须再多努力五年就可以回答那些还未解的问题，而不必只是记下「它们就是这样了」。所以我的顾虑是：人们因为有这个退路而不再努力。

不过「人本」的想法的确是比过去更进步了，现在已有一些具体的点子，里头牵涉到多重宇宙，其中每个宇宙都可能有不同的性质。我们之所以在这个宇宙之中，很可能是因为这个宇宙的性质适合我们存在，而我们之所以不在别的宇宙里，是因为我们无法生存在那样的宇宙里。这样的讲法比较不那么唯心。

SA: 弦论以及一般的现代物理，似乎逼近一个非如此不可的逻辑结构；理论是这个样子，因为没有别的可能形式。一方面，这和「人本」的方向相反，但是另一方面，理论还是有弹性可以引导你到「人本」的方向。

格林恩: 这个弹性也许在哪里，也许不在。它可能只是我们欠缺全面理解所造成的假像。不过以我们今天所了解的去推断，弦论的确可以导出很多不同的世界。我们的世界可能只是其中之一，而且还不是非常特别的一个。所以，是的，这和追求一个绝对、没有商量余地的目标是互相矛盾的。

SA: 如果有研究生还在摸索，你怎么指引他们方向？

格林恩: 嗯，我想大的问题前面我们已经谈过了。例如，我们能不能了解空间和时间来自何处？我们能不能弄懂弦论或「M理论」的基本概念？我们能不能证明这个基本想法可以导致一个独特的理论，这个独特理论有独特解，也就是我们所知的这个世界？有没有可能藉由天文观测或是加速器实验来检验这些想法？

甚至，我们能不能回头了解，为什么量子力学必得是我们所知世界不可或缺的一部份？任何可能成功的理论在其深层都得依赖一些东西，例如：空间、时间、量子力学，其中有哪些是真正关键的？有哪些可以省略掉而仍可能得到和我们类似的世界？

物理有没有可能走上另外一条路─虽然面貌完全不同，但是仍能成功解释所有的实验？我不知道，但是我想这是个真正有趣的问题。从数据与数学逻辑出发，有多少我们认为真正基本的东西是唯一可能的结论？又有多少是可以有其他可能性，而我们只是刚好走上其中一条恰好被我们发现的路而已？另一个行星上的生物会不会有完全不同于我们的定律，而那些定律又和我们的定律一样成功？

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