存在之轻/第一推动丛书物理系列

《存在之轻》这一书名的源自于米兰·昆德拉的《生命中不能承受之轻》。我们所在的世界的本质到底是什么呢？作者维尔切克将基础物理的理论一一道来，并试图从一个新的理论统一我们对物质、空间和相互作用的理解。《存在之轻》是《第一推动丛书》物理系列其中之一。作者是诺贝尔物理学奖获得者，他同时还是《纽约时报》的畅销书作者，全书充满的思辨色彩与哲学的况味，适合有一定物理学基础的读者。2018年新版的《第一推动丛书》全新设计了版式、封面，提升了阅读体验，让读科普不再艰难。随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平掰开揉碎,带你懂科学好书的《经典科普解读课》6折券。

几乎在不知不觉中，我们对自然界最深层次实在的理解在过去的四分之一世纪里已经有了重大改变。现在我们已非常接近于长期寻求的突破：自然界基本力的大统一。作为一位深受欢迎的物理学家，诺贝尔奖得主弗兰克？维尔切克一直在这片新天地的舞台上扮演主角。通过超越旧的物质和空间观念，他诠释了一个全新的发现：物质是由几乎无重量的单元构造的。纯能量是质量的最终之源，维尔切克把这个发现称为“存在之轻”。但他向我们展示的远不止这些，空间绝不是单纯的容器。不是空无一物和被动的，它是一种动态的网格――一种现代意义上的以太。网格要比任何“基本”粒子更基本，其自发活动产生并消灭着粒子。这种对物质和“虚空”的新认识解释了引力为什么那么微弱，并使自然界所有力的大统一图像变得格外清晰。
弗兰克？维尔切克著的《存在之轻》是探索这些革命性概念的意义的第一本著作。维尔切克向我们展示了迷人宇宙的全新图像，并憧憬了基础物理学新的黄金时代。

弗兰克？维尔切克，是麻省理工学院物理学赫尔曼？费施巴赫讲座教授。2004年荣获诺贝尔物理学奖他的书《渴望和谐》曾荣登当年度《纽约时报》畅销书榜。维尔切克一直是“全美很好科普作品”和The Norton Anthology of Lighth Verse排行榜的入围人选。他与妻子Betsy Devine一起住在坎布里奇。

1 质量起源
第1章 把握“世界”
第2章 牛顿第零定律
第3章 爱因斯坦第二定律
第4章 物质的构成
第5章 内在的九头蛇
第6章 基本粒子并不基本
第7章 对称性化身
第8章 网格（以太的韧性）
第9章 计算物质
第10章 质量起源
第11章 网格的乐章：两个方程一首诗
第12章 深刻的简单性
2 引力之微弱
第13章 引力微弱吗？是的，感觉是这样
第14章 引力微弱吗？不，理论如是说
第15章 正确的问题
第16章 完美的答案
3 美的真理性
第17章 统一性：塞壬之歌
第18章 统一性：透过镜片，还是漆黑一片
第19章 真理化
第20章 统一超对称性
第21章 期待新的黄金时代
尾声 光滑的鹅卵石，漂亮的贝壳
致谢
附录A 粒子有质量，世界有能量
附录B 多层多色宇宙超导体
附录C 从“不错”到（也许）对
术语解释
注释
引用说明
索引
译后记

    物质不像它看上去那么简单。它最明显的特征是对运动的抵制，或称为惯性或质量 ——称谓不同，理解的深浅亦有差别。通常物质的质量是宇宙更基本的建筑构件 ——能量 ——的具体体现，而能量本身是无质量的。空间也不像它看上去那么简单。在我们眼里空无一物的地方不过是我们心灵复杂的自主活动的一种反映。质量起源第1章把握“世界” 宇宙既非我们过去所认为的那样，亦非它现在所显现的这样。这世界是怎么回事？面对周围的大千世界，历经磨难的和直面死亡的人们会被逼得问出这样的问题。答案的来源可谓多种多样：古代圣贤之书和传统，他人的爱和智慧，音乐和艺术的创造。每一种来源都说对了一部分。然而，从逻辑上说，探索答案的第一步应当是搞清楚这里的“世界”是指什么。我们生活的这个世界本身有些重要而又惊人的事情值得说道，这就是本书的主题。我的目的是想让你加深对你我生存其中的这个世界的理解。感官与世界模型作为开始，我们用陌生的原始材料来构建我们的世界模型：用演化“设计”的信号处理工具滤去宇宙中多余的信息，使它成为不多的几股输入数据流。数据流？其实它们更熟悉的名称是视觉、听觉、味觉等。从现代观点看，所谓视觉不过是对穿过我们眼睛微孔的电磁辐射进行取样，而且择取的只是很宽的电磁波谱中很窄的色谱段。我们的听觉监测耳鼓附近的气压，味觉提供对空气中撞击我们鼻膜的古怪气味的化学分析。其他感觉系统则提供另外一些粗略信息，如我们身体的整体加速（运动感觉），皮肤表面的温度和压强变化（触觉），舌头对微量化学成分的简单测定（味觉），以及其他一些感觉等。这些感觉系统使得我们的先人 ——我们今天依然如此 ——建立起一个丰裕、动态的世界模型，并使它们能够有效地应对世界的变化。这个世界模型中最重要的组成部分是那些基本稳定的对象（如人、动物、植物、岩石 ……太阳、星星、云朵 ……），其中有些对象变动不居，有些充满危险，有些可食用，有些（那种精挑细选出来令我们特别感兴趣的）则构成理想的伴侣。那些提高我们感觉的仪器装置则揭示出一个更为丰富的世界。当安东尼·范·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）在1670年通过第一台制作精良的显微镜窥视生物世界时，他看到了一个接近不曾预料的隐秘的生物序列。很快他就发现了细菌、精子和肌纤维的带状结构。今天我们知道，引起许多疾病（和健康）的原因在于细菌，遗传基础与微小的精子有关（当然这只是其中的一半原因），而我们的运动能力则与肌纤维的带状结构相关。同样，当伽利略在1610年首次将望远镜指向天空时，他的眼前呈现出一个丰富的世界：他发现了太阳黑子、月球上的山脉、木星的卫星和银河系里亮度不等的恒星。 但使感官能力得以增强的最终机制当属思维的大脑。大脑的思维使我们能够认识到，这个世界一定还有比我们眼睛能看到的更多的东西，而且在许多方面表现为不同的事物。这个世界的许多重要事实不会直接呈现在我们的感官之前。季节的更替，日出日落的周年锁定，5 夜空中的星移，更复杂但仍可预料的月球和行星的运动，以及它们与星食的联系等 ——这些模式不会跳入眼帘、耳朵或鼻子，但是思维的大脑却可以关注它们。在注意到这些规律性之后，思维的大脑很快发现，它们比指导日常计划和预期的掐指估算更有规律。那些隐藏在背后的更深刻的规律很适于运用计算和几何来把握：一句话，更具有数学上的准确性。其他一些隐藏着的规律则显现于技术和艺术实践领域。弦乐器的设计发展史就是一个绝好的重要例证。大约在公元前600年，毕达哥拉斯曾观察到，当乐器的弦长比为简单整数比时，琴声最和谐。受此启发，毕达哥拉斯及其追随者直观地做出了一项有名的思维跳跃。他们预言，可能存在一种不同的世界模型，它较少地依赖于我们的感官认识，但却与自然背后隐匿着的和谐性更相符，而且也更贴近实在的本来面目。这正是毕达哥拉斯兄弟会信条“万物皆数”的意义所在。17世纪的科学革命使古希腊先哲的这些梦想开始成为现实。这场革命导致艾萨克·牛顿提出了运动和万有引力的数学定律。牛顿定律使我们可以准确计算出行星和彗星的运动，并为描述一般意义上的物质运动提供了强大的工具。然而，牛顿定律适用的世界模型与我们日常的直观体验有很大的不同。由于牛顿的空间是无限的和均匀的，地球及其表面不具有特殊性。方向上的“上”和“下”以及各个“侧面”本质上是相似的。静止也不具有超越均匀运动的特殊地位。所有这些概念没有一个符合日常的生活经验，它们令牛顿的同时代人，甚至牛顿本人陷入困境。（牛顿曾对运动的相对性感到不安，即使它是牛顿方程的一个合乎逻辑的结果。为了从中解脱出来，他提出了存在“绝对”空间的假设，这样，绝对的静止和运动才有了定义。）另一个重大进展出现在19世纪，这就是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的关于电和磁的方程组。新的方程组能用准确数学化的世界模型解释更广泛的现象，包括已知的和新预言的光（例如我们现在所说的紫外线辐射和射电波）。但是，我们再一次看到，认识上的重大进展需要重新调整和扩大我们对实在的看法。凡在牛顿描述的受引力作用的粒子运动的地方，麦克斯韦方程组均代之以“场”和“以太”的作用。根据麦克斯韦方程组，我们感官认为空无一物的地方实际上充满了看不见的电场和磁场，它们对我们观察到的物质施加作用力。虽然这些概念始于数学，但场的概念一旦在方程中出现就有了自己的生命。变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。因此，这些场可以来回地相互激活，并形成以光速传播的自生性扰动。自从麦克斯韦以后，我们便认识到，这些扰动正是光的本质。牛顿、麦克斯韦以及其他许多杰出人物的这些发现大大扩展了人类的想象力。但只有在20世纪和21世纪的物理学中，毕达哥拉斯的梦想才真正得以实现。随着我们对物质相互作用基本过程的描述变得更加完整，我们将看到更多的新现象，观察的方法也大不相同。世界的深层结构接近不同于其表面结构。我们与生俱来的感官并不适于体验我们这个最完备和最准确的世界模型。因此你有必要拓宽你对实在的看法。